林龄的变化引起土壤性质和微生物群落的改变,探明林龄对油茶林土壤酶化学计量特征及微生物养分限制的影响,对油茶林的养分管理具有重要意义.本研究以亚热带红壤地区4个林龄段油茶林(＜10年、15～25年、30～50年、＞60年)为对象,研究土壤酶化学计量和微生物养分限制对林龄变化的响应以及影响油茶林微生物养分限制的重要途径.结果表明:与＜10年林龄段油茶林相比,15～25年林龄土壤酶活性C∶N显著提高,但酶活性N∶P显著降低.微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)随林龄增加呈现先降低后升高趋势;MBN、MBN∶MBP在＜10年林龄显著高于30～50年林龄;30～50年、＞60年林龄MBC∶MBN显著高于＜10年和15～25年林龄.冗余分析结果显示,土壤养分、微生物生物量及其化学计量解释了酶化学计量变化的92.4％.偏最小二乘路径建模分析(PLS-PM)表明,土壤有机碳(SOC)对微生物的C限制有总的正效应;MBN、MBN∶MBP、MBC∶MBP和SOC、全氮对微生物的P限制有总的负效应,土壤C:N对微生物的P限制有总的正效应,微生物的C限制与P限制呈显著正相关.随林龄增加,微生物养分由N、P限制(＜10年)向C、P限制(15～25年、30～50年、＞60年)转变.

崩岗是地质构造、地貌条件、气象水文、植被、人类活动等综合作用下形成的一种复合侵蚀地貌,崩岗的形成与发展已严重制约了当地农业生产和社会经济发展.通过调整土地利用结构方式、优化景观格局是防治红壤区崩岗侵蚀的重要手段.如何从斑块类型水平揭示景观格局与崩岗侵蚀的关系,对于控制崩岗侵蚀、提高生态环境效益具有重要意义.以福建省安溪县为例,运用ArcGIS水文分析工具和DEM数据将该区域划分为 53 个子流域,以崩岗面积与密度为响应变量,景观格局指数为解释变量,采用冗余分析(RDA)法和通径分析法,从斑块类型水平探讨景观格局指数与崩岗面积与密度的影响.结果表明:影响崩岗侵蚀的景观格局指数主要由土地利用类型决定,其中林地的景观格局指数对崩岗特征的解释度最高(63.82%),其次为耕地(49.19%)和建设用地(42.01%);耕地景观类型面积、林地聚集度、建设用地景观形状指数和林地斑块连接度4 个指标显著影响崩岗特征,对崩岗特征变化的贡献率分别为 51.5%、26.9%、9.2%和 6.1%,且 4 个指标对崩岗特征的累积解释度达到 66.2%;通径分析发现耕地景观类型面积、林地斑块连接度、林地边缘密度、林地斑块类型面积百分比和建设用地边缘密度的综合作用对崩岗面积变化和密度变化的解释程度分别为 71%和 85%,其中耕地景观类型面积和林地斑块类型面积百分比对崩岗面积和崩岗密度的影响最大,通径系数分别是 0.499、-0.440 和0.608、-0.342.总体而言,科学合理的规划耕地、林地和建设用地的空间布局,提升景观类型整体生态效应,对抑制崩岗侵蚀具有重要意义.研究结果对于科学规划土地利用、控制红壤区崩岗侵蚀具有重要指导意义.

土壤含水量和氮素水平是调控氨氧化微生物和硝化速率的重要因素.本研究以旱地红壤为对象,设置3个土壤含水量(40％WFPS、60％WFPS、80％WFPS,WFPS为土壤孔隙含水量)×4个氮添加水平(0、25、50和100 mg N·kg-1),进行微宇宙培养试验,研究含水量和氮添加对土壤净硝化速率和氨氧化微生物功能基因丰度的影响.结果表明:土壤净硝化速率随土壤含水量和氮添加量的增加而增加.土壤含水量增加显著提高AOA和AOB amoA基因丰度,但降低完全氨氧化菌clade A amoA基因丰度,表明土壤含水量增加不利于完全氨氧化菌clade A生长.氮添加显著提高AOA和AOB amoA基因丰度,但对完全氨氧化菌clade A amoA基因丰度无显著影响.综上,土壤含水量增加不利于旱地农田红壤完全氨氧化菌生长,但氮添加对其丰度影响不显著.

