应用生态学报

2020, 31(7): 2138-2138.

摘要 ( 85 )

PDF (460KB) ( 38 )

中国植物化感作用研究16年

孔垂华

2020, 31(7): 2139-2140.

摘要 ( 259 )

PDF (194KB) ( 114 )

植物种间和种内的化学作用

孔垂华

2020, 31(7): 2141-2150. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.019

摘要 ( 691 )

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植物间相互作用是生态学基础科学问题之一,植物能感受和识别共存同种或异种植物,进而调整生长、繁殖和防御策略。植物种间和种内的感受和识别大多是由植物产生释放的次生物质所介导,这类化学识别通讯可以启动相应的植物化感作用机制。近年发现,植物亲属间也存在着化学识别、地下根系通讯调控地上开花繁殖等植物种间和种内的化学作用关系。目前植物通过地上挥发物介导的植物化学作用已基本澄清,但根分泌物介导的植物地下化学作用机制及其信号物质还所知甚少。地下化学作用不仅决定根系侵入(接近)和躲避(排斥)行为,也能调控地上开花时间和花期。这样,植物间的化学作用还涉及植物地下和地上的协调互作。本文以植物化感作用和植物化学识别通讯及相应的化感物质和信号物质为基点,从植物亲属识别、根系化学识别和行为模式、地下化学作用调控地上开花繁殖3个方面综述植物种间和种内化学作用的研究进展,为全面理解植物间相互作用提供新视野。

植物与植食性昆虫化学互作研究进展

张月白, 娄永根

2020, 31(7): 2151-2160. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.017

摘要 ( 718 )

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植物与植食性昆虫之间存在着复杂的化学相互作用。一方面,当遭受植食性昆虫为害时,植物能识别植食性昆虫相关分子模式,触发早期信号事件和激素信号转导途径,并由此引起转录组与代谢组重组、直接和间接防御化合物含量升高,最后提高对植食性昆虫的抗性。另一方面,植食性昆虫也能识别植物的防御反应,并能通过分泌效应子、选贮、解毒以及降低敏感性等反防御措施抑制或适应植物的化学防御。深入剖析植物与植食性昆虫的化学互作,不仅可在理论上丰富对昆虫与植物互作关系的理解,而且可在实践上为作物害虫防控新技术的开发提供重要的理论与技术指导。

植物对病原微生物的“化学防御”: 植保素的生物合成及其分子调控机制

吴劲松

2020, 31(7): 2161-2167. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.018

摘要 ( 1159 )

PDF (667KB) ( 263 )

植物可以合成大量的次生代谢物来调控自身对环境的适应性。其中,有一大部分直接参与了植物对病原微生物的防御反应,包括植物在感病前就已经生成和积累的植物毒素,以及感病后才从头合成的抗病小分子次生代谢物—植保素。植保素在植物抵御病原菌,特别是腐生性病原菌的过程中起着非常重要的作用。自从80年前植保素的概念被提出后,大量的植保素从各种植物中被分离和鉴定出来,但它们之中大部分的生物合成和调控机制目前尚不清楚。本文综述了近几年来拟南芥和烟草中植保素的研究进展,特别是它们的生物合成及分子调控机制,并对植保素研究领域存在的问题和今后的研究方向进行了讨论和展望。

化感物质对植物根系形态属性影响的meta分析

鄢邵斌, 王朋

2020, 31(7): 2168-2174. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.001

摘要 ( 493 )

PDF (655KB) ( 137 )

植物化感作用是通过释放到环境中的化感物质直接或间接影响受试植物生长而实现的。化感物质主要作用于根系,所以植物根系属性是化感作用研究的重要指标之一。目前,关于受试植物形态属性对外源化感物质的响应模式尚缺乏整体的认识。为此,本文对61篇有关纯化感物质(包括酚类、萜类和含氮化合物等)对植物根系形态属性(尤其是根长)影响的文献进行整合分析。结果发现: 整体上化感物质处理显著抑制根长,而对根生物量、根表面积和根体积等形态属性影响较小;酚类对根长的抑制效应最大,且化感物质对草本植物根长的抑制率高于木本、作物和其他植物;酚类与根长抑制效应呈显著的线性相关。进一步量化了4种典型酚酸——阿魏酸、对羟基苯甲酸、香草酸和肉桂酸的浓度-效应关系,证实了黄酮对受试植物根长的抑制效应显著高于酚酸类化感物质。受试植物根系属性对化感物质的响应主要受化感物质类型和添加浓度、植物种类与培养条件等多因素影响,建议未来研究在土壤环境条件下综合评价化感物质对受试植物根系形态和生理属性以及根系构型等参数的影响机制。

不同密度巨桉人工林林下植物多样性及根际土壤化感物质

李金金, 张健, 张阿娟, 吴娇, 张丹桔

2020, 31(7): 2175-2184. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.003

摘要 ( 430 )

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为探究巨桉人工林林下植物多样性的影响因素,选择四川省丹棱县4和8年生不同密度(1200、1600和2000株·hm^-2)巨桉人工林为对象,研究林下植物多样性和根际土壤酚类化感物质。结果表明: 共发现植物45种,隶属于33科44属;随林龄增加和林分密度降低,巨桉人工林林下植物种类增加且重要值分布更为均匀;各林分植物生活型以高位芽植物为主。4年生林地灌木Shannon指数和Margalef指数在1600株·hm^-2下显著升高,4年生林地除Margalef指数外其余草本多样性指数及8年生林地草本Pielou指数随林分密度降低均显著升高;灌木Shannon指数及Margalef指数在1200株·hm^-2下8年生林地显著高于4年生林地。根际土壤中鉴定出5种酚类化感物质,4年生林地根际土壤中水杨酸浓度在1600株·hm^-2下显著降低,5,7-二羟基黄酮浓度随林分密度降低而显著降低;水杨酸浓度在8年生林地根际土壤中随林分密度降低显著升高;水杨酸浓度在2000株·hm^-2下4年生林地显著高于8年生林地,在1600株·hm^-2下相反;5,7-二羟基黄酮浓度在1200株·hm^-2下8年生林地显著高于4年生林地。冗余分析(RDA)结果表明,土壤pH、容重、有机质、全磷、全氮及化感物质是林下植物多样性的主要环境影响因子。适度延长轮伐期、调节林分密度以改善林内微环境、缓冲巨桉的化感作用,可促进林下植被发育。

海南岛不同林龄木麻黄凋落物内外细菌多样性及其化感潜力

张雅倩, 黄蕊, 左林芝, 陈盼, 李蕾

2020, 31(7): 2185-2194. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.037

摘要 ( 420 )

PDF (1444KB) ( 106 )

凋落物在生态系统中具有重要作用。为了对比凋落物内外微生物的多样性和群落结构,选取海南省海口市桂林洋海滨区3个林龄木麻黄凋落物为研究对象,采用Illumina Miseq高通量测序,对凋落物内外微生物的多样性和组成进行分析。结果表明: 凋落物外生细菌的多样性高于内生细菌,中龄林凋落物内外细菌多样性和丰富度均最高,其次是幼龄林,成熟林最低。菌群群落组成分析表明: 在门分类水平上,变形菌门和放线菌门最为丰富(约占总数的80%);属水平上,短小杆菌属、Jatrophihabitans、分支杆菌属、放线孢菌属、Mucilaginibacter、假单孢菌属等在不同林龄间表现出显著差异。主坐标分析(PCoA)表明,凋落物内生细菌受林龄的影响较大,而外生细菌受环境因子的影响较大;解淀粉芽孢杆菌发酵液对木麻黄种子化感潜力最强,且其中含有2,2′-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)等化感物质,表明解淀粉芽孢杆菌参与了化感物质的合成。凋落物微生物群落多样性对木麻黄的化感作用有一定影响,这为探讨微生物在木麻黄凋落物降解过程中作用的研究奠定基础。

桉树油化学成分分析及α-松油醇的化感作用

李奥欣, 侯新村, 曾加佳, 魏芸

2020, 31(7): 2195-2201. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.002

摘要 ( 452 )

