張富麗, 尹 全, 毛建霏, 郭靈安, 雷紹榮, 劉文娟, 羅 蘋, 王 東, 宋 君, 楊曉鳳

轉基因棉秸稈還田利用對土壤肥力的影響*

張富麗, 尹 全, 毛建霏, 郭靈安, 雷紹榮, 劉文娟, 羅 蘋, 王 東, 宋 君, 楊曉鳳**

(四川省農業(yè)科學院分析測試中心 成都 610066)

隨著轉基因的快速發(fā)展, 大量轉棉秸稈的合理利用和處理是不可忽視的重要課題之一。為明確棉秸稈還田利用的可行性和安全性, 本研究以不同抗蟲轉基因棉和常規(guī)棉花‘泗棉3號’為研究材料, 在分別種植1、2年后將秸稈機械粉碎后原位還田, 測試土壤中Bt蛋白殘留量、土壤酶活性及養(yǎng)分含量的變化, 分析棉秸稈原位還田對土壤肥力特性的影響。研究結果表明, 秸稈還田40 d后,棉樣地土壤中Bt殘留蛋白檢測值較低, 均與非轉基因棉樣地無顯著性差異。棉秸稈還田后, 土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、多酚氧化酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶活性皆較秸稈還田前增加, 但土壤纖維素酶活性較之前降低。棉秸稈還田使土壤中有機質、有效磷、堿解氮、速效鉀和全氮等養(yǎng)分含量及pH明顯增加, 而抗蟲棉與常規(guī)棉秸稈還田后對土壤肥力的影響不存在顯著差異。對土壤綜合肥力指數評價結果表明, 秸稈還田對土壤肥力提升與棉抗蟲水平無關, 土壤肥力指數在兩年間由Ⅲ級水平上升至Ⅱ級水平。綜上,棉花秸稈還田不會造成土壤綜合肥力降低, 相反能有效提升土壤肥力; 同時還田利用措施可對轉基因植株有效滅活, 與轉基因植物秸稈利用和無害化處理要求相契合。生產中用于轉基因棉花秸稈利用和處理在一定程度上是安全可行的。

轉基因棉; 秸稈還田; 轉基因植物; Bt蛋白殘留; 土壤肥力

據統(tǒng)計資料顯示, 2018年全球轉基因作物種植面積達1.917億hm2, 再創(chuàng)新高[1]。在轉基因作物大面積商業(yè)化種植的同時, 轉基因作物大規(guī)模環(huán)境釋放潛在的環(huán)境安全風險廣受關注[2]。轉()基因抗蟲棉(spp.)在墨西哥、中國、印度、巴基斯坦及蘇丹等多個國家廣泛商業(yè)化種植, 占轉基因作物種植面積的很大比例[1]。如何科學合理地利用和處理大量的轉基因棉秸稈是不可忽視的轉基因生物安全重要課題之一。

植物秸稈中含有大量的新鮮有機物料, 是一種重要的生物質資源[3]。秸稈還田是替代焚燒措施對秸稈實現(xiàn)有效利用的重要方式[4]。從理論上講, 將秸稈經過機械粉碎后還田將破壞植株體的生命力, 將生物質資源帶入土壤中提升土地肥力, 還可避免秸稈焚燒所造成大氣污染, 多方面效益兼顧, 是轉基因植物秸稈處理利用的理想途徑。但有研究者認為, 轉基因作物種植或還田使轉外源Bt蛋白暴發(fā)式進入土壤生態(tài)系統(tǒng)中, 可能改變土壤細菌、真菌數量及菌群結構, 繼而引發(fā)系列土壤生化變化, 導致土壤肥力改變[5-9]。亦有研究表明轉基因植株還田對土壤微生物類群、微生物多樣性、土壤酶活性及養(yǎng)分含量的影響不明顯[10-13]。可見, 不同作物不同條件下外源蛋白導入的行為規(guī)律及影響后果不同, 有必要根據具體情況進行研究分析。

