高油高产大豆精量化播种施肥配套模型的构建

为分析大豆播种、施肥方式对大豆产量及油份含量构成的影响,掌握科学化提质、增产技术措施,以高油高产大豆新品种黑农531为材料,分别设置播种密度、施肥深度和施肥量单因素梯度试验,分析单因素指标对产量构成因子与油分含量的影响。采用二次回归正交试验设计,以产量和油分含量为指标建立大豆播种施肥一体化措施的数学模型,并明确最高产量、最高油分含量下的精量化实施措施组合。结果表明:单株荚数和单株粒数随着播种密度的增加均呈现出先增加后降低的趋势,以28万株·hm^(-2)为临界值;单株荚数和单株粒数随着施肥深度的增加呈现出逐渐增加的趋势,百粒重随着施肥深度的增加呈现出抛物线状变化;单株荚数、单数粒数及百粒重均随施肥量的增加呈现出逐渐增加的趋势,均以375 kg·hm^(-2)为临界值;大豆油份含量随着播种密度增加、施肥层加深、施肥量提高均呈现出先增加后降低的趋势,各播种密度处理之间的油份含量差异不大,浅施肥和增加施肥量均能显著提高大豆油份含量;得出大豆产量与播种密度(X_(1))、施肥深度(X_(2))、施肥量(X_(3))之间的回归方程为:Y=2714.696+47.445X_(1)+15.768X_(2)+2.967X_(3)-0.4908X_(1)^(1)-1.862X_(2)^(2)-0.00122 X_(3)+0.6809X_(1)×X_(2)-0.0783X_(1)×X_(3)-0.0059X_(2)×X_(3)。大豆油份与播种密度、施肥深度、施肥量之间的回归方程为:Y=14.288+0.410X_(1)+0.083X_(2)+0.0146X_(3)-0.00647X_(2)1-0.0108X_(2)2-0.00000817X_(3)^(2)+0.00486X_(1)×X_(2)-0.000316X_(1)×X_(3)-0.0000691X_(2)×X_(3)。通过该模型预测高油高产大豆最高产量可达到3952.023 kg·hm^(-2),达到最大产量需播种密度为28万株·hm^(-2),种下施肥深度为10 cm,施肥量为225.0805 kg·hm^(-2);最高油份可达到22.79%,达到最大油份含量需播种密度为26万株·hm^(-2),种下施肥深度为8.5 cm,施肥量为354.8578 kg·hm^(-2)。研究结果可为促进高油高产大豆生产提供理论基础和技术支持。

基于抗倒伏性的大豆耐密性资源评价与筛选

为筛选在黑龙江省不同地区稳定耐密植的大豆资源,为大豆的区域栽培生产提供指导和理论依据,以黑龙江省不同生态区20份春大豆资源为材料,以哈尔滨、海伦和五大连池为环境背景,设置常规栽培区和高密度处理区两个处理,以高密区未倒伏占比与常规区未倒伏占比的比值作为耐密指数,基于耐密指数值,利用欧氏距离组间平均联接法对不同大豆品种进行聚类分析,对供试材料进行等级划分。同时,利用双标图数据分析方法进行耐密性种质资源的综合评价。结果显示:哈尔滨区域背景条件下,当欧氏距离为3.0时,初步将20个参试品种(系)划分为5大类,获得耐密植品种(系)7个;海伦区域背景下,欧氏距离为4.0时,初步将20个参试品种(系)划分为4大类,获得耐密植品种(系)3个;欧氏距离为4.0时,初步将20个参试品种(系)划分为4大类,获得耐密植品种(系)5个。双标图显示,耐密品种的耐密能力顺序为克豆87>牡豆56>黑农94>黑农531>克小粒1号>黑农311>龙海1号,多环境稳定性顺序为黑农94>龙海1号>克豆87>黑农531>黑农311>牡豆56>克小粒1号。综合比较而言,耐密性强且多环境稳定性较好的品种为黑农94、克豆87和黑农531。研究结果为提升区域大豆增产能力提供了理论依据和技术支持。

大豆低温冷害研究进展及防控技术

黑龙江省是中国大豆主产区。近年来,低温冷害频发且无法预测,不利于大豆稳产,严重限制了大豆产量的提高和大豆产业持续稳定发展。本研究介绍了大豆冷害研究进展,从合理轮作、耐低温品种选择、种子精选与处理、适期播种、合理中耕、平衡施肥以及适时化控等方面详细介绍了大豆冷害防控的具体措施与方法,旨在为大豆稳产及抗低温冷害提供技术支撑。

