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耕作方式对土壤中微生物残体的影响研究进展

福建农业学报 2024年第2期39卷 237-242页

作者：李如欣高其松于迎鑫吕艺韩惠芳作物生物学国家重点实验室/土肥资源高效利用国家工程实验室/山东农业大学农学院山东泰安271018

微生物残体的续埋效应在农田生态系统中对土壤有机碳(SOC)的贡献超过了50%。合理的耕作方式能通过影响土壤微生物群落与团聚体,促进微生物残体在土壤中的积累。因此,研究微生物残体的作用机制,对分析长期高效的农田耕作措施对SOC的固持... 详细信息

微生物残体的续埋效应在农田生态系统中对土壤有机碳(SOC)的贡献超过了50%。合理的耕作方式能通过影响土壤微生物群落与团聚体,促进微生物残体在土壤中的积累。因此,研究微生物残体的作用机制,对分析长期高效的农田耕作措施对SOC的固持作用至关重要。本文综述微生物残体对SOC的贡献途径与大小、耕作方式对SOC和微生物残体的影响、耕作方式影响微生物残体的原因,分析耕作方式影响微生物残体调控SOC含量的作用机制,为农田固碳提供依据。

关键词：耕作方式微生物残体土壤有机碳

微塑料与农田土壤中典型污染物的复合污染研究进展

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环境科学 2024年第2期45卷 1196-1209页

作者：侯宇晴李冰王金花宋文慧王兰君王军朱鲁生山东农业大学资源与环境学院山东省高校农业环境重点实验室泰安271018

作为一种新型环境持久性污染物,微塑料除自身能够对生态系统产生不良影响外,其也可与周围环境中的共存污染物形成复合污染,从而产生更高的生态风险和健康风险.基于农业生态系统视角,聚焦重金属、农药和抗生素这3种农田土壤典型污染物与... 详细信息

作为一种新型环境持久性污染物,微塑料除自身能够对生态系统产生不良影响外,其也可与周围环境中的共存污染物形成复合污染,从而产生更高的生态风险和健康风险.基于农业生态系统视角,聚焦重金属、农药和抗生素这3种农田土壤典型污染物与微塑料的复合污染,综述了重金属、农药和抗生素在微塑料上的吸附-解吸行为,探讨了微塑料的结构与性质、污染物的理化性质以及环境条件对重金属、农药和抗生素在微塑料上吸附-解吸行为的影响,阐述了微塑料对农田土壤中重金属、农药和抗生素生物有效性的影响及内在机制,指出了当前研究存在的问题和不足并对未来研究方向进行了展望,可为微塑料与农田土壤典型污染物复合污染的生态风险评估提供科学参考.

关键词：土壤微塑料复合污染吸附-解吸生物有效性

西北灌区复种绿肥及减氮条件下春小麦产量及水分利用特征

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中国农业科学 2024年第11期57卷 2189-2201页

作者：张殿凯李盼范虹何蔚樊志龙胡发龙孙亚丽谭向念殷文陈桂平甘肃农业大学农学院/干旱生境作物学国家重点实验室

【目的】针对西北灌区春小麦生产中氮肥投入过高、水分利用效率低等问题，探讨复种绿肥及减量施氮对春小麦水分利用特征的影响，以期为优化春小麦生产的水资源高效利用提供理论依据。【方法】采用裂区设计，主区设麦后复种绿肥毛叶苕子... 详细信息

