农业综合

杨勤忠，林菲，冯淑杰，等

农业综合

水稻稻瘟病抗性基因的分子定位及克隆研究进展

杨勤忠，林菲，冯淑杰，等

目的：稻瘟病是世界范围内影响水稻（Oryza sativa）生产最主要的病害之一。培育和合理利用抗病品种是控制稻瘟病最经济、有效的措施。随着水稻及稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）基因组测序的完成，水稻-稻瘟病菌的互作已成为研究植物与真菌相互作用的模式系统。本文根据已定位的稻瘟病抗性基因的信息将这些基因整合到一张连锁图谱中，为抗病基因的研究及利用提供信息。方法：利用与抗性基因紧密连锁的分子标记的DNA序列以及日本晴的基因组参考序列（http：//rgp.dna.affrc.go.jp），通过生物信息学分析将其锚定到日本晴的基因组参考序列以及连锁图上，作成稻瘟病抗性基因的整合连锁图谱；根据已克隆的稻瘟病抗性基因的序列及结构，总结归纳抗性基因的结构类型。结果：对相关文献的分析可以看出，在过去50多年中，通过广泛的遗传分析，从水稻中已经鉴定了84个稻瘟病抗性基因及大量的数量抗性遗传位点（quantitative trait locus）。水稻除第3染色体外，在其他染色体上均有稻瘟病抗性基因的分布。稻瘟病抗性基因与其他作物中的抗性基因一样，具有成簇分布的特点，其中最大的3个簇分别位于水稻的第6、11和12染色体上。在第6染色体上至少10个抗性基因（Pi2、Pi9、Pi22、Pi25、Pi26、Pi40、Pi42、Pigm、Piz和Piz-t）成簇分布于短臂近着丝粒附近。在第11染色体上，目前至少定位了21个抗性基因，其中13个基因（Pi1、Pi7、Pi18、Pi44、Pif、Pik、Pik-g、Pik-m、Pik-p、Pik-s、Pik-h、Pilm2和Pikur2）成簇分布于Pik位点附近。在第12染色体上，目前至少已定位了16个抗性基因，其中14个基因（Pi4、Pi6、Pi12、Pi19、Pi20、Pi21、Pi24、Pi31、Pi32、Pi39、Pi157、Pita、Pita-2和Pitq6）在着丝粒附近构成了一个大的抗性基因簇。另一方面，通过图位克隆法已从水稻中成功地分离、克隆了9个稻瘟病抗性基因，即Pib、Pita、Pi2、Pi9、Piz-t、Pid2、pi21、Pi36和Pi37。从基因所编码的蛋白质结构来看，Pib与Pita、Pi2、Pi9、Piz-t、Pi36和Pi37等7个基因均编码具有核苷酸结合位点（nucleotide-binding site，NBS）-富含亮氨酸重复（leucine-rich repeats，LRR）保守结构域的蛋白质，而Pid2编码B-Lectin-激酶（B-Lectin-PK），定位于细胞质膜上，是一类新的蛋白。在这些基因中，单个氨基酸的突变造成了抗性基因Pita、Pi36及Pid2抗性功能的丧失。此外，隐性的部分抗性基因pi21编码一类全新的蛋白，在该蛋白的N端具有重金属结合域（heavy metal associated domain），C端具有富含脯氨酸域（prolinerichregion）。推测pi21与其他的小种专化抗性基因在抗病信号传导途径上不同，该基因可能参与了寄主的基础抗性。结论：尽管已经鉴定及定位了84个稻瘟病抗性基因，但是，由于大量的基因只是被粗略地定位于特定的基因簇内，而且使用的作图群体和鉴定菌株不同，因此，基因之间的等位性关系以及抗谱差异尚不明确，由此很难判断基因之间的异同。一个合理的判断是，实际鉴定到的基因数量可能并没有命名的那么多。经典遗传学上定义的等位基因可能代表了2个在分子水平上连锁非常紧密的基因。因此，通过基因的精细作图、克隆以及基因间抗谱的测定将有助于进一步澄清基因簇内各个基因之间的关系。分子生物学的发展极大地推进了稻瘟病抗性遗传研究的进程，而大量定位的稻瘟病抗性基因为采用MAS（marker-assisted selection）技术开展抗性育种奠定了基础。水稻基因组测序的完成，进一步加快了抗病基因的定位、克隆及其演化机制的研究。越来越多的稻瘟病抗性基因与无毒基因的克隆将有助于揭示抗病信号的传导途径，以及水稻-稻瘟病菌协同进化的分子机制，为建立新的稻瘟病防治策略提供理论依据。