根瘤菌介入大豆大垄栽培施肥模型与经济效益分析

实现大豆高产高效优化栽培的重要前提是合理配比施肥,根瘤菌介入栽培技术可以促进生育进程和产量提高,大豆中结合二者的效果阐述还较少。文中试图探讨根瘤菌介入条件下的大垄栽培大豆的施肥模型并作技术分析,为大豆高产高效栽培及经济合理施肥提供科学依据。采用大垄栽培模式,利用DPS系统进行数据分析,建立回归方程获得最优施肥方式,然后利用拟合度检验并确立模型。结果表明,研究数据能够建立因变量(施肥)与自变量(产量)的三元二次方程。在氮肥为2.5元/kg,磷酸二铵4.2元/kg,硫酸钾4.8元/kg,大豆3.6元/kg的条件下各个因素组合最佳施肥量为:氮肥104.15 kg/hm^(2),磷酸二铵125.85 kg/hm^(2),硫酸钾75.36 kg/hm^(2),可得效益7 560.78元/hm^(2)。利用数据得到的单因素效应方程结果表明氮肥的增产效应>钾肥的增产效应>磷肥的增产效应,施肥量与生产量两个因素呈现出报酬递减关系。减产率由高到低的因素是氮肥、钾肥和磷肥。利用构建的双因子互作素效应方程可知:(1) NP互作效应的最佳施肥量为氮肥103.87 kg/hm^(2),磷酸二铵328.00 kg/hm^(2),效益为9 092.74元/hm^(2)。(2) NK互作效应的最佳施肥量为氮肥143.00 kg/hm^(2),硫酸钾0 kg/hm^(2),效益为8 427.12元/hm^(2)。(3)PK互作效应的最佳施肥量为氮肥0 kg/hm^(2),硫酸钾0 kg/hm^(2),效益为8 140.33元/hm^(2)。NP交互作用增产效应最强,NK的交互作用最弱,PK的交互作用居中。

长期大气CO_(2)浓度升高对大豆磷吸收及根际磷转化的影响

磷(P)作为第二重要的植物营养元素,能够调节作物对气候变化的适应性。东北不同地区黑土有机质含量存在着较大差异,对作物营养吸收产生较大影响。然而,长期大气CO_(2)浓度升高对不同有机质含量黑土大豆生长、土壤磷组分以及相关微生物机制的影响鲜有研究。本研究利用开顶式生长室(OTC)重点探究了气候变化对不同有机质黑土大豆根际土壤磷组分和相关磷转化微生物功能基因的影响。结果表明,不同有机质含量的黑土大豆磷吸收对长期大气CO_(2)浓度升高的响应一致,既先升高后降低。然而,大豆根际磷组分的响应存在差异性。大气CO_(2)浓度升高降低了高有机质黑土中大豆根际NaHCO_(3)-P_(o)含量,但增加了低有机质黑土中大豆根际有机磷库(NaHCO_(3)-P_(o)和NaOH-Po)的含量,而降低了无机磷库(NaOH-Pi)的含量。同时,大气CO_(2)浓度升高使高有机质黑土根际土壤基因拷贝数增加53.0%,低有机质黑土中大豆根际土壤基因拷贝数增加44.4%。因此,长期气候变化条件下,高有机质含量黑土通过有机磷矿化功能微生物来满足大豆对磷素的需求;而在低有机质含量黑土中,长期高CO_(2)浓度主要影响无机磷组分以及相关功能基因。

大豆营养高效利用型品种筛选

为了准确获得大豆营养高效利用型品种,设置施肥和不施肥2个处理,采用5种指标营养利用因子的评价方法对40个大豆材料进行初步筛选,然后利用GGE双标图数学模型方法对初筛结果进行综合评比鉴定。结果表明:黑农63、黑农58、垦丰4、黑农46、合农75、黑农44、KF102、131560-29、131560-45、黑农64、黑农56、黑农34、黑农68、黑农82、黑农80和黑农85在多指标综合鉴定中表现出具有较高的营养高效利用能力。针对初筛结果利用GGE双标图数学模型方法综合对比得出131560-29、黑农68、黑农64和黑农75在多环境及多指标鉴定中均表现出较强的营养高效利用能力。该结果为适于黑龙江地区不同环境条件下节本绿色大豆生产提供了重要材料。

大豆玉米持续轮作免耕对土壤养分及作物产量的影响

为了解决免耕减产、秸秆焚烧污染环境、种植结构不合理等问题,试验通过设置免耕和传统垄作田间对比试验,研究了2013—2016年连续4年大豆玉米轮作免耕对土壤养分及作物产量的影响,研究结果可为免耕技术推广及黑龙江省农业持续发展提供理论参考和技术保障。试验结果表明:大豆玉米持续轮作免耕条件下0～7.5、7.5～15、15～22.5、22.5～30 cm土壤养分指标全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量均高于垄作处理,且耕作对全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量影响显著;耕作对土壤容重影响显著,免耕处理各层土壤容重高于垄作处理,免耕处理15～22.5 cm与22.5～30 cm土层之间容重差异不显著,而垄作处理各层土壤容重差异显著;与垄作相比,2013年和2015年免耕大豆增产率分别为16.37%和25.33%,2014年和2016年免耕玉米产量增产率分别为0.88%和9.50%。大豆玉米轮作免耕较垄作平均节约成本640元/hm^2,平均增收2220元/hm^2。

