稀土对烤烟增产与品质改善的作用机理研究

通过在烤烟不同的生长期,对烤烟喷施不同浓度的稀土微量元素肥料(稀土微肥),研究烤烟产量、品质的变化情况,得知稀土微肥对增加烟叶产量、改善烟叶品质有帮助;并对其改善品质的作用机理进行了初步研究。     

水稻不同生育期As胁迫下As累积关键生育期

水稻不同生育期对As的吸收累积差异明显.为研究水稻糙米As累积的关键生育期,明确不同生育期吸收累积As对糙米As累积的贡献,本研究通过水培试验,分别在水稻分蘖期（30 d）、拔节期（16 d）、孕穗期（13 d）、灌浆期（17 d）、蜡熟期（15 d）、成熟期（13 d）和全生育期（104 d）添加外源As,及不添加外源As处理作为对照CK.结果表明：①不同生育期As胁迫对水稻植株生物量有显著影响,与对照CK相比,单一时期As胁迫处理中仅分蘖期As胁迫处理下植株生物量增加,其他处理均降低,其中孕穗期As胁迫处理最低,所有单一时期As胁迫处理植株生物量均高于全生育时期As胁迫下植株生物量;②6个单一时期As胁迫处理糙米中As含量均高于对照CK糙米中As含量,范围为0.08~0.24 mg ·kg^-1,其中孕穗期As胁迫处理糙米As含量最高,为全生育时期As胁迫处理糙米As含量的64.9%;③6个单一时期As胁迫处理糙米As的累积量均高于对照CK,范围为1.4~4.5 μg ·株^-1,其中孕穗期As胁迫处理糙米As累积量最高,其次是灌浆期,而全生育时期As胁迫处理糙米As累积量为5.7 μg ·株^-1,高于所有单一时期As胁迫处理糙米As的累积量;④水稻孕穗期累积的As对水稻成熟期糙米中As累积量的相对贡献率最大,为40.3%,其次为灌浆期,相对贡献率为26.0%,孕穗期和灌浆期是水稻成熟期糙米As累积的关键生育期.     

耕地结构变化下水土资源匹配时空特征效应分析——以黑龙江省为例

基于耕地利用水资源的供需视角,在综合考虑耕地利用类型、作物种植结构、作物生长期等条件的基础上,结合黑龙江省的国家气象站数据,对耕地利用需水量与有效供水量从微观尺度上进行分析,并以此对1990—2018年内不同生长期耕地利用水土资源匹配的时空动态进行分析。结果表明：1990—2018年间黑龙江省耕地结构不断变化,旱改水现象在2010— 2018年间最为普遍;作物生育前期与中期需水量较多,后期需水量较少,需水量逐年上涨,与水田占比变化保持较为一致,并且空间上需水量高值地区偏移规律与同时段内的旱地水田化现象保持高度一致;1990—2018年间,作物各生育期水土资源匹配程度均先降后升,大部分的水土资源匹配高值地区分布在有效降水量的高值地区与旱地地区的交接地带,可见天然降水仍是满足耕地作物用水的主要来源;近年来三江平原南部地区水土资源匹配程度严重下降,粮食单产下滑,建议该部分地区减少旱改水工程量,同时,松嫩平原西部地区水土资源匹配水平与粮食单产逐年上升,可适当进行旱改水工程。     

复合污染下Cu、Cr、Ni和Cd在水稻植株中的富集特征

掌握水稻对污染土壤中重金属的吸收和富集特征,为科学认识水稻中重金属的残留问题、健康风险提供理论依据。采用田间试验,研究了4个不同处理量Cu、Cr、Ni、Cd复合污染下水稻的富集特征及其随生育期的变化规律。结果表明,重金属在水稻植株各部位中吸收富集系数的大小依次为：Cd〉Cu〉Ni〉Cr,根部重金属吸收富集系数是地上各部位的吸收富集系数的2~100倍。各重金属在水稻植株不同部位的积累分布明显不同,成熟期水稻植株中Cu在水稻不同部位的质量分数为根〉茎≥叶〉米粒〉谷壳,Ni的分布规律为根〉叶〉茎〉米粒〉谷壳,Cr的分布规律为根〉叶〉谷壳≥茎〉米粒,Cd的分布规律为根〉茎〉叶〉米粒〉谷壳;且随着重金属处理量的增加,水稻植株不同部位的重金属质量分数也呈上升趋势。成熟期米粒中Cu、Ni、Cr和Cd的质量分数范围分别为：4.50~6.19、1.86~4.63、0.72~0.76和0.08~0.39 mg·kg-1,与无公害食品标准（GB15199-94、GBT2762-2005）相比,米粒中Cu和Cr的质量分数均未超标,而Ni和Cd（Cd高剂量处理时）的质量分数均超标,存在食用安全风险。重金属在水稻植株不同部位的质量分数随生育期均呈现先升后降的趋势,灌浆中期达到最大,而到成熟期又明显降低。不同重金属在水稻植株中的富集能力和分布规律均呈现明显差异,不同生育期水稻植株中重金属的质量分数明显不同但其质量分数变化呈明显规律性。     

