科研产出
水稻积累及耐受镉和砷的分子机制与育种实践
《植物遗传资源学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：近些年来，我国农田镉、砷污染日益严重，导致稻米镉、砷超标事件时有发生。稻米是全球约一半人口的主粮，也是人体从食物中摄入镉和砷的主要来源，土壤中的镉和砷被水稻吸收后，通过食物链的富集作用在人体内积累，进而危害人体健康。因此，减少镉、砷在稻米中的积累成为保障我国粮食质量安全和促进水稻产业发展亟待解决的重要问题。研究水稻对镉和砷的累积机制，在此基础上培育镉、砷低积累水稻品种，是解决稻米镉和砷超标最经济的方法，对实现污染农田的稻米安全生产具有重要意义。本研究主要综述了农田镉和砷的存在形态及生物有效性，阐述了水稻吸收、转运镉和砷的分子机制，以及镉、砷耐受机制，概述了镉、砷低积累水稻育种进展，并对未来的发展方向进行了展望，旨在为减少水稻籽粒镉、砷含量的研究提供一些参考。
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硅肥等量施用对土壤砷赋存形态和水稻吸收砷的影响
《环境科学研究 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为研究施用不同种类硅肥对土壤砷(As)的生物有效性和不同生育期水稻As含量的影响,采用含钾(Si1),含钙、镁(Si2),含钙、镁和钾(Si3),含钙、镁和铁(Si4),以及水溶性硅肥(Si5)共 5 种不同种类相同用量的硅肥(SiO2 用量为 225 kg/hm2)开展田间小区实验,分析水稻不同生育期水稻As含量和土壤As含量.结果表明:①Si4 和Si5 处理降低糙米As含量的效果较好,分别比CK处理显著降低 31.3%(P<0.05)和 27.6%(P<0.05).②施用硅肥,水稻分蘖期和拔节期根表铁膜Fe(DCB-Fe)含量高于CK处理,灌浆期和成熟期DCB-Fe含量低于CK处理;施用硅肥处理水稻分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期的DCB-As含量均降低,分别比CK处理降低10.0%、27.0%、20.0%和29.5%.③施用硅肥条件下,与CK处理相比,水稻成熟期土壤非专性吸附态As(Nas-As)、结合态As(Al-As)和残渣态As(Res-As)的含量平均分别降低 15.8%、9.8%和 10.2%,铁结合态As(Fe-As)含量提高 33.0%.④水稻成熟期,根系As含量和土壤有效态As含量影响稻米对As的吸收,土壤有效态硅含量影响水稻根系对As的吸收;整个生育期,水稻根表铁膜As和Fe显著影响水稻根系对As的吸收.施用硅肥条件下,土壤有效态Si含量提高,有效态As含量降低,Fe-As含量增加,成熟期水稻DCB-As含量降低,水稻植株对As的吸收量减少.研究显示,相同用量的硅肥中,硅的有效性高或添加铁素,对降低水稻吸收As的效果更好,可为As污染土壤的水稻安全生产利用提供有效的解决途径.
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不同镉砷同步钝化剂对复合污染农田的修复效果研究（英文）
《Agricultural Science & Technology 》 2023
摘要：为筛选出适合镉砷复合污染稻田的同步钝化剂，采取大田试验对15个镉砷同步钝化剂修复效果进行对比分析。结果表明，大部分钝化剂有增产效果，其中T5和T13较CK增幅显著，分别增产11.63%和11.17%；钝化剂的稻米降镉效果整体上优于降砷效果，除T3和T14外，其它13个产品的稻米降镉效果明显，降幅在11.74%–60.32%之间；T5、T7、T8、T9、T10、T15等产品的稻米降砷效果明显，降幅在17.95%–23.87%之间；聚类分析表明15个产品可分为3类，即高效降镉并可同步降砷的产品、对稻米降镉、降砷均没有显著效果的产品和具有一定降砷或降镉效果的产品。综合考虑稻米降镉和降砷及增产效果，T4、T5、T13要优于其他12个产品，可在本区域镉砷复合污染稻田进行推广应用。
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"烟草-水稻"轮作模式耦合养鸡养鱼的技术要点
《中国稻米 》 2023 北大核心
摘要：烟草是我国重要的经济作物.连作种植作为烟草的主要栽培方式,具有节省劳力、劳作时间、生产成本等优势,但烟草长期采用连作会导致土传病虫害增多、杂草群落较为单一、土壤肥力和微量元素下降等诸多问题,降低了烤烟产量和烟叶品质;加上烟草连作中烟叶采收后,农田基本处于闲置状态,造成土地资源浪费,加重了烟粮争地的矛盾,导致烟农收入减少.针对烟草连作栽培所出现的问题,笔者提出了"烟草-水稻"轮作耦合养鸡养鱼的综合种植与养殖模式.该模式在烤烟采收后,将水稻直接种植在烟垄的两侧,实现烟垄免耕,节省了水稻生产成本.水稻种植后,垄肩保持湿润无水,便于鸡捕食等活动,垄沟灌水便于水稻生长和养鱼,通过鸡鱼在稻田活动可防控田间病虫草害,鸡鱼粪便可培肥土壤,利于降低农药和肥料用量,进而改善农田生态环境,产出优质的稻米、鸡和鱼等农产品,显著提高稻作经济效益,并实现烟田土壤改良和烟农收入增加的双重目标.本文结合"烟草-水稻"轮作耦合养鸡养鱼的具体实施情况,论述了该模式的技术要点、综合效益和发展展望等,以期为"烟草-水稻"轮作下开展养殖提供技术借鉴.
