为探寻最优豆禾混播比例以协同提升产量与品质,本研究在黄土高原对白三叶与高羊茅的5种播种比例(白三叶单播、高羊茅单播以及豆禾比1∶1、1∶2、1∶3)进行了为期2年的多次刈割田间试验,旨在评估不同播种比例对牧草产量与营养品质季节性动态的影响,并利用耦合协调度模型确定最佳方案。结果显示,混播具有显著的“超产效应”,其中1∶2、1∶3豆禾比的总产量最高,较单播显著提升23.92%~62.71%。品质方面,与高羊茅单播相比,混播有效提升粗蛋白含量,降低纤维含量。综合产量与品质的耦合协调度分析表明,1∶2豆禾比是实现二者协同发展的最优模式。该模式不仅实现了产量与品质的同步高效,更在整个生长季中维持了持久的高水平协调状态,为生产管理提供了更宽泛的最佳利用窗口期,是构建高产、优质、稳定草地的最佳选择。
盐胁迫是制约农业可持续发展的关键非生物胁迫之一,筛选耐盐饲用大豆品种对于提升我国高蛋白饲草产量和盐渍化土壤利用具有重要意义。本研究以7个饲用大豆品种(S001~S007)为材料,以野大豆(GS)和栽培大豆Williams 82(W82)为对照,测定各材料在150 mmol/L和200 mmol/L NaCl胁迫下的出苗率、出苗势、出苗指数、株高、叶面积、根长、鲜重和干重等指标,采用隶属函数法和聚类分析综合评价不同品种的苗期耐盐性。结果表明,随盐浓度的升高,各品种的生长指标均显著下降,但品种间耐盐性差异明显。隶属函数综合评价表明,9个大豆品种的耐盐性表现为S007>S002>S003>S004>S005>W82>S001>S006>GS。聚类分析表明,9个饲用大豆品种可分为3类,品种S002、S003和S007为高耐盐品种,S004为中耐盐品种,品种GS、W82、S001、S005和S006为敏盐品种。
蔗糖合酶(Sucrose synthase,SUS)是植物糖代谢的关键调控酶,在植物响应逆境胁迫过程中发挥核心作用。本研究通过整合生物信息学与转录组学方法,系统鉴定新疆大叶苜蓿SUS基因(MsSUSs)家族成员并深入解析其在干旱胁迫下的转录调控机制。结果表明,新疆大叶苜蓿基因组中包含31个SUS基因,分布于25条染色体,由SUSⅠ、SUSⅡ和SUSⅢ三个亚家族构成。MsSUSs蛋白主要为亲水性酸性蛋白,大部分定位于细胞质;MsSUSs与糖基水解酶(Glycoside hydrolases,GH)家族成员存在蛋白互作。表达量分析显示,10个MsSUS基因在干旱胁迫下显著上调,其中MsSUS7和MsSUS24的上调幅度最大,在重度水分胁迫处理(土壤含水量为田间持水量的20%~25%)下的表达量是对照的3.74倍和8.34倍。MsSUSs启动子区域含有丰富的非生物胁迫响应元件(如脱落酸响应元件和干旱响应相关元件等)。MsSUSs启动子区域含有大量MADS转录因子的结合位点,基于转录因子结合位点的预测,进行MADS转录因子表达量分析,结果表明15个MsMADS在干旱胁迫下高表达,其中MsMADS33在干旱胁迫后表达量持续上调。分子对接分析显示,MADS-box结构域可能通过氢键与MsSUS9和MsGH5的启动子区域结合。综上,MsSUSs可能与MsGHs协同调控干旱胁迫下的蔗糖代谢,通过增强渗透平衡与细胞壁稳定性提升新疆大叶苜蓿的耐旱性,此过程可能受MsMADS33正向调控。
