【科研团队】根际营养助推粮油生产——记稻油轮作增产增效作用研究创新团队

时间: 2017/06/16   作者:会报编辑部   来源:yabo亚博体育学会报   编辑:喻诚   点击:

团队合影(前排右二为团队 PI张振华)

团队概述:“稻油”轮作增产增效作用研究创新团队是一支结构合理、年轻、富有创造力的创新团队,团队总人数10人。成员来自菲律宾国际水稻实验室、美国西佛罗里达大学、中国科学会、华中农业大学和yabo亚博体育学会。35岁以下人员占50%。团队PI为张振华博士。

团队致力于解析稻油轮作促进水稻、油菜生长和产量提高的生理机制。明确轮作体系中根际土壤生物和非生物物质与作物生长关键调控因子的互作机制,及与稻油轮作条件下作物生长优势的关系,构建稻油轮作制度下作物增产增效的综合技术。

用科学方法 解决科学难题

南方双季稻区长期(30年以上)“稻稻油”轮作(DDY)相比于“稻稻”连作(DD)可以使水稻增产5-10%,油菜增产10%以上,但是其增产、增效作用机理却并不清楚。团队针对上述科知识题,选择了短期稻油轮作试验点(持续4年不同轮作)和郴州安仁县典型的长期稻稻油轮作稻田(持续30年的DDY轮作和DD连作)为研究基地,初步揭示了DDY轮作对稻、油生长和产量的促长机理。

该团队主要研究任务是:筛选出“稻油”轮作根际土壤中调控作物生长的关键非生物影响因子1-2种;筛选或培育出稻油轮作条件下有利于土壤或作物养分高效利用的功能微生物1-2种;揭示“稻油”轮作根际土壤特异物质对作物增产增效的作用机理。

团队主要技术创新点有:揭示了“稻稻油”轮作培肥土壤的新机制;“稻稻油”轮作土壤促生菌(PGPR)比例显著升高;“稻稻油”轮作土壤特异性物质和微生物显著促进粮油作物生长。

“稻稻油”轮作培肥土壤的新机制有:南方双季稻区土壤普遍存在严重的缺磷(P)现象,DDY轮作土壤的全P含量和有效P含量均显著高于DD连作,这是DDY轮作对作物生长有明显促进作用的原因之一;相对于DD连作,DDY轮作根际土壤总有机质含量降低,但活性有机质含量显著升高,有机质质量显著提升;DDY轮作土壤偏壤性,形成了更为坚实的犁底层, DD连作土壤偏粘性,因此,DDY轮作土壤透气性、保水和持肥能力更强,并可以有效防止土壤水分和养分的渗漏。

“稻稻油”轮作土壤促生菌(PGPR)比例显著升高:相比于DD连作,DDY轮作促进土壤细菌和真菌的数量显著升高,导致解磷菌数量显著升高(有合成IAA的功能),同时色氨含量显著提高(IAA合成的前体物质),从而使根际土壤生长素(IAA)含量显著提高,显著促进了水稻和油菜的根系生长以及营养物质的汲取。

“稻稻油”轮作土壤特异性物质和微生物显著促进作物生长:相比于DD连作,DDY轮作根际土壤pH值显著降低,同时鞘脂类物质和有机酸类物质含量显著升高;共同导致细菌和真菌的数量显著升高,土壤酶活性增幅显著,根际土壤生长素(IAA)含量显著提高,从而提高了耕作层NPK等营养元素的有效性,促进了水稻和油菜大量营养元素的高效汲取。

2016年度该团队取得重要成果有:

第一是 “稻油”轮作条件下促进油菜体内NO3-养分代谢的机理研究。该成果已经以系列文章的形式发表了4SCI文章,授权国家发明专利2项,申请国家发明专利1项,其中1篇文章发表于《Plant Physiology》杂志;

第二是水稻PGPR(促进植物生长微生物)微生物的筛选及应用。该研究结果已经发表在《Applied Microbiology and Biotechnology》和《Soil Biology and Biochemistry》国内外权威技术期刊,申请国家发明专利1项;

第三是 “稻油”轮作条件下油菜协调氮素利用效率与抗Cd胁迫能力的生理机理。解析了粮油作物Cd胁迫与氮素利用效率(NUE)的关系,揭示了不同氮效率油菜基因型抗Cd胁迫差异的预期理论。

合理配置资源 团队赢得发展空间

团队充分利用yabo亚博体育学会“农业资源与环境学科”的“土壤肥料资源高效利用国家工程实验室”、“植物营养湖南省普通高等学会重点实验室”和“农田污染控制与农业资源利用湖南省重点实验室”等高端平台,为创新团队赢得发展空间。同时共享湖南省“外国专家百人计划”创新团队和yabo亚博体育学会“拔尖人才”创新团队的人才和实验室资源。

团队成员在南方粮油作物协同创新中心的资助和协调下得以组建成为一个目标明确、分工细致的协同创新团队。创新团队在项目实施的过程中选择了共同的试验点进行研究,成功建立了湖南浏阳岩溪镇和郴州安仁县两个共同的长期定位试验点。对试验处理和样品的采集方法都进行统一协调管理。完全实现了试验材料共享、减少重复劳动、提高工作效率的目标。

团队组建以来,共发表相关论文24篇,其中SCI论文15篇(IF>7.01篇;IF>3.04篇);新增项目10项,其中国家自然科学基金3项;授权发明专利3项,申请发明专利2项,副主编教材1部。获湖南省科技进步二等奖1项。引进湖南省外专百人计划项目专家1人,新增湖南省青年骨干员工1人,1位团队成员晋升为副研究员。

稻油轮作增产增效作用研究创新团队不仅取得了较好的理论创新成果,而且将理论成果应用在了粮油作物生产的第一线。由于稻油轮作根际特异微生物和分泌物的作用,使得稻油轮作土壤中有效磷的含量和磷素的利用效率显著升高,一定时期内显著促进了粮油作物的生长和产量。但是长期稻油轮作以后,由于土壤中磷素的过度消耗,反而造成了稻油轮作土壤的缺磷症状。针对长期稻油轮作区根际土壤全磷和有效磷严重缺乏的状况,创新团队用事实说话,建议郴州市安仁县土肥站相关工作人员及时补充了稻油轮作田块油菜和水稻季的有效磷供应。该项措施实施以后,成效立竿见影,水稻和油菜产量一年之内都有5%以上的增产。同时达到了以磷增氮的效果,氮肥和磷肥的利用率均提高了7%以上,真正实现了粮油作物生产增产增效的目的,得到安仁县相关部门和农户的一致好评。


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