关键词： 烟草 水稻 垄作栽培 种养结合 技术要点 效益分析
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长期紫云英还田与化肥配施下水稻土团聚体中铁氧化物的演变规律
《土壤学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：铁氧化物是土壤团聚体重要的胶结物质,其主要存在于土壤黏粒中.为探索紫云英还田并配施化肥下土壤团聚体中铁氧化物的变化规律及其在不同粒级黏粒组分中的富集特点,以湖南省南县长期紫云英还田的水稻土为研究对象,选择单施紫云英(MV)、单施化肥(F100)、紫云英配施全量化肥(MV+F100)和紫云英配施80%化肥(MV+F80)4个处理,通过湿筛和离心分离土壤团聚体(>250、53~250和2~53μm)和黏粒(<2μm),测定不同处理土壤团聚体及其黏粒中铁氧化物的含量,并分析它们与团聚体稳定性的关系.结果表明:(1)与MV和F100相比,紫云英与全量化肥配施增加了>250μm粒级团聚体的含量,降低了53~250μm粒级团聚体含量,团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别提高了8.2%~20.5%和4.1%~8.5%.(2)与MV相比,紫云英与化肥配施显著提高了各粒级团聚体、2~53μm团聚体黏粒和自由态黏粒非晶质铁的含量(12.7%~55.6%,52.4%~54.9%和45.9%~48.6%),降低了>250和53~250μm团聚体非晶质铁的富集率(32.8%~36.8%和17.2%~28.4%).而与F100相比,2~53μm团聚体和团聚体黏粒非晶质铁的含量以及富集率均显著降低(3.5%~21.3%、29.2%~30.4%和10.9%~26.9%).(3)>250μm团聚体含量与团聚体黏粒的非晶质铁含量、铁的活化度呈极显著正相关,与团聚体黏粒的游离铁含量、非晶质铁的富集率呈显著正相关.团聚体的MWD和GMD与>250μm团聚体含量呈极显著正相关,而与<2μm团聚体含量呈极显著负相关.>250、2~53μm团聚体黏粒和自由态黏粒的游离铁是团聚体MWD和GMD最重要的影响因子.紫云英与化肥配施,能够提高团聚体黏粒铁氧化物的含量,促进>250μm团聚体的形成,从而增强团聚体的稳定性.
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旱改水田水稻旱青立病的发生原因及防治措施研究
《中国农学通报 》 2023 CSCD
摘要：水稻旱青立病是危害水稻生产的一种生理性病害,近年在旱改水田中发生较重,对水稻产量的影响很大,但因其发病原因尚不明确,给该病的防治带来一定难度.通过调查湖南省茶陵县旱改水田2020、2021年水稻旱青立病的发生情况,分析了该病的发生原因,并通过田间试验提出了防治的具体措施.结果表明,2020年茶陵县旱改水田水稻旱青立病的发病穗率与发病粒率分别达到了 26.42%、26.96%,2021年两项数据也分别达26.30%、24.00%,2020、2021年造成水稻减产分别为25.11%、22.92%.土壤板结严重、透气性差、有机质含量低、长期淹水灌溉是旱改水田该病发生较重的主要原因.通过采用针对性防治措施,包括增施有机肥、施用硫酸钾、撒施生石灰和科学水管理等,水稻旱青立病的发生得到了有效控制,综合治理区该病的病穗率与病粒率分别仅为1.36%、0.72%,而空白对照区分别达26.30%、24.00%.本研究为旱改水田水稻旱青立病的防治提供了重要借鉴.
