生物降解地膜覆盖对棉田土壤水-热-盐及产量的影响

为明确生物降解地膜覆盖对棉田水分、热量、盐分及产量的影响,在南疆绿洲棉区设置4种生物降解地膜(T1、T2、JF、BSF),以PE地膜为对照,分析了不同生物降解地膜对棉田保墒、增温、抑盐的调控效果及产量的影响。结果表明:BSF处理的保水性能与PE地膜相当,T1、T2、JF处理保水性能则不如PE地膜; JF、BSF处理抑盐效果优于PE地膜,0～60cm土层平均含盐量分别比PE地膜低0.3、0.4 g·kg^-1,其他处理抑盐效果则不如PE地膜。JF、BSF处理的地温分别比PE地膜高0.3、1.6℃,其他处理则低于PE地膜;不同生物降解地膜覆盖对ET_a影响不显著,但显著影响单株结铃数与水分利用效率,地膜降解越早,单株结铃数越少,水分利用效率越低; BSF处理在籽棉产量方面高于其他处理,但比PE地膜低20.2%。本研究为该地区棉田生物降解地膜的筛选及安全性评价提供了科学依据。     

转GAFP基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响

新型转基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响是转基因棉花环境安全评价的重点内容.本文选用新型转GAFP(Gastrodia anti-fungal protein)基因棉花及其非转基因亲本棉花为试验材料,于2013和2014年在河南安阳研究了田间棉花生态适合度及其对昆虫群落的影响.结果表明: 转基因棉蕾期、花铃期和铃期叶片干物质量与其亲本无显著差异;苗期比叶面积显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期叶面积显著大于亲本;苗期株高显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期株高与亲本无显著差异;棉花生长的4个关键时期(苗期、蕾期、花铃期和铃期),转基因棉单株果枝数、蕾数和脱落数均与亲本无显著差异,而铃期单株大铃数显著低于亲本.棉铃虫发生的3个高峰期,转基因棉对棉铃虫和甜菜夜蛾无明显控制作用,且对棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的昆虫个体总数、昆虫群落结构与组成、均匀性指数、多样性指数和优势集中性指数均无显著影响.表明外源基因GAFP导入后,新型转基因棉花营养生长增强,产量构成性状整体无显著变化,未引起棉田昆虫群落变化.研究初步明确了新型转基因棉花生存竞争势态和棉田昆虫群落发生规律与动态,可为新型转基因棉花环境安全评价提供理论依据,同时为转基因棉花环境安全评价积累科学数据.     

转GAFP基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响

新型转基因棉花生态适合度及其对棉田昆虫群落的影响是转基因棉花环境安全评价的重点内容.本文选用新型转GAFP(Gastrodia anti-fungal protein)基因棉花及其非转基因亲本棉花为试验材料,于2013和2014年在河南安阳研究了田间棉花生态适合度及其对昆虫群落的影响.结果表明: 转基因棉蕾期、花铃期和铃期叶片干物质量与其亲本无显著差异;苗期比叶面积显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期叶面积显著大于亲本;苗期株高显著低于亲本,蕾期、花铃期和铃期株高与亲本无显著差异;棉花生长的4个关键时期(苗期、蕾期、花铃期和铃期),转基因棉单株果枝数、蕾数和脱落数均与亲本无显著差异,而铃期单株大铃数显著低于亲本.棉铃虫发生的3个高峰期,转基因棉对棉铃虫和甜菜夜蛾无明显控制作用,且对棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的昆虫个体总数、昆虫群落结构与组成、均匀性指数、多样性指数和优势集中性指数均无显著影响.表明外源基因GAFP导入后,新型转基因棉花营养生长增强,产量构成性状整体无显著变化,未引起棉田昆虫群落变化.研究初步明确了新型转基因棉花生存竞争势态和棉田昆虫群落发生规律与动态,可为新型转基因棉花环境安全评价提供理论依据,同时为转基因棉花环境安全评价积累科学数据.     