白草是黄土高原撂荒地的典型先锋物种。本研究基于10年定位观测数据,分析了其种群动态对撂荒年限及气候因子的响应。结果表明:随着撂荒年限增加,白草株高与冠幅在撂荒第10年较第1年分别显著下降2.26 cm和6.01 cm;生殖枝密度与分蘖密度呈先升后降趋势,其中分蘖密度于撂荒第5年达到峰值,撂荒第10年较峰值下降2.31个/m2;实生苗密度在第10年较第1年减少4.00株/m2,种群密度及地上生物量随撂荒年限显著递减,第10年较第1年分别年均减少0.82株/m2和1.92 g/m2。撂荒年限是影响白草种群生长、繁殖特征及生物量积累的主导因子,可独立解释各指标33%~79%的变异。结构方程模型进一步揭示,撂荒年限不仅直接抑制地上生物量,还通过限制实生苗密度产生间接效应;同时,其通过抑制株高、冠幅、实生苗密度及种群密度,间接降低白草地上生物量在群落中的占比。
为探究生境对高寒草甸不同恢复阶段斑块中植物群落及生物结皮的影响,本研究于青海省河南蒙古族自治县(海拔3 615~3 681 m)、玛沁县(海拔3 763~3 904 m)和玛多县(海拔4 245~4 282 m)展开调查,分析了不同海拔与坡度(i<7°、7°<i<25°、i>25°)对高寒草甸不同斑块类型(活动斑块、非活动斑块、恢复斑块和未斑块化)及不同面积恢复斑块(S<1 m2、1 m2<S<5 m2、S>5 m2)中植物群落与生物结皮的影响。结果表明:斑块化高寒草甸植物群落中的物种数和物种多样性随海拔梯度升高呈先增后减趋势,随坡度增加而降低,并随着退化斑块的恢复逐步上升。生物结皮的数量则随坡度的增加整体呈下降趋势;活动斑块与非活动斑块中未见生物结皮分布,而恢复斑块中已有生物结皮出现,其数量随斑块面积增大而增加,其中面积>5 m²的斑块内生物结皮数量与未斑块化高寒草甸无显著差异。相关性分析显示,地衣、苔藓和藻类的数量与坡度、海拔呈不同程度负相关,与植被多样性及斑块恢复进程呈显著正相关(P<0.05)。结构方程模型进一步表明,斑块类型通过极显著促进植被物种多样性(路径系数0.87,P<0.001),并与斑块大小(路径系数0.21,P<0.05)协同驱动生物结皮的发育(植被多样性对生物结皮的路径系数0.69,P<0.001);坡度通过显著抑制植被物种多样性(路径系数-0.34,P<0.001),对生物结皮产生间接负效应。综上,海拔越高、坡度越大、恢复斑块的面积越小,越不利于生物结皮的生长发育;而随着退化草甸的恢复与植物多样性提升,生物结皮逐渐增加,本研究结果可为青藏高原退化高寒草甸的修复提供科学依据。
氮(N)是限制植物生长的关键元素,氮沉降增加已成为影响草原土壤-植物养分循环的重要驱动因素。然而,不同添加速率和频率对土壤-植物化学计量关系的影响机制仍不明确。本研究基于温带典型草原长期氮添加试验,设计3种氮添加速率[0、10、20 g N/(m2·a)]和2种氮添加频率(一年2次和12次),研究表层土壤化学计量特征以及优势植物羊草和大针茅的碳(C)、N、磷(P)含量及其与生物量之间的关系。结果表明,氮添加显著提高土壤C、N含量并降低P含量,导致土壤C∶N下降、C∶P和N∶P升高。在高频率添加条件下,20 g N/(m2·a)处理的土壤P含量降幅以及C∶P、N∶P的增幅均低于10 g N/(m2·a)处理。此外,氮添加速率增加了植物N含量,降低了P含量,使植物C∶N降低,N∶P和C∶P升高;而氮添加频率对植物和土壤养分及其化学计量比均未表现出显著影响。路径分析表明,氮添加速率通过改变土壤和植物养分含量间接调控植物化学计量比,进而促进2种优势植物的地上和地下生物量增加,而氮添加频率无显著影响。本研究表明氮添加驱动植物由N限制向N饱和转变,并进一步加剧P限制,可能成为限制草原生态系统生产力提升的关键过程。
