免耕和秸秆还田对小麦生长期内土壤酶活性的影响

利用中国科学院封丘农业生态实验站保护性耕作定位试验平台,研究全翻耕、常规耕作、免耕、全翻耕+秸秆还田、常规耕作+秸秆还田和免耕+秸秆还田6种耕作方式对小麦生长期内土壤酶活性的影响。结果表明:(1)在小麦整个生育期,土壤碱性磷酸酶、转化酶、脲酶活性表现为免耕处理大于常耕处理,翻耕处理小于常耕处理,有秸秆处理大于无秸秆处理,3种酶活性以免耕+秸秆还田处理为最高,翻耕处理最低。(2)在小麦成熟期,土壤脱氢酶活性表现为免耕处理小于常耕处理,其他生育期土壤脱氢酶活性表现为免耕处理大于常耕处理,有秸秆处理大于无秸秆处理。(3)在小麦不同生育期,各处理土壤酶活性表现出不同的规律性:碱性磷酸酶活性在苗期较低,至孕穗期达到峰值,至成熟期又有所降低;转化酶活性呈现在拔节期大幅升高而后降低的变化趋势;脲酶活性分别在苗期和孕穗期较高;脱氢酶活性在整个生育期一直增加,成熟期达到峰值。(4)4种土壤酶活性之间相关性均达显著水平,聚类分析表明,按照土壤总体酶活性水平可将6个处理划分为3组,酶活性水平最高的为免耕+秸秆还田处理,免耕结合秸秆还田能较好地提升土壤酶活性。     

磺胺甲恶唑对小麦叶片蛋白和叶绿素含量及SOD酶活性的影响

为了探明磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole,SMZ)的生态毒理效应,通过实验室人工控制毒理实验,研究了低浓度SMZ暴露对小麦体内超氧化物歧化酶(SOD)活性、叶绿素(CHL)和蛋白质(SP)含量的影响.结果显示:染毒7d后,各浓度组小麦叶片的SOD活性均被显著诱导(P＜0.0l),并且染毒浓度的升高增强了SOD的活性,表明SMZ暴露胁迫下,小麦可启动自身的保护机制以最大限度地减少自由基损伤.而小麦叶片的CHL含量,随着SMZ染毒浓度的增加而逐渐降低.并且当SMZ暴露浓度较高时,小麦叶片的CHL含量被显著抑制(P＜0.05)).当SMZ染毒浓度为0.05～ 0.50 mg· L-1时,SP的含量被显著诱导(P＜ 0.01));1.00 mg·L-1SMZ对SP的含量产生显著(P＜0.01)抑制,这说明SMZ染毒剂量将对蛋白质的合成产生严重影响.综上,SOD的活性变化可反映出SMZ暴露对小麦的污染效应及其生态毒性作用,但将其作为评估SMZ污染暴露的生物标志物有待于进一步深入研究.     

不同轮作制度下施肥对冬小麦田间杂草群落及小麦生长的影响

为探讨不同轮作制度下长期施肥对冬小麦Triticum aestivum L.田间杂草及小麦生长的影响,我们在三个长期田间肥效试验定位点,研究3种轮作制度下(冬小麦-大豆Glycine max (L.) Merr.(WS)、冬小麦-夏玉米Zea Mays L.(WM)、冬小麦-中稻Oryza sativa(WR))长期不同施肥模式对冬小麦田间杂草群落及小麦生长的影响.研究表明,在3种轮作制度下,平衡施加N、P、K肥或者NPK肥配施有机肥均可以显著降低冬小麦田杂草密度、地上生物量和田间光照透过率,促进冬小麦生长,并提高冬小麦产量和地上生物量;而且在冬小麦-大豆轮作和冬小麦-中稻轮作的冬小麦田中平衡施加N、P和K肥可以在控制杂草密度的同时保持一个较均一的杂草群落.3种轮作制度下各指标相对值比较发现,3种轮作制度改变施肥对冬小麦田间光照透过率影响程度的顺序与3种轮作制度改变冬小麦田中施肥对杂草密度和地上生物量影响程度的顺序相同;另外,在冬小麦-大豆轮作和冬小麦-中稻轮作制度下杂草密度与冬小麦田间光照透过率之间的相关系数也很高(R≥0.7906),说明施肥对冬小麦田间光照透过率的改变可能是施肥影响冬小麦田间杂草群落的主要途径之一.轮作制度改变冬小麦田中施肥对优势杂草种类数和杂草生物多样性影响的程度差别不大,这可能是因为轮作改变施肥对田间杂草的影响并没有达到引起田间杂草物种消亡的程度.结果表明,在3种轮作制度中施肥对冬小麦田间杂草群落及小麦生长的影响虽有差异,但都显示出施肥在抑制田间杂草发生、维持杂草生物多样性和提高作物产量上的作用.     