不同土壤类型中大豆根瘤菌解磷能力及其稳定性评价

为准确评价大豆根瘤菌解磷能力在不同土壤环境中的稳定性和适应性,筛选在黑龙江省多种土壤类型中具有高效解磷能力的大豆根瘤菌,分析前期分离、鉴定获得的10株大豆根瘤菌菌株在不同土壤类型条件下的磷解能力,并采用GGE双标图法分析评价解磷能力的稳定性。结果表明:以黑土作为“磷溶出库”,接种菌株113-2、112-1、114-2、111-2、114-1和115-2的培养基上清液无机磷含量显著高于无接种对照处理,提高幅度为0.68%~7.02%;以草甸土作为“磷溶出库”,接种菌株112-1、113-2、114-2、115-2、114-1、111-2、113-1和111-1的培养基上清液无机磷含量显著高于对照处理,提高幅度为0.57%~8.25%;以黑钙土作为“磷溶出库”,接种不同根瘤菌处理的培养基上清液无机磷含量均显著高于对照处理,提高幅度为0.75%~7.0%;以白浆土作为“磷溶出库”,接种菌株112-1、113-2、114-2、111-2、115-1、114-2、111-1和112-2的培养基上清液无机磷含量显著高于对照处理,提高幅度为0.41%~14.8%;以盐碱土作为“磷溶出库”,接种菌株113-2、112-1、114-2、111-2、114-1、115-2和113-1的培养基上清液无机磷含量显著高于对照处理,提高幅度为0.47%~9.9%。以黑土、草甸土、黑钙土、白浆土和盐碱土作为“磷溶出库”接种处理的土壤有效磷含量较对照处理分别提高0.07%~21.53%、0.08%~38.82%、0.07%~25.94%、0.27%~17.40%和0.34%~34.71%。GGE双标图数学模型综合对比得出土壤磷活化能力强且稳定性较好的菌株为112-1、113-2和114-2。

秸秆还田条件下玉米-高粱（玉米）-大豆轮作的产量与效益分析

为明确不同轮作模式的籽粒产量与经济效益差异,推广合理的轮作种植模式,试验设置玉米-高梁-大豆、玉米-玉米-大豆、连作玉米、连作大豆4种种植模式。研究结果表明:玉米-高梁-大豆、玉米-玉米-大豆中大豆籽粒产量较连作大豆籽粒产量分别增加23.88%和17.55%,玉米-高梁-大豆和玉米-玉米-大豆轮作模式年净收益比连作玉米分别高1377元/hm^2和336元/hm^2,玉米-高梁-大豆和玉米-玉米-大豆轮作模式年净收益比连作大豆分别高2279元/hm^2和1237元/hm^2,玉米-高梁-大豆轮作年净收益比玉米-玉米-大豆轮作高1041元/hm^2。

高粱-大豆“双密”轮作保护性耕作技术

合理轮作在改善和平衡作物生长发育及促进作物生长和高产上是一项长期行之有效的管理措施。从高粱-大豆“双密”轮作保护性耕作技术概念、解决的问题、增产机理以及技术要点等方面进行阐述,以期为黑龙江省高粱大豆持续发展提供技术保障,为实现农民节本增效提供技术支撑。

P-loop,Bet v 1结构域的缺失及突变对GmPR10和Gly m 4l抑制大豆疫霉菌能力的影响

大豆疫霉根腐病是由大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)引起的危害大豆生长的严重病害。课题组前期研究表明具有P-loop结构域的GmPR10(Gene Bank accession no.FJ960440)和具有P-loop、Bet v1结构域的Gly m 4l(Gene Bank accession no.HQ913577.1)抑制大豆疫霉菌生长,并且过表达GmPR10和Gly m 4l的转基因大豆植株可以提高对大豆疫霉根腐病的抗性。为研究GmPR10和Gly m 4l抑菌机理,本研究利用点突变技术,获得了GmPR10的P-loop结构域突变体(Gly48/Thr48和Gly^51/Arg^51)、Gly m 4l的P-loop结构域突变体(Gly^49/Ile^49和Lys^55/Pro^55)、GmPR10和Gly m 4l的P-loop结构域以及Gly m 4l的Bet v1结构域缺失突变体,并纯化回收相应突变体蛋白,进行体外抑制大豆疫霉菌试验。结果表明,突变或缺失P-loop,Bet v1结构域的GmPR10和Gly m 4l失去了抑制大豆疫霉菌(Race 1)生长的能力,说明P-loop、Bet v 1结构域对GmPR10和Gly m 4l行使抑菌功能至关重要。