PDF (782KB) ( 64 )

采用水蒸气蒸馏法提取桉树油,通过GC-MS对其成分进行分析,以其中一种化学成分α-松油醇为代表,分别采用培养皿和盆栽试验研究其对反枝苋的化感作用。结果表明: 水蒸气蒸馏法提取桉树油的产率为0.04%,经GC-MS分析,在桉树油中共检测到92种化学成分。在培养皿条件下,α-松油醇对反枝苋的发芽和生长均具有明显的抑制作用,用量达到每皿5 和7.5 μL时,抑制率均达到100%。盆栽条件下,α-松油醇处理过的土壤会显著影响反枝苋的出苗率、地上鲜重和地上干重,浓度达到1.6 μL·cm^-3时,抑制作用最大,其化感响应指数分别为-0.51、-0.62和-0.44,抑制率为51%、62%和44%。

红薯水提物对外来入侵植物喜旱莲子草生长的化感影响

邓丽丽, 吕培, 黄学奇, 张震, 王力超, 刘姚

2020, 31(7): 2202-2210. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.020

摘要 ( 377 )

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从植物化感作用的角度,探索利用具有较高经济价值的本地植物或伴生的本地物种对入侵植物进行抑制和清除,是一种控制外来入侵植物行之有效的方法。本研究以本地作物红薯和入侵植物喜旱莲子草为试验对象,探究红薯不同部位(根、茎、叶)3个浓度(0.025、0.05、0.1 g·mL^-1)的水提物对喜旱莲子草的化感作用。以形态学指标(无性系小株个数、节数、叶片数、叶面积、株高、总干重和根数)、化感响应指数、性状比值(肉质化程度、根冠比、比叶面积、叶生物量比、茎生物量比、根生物量比)、新生叶片中过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)等作为衡量红薯对喜旱莲子草根状茎生长影响程度的参数。结果表明: 1)不同浓度不同部位红薯水提物对喜旱莲子草生长有不同影响。0.1 g·mL^-1根水提物显著抑制所有形态学指标,除总干重和根数外,其他形态学指标均随不同部位水提物浓度的升高而显著降低。2)所有处理的综合化感响应指数均为负值,说明红薯水提物对喜旱莲子草各指标具有负效应,抑制其正常生长。在所有处理中,0.1 g·mL^-1根水提物的化感抑制作用最强,化感响应指数为-0.73,其次为0.1 g·mL^-1茎水提物和0.05 g·mL^-1根水提物,化感响应指数均为-0.44。3)从性状比值可以看出,红薯水提物对肉质化程度、根冠比、比叶面积和叶生物量比有显著抑制作用,而对茎生物量比和根生物量比无显著性影响。4)红薯水提物显著增加新生叶片中丙二醛含量,显著降低超氧化物歧化酶含量,但对过氧化氢酶和过氧化物酶无显著影响。表明红薯水提物对喜旱莲子草根状茎生长有显著抑制作用。

阔叶丰花草与2种菊科植物之间的化感作用

张泰劼, 田兴山, 张纯, 吴丹丹

2020, 31(7): 2211-2218. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.004

摘要 ( 723 )

PDF (697KB) ( 56 )

阔叶丰花草是一种适用于华南果园生草控草的一年生植物。为了揭示阔叶丰花草与果园常见杂草之间的竞争关系,研究了阔叶丰花草与两种菊科植物(胜红蓟和白花鬼针草)之间的化感作用。结果表明: 10～50 mg·mL^-1的阔叶丰花草水浸液处理显著抑制胜红蓟和白花鬼针草种子萌发和幼苗生长,胜红蓟和白花鬼针草的胚根长分别比对照降低57.4%～90.2%和57.3%～62.3%。胜红蓟和白花鬼针草水浸液对阔叶丰花草种子萌发也有较强的化感效应,在50 mg·mL^-1的浓度处理下,阔叶丰花草种子几乎不能萌发。经10 mg·mL^-1阔叶丰花草水浸液处理30 d后,胜红蓟播种苗的净光合作用、株高和生物量分别比对照降低15.2%、20.6%和41.5%,白花鬼针草播种苗的生物量也出现下降趋势;但胜红蓟和白花鬼针草水浸液处理对阔叶丰花草播种苗生长的影响均不显著。在混种条件下,阔叶丰花草的生物量与单种的水平相当,胜红蓟和白花鬼针草的生物量则分别比单种降低86.0%和27.1%。与胜红蓟和白花鬼针草相比,阔叶丰花草的化感优势在于除了能抑制对方的种子萌发,也能抑制其植株生长。

巴茅草水浸提液对3种作物种子萌发及幼苗生长的化感作用

李金鑫, 叶俊伟, 刘大会

2020, 31(7): 2219-2226. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.006

摘要 ( 522 )

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本文以发芽率、发芽速度指数、发芽指数、根长、茎长和生物量为种子萌发和幼苗生长参数,研究不同生长时期巴茅草叶片和茎秆水浸提液对白菜、生菜、水稻的化感作用。结果表明: 巴茅草叶水浸提液化感作用强于茎秆水浸提液,叶水浸提液处理后受体植物的发芽指数和生物量均显著低于茎水浸提液。枯萎期巴茅草的化感作用强于生长旺盛期。不同浓度巴茅草叶水浸提液对3种作物的化感作用存在明显的量效关系,浸提液浓度越高,巴茅草的化感抑制作用越强。巴茅草叶水浸提液对白菜和生菜各萌发指标100%抑制的浓度分别为0.075和0.10 g·mL^-1;而0.10 g·mL^-1巴茅草叶水浸提液对水稻发芽率、发芽速度指数、发芽指数的抑制率分别为13.8%、27.2%、19.3%。巴茅草叶水浸提液对白菜和生菜各生长指标100%抑制的浓度分别为0.05和0.10 g·mL^-1;而0.10 g·mL^-1巴茅草叶水浸提液对水稻根长、茎长、生物量的抑制率分别为64.6%、92.9%、21.8%。结合种子萌发和幼苗生长的综合化感指数,3种供试作物对巴茅草化感作用的敏感程度为白菜>生菜>水稻。

三七连作土壤浸提液对其根腐病菌的化感效应

姚春芝, 蒋宇婷, 杨玉婷, 马彦钰, 潘蕾吕, 李云龙, 孙永泉, 陈吉, 赵军

2020, 31(7): 2227-2235. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.016

摘要 ( 457 )

PDF (1130KB) ( 89 )

采用甲醇、乙酸乙酯和水分别按液土比3∶1、6∶1和9∶1对三七连作土壤进行浸提,研究其浸提液对三七根腐病菌生长和种群数量的影响。结果表明: 平板培养72 h后,甲醇、乙酸乙酯和水浸提液对尖镰孢菌和腐皮镰孢菌的菌丝生长均表现为化感促进,其中,甲醇和乙酸乙酯浸提液对尖镰孢菌的化感效应指数为14.0%～19.8%和16.2%～20.2%,高于水浸提液的8.9%～14.2%,且不同浸提比例之间差异不显著;而甲醇浸提液对链格孢菌菌丝生长表现为化感抑制,且抑制效应在浸提比例为3∶1时最强,达到-33.2%～-38.5%,乙酸乙酯和水浸提液对链格孢菌菌丝生长无显著影响。土壤培养4周后,甲醇、乙酸乙酯和水浸提液均能增加土壤中尖镰孢菌的数量,其中,水浸提液的增加效应最强,达到每克干土3.49×10⁶～9.56×10⁶拷贝数,高于甲醇(每克干土1.68×10⁴～6.73×10⁴拷贝数)和乙酸乙酯浸提液(每克干土1.77×10⁴～3.72×10⁴拷贝数),且这种增加效应随浸提比例的增加逐渐减弱;水浸提液和低浸提比例的甲醇提取液均能增加土壤中腐皮镰孢菌的数量,而重茬土壤浸提液对链格孢菌的数量影响不显著。因此,三七连作土壤浸提液对根腐病菌如尖镰孢菌和腐皮镰孢菌均表现出明显的化感促进效应,这可能是再植三七易发生根腐病等土传病害的原因之一。

