镉在北京褐潮土中对玉米幼苗及其根际微生物的毒性效应

通过温室盆栽实验,研究了镉在北京褐潮土中对玉米(品种郑单958)幼苗的毒性效应及其生物富集特性,并通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,探讨了镉对玉米根际微生物群落结构的影响。结果表明,高浓度(>100mg·kg-1)镉对玉米幼苗的生长发育有明显的抑制作用,北京褐潮土中镉引起玉米幼苗株高下降1/2的效应浓度(EC50)为654.6mg·kg-1,引起玉米根部和地上部干质量下降1/2的EC50分别为323.6和110.2mg·kg-1,玉米幼苗地上部生物量(干质量)可作为评价重金属生态毒性的适宜终点。玉米幼苗对镉有一定的吸收累积效应,镉在玉米幼苗各组织中的浓度分布为根>茎>叶,其中根部对镉有一定的富集作用(生物富集系数BAF>1)。镉污染可引起玉米根际微生物群落结构发生改变,高浓度(1000mg·kg-1)镉可导致部分微生物种群数量减少甚至完全消失,表明镉污染可对植物幼苗、植物根际微生物以及植物-微生物之间的相互作用造成重要的干扰和威胁。     

不同施氮水平对玉米产量、氮素利用效率及土壤无机氮含量的影响

通过研究不同施氮水平对玉米产量、氮素利用率及土壤硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)残留量的影响,为氮肥的合理利用提供依据.在黑龙江省农业科学院科技园区布置田间小区试验,结果显示:玉米产量随施氮量增加而增加,施氮量为165 kg·hm-2时,氮肥利用率最高,当施氮量高于165 kg·hm-2,产量反而有降低的趋势,过量施氮也并不能增加玉米对氮素的吸收,因而氮素利用率也随施氮量的增加而降低.玉米收获后土壤剖面无机态氮质量分数的变化因施氮量的不同而表现出差异,0~80 cm土层硝态氮积累量随氮肥输入量的增加而显著增加,以表层(0~40 cm)硝态氮质量分数最高,中间层(60~80 cm)质量分数最低,100 cm以下土层以施氮量为165 kg·hm-2的处理土壤硝态氮积累量最低,降低了硝态氮淋溶风险;铵态氮的质量分数相对较低,不同的施氮量对土壤铵态氮质量分数的影响主要在0~20 cm土层,铵态氮质量分数与施氮量并无显著的相关关系.综合考虑玉米产量、氮素利用率与生态环境效益,以165 kg·hm-2(优化施氮量)为最佳氮肥施用量.     

松嫩平原玉米带农田表层土壤有机碳储量和固碳潜力研究

农田土壤有机碳储量和固碳潜力是陆地碳循环和全球气候变化研究中的一个重要问题。论文基于第二次土壤普查数据和实地取样数据,利用土壤类型法估算松嫩平原玉米带农田表层土壤有机碳储量,分析4个县市(德惠市、九台市、农安县、公主岭市)农田表层土壤碳库的饱和水平和固碳潜力,比较旱田与水田土壤固碳潜力的差异。结果表明,1980-2005年间,松嫩平原玉米带农田土壤有机碳储量增加了7.20 TgC。各县市农田土壤碳库的饱和水平以德惠市最大,为4.11 kgC·m^-2,九台市次之,公主岭市最低,为3.14 kgC·m^-2。假设在1980年土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,估算得到松嫩平原玉米带农田土壤的固碳潜力为8.17 TgC。从单位面积固碳潜力看,九台市最高,为0.77 kgC·m^-2,农安县次之,德惠市和公主岭市均低于松嫩平原玉米带。松嫩平原玉米带旱田和水田土壤碳库的饱和水平基本持平。     