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干湿交替灌溉模式在湖南稻区适用性及其甲烷减排潜力评估
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：减排技术适用性评估的缺失，限制了区域水稻生产精准减碳政策的制定和中国双碳战略相关体系的完善。该研究通过对湖南水稻生产现状分析和干湿交替灌溉甲烷（CH4）减排技术区域适用性评估，力求为湖南水稻主产区提供精准的丰产减排水分管理措施。收集2016—2019年湖南水稻生产数据及各地市多年（1960—2017年）气象数据，利用基于稻田水分平衡模型的干湿交替灌溉技术适用性评估方法并结合地理信息系统工具，评估了该方法在湖南稻区的适用性及其加权CH4减排潜力。结果表明：2016—2019年湖南水稻播种面积略有下降，其中早、晚稻播种面积且单季稻播种面积逐年增加；而水稻单产稳步增加，单季稻4a内年均单产为7259kg/hm~2，比双季早、晚稻分别高21.68%、13.19%。在湖南省地市和县区两级层面上，干湿交替灌溉适用性均具有显著的时间和空间差异，市、县两级层面上，相比早稻和中稻，晚稻更适宜实施干湿交替灌溉。针对水稻生育期，早稻季生长后期干湿交替灌溉适宜性较高，单季稻生长中、后期适宜性更好，而晚稻除分蘖期，其余生育期均适合执行干湿交替灌溉技术。干湿交替灌溉技术在湖南稻区有较大的减排潜力（51.16%），考虑适用性情景的干湿交替灌溉（Alternate Wetting and Drying,AWD）加权减排量达49.36万t，占全国稻田CH4排放的5.54%。在确保稻谷供应的基础上，因时因地制宜的实施动态的干湿交替灌溉精准调控技术，是湖南水稻生产低碳转型高质量发展的关键举措。
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镉污染对稻田土壤真菌群落结构及多样性的影响
《南方农业学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：[目的]探究镉胁迫对稻田土壤真菌群落结构及其多样性的影响,为阐释镉胁迫对稻田土壤微生物多样性的影响机制提供科学依据.[方法]以湖南某镉矿周边3个镉污染程度(高、中和低)的稻田土壤为研究对象,采集土壤样品,测定土壤养分含量,利用Illumina MiSeq高通量测序技术探究土壤真菌群落结构,对比分析不同镉污染组土壤真菌群落多样性和群落结构差异.[结果]稻田土壤的真菌α多样性随着镉污染水平升高逐渐降低,高镉组(总镉含量>3.0 mg/kg)α多样性显著低于中镉组(总镉含量0.3~3.0 mg/kg)和低镉组(总镉含量?3.0 mg/kg)(P?0.05,下同),但中镉组和低镉组之间的差异较小.高镉组与中、低镉组土壤样品间真菌群落具有显著差异.在门水平上,子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)在所有样品组中均属优势菌门,相对丰度在51.09%~81.93%.韧伞属(Hypholoma)、篮状菌属(Talaromyces)、Meliniomyces属在高镉组的相对丰度显著高于中镉组和低镉组,可能是潜在的耐镉菌.有机质、pH、碱性氮、有效磷、有效钾、总磷、总镉及有效镉均与土壤真菌群落结构呈极显著正相关(P?0.01).[结论]高浓度镉污染可降低稻田土壤真菌群落α多样性并改变土壤真菌群落结构.pH、碱性氮、有效磷、有效钾、总磷、有机质、总镉及有效镉均与土壤真菌群落结构显著相关,是影响土壤真菌群落结构的主要驱动因子.
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施用南荻生物炭对不同类型土壤氨挥发的影响
《应用生态学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：在洞庭湖区农田施用秸秆生物炭不仅能实现秸秆资源化利用,还可降低环境污染压力.本研究于2020年采用水稻盆栽试验,研究了不同南荻秸秆生物炭施用量对土壤氨挥发速率、累积氨挥发量、表面水pH值和NH4+-N浓度的影响.供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥和花岗岩发育的麻砂泥水稻土,设置6个南荻秸秆生物炭添加处理,即分别以土柱0~20 cm 土壤重量的0%、1%、2%、4%、6%和8%比例添加生物炭,每盆施用复合肥200kg N·hm-2.结果表明:施用生物炭导致两种土壤之间或不同生物炭处理之间的氨挥发速率和累积量均存在显著差异.麻砂泥施用生物炭处理在施肥后第2天出现氨挥发峰值,且较不施生物炭处理峰值降低了 23.6%~53.4%;红黄泥氨挥发峰值出现在施肥后第7~13天,且其峰值随着生物炭添加量的增加而升高.整体上,麻砂泥土壤的氨挥发速率均高于红黄泥.麻砂泥土壤<4%生物炭添加量能抑制土壤氨挥发速率及累积量,其中以2%处理降幅最大(46.9%),但生物炭添加对水稻生长前期表面水pH值的影响不显著;红黄泥土壤随着南荻生物炭用量的增加,表面水中pH值和NH4+-N浓度增加,导致氨挥发速率及累积量增幅达1.3~10.5倍.回归分析显示,生物炭添加量是影响两种土壤氨挥发的关键因素.Elo-vich方程能较好地拟合两种土壤的氨挥发累积量随时间的变化动态,各施炭处理的相关系数均达极显著水平.总体上,对于偏中性的麻砂泥土壤,施用一定量的南荻生物炭对氨排放有一定的抑制作用,而对于酸性的红黄泥土壤,增施南荻生物炭会通过提高表面水的pH值和NH4+-N浓度促进氨挥发,因此针对不同类型土壤施用南荻秸秆生物炭应注意选择适宜用量,以降低氮素损失.
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