化感物质衍生物吡喃酮对不同谷子品种的安全性评价

杨雪芳, 孙鹏, 孙大生, 宋喜娥, 董淑琦, 原向阳, 郭平毅

2020, 31(7): 2236-2242. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.005

摘要 ( 396 )

PDF (1292KB) ( 42 )

基于化感物质开发新型除草剂是植物化感作用在绿色农业应用中极具开发潜力的杂草控制策略。前期研究发现,化感物质衍生物吡喃酮具有显著的杂草抑制效果,但其对作物安全性,尤其是对除草剂极为敏感的杂粮作物的安全性还需进一步研究。本研究采用萌发试验和盆栽试验将其与市售除草剂2,4-D对20个谷子品种的安全性进行了评价。结果表明: 除晋汾109号对高浓度2,4-D比较敏感外,吡喃酮和2,4-D对其他品种的萌发率无显著影响。盆栽试验表明,吡喃酮显著提高了谷子的叶绿素含量,增幅达9.0%～67.9%,其中对冀谷42号的作用最强。与对照相比,吡喃酮对谷子叶片最大光化学效率、实际光化学效率、电子传递速率和非光化学猝灭系数无显著影响,而2,4-D对不同品种谷子荧光参数产生显著的抑制作用。吡喃酮处理下吨杂16号、冀谷39号、冀谷41号和晋谷28号叶片的超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等活性显著高于对照,且上升幅度显著高于2,4-D。表明化感物质衍生物吡喃酮对谷子幼苗期生长具有较高的安全性,有望成为谷田新型的除草剂。

谷子秸秆不同部位水浸液对3种杂草的化感作用

董淑琦, 曹鹏, 胡春艳, Sher Alam, 原向阳, 杨雪芳, 郭平毅

2020, 31(7): 2243-2250. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.009

摘要 ( 491 )

PDF (1695KB) ( 65 )

通过测定种子萌芽期生物学指标和盆栽苗期生理指标,研究谷子不同部位(叶片、茎秆)不同浓度(原液、10倍稀释液、50倍稀释液、100倍稀释液)浸提液对反枝苋、藜、狗尾草3种谷田恶性杂草的化感作用。结果表明: 谷子叶片、茎秆水浸提液对3种杂草均存在显著化感作用,且不同浓度浸提液化感作用存在差异,总体表现为原液有抑制作用,稀释液(10、50、100倍)有促进作用。叶片、茎秆浸提液原液处理下,反枝苋、藜、狗尾草的发芽率分别下降了63.9%、37.3%和41.7%,根长仅为对照的27.8%、37.8%和18.4%,芽长仅为对照的34.5%、27.7%和17.6%,净光合速率为对照的66.6%、89.9%和88.2%,蒸腾速率为对照的69.0%、87.5%和56.1%,原液对3种杂草的综合化感效应指数为-0.699、-0.716和-0.795,表现出较强的化感抑制作用。稀释液处理下化感促进作用随稀释倍数增加呈先上升后下降趋势,其中50倍稀释液促进作用最强,3种杂草的发芽率、根长和芽长均与对照达到差异显著水平,综合化感效应指数分别为0.261、0.217和0.165。谷田伴生杂草大量生长与谷子秸秆中化感物质淋溶有关。

苘麻挥发油对小麦、玉米和大豆萌发及幼苗生长的化感作用

李春英, 田瑶, 于美婷, 赵春建

2020, 31(7): 2251-2256. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.030

摘要 ( 330 )

PDF (707KB) ( 76 )

苘麻是旱田常见杂草,可造成作物减产,化感作用是造成减产的可能原因之一。本研究分析了苘麻挥发油成分对3种旱田作物小麦、玉米和大豆种子萌发和幼苗生长的化感作用。结果表明: 应用气相色谱-质谱(GC-MS),从苘麻挥发油中鉴定出26种化学成分,占总峰面积的98.1%,其中,低分子量萜类成分有α-蒎烯、桉树醇、α-松油烯、β-松油烯、反式α-紫罗兰酮、反式β-紫罗兰酮。苘麻挥发油饱和水溶液能通过滤纸和土壤2种基质抑制3种作物种子萌发。苘麻挥发油能通过空气、滤纸和土壤3 种基质抑制3种作物幼苗生长,对小麦的抑制作用最强,玉米和大豆次之。苘麻挥发油对小麦生长的抑制作用以空气载体最强,滤纸和土壤载体次之。挥发油中低分子量的萜类成分可能是重要的化感成分。

牛至挥发油的化学成分及其化感作用

赵芸, 杨云海, 王凯博, 范黎明, 苏发武, 叶敏

2020, 31(7): 2257-2263. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.032

摘要 ( 429 )

PDF (703KB) ( 56 )

为探究牛至挥发油的化学成分及其化感作用,本文采用水蒸气蒸馏法提取牛至全草挥发油,利用气相色谱(GC)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)从牛至挥发油中鉴定出14种化学成分,占总出峰面积的93.6%,主要成分为甲基丁香酚(16.5%)、肉豆蔻醚(15.6%)、香芹酚(15.0%)、百里香酚(9.8%)、洋芹脑(9.4%)等。通过测定挥发油对小麦、绿豆和萝卜种子萌发及幼苗生长的影响,评价挥发油的化感潜力。结果表明: 牛至挥发油对3种受体植物的种子萌发有抑制作用,其中,对小麦的抑制作用最强,萝卜和绿豆次之,挥发油对供试植物地上部分生长的抑制作用大于地下部分。挥发油对3种供试植物幼茎及小麦和萝卜幼根生长的抑制作用与浓度成正相关,对绿豆幼根长度则表现为“低促高抑”现象。本研究证实牛至挥发油中含有化感物质,其活性化合物及作用机制有待进一步研究。

寄主植物根浸提液对肉苁蓉种子萌发及吸器形成的影响

何秀丽, 李代晴, 冯茹, 乔海莉, 刘赛, 徐荣, 徐常青, 陈君

2020, 31(7): 2264-2270. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.008

摘要 ( 415 )

PDF (1359KB) ( 33 )

利用滤纸培养皿法研究藜科植物梭梭和甜菜根水浸提和乙醇浸提两种浸提液对肉苁蓉种子萌发和吸器形成的影响。结果表明: 水和乙醇浸提的根浸提液对肉苁蓉种子萌发和吸器形成无明显作用;两种根醇浸提液添加10 mg·kg^-1赤霉素(GA₃)处理的肉苁蓉种子萌发率均提高了10倍以上,但与只加赤霉素处理组(GA₃对照)无显著差异。在根浸提液中添加1 mg·kg^-1氟啶酮(FL)处理的肉苁蓉种子萌发率与FL对照组无显著差异,其中甜菜根水浸提液处理组肉苁蓉种子萌发率最高,达39.4%。与根浸提液中添加赤霉素处理仅能使萌发率提高不同,寄主根浸提液中添加FL后,萌发肉苁蓉种子芽管上均有吸器形成,梭梭根醇浸提处理的吸器形成率最高,达16.2%。梭梭根醇浸提液中同时添加GA₃和FL,肉苁蓉种子萌发率可提高到52.3%,但吸器形成率与浸提液中添加FL处理无差异;FL对照仅有6.7%的萌发肉苁蓉种子形成吸器,显著低于梭梭根醇浸提液添加FL处理组。不同处理的肉苁蓉种子吸器形成位置和形态有差异,添加寄主根浸提液处理的吸器大多出现在芽管顶端,多个乳头状凸起成爪状;未添加寄主根浸提液的FL对照组吸器出现位置大多在芽管底部或顶端出现分叉。研究证明,乙醇浸提和水浸提两种方式都能从寄主根中提取出促进肉苁蓉种子吸器形成的物质但对促进种子萌发作用不明显;GA₃和FL可显著提高肉苁蓉种子的萌发率,但萌发肉苁蓉种子吸器的形成受寄主根浸提液中某些物质的影响。