来源出版物：中国农业科学, 2009, 42(5)：1601-1615

入选年份：2014

长期施肥对中国3种典型农田土壤活性有机碳库变化的影响

张璐，张文菊，徐明岗，等

摘要：目的：不均衡施用化肥会导致土壤总有机碳和活性有机碳含量下降，化肥与有机肥配施可以提高土壤总有机碳和活性有机碳含量，但由于受到气候、土壤母质和轮作方式等诸多因素的影响，土壤有机碳及其组分对相同施肥措施的响应在不同区域差异较大。本研究以中国3个典型区域（东北、西北和南方）的3种典型农田土壤（黑土、灰漠土和红壤）为研究对象，以3个长期定位试验为基础，通过分析探讨长期不同施肥措施下土壤总有机碳与活性有机碳在时间及空间上的变化特征，从而为土壤地力培育和农业可持续发展提供科学依据。方法：3个长期定位试验分布于中国东北公主岭（黑土）、西北乌鲁木齐（灰漠土）和中南部祁阳（红壤），均起始于1990年，试验处理包括不施肥（CK）、单施化学氮肥（N）、化学氮磷肥（NP）、化学氮磷钾肥配施（NPK）、常量有机与无机肥配施（NPKM）、增量有机与无机肥配施（1.5 NPKM）、秸秆还田配施氮磷钾肥（NPKS）。公主岭黑土试验点为一年一熟玉米连作，肥料用量为年施用N 165 kg·hm-2，P2O582.5 kg·hm-2，K2O 82.5 kg·hm-2，有机肥为猪粪或牛粪，NPKM和1.5NPKM的有机肥年施用量分别为30和45 t·hm-2，小区面积400 m2，无重复。乌鲁木齐灰漠土为一年一熟小麦—小麦—玉米轮作，1990—1994年肥料用量为年施用N99 kg·hm-2，P2O559 kg·hm-2，K2O19.8 kg·hm-2，1994年后N、P2O5、K2O分别为242、145、48 kg·hm-2，有机肥为羊粪，NPKM和1.5NPKM的有机肥年施用量分别为30和45 t·hm-2，小区面积468 m2，无重复。祁阳红壤为一年两熟小麦-玉米轮作，肥料用量为年施用N 300 kg·hm-2，P2O5120 kg·hm-2，K2O 120 kg·hm-2，有机肥为猪粪，NPKM和1.5NPKM处理猪粪年施用量分别为42和63 t·hm-2，玉米季施肥量占施肥总量的70%，小麦季占30%，小区面积196 m2，随机排列，重复2次。3个试验点的NPKM和1.5NPKM处理中，有机氮施用量占全氮的70%，有机肥不考虑磷、钾养分。各试验点每年作物收获后的9—10月采集土壤样品，用土钻取0～20 cm具有代表性的样点5个，混合均匀，自然风干后，磨细过0.25 mm筛，分别用常规K2Cr2O7氧化法和KMnO4氧化法测定土壤总有机碳和活性有机碳含量。结果：16年后，不施肥（CK）灰漠土总有机碳、活性有机碳及比例均呈显著下降趋势，下降幅度分别为11.7%和34.9%，且活性有机碳占总有机碳的比例也显著下降了5.4个百分点，黑土和红壤总有机碳和活性有机碳含量基本保持不变；长期施用氮肥（N）3种土壤总有机碳含量基本保持不变，但活性有机碳所占比例显著下降，其中黑土下降幅度高达9.5个百分点；化肥配施（NP、NPK）后，黑土和灰漠土活性有机碳占总有机碳的比例仍显著下降，红壤则略呈上升趋势；有机无机配施（NPKM、1.5NPKM），3种土壤的总有机碳、活性有机碳及活性有机碳占总有机碳的比例均显著提高，其中红壤上升幅度最大，NPKM处理提高幅度分别为80.6%、146.2%和7.5个百分点，其次是灰漠土，分别提高了64.4%、138.0%和5.0个百分点；实施秸秆还田（NPKS）后，红壤的总有机碳、活性有机碳及活性有机碳占总有机碳的比例分别增加了21.6%、59.0%和7.5个百分点，黑土和灰漠土则相对较稳定。CK、N、NP、NPK、NPKS处理活性有机碳含量为黑土＞红壤＞灰漠土，NPKM和1.5NPKM处理表现为黑土＞灰漠土＞红壤；16年后活性有机碳占总有机碳的比例，不施肥处理表现为黑土大于灰漠土和红壤，施肥处理表现为红壤大于黑土和灰漠土。同一土壤上活性有机碳含量表现为有机无机肥配合施用＞秸秆还田＞施化肥处理＞不施肥处理。结论：16年不施肥或只施氮肥种植，东北黑土与南方红壤总有机碳含量基本维持不变，但加速了土壤活性有机碳的消耗，红壤活性有机碳占总有机碳的比例显著下降，长期不施肥西北灰漠土总有机碳数量和活性有机碳及比例均显著下降，施氮肥比不施肥均有所上升。NPK配施与秸秆还田能有效维持东北黑土总有机碳与活性有机碳的含量与比例，遏制西北灰漠土有机碳数量和活性有机碳比例的下降趋势，提高南方红壤有机碳含量和活性碳所占的比例。长期有机无机配施是提高3种典型土壤有机碳含量和活性有机碳所占比例的有效措施，增施有机肥的效果更为显著。