为探究新疆天山北坡温性荒漠、温性草原和山地草甸3种草地类型的植物群落特征、土壤养分化学计量特征及二者之间的关系,采用野外采样与室内分析相结合的方法,测定植物群落特征指标,土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)含量及土壤酶活性,并运用冗余分析解析影响植物群落的关键环境因子。结果表明:随着草地类型由温性荒漠向山地草甸变化,植物群落高度显著降低(P<0.05),而盖度、密度及多样性指数(除均匀度指数外)均升高。土壤有机碳、全氮、全磷含量及MBC、MBN、MBP含量在山地草甸中最高,温性荒漠的N∶P最低;β-葡萄糖苷酶和碱性磷酸酶活性在山地草甸最高,亮氨酸氨基肽酶和N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶活性在温性草原最高。由温性荒漠至山地草甸,土壤养分富集,植被趋于矮化密集,其中温性荒漠受氮限制。冗余分析表明,MBC∶MBN和MBP是驱动植物群落特征的关键因子(累计解释率66.7%)。综上,本研究为干旱区草地生态系统养分循环及退化草地恢复提供了理论依据。
围封是草地生态系统管理的重要措施。为明确围封年限对荒漠草原植物生态位特征和种间联结的影响,本研究采用重要值、生态位宽度、生态位重叠、χ 2检验、Ochiai指数和共同出现百分率(PC)等研究不同围封年限(围封1年、10年、19年、25年)处理短花针茅草原主要植物的生态位特征和种间联结关系。结果表明:围封年限对短花针茅草原主要植物的重要值及生态位宽度影响明显。围封初期,无芒隐子草为群落优势种;随着围封年限延长至10年和19年,群落优势种发生更替,银灰旋花占据首要地位;围封25年,多年生植物无芒隐子草重新成为群落的绝对优势种。随着围封年限的增加,主要植物的生态位重叠指数呈降-升-降的特征,物种间竞争激烈。在不同围封年限下,短花针茅草原主要物种种间联结呈显著负联结,χ2分析表明负联结种对占比较大,Ochiai指数和PC值普遍较低,种间联结松散。总之,随着围封年限的增加,短花针茅荒漠草原一年生与多年生植物种对重叠指数呈“此消彼长”态势,优势种植物在群落中的地位发生了改变,群落总体联结为负联结,波动较大,植物彼此间存在较大的竞争,结构不稳定。
为探讨人工修复措施对退化草地土壤有机碳含量及其固碳功能的影响,本研究选择禾本科牧草混播(P1)、豆科牧草混播(P2)、禾本科+豆科牧草混播(P3)3种模式,以未补播样地为对照(CK),在宁夏盐池县退化荒漠草原开展研究,探讨补播多年后各配置模式的土壤理化性质、有机碳及其活性组分(易氧化有机碳、可溶性有机碳及微生物生物量碳)的变化。研究结果发现:补播后土壤pH值和含水率均显著提高(P<0.05),P1和P2模式下土壤全氮含量显著提高,且P1和P3模式下20~40 cm土层电导率显著高于CK(P<0.05);P3模式0~20 cm土层与P2模式20~40 cm土层有机碳含量均显著高于CK(P<0.05),补播后土壤易氧化有机碳含量整体呈上升趋势,可溶性有机碳含量呈下降趋势,其中P1模式变化显著(P<0.05),P2模式下土壤微生物生物量碳含量呈显著下降趋势(P<0.05);补播后可溶性有机碳分配比例呈下降趋势,P1模式下土壤易氧化有机碳分配比例显著高于CK和P2、P3模式(P<0.05),0~20 cm土层P1模式下微生物生物量碳分配比例显著高于CK(P<0.05)。相关性分析结果显示,补播后,0~20 cm和20~40 cm土层易氧化有机碳与可溶性有机碳之间呈显著负相关关系(P<0.05),0~20 cm土层有机碳与易氧化有机碳之间呈显著负相关关系(P<0.05)。综上,P3模式提高土壤有机碳含量的效果最佳,并且在SOC固存以及缓解有机碳的流失及分解矿化风险方面表现更优,可作为退化草地植被恢复的优选补播牧草配置。