基于CERES-Maize模型的吉林西部玉米干旱脆弱性曲线研究

自然灾害风险(Risk)是灾害损失的可能性,主要取决于致灾因子、脆弱性、暴露性以及防灾减灾能力四个因素。脆弱性(Vulnerability)衡量承灾体遭受损害的程度,是灾损估算和风险评估的重要环节,是致灾因子与灾情联系的桥梁。在全面收集研究区气象、土壤、土地类型、田间管理数据等资料的基础上,以吉林西部玉米干旱灾害作为研究对象,选取了吉林西部2001年、2002年、2004年以及2006-2009年7个案例干旱年的干旱致灾强度作为输入,运用CERES-Maize模型,模拟和计算出不同干旱致灾强度下不同生育期对最终产量起主要影响的关键指标的损失率,并且拟合出脆弱性曲线。结果表明,脆弱性对最终产量影响由高到低的生育期为抽雄-乳熟期、拔节-抽雄期、乳熟-成熟期、出苗-拔节期。研究结果可以为旱灾损失的快速评估、区域农业干旱灾害风险评估以及预警提供依据,为区域防灾避灾与管理工作提供科学依据。     

柠檬酸辅助甜高粱对南方典型母质土壤的镉修复效应

甜高粱生物量大,镉（Cd）吸收能力强,具有植物修复Cd污染土壤的潜力.为研究柠檬酸辅助甜高粱对南方典型母质土壤的Cd修复效应,在湖南省2种典型成土母质（中性紫泥田和黄麻砂泥田）Cd污染农田,开展甜高粱植物修复田间试验.结果表明：①柠檬酸对甜高粱生长无抑制,施用柠檬酸后甜高粱成熟期地上部生物量均呈现增大趋势,增幅为10.1%~24.7%;②甜高粱种植和柠檬酸施用降低了土壤pH值,其中柠檬酸施用进一步降低甜高粱各生育期土壤pH值,且在中性紫泥田降幅更大,降低了0.24~0.72个单位;③甜高粱种植和柠檬酸施用降低了土壤Cd总量,中性紫泥田和黄麻砂泥田降幅分别为23.8%~52.2%和17.1%~31.8%,并同时增大两地土壤Cd酸可提取态占比38.6%~147.7%和4.8%~22.7%;④柠檬酸施用显著提高甜高粱各部位Cd含量,中性紫泥田甜高粱茎和叶ω（Cd）分别为0.25~1.90 mg·kg^-1和0.21~0.64 mg·kg^-1,均高于黄麻砂泥田;⑤施用柠檬酸后中性紫泥田甜高粱成熟期地上部Cd提取量可达47.56 g·hm^-2.综上,柠檬酸可强化甜高粱修复Cd污染土壤效率,在中性紫泥田上效果更好,该技术具有重金属污染农田的边生产边修复潜力.     

镉污染对水稻不同生育期生长和品质的影响

通过盆栽试验,研究了在CK、5、10和20 mg·kg-1 4个不同镉处理浓度下,水稻生长发育农艺指标和部分品质指标的变化,同时分析了不同生育期水稻根系活力和伤流液中镉含量的变化规律.结果表明,淹水条件下,镉对水稻产生生育障碍的浓度比较高.土镉20.84 mg-kg-1时,水稻的经济产量减产超过10%,同时,糙米中直链淀粉的含量也显著增加.当土壤镉含量为4.48 mg·kg-1时,糙米中镉含量显著增加而蛋白质含量显著减少.在水稻不同的生长发育期,根系活力与伤流液中镉的含量表现出相同的变化趋势.伤流液中镉在营养生长阶段吸收最大,且与土壤中的镉呈线性关系.     