施氮水平对小麦-玉米轮作体系氨挥发与氧化亚氮排放的影响

试验采用密闭室间歇通气法研究华北平原冬小麦（Triticum aestivum Linneaus）-夏玉米（Zea mays Linneaus）轮作体系在不同施氮水平下农田氨挥发和N2O排放。结果表明：冬小麦季和夏玉米季的氨挥发速率与N2O排放通量呈现出季节性动态变化,且随着施氮量的增加而增加,均在施肥后第2~3天出现峰值。玉米季氨挥发量和N2O排放量均高于小麦季,分别占整个轮作周期气态损失的53.5%~68.9%和54.7%~82.3%。轮作体系中氨挥发净损失量（以N计）为4.28~31.31 kg.hm-2,占施氮量的3.17%~5.80%;N2O净排放损失量（以N计）为50.95~1051.03 g.hm-2,占施氮量的比例为0.04%~0.23%。因此,施氮量是影响冬小麦-夏玉米轮作体系气态损失重要因素,且夏玉米季是控制控制气态损失的关键时期。     

地表反照率动态参数化方案研究——以玉米农田为例

利用2006-2008年锦州玉米农田生态系统野外观测站的通量、气象及生物因子观测资料研究了地表反照率(α)的动态参数化方案。结果表明:α与太阳高度角(h_θ)呈对数关系,与表层土壤湿度(SWC)呈对数或线性关系,与叶面积指数(LAI)呈指数或线性关系。非生长季,h_θ与SWC为α的主要影响因子,与α分别呈对数和线性关系时α的模拟精度明显好于其他关系,除初春外,大部时段的α模拟误差都较小。生长季,α主要受h_θ、SWC和LAI的影响。采用α分别与h_θ、SWC和LAI呈对数、线性和指数关系时α的模拟精度较高,受资料限制,大部分时段的α被明显低估,玉米营养生长阶段的模拟精度更差。引入植被覆盖度(F_veg)对裸土和植被分别赋权重所建立的α动态参数化模型,在生长季内α的模拟误差明显减小,营养生长时段α的模拟精度显著提高。该研究将为陆面过程模型提供动态的植被反照率参数,从而可提高模拟的准确性。     

玉米-土壤和大豆-土壤体系中95Zr的消长动态

采用模拟污染物的同位素示踪技术进行了⁹⁵zr在2种作物-土壤体系中的消长动态研究,并应用库室模型和非线性回归方法确定了各体系的拟合方程.结果显示:①玉米和大豆从土壤中吸收的⁹⁵Zr主要集中在根部,且根部中的⁹⁵Zr比活度随时间呈缓慢增加,并在经历一段时间后逐渐趋于动态平衡;其余各部位的比活度较低,较大部分接近于本底水平,表明⁹⁵Zr被玉米和大豆根系吸收后不易在其体内迁移、输运;②喷施进入土壤中的⁹⁵Zr主要滞留在表层(0～8cm)土壤中,其量占总量的97.5%以上,表明⁹⁵Zr被表层土壤吸附,不易随水流向下迁移;③对实验数据进行回归分析,得玉米和大豆植株中⁹⁵Zr比活度的消长动态拟合方程为C_m(t)=3.2067(1-e^01582t)和C_b(t)=3.0925(1-e^-0.1363t),经方差分析,表明回归方程较好地反应了⁹⁵Zr在玉米-土壤和大豆-土壤体系中的消K动态.     