【目的】针对西北灌区春小麦生产中氮肥投入过高、水分利用效率低等问题，探讨复种绿肥及减量施氮对春小麦水分利用特征的影响，以期为优化春小麦生产的水资源高效利用提供理论依据。【方法】采用裂区设计，主区设麦后复种绿肥毛叶苕子（W-G）和麦后休闲（W）两种种植模式，副区设传统施氮(N3,180 kg·hm-2)、减施氮肥15%(N2,153 kg·hm-2)和减施氮肥30%(N1,126 kg·hm-2)3个施氮水平，于2020—2021年研究复种绿肥及减氮对春小麦产量、耗水量及水分利用效率的影响。【结果】麦后复种绿肥结合适量减施氮肥可提高春小麦播前土壤贮水量，W-G较W模式春小麦播前土壤贮水量增加11.5%—13.5%，麦后复种绿肥结合氮肥减施15%（W-GN2）与麦后复种绿肥结合减氮30%（W-GN1）较对照麦后休闲结合传统施氮量（W-N3）春小麦播前土壤贮水量分别提高12.1%—20.2%与15.2%—16.6%,W-GN2与W-GN1处理间无显著差异。W-G较W春小麦耗水量降低12.6%—13.7%，复种绿肥模式中以W-GN2降低春小麦耗水量幅度最大，较麦后休闲结合减氮15%（W-N2）、W-N3分别降低21.8%—25.8%、21.3%—26.3%;W-G通过降低春小麦拔节期至灌浆初期的耗水模系数，增大播种前期至拔节期与灌浆初期至成熟期的耗水模系数（两阶段耗水量占全生育期总耗水量的比例为60.5%—64.1%），有效协调春小麦前后生育时期的水分需求特征，增强了春小麦生长发育过程中水分供需同步性。相比W-GN1、W-GN3,W-GN2处理的调控效应更突出。W-G具有增产优势，较W增产13.5%—14.1%;W-GN2较W-N2与W-N3分别增产16.7%—18.4%与13.6%—14.6%。因而，W-G较W模式提高水分利用效率为29.4%—31.0%，麦后复种绿肥模式中，以W-GN2提高水分利用效率的幅度较大，较W-N2、W-N3分别提高44.2%—46.8%、39.1%—43.5%，较W-GN1、W-GN3分别提高36.2%—50.7%、9.1%—17.0%。【结论】麦后复种绿肥结合减施氮肥15%(即施氮153 kg·hm-2)较传统水氮管理提高春小麦产量及水分利用效率，可推荐为西北灌区春小麦水分高效利用的生产模式。

关键词：毛叶苕子减量施氮春小麦产量水分利用效率西北灌区

不同温度烧制的生物炭对苹果连作土壤真菌群落结构的影响

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园艺学报 2024年

作者：刘英浩李允吕伟静陈冉姜伟涛尹承苗毛志泉王艳芳山东农业大学化学与材料科学学院山东农业大学园艺科学与工程学院作物生物学国家重点实验室

根皮苷类酚酸类物质是造成苹果连作障碍的重要因素之一。以废弃苹果枝条为原料，研究不同温度烧制的生物炭对根皮苷胁迫下平邑甜茶（苹果砧木）连作土盆栽幼苗土壤中真菌群落结构以及多样性的影响。试验设置8个处理，分别为：连作土（... 详细信息

根皮苷类酚酸类物质是造成苹果连作障碍的重要因素之一。以废弃苹果枝条为原料，研究不同温度烧制的生物炭对根皮苷胁迫下平邑甜茶（苹果砧木）连作土盆栽幼苗土壤中真菌群落结构以及多样性的影响。试验设置8个处理，分别为：连作土（对照）、连作土壤中分别添加50 mg · kg-1根皮苷、300 ℃生物炭、400 ℃生物炭、500 ℃生物炭、300 ℃生物炭 + 根皮苷、400 ℃生物炭 + 根皮苷、500 ℃生物炭 + 根皮苷，盆栽处理120 d后，运用高通量测序技术对土壤真菌群落结构进行分析。结果表明：添加生物炭可以促进根皮苷胁迫下平邑甜茶幼苗的生长，改变连作土壤的真菌群落结构，使土壤真菌OUT（操作分类单元Operational Taxonomic Unit）特有数增加；通过PCoA分析以及UPGMA聚类分析得出，添加生物炭后土壤真菌的丰富度和多样性显著提高；生物炭对物种不同分类水平上的土壤真菌结构和功能产生了一定影响，土壤优势菌丰度变化较大。生物炭可通过改善土壤真菌群落结构缓解苹果连作障碍。。