来源出版物：中国农业科学, 2009, 42(5)：1646-1655

入选年份：2014

不同氮肥群体最高生产力水稻品种的物质生产积累

马群，杨雄，李敏，等

摘要：目的：氮是影响水稻光合作用的重要营养元素，而水稻产量的高低又主要取决于自身光合物质的积累及其分配、运输和转化是否协调合理。因此，研究氮肥对不同水稻品种在干物质生产积累特征方面的影响，进而明确氮肥群体最高生产力不同的品种干物质生产特征及其变化规律，可以为水稻生产中氮肥的合理施用和更高产量的形成提供重要理论依据。方法：于2009—2010年挑选广泛应用且最适宜在长江中下游地区种植的50个早熟晚粳品种为供试材料，设置7个氮肥群体（0、150.0、187.5、225.0、262.5、300.0、337.5 kg·hm-2），得出各品种在这7个氮肥群体下出现的最高生产力及其对应施氮水平，将该最高生产力定义为氮肥群体最高生产力。根据各品种的氮肥群体最高生产力将50个供试材料分成4个生产力等级：低层水平（氮肥群体最高生产力≤9.00 t·hm-2）、中层水平（9.00 t·hm-2≤氮肥群体最高生产力≤9.75 t·hm-2）、高层水平（9.75 t·hm-2≤氮肥群体最高生产力≤10.50 t·hm-2）、顶层水平（氮肥群体最高生产力≥10.50 t·hm-2）。在此基础上，分别于拔节期、抽穗期、成熟期对各类型品种间的干物质积累量、叶面积指数、光合势、群体生长率、净同化率等方面进行系统的比较研究。结果：（1）在总施氮量0～337.5 kg·hm-2范围内，随着氮肥群体的增加，50个粳稻品种在拔节、抽穗期干物质积累量均显著增加，而成熟期则表现为先增后减的变化趋势。（2）拔节期群体干物质积累量随着生产力等级的增加而减小，抽穗期4个生产力等级间的干物质积累量差异较小，成熟期干物质积累量则随着生产力等级的增加而显著增加。（3）水稻生育前期（播种至拔节阶段）干物质积累量与氮肥群体最高生产力呈显著负相关，表现为随生产力等级增加而减小；而生育中、后期（拔节至抽穗和抽穗至成熟阶段）干物质积累量与氮肥群体最高生产力呈显著正相关，表现为随生产力等级增加而增加。各生育阶段干物质积累量占总干物重的比例变化规律与阶段干物质积累量一致。（4）不同生产力等级水稻品种的经济系数随着生产力等级的增加而显著增加。（5）拔节前4个生产力等级品种间叶面积指数和光合势差异较小，而群体生长率和净同化率则随着生产力等级的递增呈显著递减趋势；拔节至抽穗及抽穗至成熟阶段，叶面积指数、光合势、群体生长率和净同化率均随着生产力等级的递增呈增加趋势。结论：水稻品种的干物质积累量与氮肥群体最高生产力在拔节前呈显著负相关，而在拔节至抽穗和抽穗至成熟阶段则呈显著正相关。氮肥群体最高生产力处于顶层水平的品种干物质生产在抽穗至成熟阶段优势明显，抽穗至成熟阶段较高的叶面积指数、光合势、群体生长率和净同化率以及较高的经济系数是水稻品种获得氮肥群体最高生产力的重要保证。

来源出版物：中国农业科学, 2011, 44(20)：4159-4169

入选年份：2014

大麦SSR标记遗传多样性及其与农艺性状关联分析

赖勇，王鹏喜，范贵强，等

摘要：目的：随着分子生物学技术的发展，分子标记种类及检测手段日趋完善，分子标记技术已广泛应用于大麦遗传多样性和辅助选择育种等研究。对亲本材料进行遗传多样性研究，可有效减少相似遗传背景的组合，指导亲本杂交组合配置。寻找与目标性状相关联的分子标记，可以为分子标记辅助育种奠定重要基础。论文利用SSR标记分析大麦亲本材料的遗传多样性，寻找与部分农艺性状相关联的分子标记，为大麦杂交组合的配置及分子标记辅助育种提供依据。方法：田间统计113份大麦亲本材料的株高、穗长、芒长、穗粒数和小穗着生密度等农艺性状。利用86个SSR标记对113份大麦亲本材料进行多态性扫描，以二进制和基因型记录SSR分析结果：相同迁移率条带的记为1，无带记为0；等位基因以大写字母A、B、C等表示。通过软件Popgene 32进行基因频率和Shannon指数统计分析，以NTSYS-pc计算遗传相似系数并进行聚类分析。挑选合适的57个标记用Structure 2.3.1软件进行群体遗传结构分析，计算每个材料的Q参数。在此基础上采用Tassel 2.1 GLM（general linear model）和MLM（mixed linear model）方法进行标记与农艺性状的关联分析：GLM分析中以Q作为协变量进行回归分析；MLM采用Q+K方法分析。结果：86对引物在113份材料中共检测到200个等位变异，变幅为1～5个，平均每个标记2.3个，其中标记EBmac603检测到的等位变异最多（5个），HVGLUEN等14个非多态标记最少，只有1个等位变异。基因频率变幅为0.0088～1.0000，Shannon指数变幅为0～1.2236，平均值为0.4983，标记EBmac603的Shannon指数最高。113份大麦亲本材料的遗传相似系数（GS）变异范围为0.5504～0.9897，平均值为0.7477。其中，P00-1与35490的GS值最大（0.9897），表明二者亲缘关系最近，其次是Sampson与35521（0.9716）和SD84-22与35521（0.9689）。Z120V002W与关东黄金瓜GS值最小（0.5504），说明二者亲缘关系最远，其次是Z193V020W与富士二条（0.5581）。通过群体遗传结构分析将供试材料分为4个亚群，分别包含35、31、41、6份材料。以GLM分析，发现9个与株高（3个）、穗长（1个）、芒长（3个）、穗粒数（2个）和小穗着生密度（3个）显著相关联的标记（P＜0.01），各标记对表型变异的解释率在0.0507～0.2766。其中，标记HVM31同时与穗长、小穗着生密度相关，EBmac788、HVSS1均与芒长和小穗着生密度相关。以MLM分析，发现6个与株高（3个）、芒长（1个）和小穗着生密度（3个）显著相关的标记（P＜0.01），各标记对表型变异的解释率在0.0238～0.1999。这些标记分别位于1H、2H、3H、4H和7H染色体，其中标记HVSS1（7HS）在两种方法中均检测到且同时与芒长和小穗着生密度相关。结论：利用SSR标记分析了113份大麦亲本材料的遗传多样性及群体遗传结构，大部分材料亲缘关系较近，需要引入一些新的材料，拓展亲本遗传基础。并通过两种关联分析模型，分别寻找到了9个与株高、穗长、芒长、穗粒数和小穗着生密度相关联，6个与株高、芒长和小穗着生密度相关联的标记，这些标记分别位于1H、2H、3H、4H和7H染色体。