羽枝青藓和瘤柄匐灯藓对入侵植物种子萌发和幼苗生长的影响

杭伟, 戈玉莹, 刘浩宇, 江浩然, 张世航, 陶冶

2020, 31(7): 2271-2278. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.010

摘要 ( 472 )

PDF (1241KB) ( 100 )

入侵植物会通过化感作用等手段抑制本地种的生存繁衍,但本土植物尤其是地被层的藓类植物对入侵植物有何影响尚不清楚。本文以本土羽枝青藓和瘤柄匐灯藓为供体材料,以恶性入侵杂草稗草和野胡萝卜为受试材料,从藓丛结构特征和化感作用角度探究藓类植物对入侵植物种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明: 2种入侵植物种子落入藓丛后其发芽率、发芽势和发芽指数均受到显著抑制,抑制效果为藓丛上部>藓丛下部>无藓丛。稗草种子落入藓丛下部会显著影响其根长和根芽比。施加藓类浸提液均显著降低2种入侵植物的发芽率、发芽势及发芽指数,但呈现不同的浓度效应。施加浸提液在一定程度上增加了稗草幼苗芽长、根长和根芽比,但对野胡萝卜无明显的规律性影响。藓类植物对2种入侵植物种子萌发和幼苗生长的化感综合效应均表现为抑制作用,其中,野胡萝卜的敏感性大于稗草,且高浓度下更加明显。可见,藓类植物对入侵植物种子萌发和幼苗生长具有一定抑制作用。

香蕉抗(感)病品种根系分泌物对枯萎病菌和枯草芽孢杆菌的生物效应

甘林, 代玉立, 杨秀娟, 杜宜新, 石妞妞, 阮宏椿, 陈福如

2020, 31(7): 2279-2286. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.039

摘要 ( 637 )

PDF (697KB) ( 78 )

为明确香蕉根系分泌物对枯萎病菌及其生防枯草芽孢杆菌的生物效应,采用离位溶液培养法收集抗枯萎病香蕉品种(南天黄)和感枯萎病香蕉品种(桂蕉6号)的根系分泌物,研究根系分泌物对土壤微生物种群数量、香蕉枯萎病菌和枯草芽孢杆菌生长的影响。结果表明: 抗病品种根系分泌物能显著减少土壤真菌的数量,抑制枯萎病菌孢子的萌发;而感病品种根系分泌物能显著促进病菌菌丝生长和孢子的萌发,两个品种根系分泌物均能显著促进枯草芽孢杆菌的生长和生物膜形成。经抗(感)病香蕉品种根系分泌物处理,病菌菌丝生长速率分别为11.28和12.28 mm·d^-1,病菌孢子的萌发率分别为34.6%和79.5%;枯草芽孢杆菌培养12 h后菌体生长量的OD₆₀₀分别为1.27和1.14,生物膜形成量在静置培养72 h后OD₅₇₀分别达1.11和1.30,两个品种处理间的差异均达显著水平。枯草芽孢杆菌在香蕉感病品种根际中定殖的菌量显著高于抗病品种。通过对两个品种根系分泌物中可溶性总糖、游离氨基酸和有机酸的含量和组成分析,发现抗病品种根系分泌物中有机酸和游离氨基酸的含量明显高于感病品种,在各组成成分中,以乙酸和脯氨酸在抗(感)病香蕉品种根系分泌物中含量比值较高,分别达3.7和2.4倍。综上所述,抗病品种根系分泌物能抑制病菌生长,感病品种根系分泌物则会显著促进病菌生长,而两个品种根系分泌物均能显著促进枯草芽孢杆菌的生长和生物膜的形成。

杀线虫芽孢杆菌发酵条件优化及大孔树脂筛选

柳皓月, 金辉, 曾黎明, 杨晓燕, 辛爱一, 秦波

2020, 31(7): 2287-2292. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.036

摘要 ( 442 )

PDF (824KB) ( 76 )

芽孢杆菌 SMrs28分离自草原毒草瑞香狼毒根际土壤,其代谢产物有明显的线虫触杀活性。为了确定该菌株的最优发酵条件及初步纯化活性成分的树脂类型,采用单因素试验对发酵条件进行优化,通过静态吸附试验对大孔树脂类型进行筛选。结果表明: SMrs28菌株的最优发酵条件为:以葡萄糖和酵母粉作为最佳碳源和氮源,发酵时间48 h,接种量10%,温度28 ℃,转速180 r·min^-1,150 mL的三角瓶装液量30 mL,初始pH 7.2。静态吸附试验表明,大孔吸附树脂D101对发酵液中活性成分的吸附和解吸效果显著优于XAD-4、HP20和AB-8,其解吸液的杀线虫活性明显提高。发酵条件的优化和大孔吸附树脂的筛选,明显提高了发酵液的杀线虫活性,为进一步分离纯化该菌株的活性成分奠定了基础,为微生物杀线虫剂的开发和应用提供了理论依据。

外源茉莉酸甲酯诱导抗性与敏感稗草对二氯喹啉酸抗性的差异及机理

曹晶晶, 彭琼, 杨霞, 杨倩, 柏连阳, 李永丰, 张自常, 谷涛

2020, 31(7): 2293-2298. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.038

摘要 ( 376 )

PDF (812KB) ( 43 )

以遗传背景一致的抗二氯喹啉酸型和敏感型稗草为供试材料,分析了经外源茉莉酸甲酯(MeJA)预处理后,稗草种群间应对二氯喹啉酸胁迫的抗性水平及4种内源激素含量的变化。结果表明: 外源MeJA处理可显著提高抗性稗草对二氯喹啉酸的抗性,而对敏感稗草的抗性影响不显著。供试稗草间植株体内生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)的含量及其变化幅度存在显著差异。二氯喹啉酸处理显著增加了稗草ABA、SA和JA的含量,且敏感稗草ABA和JA含量升高幅度明显高于抗性稗草;外源MeJA预处理能显著增强二氯喹啉酸对稗草ABA和JA含量的诱导,且敏感稗草变化幅度较大。表明敏感稗草较快的激素变化不利于其应对除草剂胁迫,抗性稗草相对平缓的激素变化赋予了其对除草剂的适应性,且MeJA处理增强了其对二氯喹啉酸的抗性。稗草植株体内ABA和JA激素信号在其抵抗二氯喹啉酸胁迫过程中可能发挥重要的生物学功能。

枸杞红瘿蚊对寄主植物挥发物的电生理和行为反应

张凡, 徐常青, 陈君, 马妹, 陆鹏飞, 刘赛, 李建领, 乔海莉

2020, 31(7): 2299-2306. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.040

摘要 ( 426 )

PDF (715KB) ( 49 )

植物挥发物是植食性昆虫定位寄主的重要信息物质。枸杞红瘿蚊是宁夏枸杞的主要成灾害虫,野外发现其雌虫对枸杞幼嫩花蕾具有更强的产卵趋性。为明确枸杞红瘿蚊对枸杞不同阶段花蕾挥发物的选择差异性,解析吸引其选择产卵的关键信息化学物质,采用顶空固相微萃取法和气相色谱-质谱联用技术(GC-MS),系统研究枸杞幼嫩花蕾和成熟花蕾挥发物的成分差异,选择幼嫩花蕾挥发物中的特有成分及其与成熟花蕾挥发物共有成分共8种作为候选挥发物;通过气相色谱-触角电位联用仪(GC-EAD)和Y型嗅觉仪,测定枸杞红瘿蚊对上述挥发物的电生理和行为反应,筛选关键活性挥发物。结果显示: 枸杞幼嫩花蕾和成熟花蕾挥发物的种类和释放量存在明显差异;8种化合物能激发枸杞红瘿蚊产生持续触角电生理反应,其中,有5种[3-蒈烯、莰烯、萜品油烯、d-柠檬烯和(+)-α-蒎烯]能刺激枸杞红瘿蚊产生显著趋向或躲避行为。利用枸杞挥发物设计枸杞红瘿蚊引诱剂或忌避剂,可为田间安全防控红瘿蚊提供新的途径。