关键词：苹果连作障碍根皮苷生物炭高通量测序土壤微真菌群落

长期定位耕作模式对小麦^(13)C同化物分配和籽粒产量形成的影响

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应用生态学报 2024年第4期35卷 926-932页

作者：王庆源陈甜于振文张振张永丽石玉山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室/农业部作物生理生态与耕作重点实验室山东泰安271018

明确长期定位耕作模式对小麦籽粒产量的影响及其生理原因,可为小麦的高产高效生产提供理论依据与技术支撑。以济麦22为试验材料,研究了连续14年旋耕(R)、少免耕(S)和隔两年深松+少免耕(SS)3种耕作模式对小麦植株冠层光截获、同化物转运... 详细信息

明确长期定位耕作模式对小麦籽粒产量的影响及其生理原因,可为小麦的高产高效生产提供理论依据与技术支撑。以济麦22为试验材料,研究了连续14年旋耕(R)、少免耕(S)和隔两年深松+少免耕(SS)3种耕作模式对小麦植株冠层光截获、同化物转运分配和籽粒产量形成的影响。结果表明:小麦叶面积指数在开花后14~28 d表现为SS处理显著高于其他处理;开花后21 d, SS处理小麦冠层的上层和中层光合有效辐射截获率和截获量均显著高于R和S处理;开花后同化物对籽粒的贡献率和^(13)C同化物在籽粒中的分配比例表现为SS处理均显著高于其他处理,且最大灌浆速率和平均灌浆速率均显著高于其他处理;SS处理的千粒重较R和S处理分别提高了8.7%和9.6%,籽粒产量较R和S处理分别提高了14.2%和19.4%。SS处理显著改善了小麦冠层的光能利用,促进了干物质的积累和转运,提高了籽粒灌浆速率,增加了粒重,获得了最高的籽粒产量,是本试验条件下的最优耕作模式。

关键词：耕作模式光截获 ^(13)C同化物籽粒灌浆籽粒产量

氮磷钾施用量对小麦旗叶^(13)C同化物分配、籽粒淀粉积累和肥料利用的影响

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应用生态学报 2024年第4期35卷 933-941页

作者：单晓宇魏庆薪于振文张永丽石玉山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室/农业农村部作物生理生态与耕作重点实验室山东泰安271018

探明节水补灌下华北平原小麦生产中氮磷钾肥的适宜施用量及其生理机制,可为小麦高产高效生产中制定合理的施肥方案提供理论依据。本研究设置4个氮(N)磷(P_(2)O_(5))钾(K_(2)O)施用量,分别为:0、0、0 kg・hm^(-2)(F_(0)),180、75、60kg·h... 详细信息

探明节水补灌下华北平原小麦生产中氮磷钾肥的适宜施用量及其生理机制,可为小麦高产高效生产中制定合理的施肥方案提供理论依据。本研究设置4个氮(N)磷(P_(2)O_(5))钾(K_(2)O)施用量,分别为:0、0、0 kg・hm^(-2)(F_(0)),180、75、60kg·hm^(-2)(F_(1)),225、120、105 kg·hm^(-2)(F_(2)),270、165、150kg·hm^(-2)(F_(3)),各处理均于小麦拔节期和开花期将0~40cm土层土壤相对含水量补灌至70%,研究小麦旗叶光合能力、^(13)C同化物分配、籽粒淀粉积累和肥料利用的差异。结果表明:F_(1)处理的小麦旗叶叶绿素相对含量、光合和叶绿素荧光参数、^(13)C同化物在各器官的分配量以及籽粒淀粉合成相关酶活性、淀粉积累量均显著高于F_(0),是其籽粒产量比F_(0)提高20.9%的重要生理基础。F_(2)和F_(3)处理上述指标及产量与F_(1)处理相比无显著增加,但肥料(氮/磷/钾)偏生产力和农学效率分别降低了17.5%~58.4%和12.7%~50.7%。综上,本试验在节水补灌条件下,F能够促进小麦旗叶光合同化物生产和籽粒淀粉积累,获得了较高的籽粒产量和肥料利用率。