来源出版物：中国农业科学, 2013, 46(2)：233-242

入选年份：2014

施用生物质炭后稻田土壤性质、水稻产量和痕量温室气体排放的变化

张斌，刘晓雨，潘根兴，等

摘要：目的：生物质炭的农田土壤应用是近年来研究的热点，尤其是生物质炭对农田土壤的固碳减排作用及对作物生产力的效应。目前大多数研究集中在室内培养研究和短期观测，而生物质炭施用对稻田土壤性质、水稻产量及CH4和N2O排放的影响随施用后年限的变化还不是十分清楚。研究稻田一次施用生物炭连续2年对土壤肥力、温室气体排放及水稻产量效应，为合理施用生物质炭，从而促进水稻生产可持续的低碳发展提供科学依据。方法：（1）试验地选择与试验设计：田间试验在四川省农业科学院的试验田进行。试验所用生物质炭由三利新能源有限公司提供，原料为小麦秸秆炭，在施入大田前磨碎过筛。试验开始于2010年，设生物质炭与氮肥两个因素，其中生物质炭设0（C0）、20 t·hm-2（C1）和40 t·hm-2（C2）3个水平，氮肥设0（N0）和240 kgN·hm-2（N1）2个水平，共6个处理，3次重复。生物质炭在2010年5月底水稻移栽前与基肥一起翻埋于土壤耕层10 cm左右，其中施肥依水稻生育期分配进行，2011年水稻季氮肥施用同2010年，不再施用生物质炭。（2）土壤样品采集分析与温室气体观测：土壤样品分别在2010年和2011年水稻收获后采集，分析测定土壤有机碳、全氮和pH。稻田土壤CH4和N2O排放通量采用静态暗箱-气相色谱法测定，水稻移栽后每周采气一次，采气时间固定在上午9：00—11：00，所收集气体样品带回实验室在Agilent7890A气相色谱仪上同时测定样品中CH4和N2O气体含量。（3）数据处理与统计检验：进一步对所获得数据进行分析，计算综合温室效应（GWP）、碳强度（GHGI）、生物质炭效应强度、化肥氮的N2O排放系数等指标。结果：施用生物质炭在土壤性质改善、温室气体排放与作物产量方面具有不同程度的正效应。（1）稻田施用生物质炭显著增加土壤有机碳含量，C1下增加幅度为12%～18%，C2下增加幅度达50%～55%；土壤pH的变化与之相似，但变化幅度在10%左右；但全氮变化与有机碳不同，其含量与生物炭用量与施氮与否有关，且第二年的增加幅度明显高于第一年。而土壤容重变化与有机碳与全氮均不相同，不施氮下，其随生物质炭用量的增加而降低，而施氮下当年无显著变化，而次年较对照降低。（2）生物质炭施用的不同处理间水稻产量没有显著变化，但次年的较前一年显著增产。（3）施用生物质炭下CH4排放两年对比变化突出，且依氮肥施用而异，不施氮肥下，施用生物质炭显著提高当季土壤CH4排放（20 t·hm-2用量时），但次年无影响。施用氮肥下，不同用量生物质炭对土壤CH4排放无显著影响，仅而次年CH4排放有所降低；生物质炭对不施氮肥土壤当季N2O排放无显著影响，并降低次年的排放。然而，施用氮肥条件下，生物质炭连续两年显著降低了土壤N2O的排放，其降幅高达66%。（4）施氮肥条件下，连续两年生物质炭处理降低稻田痕量温室气体的综合温室效应及其水稻生产的碳强度，特别是40 t·hm-2的高用量下。结论：在连续两年内，稻田采用生物质炭配施氮肥的管理措施对改善土壤性质和稳定水稻产量具有持续效应，高用量生物质炭（40 t·hm-2）显著降低稻田CH4和N2O痕量温室气体排放的综合温室效应和水稻生产的碳强度，且在连续两年内具有稳定的持续性，因此，生物质炭在稻作农业中施用可以作为一种低碳生产和稳定水稻产量的一种技术选择。