以湖南省祁阳县的国家红壤肥力与肥料效益长期试验地为平台,采用单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)4种不同组合的无机肥料添加方式,结合实时定量PCR和高通量测序技术,探究长期施用化肥对土壤磷形态、磷酸酶活性及phoD基因丰度和多样性的影响.结果表明:与单施氮肥处理相比,氮与磷、钾配施可以缓解土壤酸化趋势,氮磷配施能够显著增加土壤中各形态磷含量.与单施氮肥处理相比,氮磷、氮钾处理显著提高了土壤碱性磷酸酶活性、土壤总细菌丰度及phoD基因丰度;氮磷钾配施显著提高了土壤碱性磷酸酶活性和土壤总细菌丰度,但显著降低土壤phoD基因丰度.磷酸酶编码基因phoD基因群落的α-与β-多样性在处理间不存在显著差异,且所有处理中来源于假单胞菌属与紫色杆菌属的phoD基因分别超过总序列的45％.此外,链霉菌属、马赛菌属以及短波单胞菌属与土壤磷素存在显著的正相关关系.以上结果表明:在不同养分输入条件下,调节功能菌群丰度及磷酸酶活性的关键因素不同.氮磷钾的合理配施能够增加土壤磷含量和磷酸酶活性,改变phoD基因丰度和群落结构,提高土壤的供磷能力,但长期施用化肥会使土壤微生物物种趋于单一化.

为合理开展富硒(Se)土壤资源利用与富硒农产品开发,进行了湖南省耕地土壤硒含量的空间分布特征及其影响因素等研究.结果表明:湖南省耕地土壤硒平均含量为0.56 mg·kg-1,是全国土壤硒元素背景值(0.29 mg·kg-1)的1.93倍;湘西南区土壤硒平均含量最高、湘北洞庭湖区平均含量最低;湘西南区变异系数最大,离散程度高,分布不均匀;湘南区变异系数最小,离散程度低,分布相对均匀;全省富硒耕地面积224.96万hm2,占耕地面积的60.7％;水田富硒面积为185.63万hm2,占全省耕地面积的50.1％;旱地富硒面积为39.33万hm2,占全省耕地面积的10.6％.成土母质发育的土壤硒含量大小顺序为:板页岩风化物＞石灰岩风化物＞第四纪红色黏土＞砂岩风化物＞花岗岩风化物＞河湖冲(沉)积物＞紫色砂页岩风化物;不同类型土壤硒含量大小顺序为:黄棕壤＞黄壤＞红壤＞石灰(岩)土＞水稻土＞潮土＞紫色土;当pH＜5.0时,土壤硒含量与pH呈负相关;当5.0＜pH＜7.8时,土壤硒含量与pH呈正相关;当pH＞7.8时,土壤硒含量与pH呈负相关;有机质是影响土壤硒含量的重要因素之一,土壤硒含量与有机质含量呈正相关;土壤硒与锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)以及阳离子交换量(CEC)呈极显著正相关(P＜0.01).地形因子也是影响土壤硒含量的因素之一,当海拔低于230 m,土壤硒含量随着海拔的升高而升高;当海拔高于230 m,土壤硒含量随着海拔的升高而降低.湖南省耕地富硒土壤面积较大,具有明显的空间差异,需根据区域差异合理保护和开发富硒土壤资源.

[目的]挖掘与种子硫苷含量显著关联的SNP位点及候选基因,有助于油菜品质改良和培育高品质油菜品种.[方法]以 300 份甘蓝型油菜自交系为材料,考察了江西农业大学试验地和江西省红壤及种质资源研究所试验地2 种环境下种子硫苷含量,采用前期开发的 201 817 个SNP(single nucleotide polymorphism,SNP)标记对油菜种子硫苷含量进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),搜寻显著位点两侧 100 kb范围内的候选基因并进行功能注释.[结果]300 份甘蓝型油菜种子硫苷含量在两地均表现出表型差异;基于一般线性模型和混合线性模型检测到 209 个硫苷含量显著关联SNP位点,其中两地两种方法重复检测到 41 个SNP位点,分别在A05(1 个)、A09(36 个)、C09(4 个)3 条染色体上.候选基因功能注释结果显示,有 8 个候选基因参与硫苷生物合成途径(GO:0019761),包含调控硫苷合成相关基因MYB28(BnaC09g05290D、BnaC09g05300D)、MYB34(BnaA09g05480D)和编码硫苷转运蛋白 2 相关基因(BnaA09g06180D、BnaA09g06190D).[结论]通过两种方法在两地检测到多个与硫苷显著关联的SNP位点,并在显著性位点附近挖掘到相关候选基因,研究结果有助于解析甘蓝型油菜硫苷含量的遗传变异,为低硫苷含量油菜新品种的遗传改良提供基础.

降雨和景观格局是影响流域径流过程的两大主要因素,开展二者的径流效应研究对流域水资源管理、生态建设等具有重要意义.本研究以赣南红壤丘陵区的濂水流域为对象,基于1958-2020 年的降雨、径流和土地利用数据,分析降雨、景观格局和径流的变化特征,以及降雨、景观格局与年径流、洪枯径流的关系.结果表明:研究期间,流域年降雨量、年径流量、年最大1d径流量均呈非显著下降趋势,年最小 1d径流量呈非显著上升趋势且年际变化幅度最大;有林地为流域内占比最高的景观类型,其他林地的变化最剧烈;景观水平上,流域的Shannon 多样性指数、Shannon 均匀度指数、斑块密度、景观形状指数分别由 1980 年的1.125、0.541、0.667、16.925 上升至2020 年的1.348、0.614、0.731、18.172,景观蔓延度指数由1980 年的68.237下降至2020 年的64.293,流域整体景观多样性、破碎化程度、形状复杂程度提高,空间分布趋于均匀,连通性降低.降雨量与年径流、洪水径流、枯水径流的相关系数分别为0.907、0.594、0.558;类型水平上,耕地减少对年径流、洪枯径流的影响均较大,而景观水平上的整体变化促进了年径流和洪水径流减少、枯水径流增加.降雨变化和景观格局演变对年径流、洪水径流和枯水径流变化的贡献率分别为 17.8%、82.2%,1.5%、98.5%和-8.8%、108.8%.研究成果可为流域景观格局配置、水土流失综合治理等提供理论参考.