关键词：小麦氮磷钾施用量 ^(13)C同化物分配淀粉积累肥料利用

补灌条件下施磷量对小麦不同茎蘖^(13)C同化物分配及其成穗的影响

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应用生态学报 2024年第4期35卷 942-950页

作者：惠凯善冉庆赏石玉张振于振文张永丽山东农业大学农学院/小麦育种全国重点实验室/农业农村部作物生理生态与耕作重点实验室山东泰安271018

为明确补灌条件下促进小麦分蘖发生成穗和磷肥高效利用的适宜施磷量及其生理机制,以‘济麦22’小麦品种为供试材料,设置低磷(90 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(1))、中磷(135 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(2))和高磷(180 kg P_(2)O_(5)·hm^(... 详细信息

为明确补灌条件下促进小麦分蘖发生成穗和磷肥高效利用的适宜施磷量及其生理机制,以‘济麦22’小麦品种为供试材料,设置低磷(90 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(1))、中磷(135 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(2))和高磷(180 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),P_(3))处理,以不施磷为对照(P_(0)),各处理拔节期和开花期土壤相对含水量均补灌至70%,测定了小麦分蘖节面积和内源激素含量、各蘖位分蘖发生数、光合参数、^(13)C同化物在各茎蘖的分配、籽粒产量及磷肥偏生产力。结果表明:与P_(0)和P_(1)相比,P_(2)显著提高了小麦分蘖节面积、反式玉米素(tZ)含量、主茎最上部展开叶光合参数、单株总茎蘖数和^(13)C同化物在各茎蘖的分配量,单株成穗数分别增加0.51和0.36个,籽粒产量分别增加40.3%和13.2%;P3处理下,小麦分蘖数增加,但单株成穗数减少,籽粒产量和磷肥偏生产力降低。中磷处理(135 kg·hm^(-2))为本试验补灌条件下小麦高产高效的适宜磷肥用量。

关键词：小麦施磷量分蘖成穗籽粒产量磷肥偏生产力

自噬相关基因FpAtg3参与假禾谷镰孢的生长和致病

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中国农业科学 2024年第6期57卷 1080-1090页

作者：董在芳丁腾腾单艺轩李洪连陈琳琳邢小萍河南农业大学植物保护学院/小麦玉米作物学国家重点实验室

【背景】假禾谷镰孢（Fusarium pseudograminearum）引起的小麦茎基腐病是我国小麦生产上的新病害。自噬是真核生物中普遍发生的细胞过程，调控多种植物病原真菌的生长发育和侵染，但其在假禾谷镰孢中的作用还不明确。【目的】明确假禾... 详细信息