土壤肥力狀況是反映耕地產出能力的重要指標, 也是土壤微生態(tài)特性的綜合反映。轉基因作物秸稈還田后土壤肥力的變化是外源Bt蛋白離體導入后對土壤生態(tài)系統(tǒng)影響的最直觀體現(xiàn), 也是農業(yè)生產中的重要關注點。但以對土壤養(yǎng)分特性和肥力的影響為切入點研究轉基因棉秸稈還田利用的可行性和安全性尚少見文獻報道, 是一個全新研究視角?；诖? 本文以幾種不同抗蟲水平轉基因棉花品種和非轉基因棉花常規(guī)品種為研究對象, 連續(xù)兩年將植株殘茬(秸稈)機械粉碎并原位還田后監(jiān)測土壤酶活性及養(yǎng)分含量的變化, 從土壤肥力營養(yǎng)學的角度詮釋Bt蛋白暴發(fā)式釋放對土壤肥力質量的影響, 明確大規(guī)模轉基因棉秸稈還田利用的可行性和安全性, 為進一步評估轉基因作物秸稈還田改變土壤肥力特性的風險、指導農業(yè)生產提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗所用轉基因抗蟲棉品系為‘GK 19’(鄂抗蟲棉1號)、棉種183、棉種184、棉種202、棉種206、棉種212、棉種214、棉種221、棉種222和棉種228, 非轉基因棉品種‘泗棉3號’作為陰性對照, 以上材料均由原農業(yè)部科技發(fā)展中心提供(除‘GK 19’和‘泗棉3號’外, 其余9個轉基因抗蟲棉品系截至試驗結束尚未進入商業(yè)化, 為保護其商業(yè)機密需要, 文中采用自編號表示)。其中, 棉種202、206、212苗期葉片中Bt蛋白含量≥1 400 mg×kg-1, 抗性級別皆為高抗; 棉種183、221、222苗期葉片中Bt蛋白含量600~1 000 mg×kg-1, 抗性級別皆為中抗; 棉種184、214、228苗期葉片中Bt蛋白含量250~ 350 mg×kg-1, 抗性級別皆為低抗?！瓽K 19’為商業(yè)化轉基因棉品種, 苗期葉片中Bt蛋白含量220~ 350 mg×kg-1, 抗性級別為低抗。以上研究材料葉片中蛋白表達量及抗性級別等相關指標數據由原農業(yè)部轉基因植物環(huán)境安全監(jiān)督檢驗測試中心(成都)提供。

1.2 田間種植管理

試驗地點位于四川省農業(yè)科學院植物高新技術試驗基地(成都市彭州市濛陽鎮(zhèn)), 其土壤為龍門山沖積土, 肥力水平中等、均勻。前茬作物為非轉基因玉米()常規(guī)品種, 收獲后去除秸稈及殘茬閑置待用。每年4月下旬播種, 試驗小區(qū)采用單因素隨機區(qū)組設計, 每個品種種植3個重復, 每個小區(qū)30 m2(5 m×6 m), 寬窄行種植(窄行+寬行: 0.3 m+0.7 m), 株距0.3~0.4 m, 每個小區(qū)定植棉花約100株。常規(guī)田間水肥管理。于棉花結鈴盛期后, 將棉花植株整株原位機械粉碎后, 將碎渣就地人工均勻深翻覆于棉花植株所在小區(qū)的土層中, 1周后再進行兩次翻耕、平整。試驗中按照轉基因植物環(huán)境安全相關條例規(guī)定設置圍墻、保護帶和相應隔離設施。

1.3 土壤樣品采集和處理

于棉花種植前一年, 即2015年9月中下旬采集一次樣地土壤。分別于2016年9月和2017年9月, 待棉花生長周期結束秸稈還田40 d后再次采集各小區(qū)土壤樣品。取樣方法為五點取樣法, 用內徑5 cm的土鉆采集0~20 cm耕作層和20~30 cm犁底層土壤, 采樣前清理干凈地上植物和地表殘渣。將同一小區(qū)5個取樣點同一土層土樣混合后, 采用四分法縮分, 保留約1 kg土樣作為1個樣品, 保鮮袋密封, 迅速帶回實驗室登記編號、待測。

1.4 土壤肥力測定

土壤樣品送四川省農業(yè)科學院土壤肥料測試中心測定肥力養(yǎng)分指標的相關因子。采用半微量凱氏法[14]測定全氮含量, 紫外/可見分光光度計法[15]測定有效磷含量, 火焰光度計法[16]測定土壤速效鉀含量, 重鉻酸鉀法[17]測定有機質含量, pH計法[18]測定土壤pH, 堿解擴散法[19]測定土壤有效氮含量。