宁夏枸杞对枸杞瘿螨为害的内源激素响应及外源水杨酸对枸杞瘿螨的影响

杨孟可, 李建领, 刘赛, 乔海莉, 郭昆, 徐荣, 陈君, 徐常青

2020, 31(7): 2307-2313. doi:10.13287/j.1001-9332.202006.039

摘要 ( 464 )

PDF (660KB) ( 35 )

为探索宁夏枸杞对枸杞瘿螨致瘿过程诱导的激素响应及外源水杨酸对枸杞瘿螨的影响,利用LC-MS/MS技术对枸杞瘿螨为害后宁夏枸杞叶片中水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、生长素(Auxin)和脱落酸(ABA)4种内源激素进行测定,并通过浸叶法研究外源SA对枸杞瘿螨侵染过程、虫瘿生长和种群增长的影响。结果表明: 枸杞瘿螨的致瘿行为可引发枸杞叶片中多种内源激素产生变化,其中SA和JA的变化最显著,分别是对照组含量的4.0和13.0倍,而Auxin和ABA的变化不显著;外源SA对枸杞瘿螨虫瘿生长有显著抑制作用,且随时间的延长,抑制作用增强,同时虫瘿内瘿螨种群数量受到显著抑制。枸杞瘿螨能够同时诱导枸杞产生SA和JA抗性,外源SA对枸杞瘿螨虫瘿生长和瘿螨种群数量均具有显著抑制作用,利用外源SA防治枸杞瘿螨具有一定的应用前景。

沟灌水氮耦合对毛白杨林木生长及水氮吸收利用的影响

于景麟, 刘峰, 贺曰林, 祝维, 席本野, 贾黎明

2020, 31(7): 2314-2322. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.007

摘要 ( 343 )

PDF (520KB) ( 42 )

为探索沟灌水氮耦合对幼年生毛白杨林木生长及水氮吸收利用的影响,以4年生砂地三倍体毛白杨为对象,研究3个灌溉水平(W₂₀、W₃₃、W₄₅,即沟渠正下方40 cm土壤水势分别达到-20、-33和-45 kPa时灌溉),4个施N水平(N₁₂₀、N₁₉₀、N₂₆₀、N₀,即施肥量为120、190、260和0 kg·hm^-2·a^-1)和自然条件(对照,CK)下幼年生毛白杨林木生长和水氮吸收利用规律,并结合林木生长状况,分析4年生三倍体毛白杨的最佳沟灌水氮耦合策略。结果表明:W₂₀N₁₂₀(高水低肥;土壤水势-20 kPa,施N量120 kg·hm^-2·a^-1)处理对三倍体毛白杨的林地生产力提升最为显著,其林地生产力最高可达33.37 m³·hm^-2·a^-1,仅有树高和总株生物量受到水氮耦合交互作用的显著影响。增加灌溉量或施N量都会提高林木吸氮量,但吸氮量主要受施N量影响;W₂₀N₂₆₀处理总株吸氮量最高,达112.17 kg·hm^-2·a^-1,较CK增加74.0%。各处理中,W₂₀N₁₂₀氮吸收效率和氮肥偏生产力最高,且显著高于其他处理,其总株、地上部、地下部氮吸收效率可达36.8%、28.5%、6.4%,总株氮肥偏生产力可达221.4 kg·kg^-1。不同水氮耦合处理灌水量对灌溉水的利用效率影响显著,其中,W₄₅N₂₆₀灌溉水利用效率最高,达13.66 g·kg^-1;而W₂₀N₁₂₀吸水量和水吸收效率最高,分别为13268.28 t·hm^-2和129.4%。为达到较大的收益,在三倍体毛白杨的幼年生长期间,应保持充足的水分灌溉(-20 kPa)和相对偏低的施氮量(120 kg·hm^-2·a^-1)促进幼年生毛白杨的生长发育。

利益相关者视角下的濒危物种价值评估与生态补偿——以翅果油树为例

张殷波, 牛杨杨, 王文智, 秦浩, 刘莹立, 李俊生

2020, 31(7): 2323-2331. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.011

摘要 ( 387 )

PDF (940KB) ( 51 )

濒危物种价值评估可为生物多样性保护提供重要的政策支撑。本文以国家二级重点保护植物翅果油树为例,从利益相关者视角作为切入点,基于选择实验法评价其偏好和支付意愿(WTP),进而探讨生态补偿机制。基于管理部门、企业和农户三方利益相关者的利益诉求,分析确定了5个翅果油树的物种属性,即种植面积、产品分类、树苗品种、保护投入和农户收益。运用随机参数Logit模型分析了利益相关者对不同物种属性变量的偏好和支付意愿。结果表明: 受访者对“保护增加投入”偏好最强和支付意愿最高,每户为331.00 yuan·a^-1;对产品开发的“高低端产品同时开发”和“高端产品开发为主”变量偏好次之,WTP分别为每户242.71和227.57 yuan·a^-1;对“农户收益”、“保护投入不变”、“树苗品种”和“种植面积”由强到弱依次表现出一定的偏好及支付意愿;而对“保护不投入”和“低端产品开发为主”偏好最弱且WTP为负值。通过直接和间接补偿方式对补偿客体(翅果油树及其生境)实施生态补偿,得到的补偿剩余价值为每户每年285.62元。

国家公园优先保护区域识别——以浙江丽水为例

侯盟, 唐小平, 黄桂林, 李仁强

2020, 31(7): 2332-2340. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.015

摘要 ( 590 )

PDF (2386KB) ( 127 )

如何充分利用有限的资源更好地保护生物多样性一直都是保护地管理所追求的目标。整合保护对象、优化保护地的空间布局、有效识别国家公园优先保护区域是当前中国国家公园体制建设的主要任务。本研究以浙江丽水为例,采用生态模型评估了该区域关键生态系统服务(固碳释氧、水文调节、水资源、土壤保持)的空间分布格局,同时运用MaxEnt模型模拟了37种濒危物种适宜栖息地分布的空间格局。在此基础上,将关键生态系统服务和濒危物种作为保护对象,通过系统保护规划模型MARXAN,在0.4 km×0.4 km规划网格上计算丽水各规划单元的生态保护不可替代性指数,并结合当地管理需求,综合识别了国家公园优先保护区域。结果表明: 2005—2015年间,研究区生态系统固碳量为0.05 kg C·m^-2·a^-1,释氧量为0.13 kg O₂·m^-2·a^-1,水文调节量为83.25亿m³·a^-1,水资源量为803 mm·a^-1,土壤保持量为95.53 t·hm^-2·a^-1;不同土地利用类型的不可替代性指数显著不同,森林为50～100,河流和水库为60～100,园地为30～50,耕地为15～35,住宅用地为0～25,优先保护区域占研究区面积的11.8%。本研究结合生物多样性和生态系统服务的系统保护规划思路,能够为保护地网络优化布局和国家公园优先保护区域的确定提供有用的框架和技术支撑,有助于提升我国建设以国家公园为主体的自然保护体系的整体有效性。

基于土地利用的新疆兵团与非兵团生境质量时空演变的对比

刘方田, 许尔琪

2020, 31(7): 2341-2351. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.014

摘要 ( 527 )

PDF (9998KB) ( 99 )

区域生境质量是生态系统健康水平的重要表征,研究土地利用变化及其引起的生境质量演变,有助于保护生物多样性、构建生态安全格局。为揭示土地利用格局变化下的新疆兵团与非兵团生境质量演变差异,本研究基于1990、2000、2010、2018年4期土地利用数据,利用InVEST模型定量评估新疆兵团与非兵团的生境质量,并分析二者时空分布异同。结果表明: 1990—2018年,兵团和非兵团土地利用类型总体较为稳定,主要表现为耕地和建设用地扩张、草地和未利用地逐渐减少。变化类型以草地、耕地相互转化,耕地转为建设用地为主;兵团的耕地和建设用地分别扩张8.3%、0.7%,草地和林地分别减少6.7%和0.3%;非兵团各地类的变化较小,草地面积减少1.5%,耕地和建设用地面积分别扩张1.2%和0.2%。研究期间,兵团和非兵团生境退化度均先降后升,生境质量整体降低。两地生境质量低值区主要分布在城镇并逐渐扩张;兵团高值区分布在盆地边缘,斑块趋于破碎化;非兵团高值区位于山地且变化较小。兵团生境质量水平高于自治区且下降速度较快。生境质量为较高或较低等级易转入中等等级,相比非兵团,兵团转入比例更高,生境破坏严重。经济发展导致两地低等级区域扩张较快,严重威胁区域生境质量。预测结果表明,2018—2035年,兵团及非兵团耕地和建设用地面积将逐渐增加,林地、草地将逐渐较少,导致生境质量水平呈下降趋势。