【背景】假禾谷镰孢（Fusarium pseudograminearum）引起的小麦茎基腐病是我国小麦生产上的新病害。自噬是真核生物中普遍发生的细胞过程，调控多种植物病原真菌的生长发育和侵染，但其在假禾谷镰孢中的作用还不明确。【目的】明确假禾谷镰孢自噬相关基因FpAtg3在该病菌生长和致病中的作用，解析假禾谷镰孢致病机理，为小麦茎基腐病科学防控提供理论依据。【方法】从NCBI数据库中下载主要真菌的Atg3氨基酸序列，利用MEGA5.05构建系统进化树。利用Split-PCR策略构建FpAtg3基因敲除盒，经PEG介导的原生质体转化导入假禾谷镰孢野生型菌株中。利用潮霉素抗性筛选阳性转化子，并经PCR检测获得FpAtg3基因缺失突变体（ΔFpAtg3）。构建pKNTG-FpAtg3重组载体，导入ΔFpAtg3菌株，利用FpAtg3自身启动子启动FpAtg3的转录，以获得FpAtg3缺失突变体的回补菌株。利用假禾谷镰孢营养生长的培养基PDA、CM和MM测定菌丝生长速率和菌落形态；PDA培养基上测定菌丝形态和菌丝融合率；CMC培养液中测定分生孢子的产量及形态；皮氏培养基上测定孢子融合芽管调控的融合率。将假禾谷镰孢的菌丝块接种小麦胚芽鞘和大麦叶片测定病原菌的致病力，采用盆栽试验测定假禾谷镰孢引起的小麦茎基腐病。在PDA培养基中分别加入刚果红、SDS和过氧化氢测定假禾谷镰孢对细胞壁、细胞膜和氧化胁迫的耐受性。【结果】细胞自噬相关蛋白Atg3在真菌中非常保守，且与生物进化的方向一致，假禾谷镰孢FpAtg3与禾谷镰孢和尖镰孢的Atg3同源性最高。获得了FpAtg3基因缺失突变体和回补菌株，表型测定结果显示，与假禾谷镰孢野生型和回补菌株相比，ΔFpAtg3在营养培养基上的菌丝生长明显减慢，气生菌丝减少，菌丝呈波纹状卷曲，分生孢子产量减少，孢子变短，分生孢子分隔减少；野生型和回补菌株菌丝融合发生非常普遍，在相同条件下ΔFpAtg3的菌丝融合率和孢子融合芽管调控的融合率均明显降低；ΔFpAtg3侵染大麦叶片和小麦胚芽鞘造成的病斑较野生型和回补菌株侵染的病斑明显减小，盆栽试验进一步验证ΔFpAtg3的致病力降低；与野生型和回补菌株相比，ΔFpAtg3在刚果红、SDS和过氧化氢胁迫中的耐受性降低。【结论】自噬相关基因FpAtg3参与假禾谷镰孢的菌丝生长、分生孢子产生、菌丝融合、致病力以及对非生物胁迫的耐受性。

关键词：小麦茎基腐病假禾谷镰孢 Atg3 菌丝融合致病力

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基于机器学习的马铃薯叶片叶绿素含量估算

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1117-1127页

作者：李成举刘寅笃秦天元王一好范又方姚攀锋孙超毕真真白江平甘肃农业大学农学院甘肃兰州730070 省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃兰州730070 甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室甘肃兰州730070

为了提高马铃薯叶绿素含量估算模型的精度,使用无人机平台搭载多光谱相机,获取对照处理和干旱处理下马铃薯关键生育期的遥感影像,选取13种植被指数作为叶绿素含量反演模型的输入变量,使用多元线性回归(MLR)、支持向量回归(SVR)、随机森... 详细信息

为了提高马铃薯叶绿素含量估算模型的精度,使用无人机平台搭载多光谱相机,获取对照处理和干旱处理下马铃薯关键生育期的遥感影像,选取13种植被指数作为叶绿素含量反演模型的输入变量,使用多元线性回归(MLR)、支持向量回归(SVR)、随机森林回归(RFR)、决策树回归(DTR)构建马铃薯叶绿素含量估算模型。首先分析了植被指数与叶绿素含量之间的相关性,结果表明,在对照处理块茎形成期,CIre、GNDVI、NDVIre、NDWI、GRVI、LCI与叶绿素含量之间的相关系数绝对值在0.5以上,且存在显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)相关性;在马铃薯其他生育时期,13种植被指数与叶绿素含量之间的相关系数绝对值均在0.5以上,且存在极显著(p<0.001)相关性。然后对MLR、SVR、RFR和DTR等模型的精度进行比较,结果表明:SVR模型在对照处理块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期的预测效果均是最佳,R 2和RMSE在块茎形成期为0.89和2.11,块茎膨大期为0.59和4.03,淀粉积累期为0.80和3.18;RFR模型在干旱处理块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期的预测效果均是最佳,R 2和RMSE在块茎形成期为0.90和1.57,在块茎膨大期为0.87和2.16,在淀粉积累期为0.63和3.01。该研究为马铃薯叶绿素含量监测提供一种新的方法,后期可根据不同试验处理选择相应的估算模型。

关键词：马铃薯叶绿素含量多光谱支持向量回归随机森林回归决策树回归