来源出版物：中国农业科学, 2012, 45(23)：4844-4853

入选年份：2014

气候变化对农业影响研究综述

赵俊芳，郭建平，张艳红，等

摘要：目的：近几十年来，中国科学界在气候变化对农业的影响方面，特别是气候变化对农作物生长发育、产量、品质、种植布局、农业成本等方面开展了大量的科学研究工作，取得了一系列科学成果。本文拟从这些方面对研究成果进行综述，以期为准确评价气候变化对中国农业生产的影响、制订相应对策、采取适应措施等提供理论依据。方法：通过查阅国内外文献，综述了气候变化对农业影响的研究方法和气候变化对农作物生长发育和产量、品质、种植布局、农业成本的影响几个方面。结果：通过综述了近几十年来中国学者在气候变化对农业影响方面的研究成果，主要分气候变化对农业影响的研究方法和气候变化对农作物生长发育和产量、品质、种植布局、农业成本的影响几个方面。并指出了存在的问题、有待改进的方面和研究发展的方向：（1）气候变化对农业影响评价的不确定性主要来自评估模型的不确定性和气候变化情景的不确定性。全球气候模式本身分辨率较低，且模式本身存在诸多不确定性。绝大部分气候变化影响、适应性和脆弱性评估模型是以定量的气候和非气候情景包括社会经济和环境情景作为输人参数。因而，气候变化影响评估最主要的不确定性来源之一，就是各种情景假设的不确定性。气候变化情景的不确定性主要来源于气候模式的不完善和未来温室气体排放情景的不确定。后者主要来源于不能准确地描述未来几十、上百年社会经济、环境变化、土地利用变化和技术进步等非气候情景。这些都将使最后评价结果有较大的不确定性，因此，尚需进一步加强和改进相关的研究工作。（2）目前作物生长模型还存在诸多不足，有待进一步深入研究。作物生长模型现在或今后都将成为农业研究和资源研究的有效工具，但是，目前所研制的作物模型存在诸多不足。主要表现在：（1）作物模型研究的总趋势是朝向基于过程的动态机理模型，而已有的作物模型即使是机理模型，模型中作物生长或环境动态的某些过程（如LAI的发展动态、叶片衰老过程、干物质分配等）仍然是建立在经验关系之上的。（2）作物模型本身大部分是单点模型，还没有完全普遍适用的用于大尺度模拟的作物模型。（3）与实际生产密切相关的部分模块考虑的不够全面，如病虫害模块、经济人文因素模块、土壤的生理生化过程模块等。（4）极端天气气候对农业影响的研究有待进一步加强。农业是对气候变化响应最为敏感的领域之一。气候变化背景下，全球范围异常气候出现的概率将大大增加，这些极端天气事件将对农业的生产和可持续发展产生重要影响，尤其是极端天气事件的增多，势必导致世界粮食生产的不稳定。因此，气候变化背景下继续加强此方面相关问题的研究将是未来农业科学家研究的重要课题之一。（5）FACE（Free Air CO2Enrichment）系统是一个模拟未来CO2浓度增加的微域生态环境，FACE实验尚需进一步推广。根据冠层CO2浓度测定的结果，由控制系统实时调节FACE圈内的CO2浓度，使之保持在高于对照的设定浓度值。由于FACE圈没有任何隔离设施，气体可以自由流通，因此十分接近自然生态环境。在这一微域生态环境条件下进行CO2增加的模拟试验，获得的数据更接近于真实情况。另一方面由于FACE研究所提供的水稻材料数远多于室内实验，可同步进行生理、生态和生化等多学科的研究，有利于揭示水稻对FACE响应和适应的深层机理。因此，国际上普遍认为FACE是研究大气CO2浓度增加后陆地生态系统响应的最佳方法。目前，开展水稻FACE研究的国家主要是日本和中国，日本于1996年开始在岩手县建立世界上第1个水稻FACE系统，并于1998年正式开始运行；中国于2001年在江苏无锡建立了世界上第2个水稻FACE系统（亦是世界上第1个稻麦轮作FACE研究平台），并于当年启动了对水稻的研究。通过近10 a的试验研究，已经取得了一系列科学成果，并将在大气CO2浓度增加对农田生态系统结构和功能影响研究方面获得一系列有自主知识产权的创新认识和科学成果。因此，很有必要进一步推广，这将为研究气候变化对农业的影响及其机理方面起到积极作用。结论：气候变化对农业生产影响的研究成果，对准确评价气候变化对农业生产的可能影响及其发展趋势、制订适应与减缓气候变化不良影响的对策与措施起到了重要作用。然而，目前关于气候变化对农业影响评估方法和结果方面还存在很大的不确定性和许多亟待解决的问题，尚需进一步深入研究。