1.5 土壤酶活性測定

將土壤樣品研磨均勻后充分混合, 稱取1 g土壤, 加入10 mL 0.01 mol?L–1磷酸鹽緩沖液(PBS, pH 7.2~7.4)進行勻漿振動混勻。4 ℃、3 000 r?min-1離心20 min, 取上清, 4 ℃保存待測。采用酶聯(lián)免疫分析試劑盒(ELISA; TSZ-America, Minneapolis, USA)分析土壤蛋白酶(Pro)、多酚氧化酶(PPO)、過氧化氫酶(CAT)、堿性磷酸酶(ALP)、脲酶(urease)、纖維素酶(CE)、蔗糖酶(sucrase)含量。將標準蛋白稀釋成6個濃度梯度建立標準曲線。酶標板上設置標準品孔、樣本孔和空白孔。標準品孔各加不同濃度標準品50 μL。樣品孔中先加入樣品稀釋液40 μL, 然后再加待測樣品10 μL(樣品最終稀釋度為5倍)。空白對照孔中不加樣品和酶標試劑。其余各步驟相同, 按試劑盒操作指南進行檢測。每個待測樣品設兩個平行孔。采用洗板機BioTek Elx50 (BioTek Instrument, USA)洗板4次, 酶標儀BioTek μQuant MQx200 (Biotek Instrument, USA)讀取450 nm和630 nm波長下的吸光值。分別減去空白對照孔的讀數值后, 450 nm波長下的測定值余值減去630 nm波長下的余值, 最終得到樣品測定值。根據標準曲線建立的直線方程, 用插值法計算每克鮮物質質量土壤樣品中單位酶蛋白的含量。

1.6 土壤中Bt蛋白含量測定

按1.5中所述方法得到土壤PBS提取液。采用EnviroLogix Cry1Ab /Cry1Ac檢測試劑盒(EnviroLogix Inc. USA)對土壤樣品中Bt蛋白含量進行測定。將標準蛋白稀釋成1.00 ng?mL–1、0.80 ng?mL–1、0.64 ng?mL–1、0.46 ng?mL–1、0.28 ng?mL–1、0.10 ng?mL–16個濃度梯度建立標準曲線。分別取50 μL標準液和待測樣品按試劑盒操作指南進行處理和檢測。根據標準曲線建立的直線方程, 采用插值法計算土壤樣品中單位鮮物質質量Bt蛋白的含量。

1.7 田間次生苗調查

分別在秸稈還田次年3月、4月、5月調查統(tǒng)計田間棉花次生苗數量。

1.8 數據處理與分析

每個品種小區(qū)種植設3次重復。根據各樣品水分含量, 將各參數的測定值換算為干基含量。種植棉種202、206、212的各參數共9個小區(qū)測定值均值合為高抗品種的測定值, 代號“H”。以此類推, 種植棉種183、221、222的各參數測定值均值合為中抗品種的測定值, 代號“M”。棉種184、214、228各參數均值作為低抗品種的測定值, 代號“L”。棉種‘GK 19’3個小區(qū)測定值均值作為該商業(yè)化抗性測定值, 代號“Cp”, 棉種‘泗棉3號’3個小區(qū)測定值均值作為非轉基因品種測定值, 代號“Cn”。采用SPSS 13.0和Excel等統(tǒng)計學軟件進行相關數據處理分析。

1.9 土壤肥力綜合評價

根據模糊數學理論[20]確定參評土壤肥力因子的函數類型; 采用隸屬函數公式計算各參評指標的隸屬度值, 使各土壤肥力指標的原始數據轉化為0~1分布、無量綱差異的數值。其中拋物線形函數的函數表達式為:

S形函數的函數表達式為:

式中:為各土壤肥力指標的實際測量值,4和1表示各指標的上、下臨界值,3和2為各指標的上、下限最優(yōu)值。

根據隸屬度函數模型指數和方法確定土壤肥力綜合指數(soil fertility index, SFI)[21], 計算公式為:

2 結果與分析

2.1 轉Bt基因棉秸稈還田后土壤養(yǎng)分及Bt蛋白含量的特征分析

通過種植不同抗蟲性的轉基因棉花并將其秸稈機械粉碎后原位還田, 對土壤養(yǎng)分含量進行統(tǒng)計分析, 土壤全氮、有機質、有效磷、速效鉀和堿解氮等土壤養(yǎng)分含量值均服從正態(tài)分布。根據秸稈還田前后土壤養(yǎng)分含量特征(表1)可知, 棉花秸稈原位還田后, 土壤耕作層和犁底層pH和全氮、有機質、有效磷、速效鉀和堿解氮含量提高。棉花種植前土壤耕作層有效磷含量變異系數為57.10%、速效鉀變異系數為21.47%; 在棉花種植前及棉花種植1年和2年后還田, 土壤犁底層有效磷含量變異系數分別為36.70%、9.72%和14.34%; 而土壤犁底層速效鉀含量在不同時間點變異系數分別為12.07%、13.18%和、11.64%。其余養(yǎng)分含量及pH變異系數均<10%。雷志棟等[23]按<10%、10%~100%和>100%將變異系數分為弱變異、中等變異和強變異。據此, 本研究中有效磷和速效鉀變異系數在10%~100%區(qū)間, 為中等強度變異外, 其余養(yǎng)分含量變異系數為弱變異。由表1可知, 耕作層土壤養(yǎng)分變異系數在秸稈還田后明顯減小, 且均低于15%, 尤其有機質、有效磷、速效鉀及pH變異系數降低尤為明顯。而犁底層土壤養(yǎng)分變異系數相對耕作層低, 且秸稈還田后其養(yǎng)分變異系數變化無明顯規(guī)律。

表1 轉Bt基因棉秸稈還田前后土壤養(yǎng)分含量特征性統(tǒng)計

續(xù)表1

取樣時期0、Ⅰ和Ⅱ分別指棉花種植前1年、棉花種植1年秸稈還田后和棉花種植2年秸稈還田后。The sampling periods 0, Ⅰ and Ⅱ are one year before planting cotton, after straw incorporation of the first year and the second year of cotton planting, respectively.

為了解轉基因棉秸稈還田后Bt蛋白在土壤中的殘留情況, 采用ELISA法測定了耕作層及犁底層土壤中Bt蛋白含量。測試中6個標準溶液濃度梯度呈良好線性關系, 標準曲線2>0.99。結果如表2所示, 3個時期采集的土壤樣品中Bt蛋白檢測值均較低, 且無論是在耕作層還是犁底層土壤, 種植轉基因棉品種H、M、L和Cp與Cn間比較,值均遠大于0.05, 不同抗性水平轉基因棉與非轉基因棉樣地間皆無顯著性差異。由此可見,基因棉還田后Bt蛋白在土壤中并非簡單轉移, 而是快速分解至較低水平, 還田40 d后Bt蛋白檢測值即已與種植非轉基因棉品種的土壤相當, 轉基因棉秸稈還田不會造成土壤中Bt蛋白含量增加。

表2 不同抗蟲性轉基因棉還田40 d后土壤Bt蛋白殘留量

H、M、L代表抗蟲性水平分別為高、中、低的非商業(yè)化轉基因棉花品種; Cp是商業(yè)化轉基因棉‘GK19’, Cn是非轉基因棉品種‘泗棉3號’。H, M and L represent non-commercialcotton varieties with high, medium and low insect resistance levels, respectively. Cp is the commercialcotton variety ‘GK19’, Cn is the non-transgenic cotton variety ‘Simian No. 3’.

2.2 轉Bt基因棉秸稈還田對土壤酶活力的影響

通過分析發(fā)現(xiàn), 棉花秸稈原位還田使土壤表層中土壤酶活有不同程度變化, 如表3所示。土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、多酚氧化酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶活性皆較秸稈還田前顯著性增加, 但土壤纖維素酶活性較秸稈還田前有不同程度降低。經過1、2年秸稈還田后分別較還田前降低8.02%~26.57%、24.52%~44.88%。進一步通過多重比較對連續(xù)兩年棉花秸稈原位還田后的土壤酶活變化進行分析, 結果表明, 棉花種植1年和2年秸稈還田后, 土壤中蔗糖酶和過氧化氫酶活性相較于秸稈還田前的變幅在H、M、L、Cp、Cn幾個不同抗蟲性的棉花品種間皆無顯著性差異。第1年后土壤纖維素酶和第2年的多酚氧化酶、堿性磷酸酶活性變化幅度在不同棉品種間亦無明顯差異。而脲酶和蛋白酶的表現(xiàn)有所不同, 其變化幅度在幾個不同抗蟲水平的棉品種間以及與非轉基因Cn間存在偶然的顯著差異, 但無明顯規(guī)律可循(表3)。