化肥减量配施有机肥对棉田土壤微生物生物量、酶活性和棉花产量的影响

在甘肃河西走廊棉区进行连续3年的定位施肥试验,研究了化肥减量20%～40%并配施不同有机肥对棉田土壤微生物生物量、酶活性和棉花产量的影响。结果表明:与单施化肥相比,化肥减量配施有机肥能显著提高土壤细菌和放线菌数量,降低土壤真菌数量,化肥减量配施普通有机肥加生物有机肥(COBF₂)处理土壤细菌最多,较单施化肥(CF)在棉花蕾期、铃期和吐絮期分别提高了84.6%、57.1%和43.5%,化肥减量配施生物有机肥(CBF₂)处理放线菌数量最多,较CF在棉花蕾期、铃期和吐絮期分别提高了28.2%、32.7%和32.2%,CBF₂土壤真菌数量最低,较CF在棉花蕾期、铃期和吐絮期分别降低了35.8%、29.3%和13.4%。化肥减量配施有机肥提高了土壤细菌/真菌、放线菌/真菌和脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性,其中COBF₂对酶活性的提升最有效。化肥减量配施有机肥提高了棉花单株铃数,对棉花长势、地上干物质积累有一定的促进作用,COBF₂棉花产量最高,籽棉和皮棉产量分别较CF提高了14.2%和10.9%,增产显著。综合分析土壤微生物生物量、酶活性和棉花产量,COBF₂处理,即化肥减量40%配施1800 kg·hm^-2普通有机肥和600 kg·hm^-2生物有机肥效果最佳。     

黑色地膜覆盖对旱地玉米土壤环境和植株生长的影响

针对渭北旱塬地区使用普通白色地膜导致玉米生长出现的早衰、减产等问题,2012—2013年开展了黑色地膜覆盖、白色地膜覆盖和裸地玉米栽培试验,系统分析了黑色地膜对土壤温度、水分和玉米生长的影响。结果表明,黑色地膜与白色地膜的土壤保水效果相同,均使0—120cm土壤水分含量显著(P0.05)高于裸地对照。与白色地膜覆盖相比,黑色地膜覆盖能够有效降低0—15 cm土壤白天温度,可以使白天0—15cm土壤日地温平均降低0.8℃。黑色地膜覆盖后,玉米的籽粒灌浆期延长,吐丝后单株干物质积累量快速增加。玉米生殖生长期较裸地栽培延长2—3 d,成熟期单株干物质积累量增加18.11%;较普通白色地膜覆盖玉米生殖生长期延长2 d,成熟期单株干物质积累量提高7.31%。黑色地膜覆盖玉米产量和水分利用效率显著提高(P0.05),较白色地膜分别提高10.36%和10.40%,较裸地对照分别提高22.11%和25.28%。在旱地春玉米区,用黑色地膜代替普通白色地膜,对促进玉米增产具有一定的可行性。     

不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐分布的影响

针对南疆地区水资源短缺和棉田土壤盐碱化问题,研究不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐的影响,为棉田节水控盐和高效生产提供理论依据。通过大田膜下滴灌试验,以棉花灌水时期滴头下方20 cm处土壤基质势下限控制水平-50 kPa为对照(CK),在棉花的苗期(A)、苗期+蕾期(B)、苗期+蕾期+花铃期(C)设置3个基于土壤基质势下限的灌溉水平:W₁(-20 kPa)、W₂(-30 kPa)和W₃(-40 kPa),测定棉花生长、地上干物质量、产量和土壤水盐分布等指标。结果表明:不同生育期土壤基质势调控时,株高、叶面积指数和地上干物质量均表现为:WC>WB>WA>CK;不同土壤基质势水平调控时,随着土壤基质势下限的提高,株高、叶面积指数和地上干物质量也随之增加,其中,W₁C和W₂C处理显著高于其他处理。有效铃数、单铃重和衣分等产量构成要素均随着土壤基质势下限的升高而增加。W₁C和W₂C处理棉花的产量基本一致且显著高于其他处理,W₂C的水分利用效率显著高于W₁C处理。不同生育期土壤基质势均控制在-20或-30 kPa可以改善棉花主根区水分状况。各处理在收获期均表现为浅层积盐(0～40 cm),且膜外大于膜内;土壤基质势越高,膜内主根区(0～40 cm)积盐越少,其中W₁C和W₂C较其他处理减少24%。综合考虑高效生产和节水控盐,建议将当地休作期未淋洗棉田灌水时期土壤基质势控制在-30 kPa为宜。     