1961—2017年攀西烤烟生育期农业气候资源变化特征

张玉芳, 杨柳, 刘琰琰, 张秀琼, 陈超, 谢士娟, 冯文帅

2020, 31(7): 2352-2362. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.012

摘要 ( 379 )

PDF (4358KB) ( 70 )

研究当地主要农作物生育期的农业气候资源变化特征,对于区域农业可持续发展具有重要意义。本研究基于四川攀西地区1961—2017年15个烤烟种植县气象站点数据,采用平均温度、平均温度日较差、缺水率和总辐射4个气候因子,分析攀西烤烟种植区全生育期及不同生育阶段光、温、水等农业气候资源时空分布状况。结果表明: 1961—2017年,攀西烤烟全生育期平均温度呈现由南至北逐渐降低的分布特点,大部分区域呈升高趋势,且显著升温的区域占播种总面积的54.5%;攀西东部大部及中部部分区域平均温度日较差呈上升趋势,且显著增大的区域占总面积的76.4%;攀西农区烤烟缺水率从南到北逐渐降低,总体呈上升趋势;攀西农区总辐射量呈现从西南到东北逐步减小趋势,其中,西南部气候倾向率为正值。研究期间,攀西烤烟平均温度在旺长-开始成熟期最高,总体均呈升高趋势;平均温度日较差在移栽-蹲苗期最大;移栽-蹲苗期的缺水率最大;开始成熟-成熟期的总辐射量最大,蹲苗-旺长期略有增长。

黄土高原降水年内分布差异对旱作果园蒸散特征的影响

张丽娜, 张育斌, 王军德

2020, 31(7): 2363-2372. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.013

摘要 ( 366 )

PDF (1364KB) ( 45 )

天然降水是雨养农业区水文循环的主要驱动因子,在一定程度上决定着土壤水分生态环境,从而影响作物的蒸散特征。本研究通过分析静宁地区历年降水年内分布特征,明确了降水的集中趋势,在2018和2019年田间定位试验基础上,探究土壤水分随降水发生的变化过程以及果园蒸散特征对降水年内分布差异的响应规律。结果表明: 试验区历年降水集中度较高,集中期多分布在7和8月,8月所占比例达75%,且各年降水集中期出现的早晚变化较大。土壤水分对降水的响应主要集中在0～40 cm土层,深层水分只有在大雨量和连续性降水出现时才会发生明显变化。同为丰水年的情况下,2018年降水集中度高,集中期早,时间短,果树日耗水强度呈单峰结构,变幅较大;2019年降水分布均匀,集中期滞后,日耗水强度呈双峰结构,变幅小,大峰靠后。果树最大需水期历时长,2018年大雨的集中分布无法满足后期果树生理需水,果实产量受损,降水利用效率较2019年下降30.2%。黄土高原地区在苹果树幼果生长期往往会出现短暂干旱,影响果实品质,需加强该时段的水分管控。

有机物料还田对双季稻田土壤有机碳及其活性组分的影响

魏夏新, 熊俊芬, 李涛, 文炯, 曾希柏, 余德海

2020, 31(7): 2373-2380. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.021

摘要 ( 510 )

PDF (729KB) ( 105 )

有机物料还田是提升农田土壤有机碳、培肥土壤的重要措施。为探讨不同有机物料的还田效果,采用室外培养方法,研究了在等碳输入条件下,施用水稻秸秆、紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭对洞庭湖双季稻区潮土有机碳和活性有机碳组分含量的影响。结果表明: 经过180 d的培养试验,与不施用有机物料相比,施用有机物料提高了土壤活性有机碳含量。生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭处理分别使土壤有机碳含量显著提升了26.1%、9.7%和30.7%,水稻秸秆和紫云英对土壤有机碳含量的提升效应在试验期间并不显著。水稻秸秆和紫云英还田更有利于土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳的积累,猪粪更有利于土壤可溶性有机碳的积累,生物有机肥更有利于土壤微生物生物量碳和易氧化有机碳的积累,水稻秸秆生物炭则更有利于土壤微生物生物量碳和轻组有机碳的积累。与水稻秸秆还田相比,紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭还田使土壤碳库管理指数分别提高了31.8%、111.6%、62.2%和50.7%。从土壤固碳和土壤碳库管理指数来看,生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭的还田效果优于水稻秸秆和紫云英还田。

减氮配施稻秆生物炭对稻田土壤养分及植株氮素吸收的影响

柳瑞, Hafeez Abdul, 李恩琳, 蒙嘉琳, 田纪辉, 蔡昆争

2020, 31(7): 2381-2389. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.025

摘要 ( 602 )

PDF (2825KB) ( 107 )

通过2018年早稻和晚稻田间试验,研究化学氮肥减量及配施稻秆生物炭对稻田土壤养分特性及植株氮素吸收的影响。试验包括6个处理:不施氮(CK)、常规施氮(N₁₀₀)、减氮20%(N₈₀)、减氮20%配施生物炭(N₈₀+BC)、减氮40%(N₆₀)、减氮40%配施生物炭(N₆₀+BC)。结果表明: 与常规施氮相比,单纯减氮20%和40%或配施生物炭对早晚稻不同生育期土壤pH、有机质、全氮、铵态氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾无显著影响;减氮20%配施生物炭显著增加晚稻分蘖期的土壤阳离子交换量(CEC),而减氮40%配施生物炭则显著增加晚稻抽穗期的电导率(EC)值。与单纯减氮相比,N₈₀+BC的土壤速效钾含量在早晚稻抽穗期均显著升高,土壤pH值、全氮在晚稻成熟期显著增加;N₆₀+BC的土壤全钾含量在早稻成熟期显著升高。不同处理早稻土壤硝态氮含量随生育进程逐渐降低,与分蘖期相比,抽穗期和成熟期的常规施氮土壤硝态氮含量分别降低50.0%和71.6%,而配施生物炭处理则降低6.3%～45.5%,减氮配施生物炭显著降低了硝态氮的流失。在晚稻抽穗期,减氮配施生物炭植株吸氮量显著高于常规施氮和单纯减氮,增加幅度为34.8%～52.4%。综上,适度的减氮或配施稻秆生物炭能有效保持土壤养分,促进水稻对氮素的吸收,提高氮素利用率。

高效稳定性硫酸铵氮肥在黑土中的施用效果

崔磊, 李东坡, 武志杰, 李学红, 李永华, 闫增辉, 郑野, 张金明

2020, 31(7): 2390-2398. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.022

摘要 ( 517 )

PDF (599KB) ( 78 )

