应用生物效应数据库法建立淡水水体沉积物重金属质量基准

重金属是水体沉积物中的重要污染物,可能对底栖生物和水生态环境产生严重的危害.生物效应数据库法是国际上广泛接受的沉积物质量基准计算方法.本文介绍了利用该方法计算沉积物质量基准的详细过程,并应用该方法初步建立了Cu、Zn、Cd、Pb、Ni 5种重金属的淡水沉积物质量基准,对建立基准值进行了可比性、可靠性和可预测性分析.结果表明: Cd、Ni、Pb、Zn、Cu的临界效应浓度(TEL)分别为3.0、31.4、47.3、74.9和45.5 mg·kg^-1(以干质量计),可能效应浓度值(PEL)为19、76.9、204.1、403.6和181.1 mg·kg^-1(以干质量计).除Zn外,其他4种重金属的TEL、PEL值与其定义的生物效应基本一致,符合针对保护底栖生物制定的沉积物质量基准的要求,具有较高的可靠性,可以作为淡水水体沉积物重金属质量基准建议值.     

小麦品种抗旱性评价指标研究

以抗旱性不同的冬小麦品种为材料,在正常降雨年型的干旱处理（DT）和正常灌溉（CK）条件下,对于不同类型抗旱品种的产量形成能力、抗旱性评价指标以及相关抗旱生理参数进行了较全面的研究。结果表明,可采用抗旱指数（DRI）和产量降低指数（YDI）作为评价小麦品种抗旱性强弱的指标。供试品种成熟期单株干物重具有较大的差异,表现为随着品种抗旱性的增强而不断增加,表明干旱条件下单株干物重的大小与小麦品种的抗旱性具有密切联系。研究发现,单位面积穗数与产量降低指数的相关达到极显著水平,表明在干旱条件下单位面积具有较多的穗数形成能力,对于干旱条件下小麦获得相对较高的产量具有重要作用。旗叶全展、中期和生长后期的净光合速率（Pn）和脯氨酸含量均与抗旱指数和产量降低指数、叶绿素含量与产量降低指数分别呈显著或极显著相关,表明可用植株旗叶的Pn、叶绿素含量和脯氨酸含量作为评价小麦品种抗旱性强弱的参考生理指标。     

沉积物质量评价"三元法"及其在近海中的应用

沉积物质量评价"三元法(sediment quality triad,SQT)"是一种基于生物效应的综合评价方法,主要包括化学、毒理、生态3个基元。尽管各基元可通过选择适当参数,单独反映沉积物中致污物的环境风险,但以证据权重法结合其三基元,则更能全面描述沉积物中有害化学物质与生物效应之间的因果逻辑关系,加强化学致污物及其污染水平的生态相关性,为环境治理及修复等提供重要依据。从基元构成和数据解译两方面回顾了SQT方法的研究进展,介绍了该法在国内外的应用实例,剖析了提高评价可靠性的相关手段,并结合我国近海沉积物环境质量评价现状,展望了SQT法的未来研究及应用前景。结果表明,通过替换、改进现有基元或增加其它基元的方式可提高SQT评价结果的可靠性,而引入新的数据解译方法则可使本方法的评价过程更加透明、评价结果更加直观。适于评估化学胁迫对沉积物等环境介质造成的损害,已广泛应用于世界各地,是目前主要的综合评价方法,具有良好的研究与应用前景。     

我国北方玉米品种个体产量潜力与氮利用效率研究

采用大田试验,在低密度条件下, 研究了我国北方1990年以来大面积种植的50个玉米主栽品种个体产量潜力和N利用效率.探测分析和正态分布检测结果表明,单株籽粒产量（GY）、千粒重（KW）、单株生物产量（AB）、籽粒收获指数（HI_G）、N利用效率（NUE）和N收获指数（HI_N）6个指标分别符合正态分布N（265.1,44.50²）、N（322.3,36.91²）、N（515.8,64.73²）、N（0.514,0.06²）、N（43.0,5.37²）和N（0.643,0.06²）,其变化范围为GY 198.35～345.22 g/株、KW 241.50～391.82 g/1 000粒、AB 402.34～712.84 g/株、HI_G 0.39～0.63、NUE 31.18～57.35 kg grain·kg^-1N和HI_N0.47～0.74.相关分析表明,产量与NUE高度正相关（偏相关系数0.471**,P=0.01）,而籽粒千粒重与NUE呈显著性负相关（Pearson相关系数-0.427**,P=0.02）.对GY和NUE进行分层聚类,将北方玉米品种划分为高产高NUE型、低产低NUE型和中间型,目前高产高NUE型玉米品种相对较少,仅占24%.     