沟垄全覆盖种植方式对旱地玉米生长及水分利用效率的影响

2008-2010年在渭北旱塬区,以沟不覆盖为对照(CK),研究垄上覆地膜沟内分别覆普通地膜(PP)、生物降解膜(PB)、玉米秸秆(PS)和液体地膜(PL)4种沟垄全覆盖种植模式对土壤水温、玉米生长、产量及水分利用效率的影响.结果表明,在玉米生长前期,PP、PB和PS处理可明显提高0-200 cm土壤蓄水量;生育中期,PS处理蓄水保墒效果最为显著;生育后期,各沟垄全覆盖处理与对照的土壤蓄水量无显著差异;整个生育期PL处理与CK的土壤蓄水量差异不显著.PP和PB处理3a玉米生育期5-25 cm平均土壤温度分别较CK增高1.6℃和1.3℃,PS处理降低1.9℃,而PL处理与CK无显著差异.PP和PB的增温保水效应使玉米株高、叶面积及地上生物量均高于CK;PS处理的降温效应促进玉米中后期生长,其株高、叶面积及地上生物量均高于CK;PL处理对玉米各生长指标影响不显著.与CK相比,PP、PB和PS处理3a平均的籽粒产量分别提高13.0％、13.8％和15.0％,水分利用效率分别提高9.8％、10.2％和11.6％.可见,垄覆地膜沟覆地膜、生物降解膜或秸秆的沟垄全覆盖种植可明显改善土壤的水温状况,促进玉米生长,从而显著提高作物产量和水分利用效率,对渭北旱塬区春玉米丰产栽培具有重要指导意义.     

转ACO2基因优质棉生长特性及其对田间昆虫群落的影响

新型转基因棉花的生长特性及其对棉田昆虫群落的影响是转基因棉花环境安全评价的重点内容,也是转基因棉花环境安全评价过程必须评价的内容。选用新型转ACO2基因棉花及其亲本中棉所24为试验材料,于2013年和2014年在河南安阳进行了田间棉花生长势及其对昆虫群落影响的试验。在棉花苗期、蕾期、花铃期和铃期,转基因棉花叶片干重与其亲本均无显著差异,苗期、蕾期叶面积和比叶面积与亲本无显著差异,花铃期、铃期叶面积与比叶面积均显著高于亲本材料,其中2013年分别比对照高27.1%和26.2%,2014年分别高16.0%和19.9%,差异均达显著水平;株高、主茎叶片数、大铃数、小铃数和蕾铃脱落数均与亲本材料相当,但铃期果枝数显著高于亲本材料;3个棉铃虫(Helicoverpa armigera Hubner)发生高峰期,转优质基因棉花对棉铃虫和甜菜夜蛾幼虫校正死亡率与亲本对照材料无显著差异;昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落昆虫个体总数均显著高于亲本棉田,两年分别比对照高11.5%、10.5%、33.4%和12.0%、8.1%、63.1%,其中2013年差异达显著水平,2014年由于昆虫发生程度总体较轻,差异不显著,但所属"目"、"科"、"种’、生物多样性指数、优势种昆虫及其优势度与其亲本棉田无显著差异,表明外源基因ACO2导入后,对棉田昆虫发生及其群落结构没有影响,棉花生长势无明显优势,但产量构成性状在部分时期增强。上述研究初步明确了新型转基因棉花生存竞争势态和棉田昆虫群落发生规律与动态,可为新型转基因棉花环境安全评价提供理论依据,同时为转基因棉花环境安全评价积累科学数据。     