为筛选高效稳定性氮肥,采用盆栽试验,通过监测施用不同处理的稳定性硫酸铵对黑土铵态氮和硝态氮含量、表观硝化率、硝化抑制率、玉米生长指标、产量和氮素效率等指标的影响,研究添加不同生化抑制剂配方的稳定性硫酸铵态氮肥在吉林黑土玉米栽培中的施用效果。本试验以不施氮肥(CK)和施硫酸铵(N)为对照,在硫酸铵中分别添加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、2-氯-6-三甲基吡啶(CP),氮保护剂(N-GD)和肥料增效剂(HFJ)及其组合,制成9种稳定性硫酸铵氮肥。结果表明: 与单施硫酸铵氮肥处理相比,在黑土中添加DMPP和DMPP组合显著影响土壤中铵态氮和硝态氮含量及土壤表观硝化率,铵态氮含量提高1.4～2.0倍,硝态氮含量降低13.6%～17.9%,土壤表观硝化率降低55.3%～59.8%;添加DMPP、DMPP+HFJ和DMPP+N-GD组合硝化抑制率最高,达到16.5%以上;添加DMPP+HFJ+N-GD和HFJ的硫酸铵处理玉米叶片叶绿素含量增加最显著,增加4.5～5.3倍;硫酸铵添加硝化抑制剂和肥料增效剂对株高无显著影响;添加HFJ的硫酸铵处理玉米生物量、籽粒产量、经济系数、收获指数、氮肥农学利用率、氮素吸收利用率、肥料贡献率和氮肥偏生产力增加最显著,分别增加1.2、2.5、0.7、0.6、2.7、2.1、1.3和2.5倍。添加HFJ和DMPP、DMPP+HFJ、DMPP+N-GD处理的硫酸铵处理在黑土中施用效果最好,但是DMPP成本较高,因此,兼顾成本和氮肥利用率,建议稳定性硫酸铵态氮肥生化抑制剂首选氮肥增效剂HFJ,其次选择DMPP+HFJ或者DMPP+N-GD。

基于无人机的冬小麦拔节期表层土壤有机质含量遥感反演

王曦, 李玉环, 王瑞燕, 史丰智, 徐绍棠

2020, 31(7): 2399-2406. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.023

摘要 ( 533 )

PDF (1868KB) ( 89 )

快速监测大面积分布的盐渍化麦田土壤有机质含量,可为推进盐渍土改良和促进碳循环研究提供数据支撑。通过野外采样与获取无人机遥感影像,分别基于裸土和植被情况,采用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机回归(SVR)3种方法,建立区域有机质含量遥感模型,并进行检验和对比,确定最优的土壤有机质含量反演模型;最后基于最优模型进行研究区表层土壤有机质的反演,并与插值结果进行比较。结果表明: 经5×5的中值滤波处理后的光谱与土壤表层有机质对应最优;3种模型中,SVR模型的预测精度最高,PLSR次之,MLR效果最差。对比两种变量的建模效果,基于植被的SVR建模效果最好,其建模决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)分别为0.89、0.20,验证R²、RMSE分别为0.82、0.24;基于裸土的建模效果不理想,最优的也是SVR模型,其建模R²、RMSE分别为0.63、0.26,验证R²、RMSE分别为0.61、0.25。根据最优模型反演得到该区域有机质含量为17.51～22.53 g·kg^-1,平均值为19.51 g·kg^-1,与实地调查结果较为一致;插值结果与反演结果相比,精度受到限制。综上,基于无人机多光谱可以对盐渍土冬小麦拔节期土壤有机质含量进行快速、大范围精准估测。

高CO₂浓度、干旱及其互作对不同持绿型小麦幼苗的影响

牛胤全, 史雨刚, 汤小莎, 晋秀娟, 曹亚萍, 杨进文, 王曙光, 孙黛珍

2020, 31(7): 2407-2414. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.024

摘要 ( 326 )

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以小麦持绿型品种‘烟农19'和非持绿型品种‘旱选3号'为试材,在开放式气室(OTC)内设置正常CO₂浓度(370 μmol·mol^-1)和高CO₂浓度(550 μmol·mol^-1),干旱(田间持水量的45%～55%)和灌溉(田间持水量的75%～85%),共4个环境处理,采用盆栽法研究高CO₂浓度、干旱及其互作对不同持绿型小麦幼苗生长性状、生物量积累和生理性状的影响。结果表明: 干旱显著抑制了小麦幼苗的生长发育;高CO₂浓度对小麦幼苗的生长发育有明显的促进作用,对分蘖数的影响更显著,干旱条件下高CO₂浓度使旱选3号和烟农19的分蘖数分别增加了61.0%和42.3%。两种水分条件下,高CO₂浓度显著增加了小麦幼苗的生物量,降低了幼苗叶片过氧化物酶和脯氨酸的含量。干旱条件下,高CO₂浓度表现出更好的“肥效作用”。此外,不同持绿型小麦品种对高CO₂浓度的响应存在差异,旱选3号对CO₂的响应更敏感。因此,在未来气候变化背景下,CO₂浓度升高时可以适当减少田间灌水量,合理利用水资源,还需注意选择适宜的品种。

不同除草剂的田间杂草防效及对糜子生长发育的影响

赵颖楠, 字雪靖, 王婉, 冯煜, 杨璞, 高金锋, 王鹏科, 高小丽

2020, 31(7): 2415-2421. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.027

摘要 ( 562 )

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筛选糜子适宜除草剂来防范农田药害,是糜子高效安全生产和改善生态环境亟待解决的关键问题。本研究以粳性糜子品种‘榆糜2号'为材料,探究22种除草剂对糜子田间杂草的防除效果及对糜子生长发育的影响。结果表明: 1)喷施土壤封闭型除草剂谷友、丁草胺、莠去津、苄嘧·丙草胺和茎叶型除草剂苯唑·二甲钠、阔世玛、藤净、陶氏·优先、阔菲后,基本无药害作用,糜子幼苗生长正常,其余除草剂均对糜子有不同程度的药害影响;2)参试的22种除草剂在糜子田中对杂草均表现出一定的防除效果,总体而言,土壤封闭型除草剂的杂草防效相对优于茎叶型除草剂,但所有参试除草剂对糜子株高、功能叶片叶绿素含量、单株穗重均造成不同程度的影响;3)与人工除草相比,参试除草剂均导致糜子产量有不同程度的下降;但与不除草对照相比,部分除草剂有明显的增产增效作用。土壤封闭型除草剂中,谷友、丁草胺、莠去津、苄嘧·丙草胺的杂草防效较好,较不除草对照增产60%以上;茎叶型除草剂中,阔世玛、苯唑·二甲钠的杂草防效较好,较不除草对照增产50%以上。因此,在糜子出苗前可用38%莠去津或44%单嘧磺隆进行土壤封闭处理,或在出苗后喷施茎叶型除草剂3.6%二磺·甲碘隆或55%苯唑·二甲钠,农田杂草防效较好,且对糜子生长发育的负面影响较小。

不同缓控释肥对鲜食玉米产量、品质及氨挥发的影响

安文博, 孙焱鑫, 李占台, 王激清, 邹国元, 杨俊刚

2020, 31(7): 2422-2430. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.028

摘要 ( 450 )

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采用田间试验,设置不施氮对照(CK)、常规施肥(U)、增效尿素(DU)、包膜尿素(CU)、缓控释掺混尿素(CDU)共5个处理,研究了常规施肥(240 kg N·hm^-2)和不同缓控释肥料一次性减量施用(180 kg N·hm^-2)对鲜食玉米产量、品质与土壤无机氮变化和氨挥发的影响。结果表明: U处理氨挥发总量最高,追肥是产生氨挥发损失的重要因素;与U处理相比,DU、CU、CDU处理氨挥发减排78%～81%。收获后U处理80～100 cm土层硝态氮浓度最高,为51.6 mg·kg^-1,氮淋溶风险较高,而DU、CU、CDU处理同土层硝态氮含量均较低,降低了淋溶风险。与U处理相比,减氮25%的3个缓控释肥处理没有减产,并增加了籽粒维生素C、可溶性糖和蛋白质含量;缓控释肥处理之间,DU处理的氮肥农学效率和经济效益最高。综上,减量施用新型缓控释肥可以实现鲜食玉米稳产提质,显著降低氨挥发损失和硝态氮淋失风险。与成本较高的树脂包膜控释肥相比,双效抑制剂增效肥(DU)成本低、制作便捷,是鲜食玉米专用肥的较好选择。

花岗岩崩岗不同部位土壤饱和导水率特征及其影响因素

黄婉霞, 邓羽松, 谢福倩, 杨钙仁, 蒋代华, 黄智刚

2020, 31(7): 2431-2440. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.029

摘要 ( 436 )