作物-土壤氮循环对大气CO_(2)浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO_(2)浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO_(2)浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO_(2)和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO_(2)浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO_(2)浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO_(2)浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在:高温和高CO_(2)浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO_(2)浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO_(2)浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO_(2)浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO_(2)升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO_(2)浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。

大气CO_(2)浓度和温度升高对玉米农田黑土碳库及细菌群落的影响

为研究气候变化对东北农田黑土碳库和相关微生物组特征的影响,本文以东北春玉米连作的黑土为研究对象,利用原位开顶式气候室(OTC)模拟长期大气CO_(2)浓度和温度升高,利用土壤物理分级技术将土壤有机碳(SOC)分组为颗粒(POC)和矿质结合有机碳(MOC),并通过16S rRNA高通量测序分析土壤细菌微生物群落结构,探讨气候变化影响黑土碳库稳定性的微生物作用机制。结果表明,与CK相比,连续12年大气CO_(2)浓度和温度升高没有改变SOC总量,但影响其周转率。温度升高显著增加了细颗粒有机碳(fPOC)的含量,CO_(2)和温度同时升高降低了MOC含量。CO_(2)浓度升高并未影响fPOC和MOC含量。温度或CO_(2)浓度升高显著改变了细菌群落结构,温度升高增加苔藓杆菌属(Bryobacter)的相对丰度,CO_(2)浓度升高增加了革兰氏阴性菌硝化螺旋菌属(Nitrospirae)的丰度。长期大气CO_(2)浓度和温度同时升高增加硝化螺旋菌属(Nitrospirae)的丰度,该菌属丰度的增加可能会进一步影响SOC稳定性。

大气CO_(2)浓度和温度升高对农田土壤碳库及微生物群落结构的影响

大气CO_(2)浓度和温度升高会通过影响作物的光合作用,从而影响光合碳向土壤中的输送。输入到土壤中光合碳含量的变化势必会对土壤外源碳的主要分解者--微生物的群落结构产生影响。土壤微生物在土壤有机质的转化过程中发挥着重要的作用,是土壤碳循环的主要驱动者,其群落结构和功能的改变会影响土壤有机质的动态变化,而这些变化会进一步增加或者降低大气中的CO_(2)浓度,从而对气候变化产生反馈作用。未来土壤的碳平衡取决于大气CO_(2)浓度和全球变暖对土壤中碳的输入、输出以及碳在土壤中的驻留时间。因此,只有全面了解大气CO_(2)浓度和温度升高将对土壤碳库及土壤微生物群落结构产生何种影响,才能明确地揭示陆地生态系统对气候变化的反馈机制,对未来农田土壤有机碳库的管理和生产力的维持有重要意义。文章综述了大气CO_(2)浓度和温度升高及其交互作用对土壤碳库和土壤微生物群落结构的影响。主要结论为:(1)大气CO_(2)浓度和温度升高对土壤碳库的影响可以相互抵消,但是土壤碳库是否成为碳“源”与温度升高的幅度密切相关;(2)大气CO_(2)浓度升高增加了光合碳在玉米、小麦等植株各部分的分配,温度升高同样对光合碳的分配规律产生影响,但对不同部位的影响不一致,多呈降低或无显著影响;(3)大气CO_(2)浓度和温度升高可能对土壤微生物活性及其群落结构产生交互影响,且对不同微生物(细菌、真菌和古菌)群落的影响程度不同,进一步对土壤有机碳的转化产生影响。最后提出未来的研究方向:(1)从气候变化影响植物-土壤互作角度解析根系分泌物的转化过程及其对微生物的影响;(2)通过DNA-SIP进一步研究大气CO_(2)浓度和温度升高条件下土壤微生物对不同植物来源碳的选择性利用与碳循环的关系,从而阐明气候变化条件下微生物底物利用策略以及微生物群落结构的变化。

大气CO_(2)浓度和温度升高影响作物产量的光合生理及分子生物学机制

全球气候变化下,大气CO_(2)浓度升高产生的“肥料效应”因温度的升高对作物产量的影响产生了不确定性,关键在于相关光合生理和分子机制对两因子互作的响应程度。本文综述了不同作物的光合速率、气孔导度、Rubisco酶活性等关键生理指标及产量对大气CO_(2)浓度和温度升高的响应,并从代谢组角度总结了大气CO_(2)浓度和温度升高对作物光合相关基因表达的影响。提出了从转录组、代谢组及蛋白组学角度探讨不同农业生态区作物对气候变化的响应,展望了作物关键光合基因表达与其区域气候变化的未来研究方向,以期为不同生态区作物对气候变化适应性及调控途径提供理论参考。