硅素对水稻幼苗镉积累及抗胁迫应答的调节效应

施硅(Si)可以显著缓解镉(Cd)胁迫对水稻生长发育的毒害效应。本研究通过水培分根试验,研究了Si对水稻幼苗Cd积累及胁迫应答的调节效应。结果表明: Cd胁迫下水稻幼苗的生物量显著降低,加Si可以显著缓解Cd对水稻幼苗生长的抑制效应。水稻幼苗对Cd的吸收、转运和积累明显受到Si的影响,单侧根系Cd胁迫下加Si(Si-Cd+Si,Si-Cd)使根系对Cd的滞留系数达83.3%～83.6%,限制了Cd从根向地上部转移。单侧根系Cd胁迫下非胁迫侧加Si(Si-Cd)处理的植株对Cd的吸收和累积明显增加,尤其是根中Cd的积累量较单侧根系Cd胁迫下无Si(CK-Cd)处理增加了48.2%;而单侧根系Cd胁迫下双侧加Si(Si-Cd+Si)处理则显著降低了根和地上部对Cd的吸收,较CK-Cd处理分别降低了36.7%和54.9%。双侧Cd胁迫下单侧加Si(Cd-Cd+Si)则使根和地上部对Cd的吸收量显著减少,较双侧根Cd胁迫(Cd-Cd)处理分别降低了57.8%和46.5%。Cd胁迫下水稻幼苗根中含较高浓度的Si,加Si则使Cd胁迫下根和地上部积累更多的Si。加Si也影响了水稻幼苗对其他金属元素如钙(Ca)、镁(Mg)、锰(Mn)的吸收,Cd-Cd+Si处理显著增加了根系和地上部的Ca、Mg浓度,但Mn浓度的变化则因Cd胁迫程度而表现不同。加Si对Cd胁迫下根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性有一定的影响,尤其是Si-Cd处理的胁迫侧POD和非胁迫侧SOD活性显著上升,有利于清除Cd胁迫产生的氧自由基。总之,Si对Cd胁迫下水稻幼苗生长、Cd和Si等的吸收及根系的抗氧化反应有一定的调节效应,植株体内较高的Si浓度有利于增强植株对Cd的耐受性。     

生物炭介导植物病害抗性及作用机理

生物炭是生物有机材料在缺氧或限氧条件下经高温热裂解后生成的固体产物，在固碳减排、污染修复、土壤改良等方面具有较大的应用潜力。研究表明，生物炭在植物病害胁迫中也起重要的抗性作用。综述了国内外关于生物炭缓解植物病害的相关研究，重点介绍了生物炭在降低病害和提高植物抗性方面的作用机理。生物炭通过诱导植物增强系统抗性，改良土壤理化特性，改变土壤微生物群落结构，增加土壤有益微生物类群的丰度和活性，吸附病原菌及其产生的有毒物质等来降低病原菌对寄主植物的侵害作用，从而促进植物生长和增强植株抗病性。生物炭对病害的抗病效果与生物炭的原料类型、用量、土壤及病害类型等有关。未来的研究应重点应围绕"生物炭-土壤-植物病害"体系，借助组学手段，深入研究生物炭介导植物病害的分子机理。     

硅素分期施用对镉污染水稻光合特性及物质积累的影响

硅(Si)可有效提高水稻对镉(Cd)的抗性,但关于优化硅肥管理对水稻耐Cd性、光合及物质积累等响应机制尚不明晰。采用受污染的农田土壤,通过盆栽试验研究移栽期施Si(T)、拔节期施Si(J)、移栽和拔节期等量分期施Si(TJ)对Cd污染水稻光合作用及物质积累的影响,以不施Si(CK)为对照。结果表明：施Si可明显提高Cd污染下水稻净光合速率,延长叶片光合功能,促进叶片Si沉积,增加Cd在叶中的固定,减少其向籽粒转移。与CK相比,TJ处理在全生育期具有较高的光合速率,产量显著高于其他处理。T、TJ、J处理叶片细胞壁Cd的固持量分别增加11.45%、24.16%和30.15%,且叶片Cd更多以惰性形态(包括果胶和蛋白质结合态Cd、不溶解性磷酸Cd和残渣态Cd)存在,导致叶片Cd转移系数降低,T、TJ、J较CK分别降低33.91%、56.67%和52.16%。此外,主成分分析结果表明,3种Si处理对水稻耐Cd性和光合特性的综合影响大小为TJ>J>T。综合考虑Si调控光合作用、产量、叶片和籽粒Cd浓度的效应,推荐Si素于移栽期与拔节期分期施用。     