来源出版物：中国农业气象, 2010, 31(2)：200-205

入选年份：2014

植物对低温环境的响应及其抗寒性研究综述

曹慧明，史作民，周晓波，等

摘要：目的：极端气候事件越来越成为全球气候变化的主要表现形式。作为极端气候事件特征之一的低温对植物的生长、发育和分布有着重要的影响。本文综合评述植物对低温环境的响应和适应（抗寒性），以期为植物与全球气候变化关系的深入研究提供科学参考。方法：在查阅和分析低温与植物关系的科学文献的基础上，从植物形态结构、内含物质和光合作用等角度综合述评了植物对低温环境的响应，进而综合评述了光、水分和温度等环境因子与植物对低温环境适应（抗寒性）的关系，最后就未来的研究重点提出了建议。结果：低温胁迫会对植物形态产生显著影响，耐低温植物的根、茎、叶等器官会发生相应变化以适应低温环境；植物的解剖结构及超微结构在低温胁迫下也会产生相应变化。遭受低温环境胁迫，植物体内会发生复杂的生理生化变化来响应外界的低温环境；一旦受到低温胁迫伤害，细胞膜的组成物质和功能首先会发生改变；低温环境使植物体内积累脯氨酸，可溶性碳水化合物含量也会在低温条件下增加。低温下植物的光合作用主要受非气孔调节因素的限制，这可能与低温下参与光合反应的酶活性降低或光合机构受损有关；在响应温度的季节性改变时，不同的植物表现出不同的适应性，多年生木本植物更倾向于增加自身抗冻性来度过寒冷的冬天，而一年生草本植物则维持较高的光合能力，使碳吸收达到最大水平。植物的抗寒性受所处环境条件的影响很大，光照、水分和温度等外界因素会影响植物的抗寒水平。生理休眠是植物进行抗冻锻炼，提高抗寒能力的前提条件；越冬植物进入休眠的动因与光周期有关，单一的短日照即可诱导植物进入生理休眠，增强抗寒性。低温直接引起植物细胞的伤害，导致水分的典型亏缺，即使水分充足植物也不能继续吸收水分，此时低温与干旱往往同时作用于植物体；适度的水分亏缺与植物抗寒性增加有关，植物组织含水量的下降，减少了冰冻对机体的机械损伤，是冷适应的一种典型特征，同时反映了低温下植物新陈代谢变化的复杂性。植物的抗寒性存在季节性波动，在秋季，植物适应逐渐降低的温度，进入冷驯化阶段，抗寒性增加，冬季中期抗寒性达到最大；在春天，温度上升，植物脱驯化，抗寒性下降，这也是春季作物易受冻害的重要原因。结论：在植物对低温环境的响应及其抗寒性研究方面，国内更多侧重于选择抗寒指标对植物的抗寒性进行评价，对植物抗寒机理及相关生理过程缺乏深入研究。因此，未来应加强以下几个方面的工作：（1）植物抗寒生理过程的研究，对植物抗寒性机理给出深入的解释；（2）采用人工气候室模拟低温胁迫研究的同时，更加注重野外自然条件下植物对低温环境的响应和适应研究；（3）结合植物的其他抗逆性（如抗盐碱、抗旱、抗涝和抗病等）开展其抗寒性研究。

来源出版物：中国农业气象, 2010, 31(2)：310-314，319

入选年份：2014

秸秆覆盖量对农田土壤水分和温度动态的影响

王兆伟，郝卫平，龚道枝，等

摘要：目的：北方典型旱地农业区农业生产主要依赖降水，为了提高有限降水资源的生产效率，提高土壤蓄水保墒能力的农田水分调控技术就成为研究主要方向。秸秆覆盖可以有效地抑制土壤蒸发，改善土壤水分状况，提高作物产量和水分利用效率，是旱地农业的一项重要栽培技术措施。本研究主要分析不同秸秆覆盖量对土壤蒸发、温度、含水量、降雨入渗等的影响，旨在确定合理的秸秆覆盖量或覆盖厚度。方法：2009年4—11月，在山西寿阳旱地农业试验区对覆盖量为1500、3000、4500、6000 kg/hm24个不同秸秆覆盖量处理和不覆盖处理的春玉米试验小区进行田间定位观测。采用自动气象站监测玉米全生育期降雨量，采用自动记录土壤剖面水分测定仪和自计温度测定仪实时连续观测了不同秸秆覆盖处理的玉米全生育期的土壤水分和温度动态，实时连续观测了降雨时刻、降雨之后土壤水分消退过程和昼夜间土壤水分的变化及玉米全生育期5、10、30 cm土层的土壤温度动态变化过程，采用微型蒸渗仪观测了全生育期土壤蒸发。分析了不同覆盖处理条件下对土壤水分含量、降雨入渗、土壤蒸发、土壤储水量、土壤温度动态的影响。结果：（1）研究表明秸秆覆盖量大于1500 kg/hm2时才会对土壤水分含量产生显著的影响，且秸秆覆盖量4500 kg/hm2对土壤水分含量的影响最大，秸秆覆盖量大于4500 kg/hm2时对水分影响效果减小。（2）在作物生长前期苗期和拔节期，秸秆覆盖对土壤蒸发抑制作用明显，覆盖量越大棵间蒸发量越小，棵间蒸发的减小与覆盖量的多少成正比关系。（3）土壤表层40 cm储水量与覆盖量呈正比关系，覆盖量越高的处理其土壤表层40 cm储水量越高。试验表明秸秆覆盖量4500 kg/hm2土壤表层40 cm储水量最高。（4）秸秆覆盖对土壤温度的调节效应主要表现在作物生长前期，覆盖处理与不覆盖处理的土壤温度差异显著，覆盖量显著影响作物生长前期的土壤温度变化，覆盖的农田土壤温度白天较不覆盖低，晚间则相反，日温差较小，覆盖量越大越明显。秸秆覆盖对土壤温度影响与土壤含水率相关，当水分含水率较低时候，土壤温度最高值升高，秸秆覆盖明显降低土壤温度，日温差振幅减小；土壤含水率较高时，土壤温度最高值降低，秸秆覆盖对温度的影响差异不显著。结论：通过本试验研究证明，秸秆覆盖能够抑制土壤蒸发，且抑制效果与覆盖量的多少成正比关系，秸秆对土壤水分的动态影响主要表现在作物生长前期对土壤表层40 cm土层的影响。秸秆覆盖既影响土壤水分又影响土壤温度的变化，覆盖量越大对温度的影响越明显。综合秸秆覆盖量对土壤水分和温度影响效果，本试验研究初步认为在研究区域条件下覆盖量为4500 kg/hm2的土壤水热效应最佳。秸秆覆盖量越高对土壤蒸发的抑制效果越好，但覆盖量对降雨入渗和土壤温度的影响受降雨强度、土壤湿度、土壤类型等具体条件的不同而产生不同的效果，其规律有待进一步研究。