CO2倍增条件下不同生育期水稻碳氮磷含量及其计量比特征

生态化学计量比的变化特征在一定程度上可反映植物对环境条件变化适应的本质.本研究利用CO_2连续标记系统模拟大气CO_2体积分数升高(800×10-6)条件,探讨水稻各器官C、N、P含量及其计量比变化的特征.结果表明,CO_2倍增促进水稻各器官生长,并增加了根冠比.在植株生长过程中CO_2倍增可一定程度上降低不同生育期内秸秆全氮(TN)含量,同时使得水稻根系、秸秆和籽粒的C/N比值增大,降低N和提高P的利用效率.多重比较和韦恩图分析表明CO_2体积分数仅对水稻秸秆TN有着显著影响,对水稻养分含量及其计量比特征的变异解释率均为-1. 0%,即几乎不受CO_2倍增影响.在大气CO_2体积分数升高条件下,水稻各器官C、N、P含量及其计量比具有良好的计量学内稳性特征,同时在不同生育期内其计量比变化特征与"生长速率理论"相符.在农田管理措施中,可适当施加氮肥来缓解CO_2体积分数升高带来的养分平衡压力.     

水培试验下水稻Pb吸收累积关键生育期

水稻不同生育期对Pb的吸收累积差异明显.本研究通过水培试验,分别在水稻不同生育期(分蘖期、拔节期、孕穗期、灌浆期、蜡熟期和成熟期)和全生育期添加0.5 mg·L~(-1)的外源Pb,以全生育期不添加外源Pb作为对照,研究水稻不同生育期Pb吸收累积的影响,明确水稻吸收累积Pb的关键生育时期及对水稻植株和糙米Pb累积的贡献.结果表明:①单一生育期Pb胁迫处理时,水稻株高和分蘖数差异不明显,而全生育期Pb胁迫处理下水稻株高和生物量均受到明显抑制;②水稻成熟后不同部位的Pb含量差异表现为:根系茎节1其他茎节根基茎茎叶穗轴谷壳糙米;不同生育期处理下糙米Pb含量范围为0.1～1.2 mg·kg~(-1),其顺序为:孕穗期Pb胁迫拔节期Pb胁迫分蘖期Pb胁迫灌浆期Pb胁迫成熟期Pb胁迫蜡熟期Pb胁迫;③水稻植株Pb累积量相对贡献率在水稻生殖生长时期(灌浆期、蜡熟期和成熟期)较大,而水稻地上部位Pb累积量相对贡献率在水稻营养生长时期(分蘖期、拔节期和孕穗期)较大;④孕穗期是糙米Pb积累的关键生育期,对糙米Pb累积的相对贡献率为43.3%,其次是拔节期和分蘖期处理,相对贡献率分别为24.4%和21.3%;⑤建议在水稻孕穗期适度采用淹水灌溉、施加改良剂或叶面阻控等技术措施,以降低糙米Pb累积,实现Pb污染稻田安全利用.     

不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配及输入效率

为了研究不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配与输入效率,通过盆栽试验,采用13C-CO₂脉冲标记法,定量研究水稻不同生育期(分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期)内光合碳在水稻-(根际/非根际)土壤系统中的分配及其对根际、非根际土壤有机碳的贡献.结果表明:13C-CO₂脉冲标记6 h后,水稻地上部、根系和根际土中13C的丰度最大值均出现在分蘖期,分别达到1 864.7‰、842.6‰和-8.2‰,显著高于后3个生育期.分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期这4个生育期水稻光合13C在地上部的分配比例依次增加,而在根部和根际土中的分配比例逐渐减小;不同生育期水稻光合13C在水稻-土壤系统中的总回收率为72.0%～81.0%,在籽粒中的回收率由1.8%逐渐增至40.3%,在根部和土壤中的回收率逐渐下降,表明水稻生育前期光合作用更强,能够向地下部快速输入“新碳”.水稻生长至成熟后,茎叶中光合13C的分配比例由61.0%～93.1%降至32.8%～74.1%,而在籽粒、根部和根际土中的分配比例分别增加了1～2倍,表明水稻植株在生长过程中光合碳向籽粒和地下部传输.根际沉积效率随水稻的生长逐渐由分蘖期的11.0%降至灌浆期的4.1%;光合碳对土壤有机质的贡献也逐渐减低,而且对根际土的贡献显著大于非根际土,表明水稻生长速率决定了光合碳对土壤有机碳的贡献率,而水稻根际沉积效应是根际土壤有机质获得较高光合碳贡献率的主要原因.该研究进一步量化了水稻生长期间光合碳的分配及其对土壤有机碳库的贡献,有助于深入开展水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究.