禾谷孢囊线虫侵染对小麦根部防御酶的影响

以抗禾谷孢囊线虫(Heterodera avenae Wollenweber,cereal cyst nematode,CCN)小麦品系‘E-10’和易感材料‘中国春’为材料,通过人工接种禾谷孢囊线虫二龄幼虫,并在接种线虫后测定根部防御酶苯丙氨酸转氨酶(PAL)和脂氧合酶(LOX)活力变化,研究抗感性材料对线虫侵染后防御酶的响应,以了解作物的抗虫机制.结果发现,‘E-10’和‘中国春’防御酶活力变化存在显著差异,‘E-10’在线虫侵染后6 h,LOX酶活增强,在24 h达到最大值,酶活变化比‘中国春’迅速,暗示‘E-10’启动线虫防御反应更为有效直接.此外,发现小麦在接种线虫后会引起邻近未接种植株根部防御酶活力变化.‘E-10’在接种线虫后12 h,其接触组未接种材料根部PAL酶活增加0.9倍,LOX酶活增加1.1倍,并且‘E-10’未接种植株的酶活变化比‘中国春’更迅速,幅度更剧烈.表明可能有某些气态或挥发性物质参与了小麦防御线虫侵染过程,并且这种现象在抗感材料间差异显著.使用茉莉酸甲酯处理‘E-10’和‘中国春’,小麦根部PAL和LOX酶活并未产生与接触接种线虫材料相一致的变化,表明该气态或挥发性物质并非茉莉酸甲酯.     

不同硝/铵比值对小麦幼苗根系释放氢氧根的影响

为研发酸化土壤的生物修复技术,采用水培试验和自动电位滴定装置研究酸性条件下氮素形态对小麦幼苗根系释放氢氧根及培养液pH变化的影响。结果表明,小麦幼苗在初始pH值为4.0,n(NO3-)∶n(NH4+)比值(以下简称硝/铵比)分别为15∶1、3∶1和1∶1的营养液中培养6 d后营养液pH升高,且增幅随硝/铵比的增加而增大,小麦对硝态氮的吸收量和氢氧根释放量呈相同的变化趋势,说明小麦对硝态氮的吸收偏好导致根系释放氢氧根,进而使得培养液pH升高。小麦幼苗在硝/铵比为3∶1,初始pH值分别为4.0、4.5和5.0的营养液中培养6d后,培养液pH和氢氧根释放量的增幅随初始pH的升高而降低,说明低pH条件有利于小麦幼苗对硝态氮的吸收,可促进小麦根系释放更多的氢氧根。10 h的恒定pH试验结果表明,恒定pH条件下小麦根系释放的氢氧根数量大于非恒定pH条件,且硝态氮比例越大,差值越大。因此,可以根据小麦在酸性条件下对硝态氮的吸收偏好建立酸化土壤的生物修复方法,即调节硝态氮含量以加大小麦根系的氢氧根释放量,进而提高土壤pH。     