来源出版物：中国农业气象, 2010, 31(2)：244-250

入选年份：2014

不同保水剂对土壤水分和氮素保持的比较研究

黄震，黄占斌，李文颖，等

摘要：目的：揭示不同类型土壤保水剂对土壤水分和氮肥品种（尿素和硝酸铵）的保持效应差异，为土壤保水剂与化肥合理配合使用，促进土壤水肥高效利用提供参考。方法：采用土柱淋溶模拟方法比较不同类型保水剂对土壤水分和不同氮肥品种的保持效果。试验设3种保水剂［聚丙烯酸钠（保水剂A）、有机-无机复合类水剂（聚丙烯酸／凹凸棒复合，B保水剂）、多功能类保水剂（腐植型保水剂，保水剂C）］、2种氮肥（尿素和硝酸铵）处理，并设无保水剂只加氮肥尿素（CK1）或只加硝酸铵（CK2）对照，3种土壤保水剂分别与尿素或硝酸铵混合形成6处理，共计8处理。保水剂用量为土壤干重0.2%，氮肥按1 g(N)·kg-1（土）施用。模拟土柱为直径12 cm、高15 cm塑料柱，底垫200目滤布并打孔使淋溶液流出，量筒收集淋溶液。将保水剂、氮肥与土壤混合均匀装入土柱。浇水淋溶分两步：第1步向土柱中加水到田间持水量（FWC），静置1 d使水肥融合再加同量水淋溶，收集48 h内淋溶液量和测定氮素含量；第2步，淋溶后土壤含水为FWC 50%～60%时取土样测定脲酶活性；当土壤含水降低至FWC 40%左右进行第2次淋溶，以后各次操作同样，试验共8次淋溶。土壤淋溶液的体积直接用量筒测量，淋溶液全氮含量采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定，土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定。结果：（1）保水剂对土壤水分保持影响。施尿素下保水剂A、B对土壤保水效果相近，提高土壤含水率4.2%～6.5%，保水剂C提高2.8%；施硝铵肥下3种保水剂提高土壤含水率较尿素组有所降低，但保水剂的效应顺序基本相同。（2）保水剂对土壤氮素保持影响。3种保水剂的土壤尿素氮素淋失量均低于CK1，保水剂A对尿素氮素保持效果相对明显；保水剂对土壤硝酸铵氮素保持效果的差异较大，保水剂A对硝酸铵氮素保持最差，多次淋溶甚至促进硝酸铵氮流失；保水剂C对硝酸铵氮素保持效果最好；保水剂B处A、C之间。（3）保水剂和氮肥对土壤脲酶活性影响。土壤脲酶活性高低与淋溶氮量变化趋势一致，脲酶活性与氮肥品种有关；施尿素下，3种保水剂对土壤脲酶活性影响B＞C＞A；施硝酸铵下，3种保水剂对土壤脲酶活性为影响A＜B＜C。结论：3种保水剂都具有明显的促进土壤保水性的作用，3种保水剂对两种氮肥保持存在差异。聚丙烯酸钠保水剂对尿素氮保持效果比对照提高16%～22%，对硝酸铵氮几乎无保肥效果；腐殖酸保水剂对两种氮肥保持比对照提高20%以上，效果最明显；有机-无机保水剂可提高5%～12%。目的：揭示不同类型土壤保水剂对土壤水分和氮肥品种（尿素和硝酸铵）的保持效应差异，为土壤保水剂与化肥合理配合使用，促进土壤水肥高效利用提供参考。方法：采用土柱淋溶模拟方法比较不同类型保水剂对土壤水分和不同氮肥品种的保持效果。试验设3种保水剂［聚丙烯酸钠（保水剂A）、有机-无机复合类水剂（聚丙烯酸／凹凸棒复合，B保水剂）、多功能类保水剂（腐植型保水剂，保水剂C）］、2种氮肥（尿素和硝酸铵）处理，并设无保水剂只加氮肥尿素（CK1）或只加硝酸铵（CK2）对照，3种土壤保水剂分别与尿素或硝酸铵混合形成6处理，共计8处理。保水剂用量为土壤干重0.2%，氮肥按1 g(N)·kg-1（土）施用。模拟土柱为直径12 cm、高15 cm塑料柱，底垫200目滤布并打孔使淋溶液流出，量筒收集淋溶液。将保水剂、氮肥与土壤混合均匀装入土柱。浇水淋溶分两步：第1步向土柱中加水到田间持水量(FWC)，静置1 d使水肥融合再加同量水淋溶，收集48 h内淋溶液量和测定氮素含量；第2步，淋溶后土壤含水为FWC 50%～60%时取土样测定脲酶活性；当土壤含水降低至FWC 40%左右进行第2次淋溶，以后各次操作同样，试验共8次淋溶。土壤淋溶液的体积直接用量筒测量，淋溶液全氮含量采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定，土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定。结果：（1）保水剂对土壤水分保持影响。施尿素下保水剂A、B对土壤保水效果相近，提高土壤含水率4.2%～6.5%，保水剂C提高2.8%；施硝铵肥下3种保水剂提高土壤含水率较尿素组有所降低，但保水剂的效应顺序基本相同。（2）保水剂对土壤氮素保持影响。3种保水剂的土壤尿素氮素淋失量均低于CK1，保水剂A对尿素氮素保持效果相对明显；保水剂对土壤硝酸铵氮素保持效果的差异较大，保水剂A对硝酸铵氮素保持最差，多次淋溶甚至促进硝酸铵氮流失；保水剂C对硝酸铵氮素保持效果最好；保水剂B处A、C之间。（3）保水剂和氮肥对土壤脲酶活性影响。土壤脲酶活性高低与淋溶氮量变化趋势一致，脲酶活性与氮肥品种有关；施尿素下，3种保水剂对土壤脲酶活性影响B＜C＜A；施硝酸铵下，3种保水剂对土壤脲酶活性为影响A＜B＜C。结论：3种保水剂都具有明显的促进土壤保水性的作用，3种保水剂对两种氮肥保持存在差异。聚丙烯酸钠保水剂对尿素氮保持效果比对照提高16%～22%，对硝酸铵氮几乎无保肥效果；腐殖酸保水剂对两种氮肥保持比对照提高20%以上，效果最明显；有机-无机保水剂可提高5%～12%。