不同水氮水平下小麦品种对光、水和氮利用效率的权衡

通过再裂区设计田间试验,以3个春小麦品种(和尚头、西旱2号和宁春4号)为材料,设置两个灌溉水平(充分灌水4500 m³·hm^-2和有限灌水3000 m³·hm^-2)和5个施氮水平(0、75、150、225、300 kg N·hm^-2),研究小麦光能利用效率(LUE)、水分利用效率(WUE)、氮素利用效率(NUE)对水氮的响应特性及其相互关系.结果表明: 3个小麦品种间LUE、WUE和NUE差异显著.在一定范围内增加灌水和施氮量则LUE升高,过量施氮则LUE下降.强抗旱和中等抗旱品种(和尚头和西旱2号)WUE受灌水量的影响比不抗旱品种(宁春4号)小.施氮可以调节小麦WUE,中等施氮水平(和尚头和西旱2号在150 kg N·hm^-2时,宁春4号在225 kg N·hm^-2时)有最高的WUE.随施氮量增加,植株氮素累积量先增后减,氮素干物质生产效率(NUE_b)、氮素收获指数(NHI)、氮肥农学利用效率(NAE)和氮肥偏生产力(PFP)均显著降低.灌溉水平对NHI无显著影响;随灌水量增加,小麦氮素积累量显著增加,强抗旱和中等抗旱品种NUE_b和NAE显著降低,不抗旱品种 NUE_b和PFP显著升高,对其他指标无显著影响.3个小麦品种氮素获取能力与氮素利用效率呈极显著负相关,NUE_b与LUE、WUE呈显著负相关,LUE与WUE呈显著正相关,春小麦氮素利用效率与光能利用效率、水分利用效率间存在明显的权衡关系.当灌水量为3000 m³·hm^-2,强抗旱和中等抗旱品种在150 kg N·hm^-2,不抗旱品种在225 kg N·hm^-2时,有较高的资源利用效率.     

海南东寨港红树林沉积物中重金属的分布及其生物有效性

对东寨港红树林湿地沉积物中7种典型重金属元素(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd 和Pb)的有效态含量和全量进行测定,并讨论了红树林湿地沉积物中重金属元素的分布特征及其生物有效性.结果表明： 7种重金属在东寨港红树林湿地的含量大于亚龙湾和三亚湾的红树林湿地,但与中国南方和世界各地的典型红树林湿地相比仍处于中等偏低水平.东寨港红树林湿地光滩、林缘、林内表层沉积物的重金属含量存在差异;在柱状沉积物中重金属伴随沉积明显,表现出较强的同源性.经EDTA萃取出的有效态金属在表层沉积物中含量依次为Cu＞Cr＞Zn＞Ni＞As＞Pb＞Cd;垂直梯度重金属有效态含量占总量的比例的最大值(除Ni外)均出现在表层或中上层;目标重金属元素有效态和总量在空间分布上具有明显正相关性,元素总量指标能较好地评估该元素的生物有效性     

证据权重法及其在近海沉积物环境质量评价中的应用研究进展

目前,我国近海沉积物的评价主要采用化学方法,但随着结合化学、毒理及生态等权重水平的证据权重法在科学性及可操作性上日趋完善,证据权重法在我国近海沉积物环境质量评价中的业务化应用的时机已趋成熟.证据权重法是一种基于多重权重水平,通过衡量各沉积物数据信息的质量、权重以及一致性,来评估沉积物中包括致污物在内的环境胁迫可能引起的生物有害效应的方法,是现存唯一的可为沉积物环境质量状况提供确定性结论的方法.本文回顾了沉积物环境质量评价发展历程,分析了近年来国内外关于证据权重法的研究进展,总结了该方法的不同定义和主要的证据权重评价的信息解译手段,探讨了不同评价方法的可靠性,并就将该方法用于我国近海沉积物环境质量评价提出相关建议.     