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崩岗是我国南方花岗岩丘陵区普遍存在的水力-重力复合土壤侵蚀现象。为探究崩岗的土壤水力学性质与侵蚀机理的内在联系及其与影响因素之间的关系,选择桂东南活动型、半稳定型和稳定型3种花岗岩崩岗为对象,研究不同部位土壤饱和导水率的空间变化及其影响因素。结果表明:1)崩岗土壤饱和导水率在不同部位呈波动分异,其中崩壁中部为最小值,崩积堆上部为最大值,其次为洪积扇顶端。2)选取Cosby、Compbell、Julià、Hypre 4种土壤饱和导水率传递函数对该区土壤饱和导水率进行拟合,结果预测值与实测值均存在偏差。3)相关性分析表明,土壤饱和导水率与毛管孔隙度、黏粒含量呈极显著负相关关系,与非毛管孔隙和砂粒含量呈极显著正相关关系。4)通径分析表明,砂粒含量为崩岗土壤饱和导水率的主要影响因素,其次为非毛管孔隙度和土壤容重,其中砂粒含量与非毛管孔隙度对土壤饱和导水率呈正效应,容重呈负效应。研究结果可为揭示崩岗侵蚀机理和防治提供理论依据。

麝香草酚抑制灰霉菌的作用机理: PAO-H₂O₂系统

杨康, 陈健, 辛爱景, 蔡金霞, 石志琦, 杨立飞

2020, 31(7): 2441-2448. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.031

摘要 ( 441 )

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由灰霉菌侵染导致的农作物灰霉病是农业重大病害之一,采用环境友好型杀菌剂防治灰霉病受到越来越多的关注。天然化合物麝香草酚对灰霉菌具有较强的抑菌活性,本文采用生理生化方法探讨了麝香草酚通过调控灰霉菌多胺氧化酶(PAO)产生过氧化氢(H₂O₂)的抑菌机理。结果表明: 1)麝香草酚抑制灰霉菌生长,并伴随着菌丝体中H₂O₂和丙二醛(MDA)的积累及PAO活性的升高。2)在麝香草酚处理的菌丝中加入特异性抑制剂MDL(N,N'-丁烷二烯基丁二胺)抑制PAO活性,导致H₂O₂和MDA显著下降,菌丝生长得到部分恢复。表明麝香草酚可能触发灰霉菌中依赖于PAO的H₂O₂累积,进而产生氧化损伤效应,导致部分菌丝生长受阻。3)从灰霉菌中克隆了一个编码PAO的基因BcPAO,序列比对和进化分析显示,BcPAO蛋白具有典型的PAO家族保守结构域特征。4)低浓度麝香草酚处理对BcPAO转录水平无显著影响,而高浓度麝香草酚处理则显著上调BcPAO的转录水平,说明麝香草酚对灰霉菌PAO活性的刺激作用可能源于对BcPAO的调控。研究表明,麝香草酚对灰霉菌的抑菌效应之一可能表现为:菌丝PAO活性上升导致H₂O₂大量产生,引发菌丝氧化损伤,生长受阻。本研究发现的麝香草酚抑菌模式可为环境友好型杀菌剂的应用提供理论依据。

微生物菌剂对猪粪堆肥中细菌群落结构的影响

王建才, 朱荣生, 刘兴华, 孙守礼, 王怀中, 唐茜, 齐波, 黄保华

2020, 31(7): 2449-2456. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.033

摘要 ( 536 )

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以猪粪和小麦秸秆做堆肥试验,处理组添加外源微生物菌剂,利用常规方法对堆肥样品进行理化性状测定,采用高通量测序技术分析堆肥过程中细菌群落特征。理化性状测定结果表明: 添加外源菌剂可延长堆肥高温时间,降低堆肥发酵末期的pH,增加全氮含量,加快C/N的下降。主成分分析表明: 外源菌剂影响堆肥样品细菌群落的稳定性。门分类水平上,厚壁菌门、变形菌门和绿弯菌门的相对丰度在处理组中较高;纲分类水平上,梭状芽孢杆菌纲、α-变形菌纲和γ-变形菌纲在处理组的升温期和高温期相对丰度增加;科分类水平上,小单孢菌科和梭状芽孢杆菌纲的消化链球菌科、梭菌科以及盐厌氧菌科的相对丰度在处理组的升温期和高温期均呈上升趋势。Pearson相关性分析表明,盐胞菌属与外源菌剂呈显著正相关,而氨苄芽孢杆菌属与外源菌剂呈显著负相关。研究表明,猪粪堆肥中添加外源菌剂可使堆肥的理化性质和细菌群落结构均发生显著变化。

中国北方主产地苹果冷热积累变化及其对始花期的影响

刘璐, 郭梁, 李曼华, 傅玮东, 栾青

2020, 31(7): 2457-2463. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.026

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开展气候变化背景下苹果冷热积累变化及其对始花期的影响研究,对指导苹果种植及生产具有重要意义。本研究选取山东福山、山西万荣、甘肃西峰和新疆阿克苏代表中国北方苹果主产地,利用1996—2018年红富士苹果的始花期观测资料和逐时气温数据,采用动态模型、生长度小时模型分别计算逐日冷积累量(CP)和热积累量(GDH),并利用偏最小二乘回归法,对逐日冷、热积累量和各地苹果始花期进行相关分析,以明确各地苹果冷、热积累起止日期和积累量,以及冷、热积累期内温度变化对始花期的影响规律。结果表明: 我国北方主产地苹果冷积累时段集中于10月1日前后至2月中下旬或3月中旬,积累量为74.1～89.3 CP;热积累时段集中于1月下旬前后至始花期,积累量为4010～5770 GDH。西峰和阿克苏冷积累期内平均气温每升高1 ℃,冷积累量将分别增加3.8和5.0 CP;各地热积累期内平均气温每升高1 ℃,热积累量将增加725～967 GDH。与冷积累期内温度变化的影响效应相比,热积累期内温度变化主控我国北方主产地苹果始花期,且气候变暖总体有利于冷积累期内平均气温较低地区的苹果开花和生产。

森林土壤微生物对干旱和氮沉降的响应

郑勇, 贺纪正

2020, 31(7): 2464-2472. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.035

摘要 ( 681 )

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干旱和氮沉降深刻影响着人类世森林生态系统的生命活动与物质循环,进而影响全球碳平衡、并反馈作用于气候变化。土壤微生物驱动元素的生物地球化学循环和关键土壤生态过程,在气候变化生物学研究方面具有核心地位和全球重要性。本文综述了干旱和氮沉降对森林土壤细菌和菌根真菌的影响。提出未来应加强全球变化多因子交互作用对土壤微生物多样性、活性与生态功能的研究;建立野外长期定位站,强化亚热带森林生态系统与全球变化研究;注重土壤生物之间互作及网络研究;利用微生物大数据建立相关的机理模型等。从认识微生物多样性和群落组成对全球变化的响应与适应,逐步发展为调控利用微生物群落服务于森林的优化管理、生态资源的合理保护与可持续利用,为充分发挥微生物减缓全球气候变化的作用提供理论基础。

施用生物炭对土壤动物群落的影响研究进展

唐静, 袁访, 宋理洪

2020, 31(7): 2473-2480. doi:10.13287/j.1001-9332.202007.034

摘要 ( 463 )

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土壤动物是土壤生物群落不可或缺的组成部分,是调控土壤生态过程重要的生物驱动因子。探明向土壤中施加生物炭对土壤动物群落的影响及二者之间的相互关系,对深刻认识土壤生态系统的运行机制、评价土壤生态服务功能具有重要意义。本文综述了施用生物炭对土壤动物群落的影响及机制,包括生物炭原料、制备温度、施用量的差异对土壤动物群落造成的直接影响,及以生物介导(改变植物生理特性、提高微生物数量)和非生物介导(土壤理化性质的改变)环境条件的改变对土壤动物群落造成的间接影响。低量生物炭添加下(生物炭与土壤质量比＜5%),对土壤动物的生长繁殖和行为活动起促进作用,若施炭量过高(＞10%),则会产生毒害;土壤动物的行为活动也会影响生物炭的稳定性。未来应该加强长期田间定位、时空变异性、多学科交融和分析预测等方面的研究。

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