不同磷水平配施生物炭对土壤磷有效性

生物炭在提高土壤磷素有效性及促进作物生长方面具有显著作用,但其效果因土壤类型不同存在较大差异。试验以赤红壤(pH 4.91)和褐土(pH 7.24)为供试土壤,设置3种磷肥水平(0、30、90 kg P·hm^-2,分别以不施磷、低磷、高磷表示)配施稻秆生物炭(0、4%)的大豆盆栽试验,研究了不同磷水平下配施生物炭对土壤磷有效性、磷酸单酯酶活性和植株磷吸收的影响。结果表明: 不同磷水平配施生物炭显著提高了两种土壤的速效磷和全磷含量,且低磷水平添加生物炭处理速效磷增幅最大,在赤红壤和褐土的增幅分别为192.6%和237.1%。与低磷相比,赤红壤中低磷配施生物炭处理的碱性磷酸单酯酶活性显著增加78.9%,活性有机磷含量降低39.3%,同时显著促进了植株生长与磷吸收;生物炭添加显著降低了褐土活性有机磷含量,但不同处理对土壤磷酸单酯酶活性和植株生长无显著影响。土壤活性有机磷含量与速效磷含量均呈显著负相关。综上,生物炭对土壤磷有效性的作用因土壤类型和磷肥水平差异而不同,其在赤红壤上对植株生长和磷吸收的促进效应强于褐土,且在低磷条件下效果更佳。本研究为生物炭在减施磷肥和促进大豆磷吸收,特别是在赤红壤上的应用提供了科学依据。     

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

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。     

碳氮添加对草地土壤有机碳氮磷含量及相关酶活性的影响

草地土壤有机碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分含量和酶活性对草地生态系统能量和养分的保持和供应具有重要作用.氮沉降对草地生态系统土壤有机养分及酶活性产生影响的结果不一致性,碳的同步添加是否会缓解氮沉降造成的负面影响仍不清楚,需要深入探讨.本研究以在内蒙古呼伦贝尔草原开展的碳(葡萄糖)、氮(尿素)添加试验样地为依托(始于2014年5月),探讨碳、氮添加对草地土壤C、N、P含量及相关酶活性的影响及其机制.试验分别设N₀(对照)、N₂₅(施氮25 kg·hm^-2·a^-1)、N₅₀(50 kg·hm^-2·a^-1)、N₁₀₀(100 kg·hm^-2·a^-1)、N₂₀₀(200 kg·hm^-2·a^-1)共5个N添加主处理,C₀(对照)、C₂₅₀(施碳250 kg·hm^-2·a^-1)、C₅₀₀(500 kg·hm^-2·a^-1)3个碳添加副处理,试验样品采于2016年8月.结果表明:高氮添加显著抑制脱氢酶(DHA)和β-1,4-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)活性,与对照相比,其活性分别降低22.3%和12.5%;而氮添加对土壤有机N含量无显著影响,使有机C和有机P含量分别减少6.6%和14.5%.高碳添加缓解了土壤微生物的碳限制,使得脱氢酶(DHA)、β-葡糖苷酶(BG)活性及土壤有机N、有机P含量分别增加15.1%、12.2%、1.9%、2.6%.研究表明,长期过量氮输入抑制土壤微生物活性,造成土壤有机C、有机P的减少,而碳添加提高了微生物及酶活性,使土壤有机N、P含量增加.碳氮耦合添加对草地土壤有机C、N、P的持续供应具有重要意义.