為進一步了解轉基因棉秸稈還田后土壤酶活性變化與品種抗蟲性的相關性, 采用SPSS 13.0對土壤肥力和酶活性變化與棉花抗蟲水平進行Spearman相關性分析。結果如表4所示, 棉花種植1年和2年秸稈還田后, 土壤中脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、多酚氧化酶、纖維素酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶等酶活的變化幅度與轉基因抗蟲棉的抗蟲水平無顯著相關性。

2.3 轉Bt基因棉秸稈還田后土壤養(yǎng)分含量及綜合肥力變化

考慮土壤養(yǎng)分對作物生長發(fā)育、品質和產量形成的影響, 結合前人經驗[20], 選取pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀和全氮等6項作為評價土壤肥力的指標。參照農用地質量分等規(guī)程[24]和相關研究報道[25], 確定土壤養(yǎng)分評價指標分級標準(表5), 并由此確定各土壤養(yǎng)分指標閾值, 如表6所示。

表3 不同抗蟲性轉Bt基因棉花秸稈還田對土壤酶活性的影響

續(xù)表3

H、M、L代表抗蟲性水平分別為高、中、低的非商業(yè)化轉基因棉花品種; Cp是商業(yè)化轉基因棉‘GK19’, Cn是非轉基因棉品種‘泗棉3號’。同行不同小寫字母表示3個時期間差異顯著(0.05)。H, M and L represent non-commercialcotton varieties with high, medium and low insect resistance levels, respectively. Cp is the commercialcotton variety ‘GK19’, Cn is the non-transgenic cotton variety ‘Simian No. 3’. Different lowercase letters in the same line mean significant differences among three periods at0.05 level.

表4 轉Bt基因棉秸稈還田后不同時間土壤酶活變化與棉花抗蟲性相關性分析

ns表示相關性不顯著。“ns” means not significant correlation.

表5 土壤養(yǎng)分評價指標分級標準

表6 土壤養(yǎng)分指標權重及其隸屬函數類型和閾值

采用層次分析法求得pH、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮權重分別為0.370、0.247、0.156、0.095、0.087和0.046(表6)。經過隨機一致性檢驗[22], 其層次總排序的一致性比率CR=0.0316<0.10, 通過一致性檢驗。

據模糊數學理論[20], pH屬于拋物線形函數, 有機質、堿解氮、全氮、有效磷和速效鉀均屬于S形函數, 分別根據公式(2)、(3)進行函數標準化轉化, 計算各參評指標的隸屬度。根據公式(4)計算得到土壤綜合肥力指數。分析結果表明, 在秸稈還田前, 試驗田耕作層和犁底層土壤綜合肥力指數分別為0.640~0.753、0.660~0.711, 皆處于Ⅲ級范圍內, 肥力狀況“中等”水平。轉基因棉秸稈原位還田后, 土壤養(yǎng)分狀況和肥力特性發(fā)生較明顯變化。不管是耕作層還是犁底層, 土壤有機質和有效磷含量皆明顯增加, 速效鉀、堿解氮及全氮含量亦不同程度增加, 土壤pH保持穩(wěn)定, 維持在弱酸性至中性水平, 相應的土壤SFI值亦呈現(xiàn)上升趨勢。耕作層肥力水平在第1年秸稈還田后即提升至較好水平(Ⅱ級), 犁底層肥力水平經過2年秸稈還田后犁底層土壤肥力指數亦上升至較好水平(Ⅱ級)。由此可見, 轉基因棉花秸稈還田有助于土壤肥力整體性提升。