转Cry1Ah基因抗虫玉米HGK60对生物多样性的影响

随着转基因作物种植面积的不断扩大,其潜在的环境风险也逐渐成为关注热点.为进一步明确转基因作物种植可能带来的生态环境安全问题,以2018年11月于海南省乐东黎族自治县种植的转Cry1Ah基因抗虫玉米HGK60（简称“HGK60”）及其对照常规玉米郑58（简称“郑58”）为研究对象,采用高通量测序及田间调查的方法,重点探讨了其环境释放对田间生物多样性的影响.结果表明:①HGK60种植对根际土壤微生物的影响仅出现在某些生育期,alpha多样性、beta多样性分析均显示,仅抽穗期、完熟期HGK60与郑58差异显著（P < 0.05）,但该差异并不会在玉米的整个生长阶段持续出现,至玉米收获后差异不再显著（P>0.05）;生育期是影响根际土壤微生物的因素之一.②玉米田间节肢动物共调查到节肢动物19 835头,隶属于7目19科60种.HGK60与郑58田间除螟蛾科数量在苗期、喇叭口期、抽穗期表现为差异显著（P < 0.05）外,其他物种的差异均仅表现在某个生育期,并未在整个生育期持续出现;从整体上看,HGK60田间节肢动物各生态学指标均与郑58差异不显著（P>0.05）.③玉米田间杂草发生种类主要有8科、16种,多为一年生杂草,HGK60种植对田间杂草密度及生态学指标均无显著影响（P>0.05）.研究显示,HGK60的种植会在部分生育期对根际土壤微生物产生影响,但玉米收获后影响不显著且其种植对田间节肢动物及杂草多样性无显著影响（P>0.05）.      

NTA对玉米体内Cu、Zn的积累及亚细胞分布的影响

通过向多金属复合污染土壤中加入螯合剂氨三乙酸(NTA)并运用差速离心法研究了NTA对玉米根、茎和叶中Cu、Zn亚细胞分布的影响.结果表明:Cu和Zn在玉米细胞内的分布特征与其吸收和富集重金属能力密切相关,NTA能显著促进Cu和Zn在玉米体内的吸收和积累并且影响重金属在细胞壁和液泡内的分布.在玉米细胞内,细胞壁是Cu的主要结合位点,其次为含液泡的细胞质部分,只有少量的Cu分布在叶绿体、线粒体、细胞核等细胞器组分中;Zn更趋向于分布在以液泡为主的细胞质中,并且在细胞器中也有较高的分布.在NTA诱导下,Cu和Zn在液泡内的分布呈强化趋势,有从细胞壁向细胞质转移的趋势,叶片中细胞器的重金属也部分向细胞质转移.     

生物炭对玉米苗期生长、养分吸收及土壤化学性状的影响

采用田间盆栽试验,研究了生物炭（biochar）对玉米（Gramineae）苗期生长（60 d）及土壤化学性质的影响。结果表明,在玉米苗期的前33 d,生物炭（48 t.hm-2）对玉米株高的生长有显著抑制作用,但随着玉米的生长发育,生物炭的抑制作用逐渐消失。收获时（播种后60 d）,生物炭对玉米植株干质量,N、P养分的吸收量没有显著影响;生物炭（12、48 t.hm-2）能显著提高土壤全N、有机碳质量分数,但对土壤全P、有效P、pH值没有显著影响。土壤全N、有机碳质量分数与生物炭用量（0、2.4、12、48 t.hm-2）为显著正相关（n=12,p〈0.01）。     

来自细胞工程技术的不同低磷耐受性玉米自交系磷营养特性分析

通过大田试验研究了5份不同低磷耐受性的玉米自交系在苗期、拔节期、籽粒成熟期的磷营养特征.结果表明:低磷条件下,磷吸收效率是玉米苗期和籽粒成熟期耐低磷特性差异的主要来源,而拔节期耐低磷特性则由磷吸收效率和利用效率共同决定.成熟期磷效率相关性分析表明,磷吸收效率与磷效率呈显著正相关,磷吸收效率是决定此时期磷效率的主要因素之一.在低磷条件下,来自细胞工程的4份玉米自交系与对照齐319相比,籽粒产量和磷响应度均存在较大差异,其中自交系SD-B和SD-C产量较高,分别为齐319的140倍和132倍.从籽粒产量和植株磷含量两方面来看, SD-B和SD-C可能为磷高效率高响应型. 低磷胁迫下, SD-B、 SD-C在不同生育期与其它3个自交系相比,均表现出磷吸收能力强的特点.