湘西河流表层沉积物重金属污染特征及其潜在生态毒性风险

花垣河和峒河是湘西地区受到锰矿和铅锌矿生产影响严重的两条河流。通过表层沉积物采样分析了Cd、Pb、Cu、Ni、Cr、Zn和Mn的总量,根据BCR连续提取程序分析沉积物样品中重金属的地球化学赋存形态,采用内梅罗指数法和地积累指数法评价了沉积物重金属污染特征,根据重金属的富集程度探讨了重金属污染来源,采用淡水生态系统沉积物质量基准(SQGs,TEL/PEL)和毒性单位评价了花垣河和峒河沉积物中重金属元素的生态毒性风险。结果表明,花垣河和峒河绝大多数位点的表层沉积物中Cd、Pb、Cu、Ni、Cr、Zn和Mn的总量高于参照点,形成严重的复合污染,花垣河沉积物中重金属的污染水平明显高于峒河,但沿程变化规律不明显,而峒河沉积物中重金属的沿程变化较有规律,即上游含量低,中下游含量较高。两条河流表层沉积物中富集程度居前列的均为Cd、Pb、Zn和Mn。花垣河和峒河沉积物重金属污染主要来源于矿业生产所产生废渣和废水的点排放。在花垣河和峒河的大多数位点,Cd、Pb和Mn的形态具有共同特征,其生物可利用态均较大程度地超过生物不可利用态,而且Mn和Cd的生物可直接利用态所占比例远高于其它重金属,而Cu和Cr的生物可直接利用态所占比例很低。花垣河沉积物中Cd、Pb和Zn在所有位点极大地超过PEL,在峒河中下游,Cd、Pb、Ni和Zn超过PEL,具有较大的潜在生物毒性。除上游S1位点外,花垣河的其余各位点都具有明显的急性毒性,峒河中下游各位点具有明显的急性毒性,这些河段需要重点治理。     

小麦品种磷营养特性的类型分析及其年度间稳定性的研究

利用大田试验对１０７份小麦品种的磷营养特性进行了鉴定。结果表明,各品种按其生产力水平和对土壤磷的利用效率可划分为,高产高效、高产中效、高产低效、中产高效、中产中效、中产低效、低产高效以及低产中效８种类型,其出现频率分别为６．５％、３６．５％、８．４％、８．４％、１５％、４．６％、５．６％和１．９％。小麦品种耐低磷特性在不同年度间相当稳定,可以通过土培试验与大田试验相结合的方法进一步筛选出最稳定的“     

深海沉积物高效脱氮菌筛选分离及其脱氮特性研究

【背景】深海海域具有高压、低温、无光等环境条件,蕴含着丰富而独特的微生物资源。【目的】从深海沉积物中定向分离、筛选脱氮效率高的好氧脱氮菌株资源,并揭示其脱氮特性,为开发水体脱氮微生物技术提供物质基础。【方法】以东太平洋、南大西洋、西南印度洋共10个站位的深海沉积物为研究材料,在28°C下使用无机氮源连续进行两轮富集培养,然后定性筛选可以脱除氨氮、亚硝态氮和硝态氮的菌株,并通过形态学和16S rRNA基因序列分析进行初步分类鉴定;对优选得到的功能菌株,分别采用以氨氮、亚硝态氮、硝态氮为唯一氮源的培养基定量研究其生长和脱氮性能。【结果】从10份大洋深海沉积物样品中共分离得到49株好氧反硝化菌,其中3株在有氧条件下反硝化效率较高,分别命名为Pseudomonassp.G111、Pseudomonassp.G112和Dietziamaris W023a,其中菌株G111和G112与模式菌株博岑假单胞菌Pseudomonas bauzanensis BZ93T的16S rRNA基因序列相似度为99.2%,菌株W023a与模式菌株海洋迪茨氏菌DietziamarisATCC35013T的16SrRNA基因序列相似度为99.9%。菌株G111、G112和W023a培养48h后,对氨氮的脱除率分别为98.0%、85.2%和97.6%;对亚硝态氮的脱除率分别为71.9%、67.5%和34.7%;对硝态氮的脱除率分别为66.0%、52.6%和56.3%。菌株G111、G112和W023a均为异养硝化-好氧反硝化菌,可通过好氧反硝化作用将亚硝态氮和硝态氮还原为含氮气体,也可通过异养硝化-好氧反硝化作用将氨氮转化为含氮气体。【结论】从深海沉积物中分离筛选得到3株高效好氧反硝化菌,所获得的菌株在水体净化、污水处理、生态系统修复等领域具有应用潜力。     