来源出版物：中国生态农业学报, 2010, 18(2)：245-249

入选年份：2014

农业非点源污染物在排水沟渠中的迁移转化研究进展

李强坤，胡亚伟，孙娟

摘要：目的：农田排水沟渠中非点源溶质的迁移转化是农业非点源污染控制和管理的重要环节。系统总结归纳农业非点源污染物在排水沟渠中迁移转化的研究进展，明晰进一步的研究重点和趋势，是农业非点源“过程控制”的基础和前提。方法：分析农田排水沟渠系统的组成，解析农田排水沟渠生态结构和特征，解析沟渠主要组分水生植物、底泥和微生物的生态功能；以氮磷为例，归纳总结了氮磷在排水沟渠中的迁移转化过程以及沟渠各组分同氮磷污染物间的相互作用机理；总结分析农业非点源污染物在排水沟渠中迁移转化的影响因素；综合当前研究现状和后期生产需求，提出农田排水沟渠尚需进一步研究的相关问题。结果：（1）农田排水沟渠系统由田间毛沟、农沟及支沟、干沟或总干沟组成，其断面独特的土壤-植物-微生物生态结构，使得农田排水沟渠在输送农田排水的同时具有人工湿地的生态功效，当农田排水流经时，其中的有机质、氮、磷等营养成分将发生复杂的物理、化学和生物转化作用。（2）沟渠主要组分水生植物不仅可以直接从水体吸收农田排水中的氮磷等营养物质，同时水生植物的新陈代谢为底泥中微生物的正常生长提供了一个良好的微生态环境，形成好氧、厌氧和兼性的不同环境，使硝化和反硝化作用得以在沟渠系统中同时进行；沟渠底泥不仅是水生植物和各类微生物赖以生存的基础，同时底泥还可以其强大的吸附作用吸附水中的氮、磷等营养物。沟渠各组分共同作用实现净化水体的目的。（3）氮在排水沟渠中的迁移转化包括矿（氨）化作用、硝化与反硝化作用、植物吸收和底泥吸附作用等；磷在沟渠湿地中的迁移转化是底泥吸附与解吸、植物吸收和微生物同化与积累等共同作用的结果。（4）农业非点源污染物在排水沟渠中迁移转化的影响因素包括排水沟渠的断面和水力特征、水生植物的种类和数量、水体的温度和pH值以及沟渠底泥中微生物的种类。（5）综合当前研究现状和后期生产需求，农业非点源污染物在排水沟渠中迁移转化尚需进一步研究的问题包括：沟渠生态系统中土壤-植物-微生物各组分不同作用的量化及其相互作用机制研究、农业非点源污染物在排水沟渠中的迁移模型研究、沟渠湿地运用与区域生态环境间关系调控的宏观研究等。结论：农田排水沟渠具有复杂的生态结构和独特的生态特征，对沟渠水体中的农业非点源溶质具有明显的净化效果。氮、磷在排水沟渠中的迁移转化是底泥吸附与解吸、植物吸收和微生物同化与积累等共同作用的结果，这种作用同时受排水沟渠的断面和水力特征、水生植物的种类和数量、水体的温度和pH值等多因素影响。就目前研究现状而言，尚需进一步研究的问题包括：沟渠生态系统中不同组分作用的量化研究、农业非点源污染物在排水沟渠中的迁移模型研究以及沟渠湿地运用与区域生态环境间关系的宏观调控研究等。

来源出版物：中国生态农业学报, 2010, 18(1)：210-214

入选年份：2014