生物降解地膜应用与地膜残留污染防控

地膜是农业生产中重要的生产资料之一,过去30多年,地膜用量和农作物覆膜面积一直稳定增长,2014年地膜用量达到了144万t,覆膜面积超过1 800万hm~2,该技术对保障我国农产品安全供给作出了重大贡献。与此同时,地膜残留污染问题越来越严重,一些农田的地膜残留量超过250 kg/hm~2,在我国西北的局部区域,地膜残留已经对农田土壤、作物生长发育、农事作业等造成严重影响和危害。生物降解地膜成为替代普通PE地膜、解决地膜残留污染的一种有效措施和手段,目前生物降解地膜正处于产品研发和评价试验的关键阶段,部分生物降解地膜产品在马铃薯、花生、烟草生产上显示出良好的效果,但总体上还面临巨大挑战,主要包括需要进一步提高地膜产品质量,提高地膜产品破裂和降解可控性,改善地膜的增温保墒能力,实现满足农作物对地膜覆盖功能的要求;此外,需要降低生物降解地膜综合成本,促进生物降解地膜规模化应用。总体上,随着技术进步和农业生产环境的变化,生物降解地膜应用将具有良好的前景。     

棉田盲蝽在地膜棉田发生规律的改变及原因初析

我区棉田盲错主要是绿盲蝽LyguslucorumMayer－Dur和中黑盲格AdelphocorissuturalisJakovlev。以往在露地棉田中,两虫3、4月孵化,在营信、营子等越冬寄主上繁殖1～2代后,于5月中上旬至6月上中旬才迁入棉田为害。两虫均以成、若虫刺吸棉汁,为害棉株的嫩头、嫩叶、花蕾和幼钩等部位,造成董、铃大量脱落,破头破叶和枝叶丛生,是棉花蕾铃期的主要害虫。自1982年起,我区采用地膜植棉新技术,并逐年扩大面积。随着寄主生境的改变,棉田育格的发生也相应地发生了变化,逐渐成为地膜棉田苗期的主要害虫。据观察,地膜棉破膜出苗后生长点即…     

Cotton (Gossypium barbadense) production as affected by climatic factors and soil moisture status

This study investigates the statistical relationship between climatic variables and aspects of cotton production (Gossypium barbadense), and the effects of climatic factors prevailing prior to flowering or subsequent to boll setting on flower and boll production and retention in cotton. Also, the study covers the predicted effects of climatic factors during convenient intervals (in days) on cotton flower and boll production compared with daily observations. Further, cotton flower and boll production as affected by climatic factors and soil moisture status has been considered. Evaporation, sunshine duration, relative humidity, surface soil temperature at 1800 h, and maximum air temperature, are the important climatic factors that significantly affect flower and boll production. The least important variables were found to be surface soil temperature at 0600 h and minimum temperature. The 5-day interval was found to be more adequately and sensibly related to yield parameters. Evaporation; minimum humidity and sunshine duration were the most effective climatic factors during preceding and succeeding periods on boll production and retention. There was a negative correlation between flower and boll production and either evaporation or sunshine duration, while that correlation with minimum relative humidity was positive. The soil moisture status showed low and insignificant correlation with flower and boll production. Higher minimum relative humidity, short period of sunshine duration, and low temperatures enhanced flower and boll formation.     

半干旱区垄沟集雨系统点尺度土壤水分动态随机模拟

为揭示土壤水分动态对半干旱区垄沟集雨系统水文和生态过程的影响机理,基于Laio土壤水分动态随机模型(Laio模型),利用中国气象局定西干旱气象与生态环境试验基地2012—2013年垄沟集雨燕麦生长季根系层土壤水分观测数据及2000—2015年日降水资料,分析不同覆盖材料(生物可降解膜、普通塑料膜和土壤结皮)和不同沟垄比(30∶60,45∶60和60∶60cm)对生长季燕麦根系层土壤水分动态的影响,研究点尺度土壤水分概率密度函数特征,并对模型涉及参数进行敏感性分析。结果表明:研究区年降水的季节分配极不均匀,主要集中在5—10月份,占总降雨次数的66.6%;年降雨量的85.32%来源于10 mm的降雨,以暴雨为主;近16年研究区降水量呈缓慢增长趋势。生物可降解膜垄(BMR)、普通地膜垄(CMR)和土垄(SR)临界产流降雨量分别为1.35、0.95 mm和5.31 mm,平均集水效率分别为87.892%、94.203%和27.488%;在燕麦生长季,BMR和CMR的土壤含水量显著大于SR,SR的土壤含水量显著大于传统平作,各处理土壤含水量均服从正态分布;通过Laio模型模拟得到的各处理土壤水分概率密度函数的曲线特征(峰值及其位置、90%置信区间)及数字特征(期望、方差)与观测结果基本一致,CM指数均大于0.5,且可将集雨垄径流量作为单次降水的随机事件处理,说明该模型可应用于垄沟集雨系统土壤水分概率密度函数的模拟,为半干旱区农田水分高效利用管理提供理论依据。     