为优化桫椤(Alsophila spinulosa)快繁体系,提高其繁殖效率,以桫椤孢子为外植体,通过研究不同生长调节剂对孢子诱导配子体、原叶体绿色球状体(prothallus green globular body,PGGB)诱导、PGGB分化、孢子体生根4个过程的影响,进一步探讨不同基质对桫椤组培苗移栽的成活效果.结果表明,(1)孢子诱导配子体,1/8 MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA+蔗糖20 g/L+琼脂10 g/L诱导效果最佳,诱导率64.62％,诱导天数23 d.(2)PGGB诱导,1/2 MS+0.3 mg/L 6-BA+0.4 mg/LNAA+蔗糖 30 g/L+琼脂 6 g/L诱导率达 100％,PGGB 鲜重 1.13 g,增殖倍数 11.04,直径 2.01 cm.(3)PGGB 分化,在 1/2 MS+0.3 mg/L KT+0.4 mg/L IBA+蔗糖 30 g/L+琼脂6 g/L的分化效果最佳,分化率92.12％,PGGB平均分化芽数41.67个.(4)孢子体生根,孢子体在1/2 MS+1.0 mg/LIBA+蔗糖30 g/L+琼脂6 g/L中的生根率100％.(5)炼苗,组培苗移栽在基质(红壤∶腐殖土:泥炭土=2∶1∶1)中的成活率为96.3％.桫椤PGGB诱导及其再生体系的建立受植物生长调节剂影响,且基质对桫椤组培苗的成活率差异显著.研究成功构建了1个高效的桫椤繁殖再生体系,为进一步探究桫椤体外培养发育机制、新品种、规模生产及应用提供技术支持.

研究选择华南地区两种典型土壤(水稻土和赤红壤),通过土壤培养试验,研究施用不同剂量(0％,1％,2％,4％)水稻秸秆生物炭处理对土壤养分及不同化学形态的硅含量随时间变化的动态影响.结果表明,不同剂量生物炭均能显著增加水稻土和赤红壤的pH值、总碳和速效钾含量,且随添加量的增加而增加.生物炭处理增加水稻土的碱解氮含量,但却降低赤红壤而的碱解氮含量.不同剂量生物炭添加均能显著提高两种土壤硅的不同化学形态的含量,其中4％的生物炭添加量效果最为明显.与对照相比,4％的生物炭处理在培养第10d时水稻土的CaCl2-Si、Acetic-Si、H2O2-Si、Oxalate-Si、Na2CO3-Si 含量分别增加 300.3％,419.4％、91.9％、115.0％和 82.5％,赤红壤则分别增加 864.9％,1463.4％、646.4％、186.5％、80.2％.综上,秸秆生物炭对土壤养分及不同硅形态的影响与生物炭添加量以及土壤种类有关,赤红壤影响效果要优于水稻土.

应用始于1982年的长期定位试验,研究了单施化肥、单施有机肥及化肥与有机肥不同配比等处理下红壤区稻田的氮磷平衡,并评价了不同处理的生态经济效益,以期筛选出生态经济效益最优的施肥配比,减少红壤区稻田氮磷损失.结果表明:不施肥处理(CK)下稻田氮素略有盈余(27.10kg·hm-2)、磷素亏缺(-6.85kg·hm-2),其他处理下氮磷均出现盈余,氮盈余量达110.94～243.98kg·hm-2,磷盈余量达19.06～67.49 kg·hm-2.单施化肥(NPK)或有机肥(M)对稻田中氮磷平衡并无影响.在相同施肥量下,化肥配施有机肥(NPKM)比NPM和NKM的氮素盈余量分别低6.3％和12.9％,磷盈余量比NPM和PKM分别低3.7％和13.8％,能较好地维持农田的氮磷平衡.有机肥和化肥配施不同组合下均能提高0～20cm土层全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量.高施磷量处理稻田20～40 cm土层的速效磷含量较高.NPKM处理的生态经济效益综合评价得分值最高(0.762),是兼顾经济和生态效益的最优施肥配比,而CK处理的得分最低(0.560).根据本研究结果,在试验所处立地条件下,保持红壤稻田氮磷平衡的氮磷施肥量应分别为:N 157.71kg·hm-2,P2O5112.18kg·hm-2.