小麦进化材料水分利用效率与氮利用效率间相互关系

利用田间微区试验,在整株水平上研究了10种小麦进化材料水分利用效率(WUE)和氮利用效率(NUE)间的关系．结果表明,小麦在从二倍体→六倍体的长期进化过程中,WUE和NUE均逐渐增加．除法国黑麦外,其余9种小麦进化材料WUE和NUE间呈显著正相关,表明法国黑麦高的NUE可能与WUE以外的其它生理机制有关．     

氮素形态对不同专用型小麦根系及氮素利用率影响的研究

采用盆栽方法研究了3种氮素形态对不同专用型小麦根系及氮素利用率的影响．结果表明,拔节期以后,强筋型小麦豫麦34在酰胺态氮处理下,根系生物量、根系活力、氮素利用率、氮收获指数和籽粒蛋白质含量最高,铵态氮处理次之,硝态氮处理最低．中筋型小麦豫麦49的各测定指标以铵态氮处理最高,其它指标在酰胺态氮和铵态氮间的趋势不同;弱筋型小麦豫麦50在酰胺态氮处理下各项指标最高,而铵态氮处理下蛋白质含量最低,符合品种优质和专用,氮收获指数与籽粒蛋白质含量之间呈现极显著正相关。     

农田氮肥利用率计算方法研究进展

氮肥利用率是农学和环境科学等领域普遍关注的焦点,合理计算氮肥利用率是实现农田氮素优化管理的重要前提和基础. 近年来,鉴于我国农田氮肥利用率测定值偏低,且存在很大变幅的事实,国内学者针对传统氮肥利用率的概念和计算方法进行了深入的思考和探讨,并提出了一些改进的尝试. 本文首先综述了传统氮肥利用率在概念和计算方法上存在的种种缺陷,然后较为系统地介绍了目前学者提出的计算农田氮肥利用率的几种常见的替代方法,并对今后的研究方向进行了展望.建议在正确理解氮肥用量、作物产量、氮肥利用和损失之间辩证关系的基础上,逐步建立起符合现阶段我国农业生产现状的农田氮肥利用状况评价体系.     

膜下滴灌水氮调控对南疆棉花产量及水氮利用率的影响

为探明水氮调控对膜下滴灌棉花的生长特性、产量构成因素以及水氮利用效率的影响,设置了3个灌溉水量和5个氮素水平进行大田棉花膜下滴灌试验.结果表明: 随着灌溉水量的增加,棉花的株高、主茎叶数、果枝数和叶面积指数显著增加,棉花叶、茎干物质积累增加,但抑制了根系生长,与低(4950 mm·hm^-2)和高(6750 mm·hm^-2)灌水量处理相比,中灌水量(5850 mm·hm^-2)处理平均单株有效铃数和单铃质量分别增加0.96、0.4个和0.22、0.11 g.与其他施氮处理相比,施氮量为300 kg·hm^-2时棉花茎直径显著增加,促进了棉花蕾、铃和根系的发育,而且在灌水量为5850 mm·hm^-2条件下,棉花干物质由营养器官向生殖器官的分配比灌水量为4950和6750 mm·hm^-2处理分别增加5.1%和29.6%.灌溉水量对棉花产量有显著影响,对衣分率影响不显著,而施氮量对棉花产量和衣分率都有一定的影响,但灌溉水量过低会抑制氮肥增产效应的发挥.在本试验条件下,灌水量为5850 mm·hm^-2、施氮量为300 kg·hm^-2时,棉花生长健壮,株型结构优化,显著促进了干物质向生殖器官的运转,有效铃数、单铃质量和衣分增加,产量达到最高(6992 kg·hm^-2),水分利用效率和氮肥利用率分别达1.45 kg·m^-3和45.9%.     