Plastic pollution in croplands threatens long‐term food security

Plastic pollution is a global concern given its prevalence in aquatic and terrestrial ecosystems. Studies have been conducted on the distribution and impact of plastic pollution in marine ecosystems, but little is known on terrestrial ecosystems. Plastic mulch has been widely used to increase crop yields worldwide, yet the impact of plastic residues in cropland soils to soil health and crop production in the long term remained unclear. In this paper, using a global meta‐analysis, we found that the use of plastic mulch can indeed increase crop yields on average by 25%–42% in the immediate season due to the increase of soil temperature (+8%) and moisture (+17%). However, the unabated accumulation of film residues in the field negatively impacts its physicochemical properties linked to healthy soil and threatens food production in the long term. It has multiple negative impacts on plant growth including crop yield (at the mean rate of ?3% for every additional 100 kg/ha of film residue), plant height (?2%) and root weight (?5%), and soil properties including soil water evaporation capacity (?2%), soil water infiltration rate (?8%), soil organic matter (?0.8%) and soil available phosphorus (?5%) based on meta‐regression. Using a nationwide field survey of China, the largest user of plastic mulch worldwide, we found that plastic residue accumulation in cropland soils has reached 550,800 tonnes, with an estimated 6%–10% reduction in cotton yield in some polluted sites based on current level of plastic residue content. Immediate actions should be taken to ensure the recovery of plastic film mulch and limit further increase in film residue loading to maintain the sustainability of these croplands.     

微孔地膜覆盖玉米的纳雨通气效应

为提高半干旱地区<10 mm降雨的有效性和改善地膜覆盖土壤环境的通气性,初步研究了微孔地膜覆盖效应.结果表明,微孔地膜覆盖处理具有纳雨补墒功能,可提高膜下土壤的含水量.随着塑膜覆盖度的增加,土壤中CO₂浓度显著增高;孔膜覆盖处理的CO₂浓度都较相应幅宽的普膜低,玉米植株根活力较高.根活力与土壤CO₂浓度呈负相关.孔膜覆盖较普膜覆盖的玉米产量提高8.98%     

全膜覆土下施有机肥对春小麦旗叶碳氮比、光合特性和产量的影响

于2016和2017年,以春小麦品种‘陇春27'为试验材料,在甘肃省中部半干旱雨养农业区设置定位试验,分析全膜覆土平作穴播(PMS)、全膜覆土平作穴播+有机肥(PMO)、裸地平作穴播(CK)3个处理春小麦抽穗至灌浆阶段土壤水分与群体冠层温度、净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)、旗叶C/N、旗叶全氮之间的相互关系,探讨不同处理对产量及其构成要素的影响。结果表明: 施用有机肥可提高小麦生育中后期土壤含水量,PMO抽穗至灌浆阶段0～300 cm土层土壤贮水量较PMS和CK分别提高4.6%和8.5%,群体冠层温度分别降低0.1～1.3 ℃和1.4～4.9 ℃,P_n分别提高9.3%和29.7%,g_s分别提高30.9%和103.8%,T_r分别提高5.1%和55.0%,全氮含量分别提高6.6%和18.9%,C/N分别降低6.4%和22.8%。收获后,PMO较PMS和CK显著促进穗粒数和千粒重增加,籽粒产量分别提高9.1%和53.7%。抽穗至灌浆阶段旗叶P_n和g_s与C/N呈负相关性;C/N与籽粒产量呈显著负相关。因此,半干旱区全膜覆土穴播条件下施有机肥可提高春小麦抽穗至灌浆阶段土壤含水量,促进旗叶光合作用,有利于降低生理干旱胁迫强度和旗叶氮吸收同化限制,促进穗粒数和粒重增加,使产量提升。     