通過采用Tukey多重比較(0.05)對土壤肥力各養(yǎng)分含量及土壤綜合肥力指數變化值分析, 結果表明棉花種植第1年和第2年, 在秸稈原位還田后其土壤耕作層和犁底層有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀及全氮等肥力養(yǎng)分含量及土壤肥力指數均不同程度增加, 且變化幅度在H、M、L、Cp幾種不同抗蟲性水平轉基因棉種與非轉基因棉花品種(泗棉3號)之間皆無顯著差異(表7)。以上結果表明, 秸稈還田可使土壤肥力顯著增加, 且增加幅度在轉基因品種與非轉基因品種間并無顯著差異。由此可見, 轉基因棉秸稈還田可使土壤肥力得到提升, 且與其外源基因賦予的抗蟲性水平無關。基因轉入不會影響其棉秸稈還田有效提升肥力的效能。

3 討論

有研究者認為Bt蛋白可能引發(fā)土壤中微生物類群及其微生態(tài)發(fā)生變化, 影響土壤酶活性, 從而導致土壤肥力質量降低[5,7]。本試驗結果表明, 不論抗蟲水平高低, 轉基因棉秸稈還田40 d后, 在其樣地耕作層及犁底層土壤中Bt蛋白檢測值與非轉基因棉樣地均無顯著性差異, 說明轉基因棉中Bt蛋白在進入土壤后即迅速降解到了極低量水平, 這與王建武等[26]對轉基因玉米外源蛋白離體降解態(tài)勢的研究結果一致。此外, 轉基因棉秸稈還田后除纖維素酶活性有所降低外, 其余幾種土壤酶活性均有不同程度上升, 且土壤養(yǎng)分含量及綜合肥力指數皆明顯增加, 說明土壤肥力得到實質性改善, 轉基因棉秸稈還田不會降低土壤肥力。而且, 土壤養(yǎng)分含量的增加及綜合肥力的提升幅度在不同轉基因棉品種間及轉基因抗蟲棉與常規(guī)棉之間均無顯著性差異。由此可見, 秸稈還田后對土壤肥力的提升與是否為轉基因棉以及外源基因賦予的棉花抗蟲性水平無關。因此, 作者認為土壤肥力提升不受外源Bt蛋白影響, 主要是緣于植株體中豐富的生物質養(yǎng)分輸送。

試后通過多次對田間棉花次生苗生長情況調查, 均未發(fā)現(xiàn)再生的棉花植株, 證實了秸稈還田利用的處理方式可有效滅活轉基因植株體, 具備作為轉基因植物秸稈(或殘茬)利用和處理措施的重要前提條件。因此, 秸稈還田利用不僅與轉基因植物秸稈利用和無害化處理要求相契合, 也符合農業(yè)生產操作實際, 具有便利、低成本及可持續(xù)性特點, 在生產上用于轉基因植物秸稈利用和處理是安全可行的。

但轉基因生物安全管理是長期性的, 轉基因植物環(huán)境安全風險需要全面、系統(tǒng)、精準地進行研究和評估。為了對轉基因棉秸稈還田的環(huán)境安全風險作出更準確的判斷, 還需要更多環(huán)境數據支撐。本研究時長僅兩年, 數據信息量有限, 有必要選擇不同生態(tài)區(qū)對轉基因棉秸稈還田利用的環(huán)境效應及轉基因棉外源蛋白在土壤中降解動態(tài)進行多年長期跟蹤, 獲取全面系統(tǒng)的研究資料, 結合不同自然環(huán)境條件、農業(yè)生產管理措施及農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)特點, 客觀地評價秸稈還田作為轉基因植物秸稈處理措施的合理性和科學性, 從而為農業(yè)生產實施提供更科學的指導意見。

4 結論

1)轉基因棉中外源蛋白在秸稈還田后會迅速降解, 轉基因棉樣地土壤中Bt蛋白檢測值在秸稈還田40 d后即與非轉基因棉樣地均無顯著性差異。

2)轉基因棉秸稈還田不會造成土壤肥力負面改變, 反而使土壤中全氮、有機質、有效磷、速效鉀和堿解氮等重要的養(yǎng)分含量增加, 提高了土壤綜合肥力指數, 兩年間土壤肥力指數由Ⅲ級水平上升至Ⅱ級水平。