Cisgenic overexpression of cytosolic glutamine synthetase improves nitrogen utilization efficiency in barley and prevents grain protein decline under elevated CO2

Cytosolic glutamine synthetase (GS1) plays a central role in nitrogen (N) metabolism. The importance of GS1 in N remobilization during reproductive growth has been reported in cereal species but attempts to improve N utilization efficiency (NUE) by overexpressing GS1 have yielded inconsistent results. Here, we demonstrate that transformation of barley (Hordeum vulgare L.) plants using a cisgenic strategy to express an extra copy of native HvGS1‐1 lead to increased HvGS1.1 expression and GS1 enzyme activity. GS1 overexpressing lines exhibited higher grain yields and NUE than wild‐type plants when grown under three different N supplies and two levels of atmospheric CO₂. In contrast with the wild‐type, the grain protein concentration in the GS1 overexpressing lines did not decline when plants were exposed to elevated (800–900 μL/L) atmospheric CO₂. We conclude that an increase in GS1 activity obtained through cisgenic overexpression of HvGS1‐1 can improve grain yield and NUE in barley. The extra capacity for N assimilation obtained by GS1 overexpression may also provide a means to prevent declining grain protein levels under elevated atmospheric CO₂.     

不同小麦品种茎秆特性及其与抗倒性的关系

以黄淮麦区优良品种矮抗58、周麦18、豫麦49、百农418为研究对象,采用田间试验与实验室分析相结合的方法,对不同小麦品种在不同生育时期的抗倒伏性状进行研究.结果表明: 茎秆机械强度在开花期至花后20 d处于较高水平,在花后30 d明显下降;倒伏指数在开花期最小,花后30 d最大,其余两个时期处于中间水平.相关分析表明,开花期机械强度与重心高度呈显著负相关,与纤维素、木质素含量呈显著正相关,倒伏指数与节长、株高、重心高度呈显著正相关,与纤维素、木质素含量呈显著负相关;花后10 d和花后20 d机械强度与节长、株高、重心高度呈显著负相关,与茎粗、纤维素、半纤维素、木质素含量呈显著正相关,倒伏指数这段时期正好与之相反;花后30 d机械强度与株高、重心高度呈显著负相关,倒伏指数与株高、重心高度呈显著正相关,与木质素含量呈显著负相关.因此,明确各个生育时期与抗倒性相关的茎秆特性,可为黄淮麦区高产抗倒性品种的选育提供依据.     

氮肥运筹对小麦产量、氮素利用效率和光能利用率的影响

连续2年在西南冬麦区的重庆、仁寿、广汉、西昌4个地点,开展3种施氮水平(每公顷纯氮0、120、180 kg,简写为N₀、N₁₂₀、N₁₈₀)和3种氮肥分配模式(N_A:底肥100%;N_B:底肥70%+苗肥30%;N_C:底肥60%+拔节肥40%)的田间试验,监测小麦花后冠层叶片SPAD值、群体光合速率(CAP)、光能利用等生理参数和籽粒产量,计算氮素利用效率、光能利用率等.结果表明: 随施氮水平增加,小麦上三叶SPAD值、CAP、光合有效辐射(PAR)截获率和产量均呈增加趋势,而氮肥农学利用效率、生产效率、吸收效率和利用效率呈降低趋势.氮肥后移的增效作用因施氮水平而异,SPAD于N₁₈₀增效明显,而CAP于N₁₂₀增效明显,不同氮肥管理模式的光能利用率因地点而异.氮肥后移能明显提高小麦氮肥农学效率、生产效率、吸收效率和氮素表观回收率,但氮肥利用效率则略有减少.氮肥后移效果N_C总体优于N_B处理.不同地点比较,广汉的SPAD值、CAP、PAR截获率、氮肥利用参数较高,其产量也相应最高;西昌的产量、SPAD值及氮素利用效率较高,但其光能利用率和CAP较低;重庆和仁寿的SPAD值、光能利用率及氮素利用效率均较低,其产量也最低.小麦生物产量与各地点的籽粒产量、CAP、SPAD值和PAR累积截获量均呈显著或极显著的正相关关系.表明不同生态区域增施氮肥都能促进小麦增产,氮肥后移可进一步优化产量结构、改善氮肥和光能利用效率,但存在年份和地点差异,各地需要制定有针对性的氮肥管理模式.     