甘肃旱作大豆全膜双垄种植的土壤水热及产量效应

以晋豆23为材料,在甘肃省农业科学院镇原试验站进行田间试验,研究了全膜双垄沟播(FMRFC)、覆膜沟播(FMFC)、覆膜条播(FMSC)和露地条播(NMSC,CK)4个处理的水热及产量效应.结果表明: 在大豆生育期降水量为246.3 mm(干旱年)和407 mm(丰水年)两种年型下,各覆盖处理0～20 cm土层平均地温在24 h内呈“S”型变化,并随生育进程波动振幅缩小.各覆盖处理使大豆苗期(VE～V3)至鼓粒期(R6)0～20 cm土层平均土壤温度显著提高0.5～2.5 ℃,并使全生育期平均地温提高1.3～1.6 ℃.各覆盖处理分别加速了大豆植株对0～120 cm土层土壤水分的消耗,但使0～200 cm土层的平均含水量和贮水量分别提高了1.2%～1.4%和62.7～70.3 mm.与CK相比,FMRFC和FMFC在旱年增温增湿作用显著,改善了大豆株高、分枝数、单株荚数和百粒重等经济性状,使水分利用效率分别提高47.7%～56.3%和33.3%～35.4%,产量分别提高27.7%～51.1%和10.2%～25.2%,是旱作大豆优选的抗寒抗旱覆盖种植方式.     

Native soil fungi associated with compostable plastics in three contrasting agricultural settings

Plastics are used widely as agricultural mulches to suppress weeds and retain soil moisture. Disposal of conventional plastic mulches requires physical removal for disposal in a landfill or incineration. Biodegradable plastic mulches that could be tilled into the soil at the end of a growing season represent an attractive alternative to conventional plastic mulches. In this study, three commercially available mulches labeled as “biodegradable” and one experimental, potentially biodegradable mulch were used during a tomato growing season, and then buried in field soil at three locations for approximately 6 months, as would occur typically in an agricultural setting. Degradation after 6 months in soil was minimal for all but the cellulosic mulch. After removal of mulches from soil, fungi were isolated from the mulch surfaces and tested for their ability to colonize and degrade the same mulches in pure culture. The majority of culturable soil fungi that colonized biodegradable mulches were within the family Trichocomaceae (which includes beneficial, pathogenic, and mycotoxigenic species of Aspergillus and Penicillium). These isolates were phylogenetically similar to fungi previously reported to degrade both conventional and biodegradable plastics. Under pure culture conditions, only a subset of fungal isolates achieved detectable mulch degradation. No isolate substantially degraded any mulch. Additionally, DNA was extracted from bulk soil surrounding buried mulches and ribosomal DNA was used to assess the soil microbial community. Soil microbial community structure was significantly affected by geographical location, but not by mulch treatments.     

双元覆盖对果园土壤水分的调控效果

为了研究双元覆盖对渭北旱塬苹果园土壤水分的调控效果,对4个不同处理(地膜压秸秆双元覆盖、地膜覆盖、秸秆覆盖和对照)下的果园0～600 cm土层范围内的土壤水分进行测定,并对果树产量和枝条生长量进行了统计.结果表明: 双元覆盖的整体保墒效果最佳,0～600 cm土壤贮水量比对照高6.7%;长期双元覆盖能够有效地缓解该地区深层土壤出现的干燥化现象,稳定层(240～600 cm)月平均土壤贮水量比对照高64.22 mm;双元覆盖和地膜覆盖两种措施均能降低浅层(0～60 cm)土壤水分随时间的波动,提高浅层土壤水分随时间变化的稳定性;与单一覆盖方式相比,双元覆盖方式更能减小土壤剖面水分垂直变异,提高土壤剖面水分垂直分布的稳定性;双元覆盖方式增产效果明显,苹果产量比对照高48.2%.综上,相对于单一的覆盖方式,双元覆盖能更好地调控果园土壤水分、提高苹果产量.