3)秸稈還田使土壤肥力的增加幅度在轉基因品種與非轉基因品種間無顯著差異, 轉基因棉秸稈還田對土壤肥力的提升緣于植株體中豐富的生物質養(yǎng)分輸送, 而與其轉入基因賦予的抗蟲性水平無關。

4)秸稈還田可對轉基因植株有效滅活, 與轉基因植物秸稈利用和無害化處理要求相契合, 同時也符合農業(yè)生產操作實際, 具有便利、低成本及可持續(xù)性特點, 有條件在生產上大面積推廣作為大批量轉基因植物秸稈利用和處理的理想措施。

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Effects oftransgenic cotton straw returning to field on soil fertility*

ZHANG Fuli, YIN Quan, MAO Jianfei, GUO Ling’an, LEI Shaorong, LIU Wenjuan, LUO Ping, WANG Dong, SONG Jun, YANG Xiaofeng**

(Analysis and Determination Center, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China)

With the rapid development of genetically modified organisms, how to use and deal with a large amount of() transgenic cotton straw is an important issue. To study and clarify the feasibility and safety of straw incorporation of transgeniccotton into the field, four kinds ofcotton with different levels of insect resistance and one non-transgenic conventional cotton (Simian no. 3) were analyzed. After one or two years of planting, all the cotton straws were mechanically crushed and returned to the field. The content of residual Bt protein, activities of several soil enzymes, and nutrient contents in soil were detected and the changes were further analyzed. The effects ofcotton straw returning on nutrient characteristics and fertility of soil were analyzed. The Bt protein residues in soils were very few and almost undetectable after 40 days of straw recycling of transgeniccotton with different insect resistance levels, and there was no significant differences between the transgenic field plots and non-transgenic ones. After cotton straws were returned into the field, the activities of urease, sucrase, protease, polyphenol oxidase, catalase, and alkaline phosphatase in soil obviously increased, while the activity of cellulose did not increase. The activity of soil cellulase was lower than that before cotton planting. The amounts of organic matter, available phosphorus, available nitrogen, available potassium, and total nitrogen in soil increased remarkably both for the first year and for the second year of cotton planting, and so did the pH value. Similarly, there were not any significant differences in variations of all nutrient content betweentransgenic treatments and non-transgenic ones. The soil comprehensive fertility index resulted by straw recycling was calculated and the effect on the fertility suitability was evaluated. The fertility index rose from level Ⅲ to level Ⅱ in two years, which was not related to the insect resistance level oftransgenic cotton. The soil fertility was not adversely decreased but increased, in fact, by straw returning treatment ofcottons. Returningcotton straw to the field could effectively improve the soil fertility index. In addition, this straw recycling scheme could effectively kill transgenic plants, and would meet the disposal requirements of transgenic plants. The collective data confirmed that returning treatment, to a certain extent, should be feasible and safe for dealing with mass residuesoftransgenic cotton in practice.

transgenic() cotton; Straw returning; Transgenic plant; Residual Bt protein; Soil fertility

, E-mail:yangxiaofeng_cd@sina.com

Dec. 19, 2019;

10.13930/j.cnki.cjea.190894

張富麗, 尹全, 毛建霏, 郭靈安, 雷紹榮, 劉文娟, 羅蘋, 王東, 宋君, 楊曉鳳. 轉基因棉秸稈還田利用對土壤肥力的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報(中英文), 2020, 28(5): 734-744

ZHANG F L, YIN Q, MAO J F, GUO L A, LEI S R, LIU W J, LUO P, WANG D, SONG J, YANG X F. Effects oftransgenic cotton straw returning to field on soil fertility[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020,28(5): 734-744

S1

* 四川省農業(yè)科學院論文基金項目(2016LWJJ-010)和四川省創(chuàng)新能力提升工程公益深化項目(2016GYSH-032)資助

楊曉鳳, 主要研究方向為農產品質量控制及安全評價。E-mail:yangxiaofeng_cd@sina.com

張富麗, 長期從事轉基因成分檢測與環(huán)境影響評價分析研究。E-mail: zhang_fannie@163.com

2019-12-19

2020-02-04

* This study was supported by the Dissertation Fund of Sichuan Academy of Agricultural Sciences (2016LWJJ-010) and the Special Funds of Ability Promotion from Sichuan Provincial Finance (2016GYSH-032).

Feb. 4, 2020