Variation in nitrogen use efficiency among soft red winter wheat genotypes

Summary Nitrogen use efficiency (NUE), defined as grain dry weight or grain nitrogen as a function of N supply, was evaluated in 25 soft red winter wheat genotypes for two years at one location. Significant genotypic variation was observed for NUE, nitrogen harvest index, and grain yield. Genotype x environment interaction for these traits was not significant. Several variables including N uptake efficiency (total plant N as a function of N supply), grain harvest index, and N concentration at maturity were evaluated for their role in determining differences in NUE. Nitrogen uptake efficiency accounted for 54% of the genotypic variation in NUE for yield and 72% of the genotypic variation in NUE for protein. A path coefficient analysis revealed that the direct effect of uptake efficiency on NUE was high relative to indirect effects.The investigation reported in this paper (No. 85-3-122) is in connection with a project of the Kentucky Agricultural Experiment Station and is published with approval of the Director     

微喷灌水氮一体化对冬小麦生长发育和水肥利用效率的影响

在等灌水量和施氮量下,探索小麦-玉米一年两熟轮作区玉米秸秆还田后冬小麦生育期微喷灌水氮一体化模式对冬小麦生长发育和水肥利用效率的影响。2016—2018年通过2年田间大区试验,在生育期设6种微喷灌水氮一体化模式,其中,灌水设W₁(越冬水+拔节水+灌浆水,各灌600 m³·hm^-2)、W₂(越冬水+返青水+拔节水+灌浆水,各灌450 m³·hm^-2)和W₃(越冬水、拔节水各灌600 m³·hm^-2,返青水、灌浆水各灌300 m³·hm^-2)3种模式;施氮设N₁(基施氮60%+随拔节水追氮40%)和N₂(基施氮60%+随拔节水追氮30%+随灌浆水追氮10%)2种模式,以W₁下不施肥为对照(CK),共7个处理,调查群体动态、灌浆期干物质积累转移和成熟期养分积累规律。结果表明: 1)越冬水灌水量由450 m³·hm^-2增至600 m³·hm^-2,有利于越冬期植株总茎数和成穗数的增加而增产,灌返青水拔节期总茎数增加,对成穗数影响较小;拔节期施氮越多,单株茎数增加越多,但成穗数降低。2)生育期灌4水(W₂和W₃),配合拔节期和灌浆期分次水氮一体化(N₂),有利于灌浆期总干物质积累、穗粒数和千粒重增加而增产。3)灌4水处理比灌3水处理生育期耗水量和氮、磷、钾素吸收量增加,水肥利用效率提高。灌4水处理(W₂和W₃)中N₂的生育期耗水量低于N₁,氮、磷、钾素吸收量高于N₁,灌水和氮磷钾利用率显著提高,以W₃N₂效果最好。因此,W₃N₂处理,即玉米秸秆还田后播种冬小麦,微喷灌生育期灌4水,越冬水和拔节水灌水量增加到600 m³·hm^-2,配合拔节水和灌浆水追施氮肥,使冬小麦成穗数和千粒重增加而增产,且水肥利用效率最高,是山西南部冬小麦微喷灌水肥一体化高产高效最佳水氮管理模式。