低含量Pb对Cd处理下冬小麦根际土壤氧化还原酶活性、BIF及C/N的影响

为正确评价重金属污染下冬小麦根际土壤微生态系统的安全性和稳定性,采用盆栽试验法研究了铅(Pb)含量低于国家"土壤环境质量标准(GB 15618-1995)"规定的Ⅱ类土壤环境基准值(350.00 mg/kg,干土)时,与镉(Cd)复合处理对冬小麦幼苗根际土壤氧化还原酶活性、肥力指数(Biological index of fertility,BIF)及碳/氮(C/N)的影响.结果表明:(1)幼苗生长3周时,Cd处理下过氧化氢酶和多酚氧化酶活性显著(P<0.05)增加,脱氢酶活性显著(P<0.05)降低;7周时多酚氧化酶和过氧化氢酶活性显著(P<0.05)降低;12周时,多酚氧化酶和脱氢酶活性显著(P<0.05)降低.此外,根际土壤生物学肥力指标BIF值主要表现为降低,而根际土壤C/N值在幼苗生长3周和12周时显著(P<0.05)降低,7周时却极显著(P<0.01)升高.(2)低含量Pb与Cd对脱氢酶和过氧化氢酶活性、BIF值主要起协同抑制效应,对多酚氧化酶活性表现出拮抗效应.幼苗生长3周和12周时,低含量Pb可减轻Cd对C/N值的降低效应,7周时,低含量Pb和Cd协同促进C/N值升高.土壤Pb含量低于国家"土壤环境质量标准"规定的Ⅱ类土壤环境基准值时,仍会明显影响Cd污染下冬小麦幼苗根际土壤的生化功能特征.     

Effects of of V,Cr single and combined stress on the growth and physiological characteristics of wheat seedling

采用水培法研究了V（Ⅴ）、Cr（Ⅵ）单一及复合胁迫对小麦幼苗生长和生理特性的影响.结果表明,无论单一或复合胁迫,随着V、Cr浓度的增加,小麦幼苗鲜重、株高、叶绿素含量均呈先上升后下降的趋势.当V≤5 mg.L-1、Cr≤10 mg.L-1,小麦的鲜重、株高、叶绿素含量均高于对照,当V〉5 mg.L-1、Cr〉10 mg.L-1,则分别比对照降低0.2%—46.8%、0.8%—40.7%和2.5%—76.9%.丙二醛含量随着V、Cr胁迫浓度的增加而增大,与对照相比,含量增加了7.5%—251.6%.在V、Cr单一胁迫下,随着金属浓度增加细胞膜透性增大,比对照增加17.8%—59.8%,根系活力则下降8.1%—53.0%;复合胁迫时细胞膜透性先下降后上升,但始终高于对照,比对照增加了0.6%—126.2%;根系活力呈先升高后下降的趋势,降低6.1%—97.3%.研究表明在低浓度范围,复合胁迫在一定程度上可以缓解单一金属对小麦的毒害,对小麦幼苗生长具有拮抗作用;在高浓度范围两种金属复合胁迫对小麦幼苗的损伤和毒害作用比单一金属伤害更为严重,表现为协同作用.单一胁迫中Cr对小麦幼苗的毒性比V大.     