为探索高寒牧区最佳施肥模式,本研究设6种施肥处理,即不施肥对照(CK)、施有机肥(5 250 kg/hm2)、有机肥(4 200 kg/hm2)+无机肥(尿素45.6 kg/hm2、过磷酸钙87.45 kg/hm2)、有机肥(5 250 kg/hm2)+生物菌肥(75 kg/hm2)、有机肥(4 200 kg/hm2)+无机肥(尿素45.6 kg/hm2、过磷酸钙87.45 kg/hm2)+生物菌肥(75 kg/hm2)、有机肥(4 200 kg/hm2)+无机肥(尿素45.6 kg/hm2、过磷酸钙87.45 kg/hm2)+生物菌肥(75 kg/hm2)+微量元素肥(450 mL/hm2),于盛花期测定草地产量,并以天然牧草为原料青贮发酵60 d,测定不同施肥处理牧草的营养成分、发酵特性及黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1, AFB1)含量。结果表明:施肥处理下牧草产量较CK均显著提升(P<0.05),但牧草品质提升效果不显著。施用有机肥+无机肥+生物菌肥+微量元素肥、有机肥+无机肥+生物菌肥改善了天然牧草青贮品质,其中有机肥+无机肥+生物菌肥+微量元素肥处理效果最优,其可溶性碳水化合物、乳酸含量分别较CK提高了74.36%、15.33%(P<0.05);中性洗涤纤维含量、酸性洗涤纤维含量、氨态氮含量、pH值分别较CK降低17.80%、18.39%、65.67%、4.04%(P<0.05)。此外,施肥处理对牧草中AFB1含量产生了显著影响(P<0.05),AFB1含量范围8.33~11.81 μg/kg,均低于国家饲用安全标准限值。隶属函数综合评价表明,施用有机肥+无机肥+生物菌肥+微量元素肥对牧草青贮利用效果最好,建议在高寒牧区因地制宜推广应用。
草原补奖政策是保护草原生态和牧户生计安全的重大措施,但现有研究较多关注其对牧户生计的影响,鲜有研究在补奖政策视域下基于生计资本水平和结构的双重视角分析牧户兼业行为的影响机制。基于内蒙古牧区1 042份牧户问卷数据,采用熵值法测算牧户生计资本,并运用Logistic回归模型实证检验生计资本总量、分维水平、结构对牧户兼业行为的影响机理。结果表明:(1)生计资本水平与结构皆会对牧户兼业行为产生显著影响。(2)在水平分析中,生计资本总量的提高会促进牧户兼业;分维水平的人力资本会促进牧户兼业,自然资本、物质资本、社会资本则会抑制牧户兼业。(3)在结构分析中,人力资本占优型会促进牧户兼业。(4)异质性分析结果显示:相较于半农半牧区,生计资本对促进纯牧区牧户兼业行为的影响更为显著;相较于老一代牧户,生计资本对促进新生代牧户兼业行为的影响更为显著,而对抑制中生代牧户兼业行为的影响更为显著;且相较于二兼牧户,生计资本对一兼牧户兼业行为的影响更为显著。
大赖草是禾本科小麦族的一种多年生四倍体草本植物,兼具高抗病性与抗逆性。该物种不仅是优良的生态治沙草种,还在小麦抗病育种和西北沙漠区生态治理方面具有广阔的应用前景。本文系统综述了国内外对大赖草在种质资源分布、形态特征、遗传学特性、抗逆机制、小麦育种和饲草资源等方面的研究进展。结合当前大赖草新品系的培育和推广应用情况,深入分析了其在土壤改良、防风固沙和水土保持等方面的应用价值。基于现状,提出未来应重点开展以下方面的研究:重视大赖草新品种的培育,选育抗逆性更强、生物量更高的生态草品种,并以大赖草和缺失远缘杂交不亲和基因的小麦品种为亲本,选育抗逆小麦品种;加强大赖草全基因组研究,挖掘大赖草抗逆性和抗病性基因,筛选可用于作物育种的潜在基因资源;系统开展大赖草在沙地、盐碱地等边际土地上的修复研究,完善其标准化栽培技术与适应性评估体系,为大赖草的推广应用提供科学支撑;开展大赖草野生种质资源的保护研究,以保护育种基础。