草甘膦与镉复合胁迫对玉米幼苗抗氧化酶活性及光合作用的影响

为了探讨草甘膦(PMG)与重金属镉(Cd)复合胁迫对作物(玉米幼苗)生长的影响作用机制。通过温室盆栽试验,分别进行了不同浓度的PMG单一处理(浓度分别设计为0、1.25、2.5、5、10、20 mg·kg~(-1))和不同浓度的PMG(浓度分别为0、1.25、2.5、5、10、20 mg·kg~(-1))与浓度5 mg·kg~(-1)Cd2+的复合处理。采用分光光度法和连续激发式荧光仪分别对玉米幼苗抗氧化酶(过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT、超氧化物歧化酶SOD)、丙二醛(MDA)、叶绿素含量、荧光动力学曲线及相关参数进行了测定。结果表明,单一和复合胁迫分别在PMG浓度为1.25~5 mg·kg~(-1)、1.25~2.5 mg·kg~(-1)时,玉米幼苗通过增大抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性,清除积累过多的活性氧自由基,提高叶绿素含量的合成,加大光合作用速率,促进玉米幼苗的生长;单一和复合胁迫分别在PMG浓度为5~20 mg·kg~(-1)、2.5~20 mg·kg~(-1)时,由于玉米幼苗积累了过多的膜脂过氧化物,导致抗氧化系统损坏,阻碍叶绿素含量的合成,同时也损害了PSII的功能(MO、φPO、ΨO、φEO、φDO、ABS/RC、TRO/RC、ETO/RC、DIO/RC、PIABS),导致玉米幼苗光合作用受到抑制,阻碍幼苗的生长。研究表明,草甘膦单一胁迫和与重金属镉复合胁迫,对玉米幼苗酶活性及光合作用的影响,均随处理浓度的升高表现为双阶段性,低浓度促进,高浓度抑制;与同浓度的PMG单一处理相比,Cd2+的存在,加大了PMG单独存在时的损害作用,使得玉米幼苗对PMG胁迫的敏感浓度点从5 mg·kg~(-1)降低到2.5 mg·kg~(-1)。     

铜胁迫下镧对水稻幼苗生长及抗氧化酶活性的影响

通过液培实验,研究水稻幼苗在铜胁迫下,稀土元素镧对地上部及根系的生长、抗氧化酶(SOD和CAT)活性、脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量及质膜透性的影响.结果表明:水稻幼苗在铜胁迫(100 mg.l-1和200 mg.l-1CuSO4溶液)初期(0—3d),10 mg.l-1La(NO3)3能显著提高幼苗植株SOD的活性(p0.05),提高CAT的活性,降低幼苗植株MDA的含量.随着铜胁迫时间的延长(3—9d),抗氧化酶活性逐渐下降、MDA含量逐渐升高,表明了镧的保护作用开始减弱,在后期(第9天)甚至与铜发生协同作用,加剧了铜对水稻幼苗的毒害;其中,200 mg.l-1CuSO4溶液的协同作用更为明显,幼苗植株质膜透性明显增大(p0.05),生长受到抑制.分析表明,适量的稀土元素镧对铜胁迫下水稻生长具有一定的保护效应,但是这种效应与铜胁迫的浓度大小、胁迫的时间长短有着密切的关系.     

施用城市污泥对杨树土壤化学特性及金属含量的影响

采用温室盆栽方法,研究城市污泥对杨树土壤化学特性、金属含量的影响。实验设置6个处理：4个不同用量的污泥处理：30（S1）、60（S2）、90（S3）和120 t.hm-2（S4）,以及对照（Control：不施加污泥和肥料）和无机复合肥处理（F：1.5 t.hm-2）。结果表明,施用污泥后,土壤有机质、全氮及全磷均提高,且随污泥施用量的增加而增加。S1~S4处理的土壤有机质、全氮及全磷较Control处理分别提高了32.50%~52.05%、32.00%~95.30%及75.43%~236.25%;较F处理分别提高了47.60%~69.37%、35.04%~99.70%及77.10%~239.46%。但污泥施用降低土壤pH和全钾质量分数,土壤pH较Control和F处理分别下降了0.11~0.42和0.01~0.32,但仍呈弱碱性;土壤全钾质量分数较Control和F处理分别降低了1.65%~21.51%和1.19%~21.14%。随污泥施用量的增加,土壤Cu、Zn、Ca和Na质量分数呈增加趋势,而Mn、Fe、Al、Mg质量分数呈降低趋势,其中Cu和Zn增加明显,并较Control处理分别增加了31.89%~104.36%和38.93%~358.02%,较F处理分别增加了23.10%~90.75%和37.88%~354.55%。总体而言,污泥施用于杨树后,可明显改善土壤的化学特性,但污泥施用量越大,土壤重金属Cu和Zn的质量分数残留越多。