李林林 揭雨成 趙龍 劉小春 張浪
doi:10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.001
摘要:近年來(lái),長(zhǎng)江流域油菜漬澇問題日益凸顯,油菜種植區(qū)域受到嚴(yán)重影響。油菜漬澇不僅會(huì)影響油菜的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量,而且還會(huì)對(duì)土壤質(zhì)量、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入造成不可估量的損失。本文綜述了長(zhǎng)江流域油菜漬澇的成因,闡明了漬澇后油菜的形態(tài)特征、生理及分子機(jī)制,并對(duì)油菜漬害防治技術(shù)進(jìn)行了綜合分析。本文認(rèn)為,在油菜種植中選用抗病品種、合理施肥、輪作休閑等方法可以有效地降低油菜漬害的發(fā)生率和病害程度。同時(shí),藥劑防治也是常用的方法之一,但需要注意藥劑使用的正確性和劑量。此外,本文還介紹了基于遙感技術(shù)和氣象數(shù)據(jù)的油菜漬害監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)方法,以便農(nóng)民及時(shí)采取防治措施,保障油菜的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。為了更好地解決長(zhǎng)江流域油菜漬澇的問題,未來(lái)需要加強(qiáng)科學(xué)研究,研發(fā)更加適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件的抗?jié)n澇品種,加強(qiáng)漬害與植物-微生物互作的研究,以期為長(zhǎng)江流域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供更好的支持。
關(guān)鍵詞:油菜漬害;長(zhǎng)江流域;現(xiàn)狀及問題;防治技術(shù);監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)
中圖分類號(hào):S422;S565.407? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1002-1302(2024)10-0001-09
收稿日期:2023-06-21
基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(編號(hào):2019YFD1002205-3);湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(編號(hào):2022XC039);國(guó)家飼草與飼纖兼用作物資源分庫(kù)項(xiàng)目(編號(hào):NCGRC-2020-48)。
作者簡(jiǎn)介:李林林(1992—),女,甘肅通渭人,博士研究生,研究方向?yàn)樽魑锷砩鷳B(tài)及分子育種。E-mail:lll@stu.hunau.edu.cn。
通信作者:揭雨成,博士,教授,主要從事麻類及草類作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用研究。E-mail:ycjie@stu.hunau.edu.cn。
油菜(Brassica napus L.)是我國(guó)重要的油料作物之一,也是世界上重要的油料作物[1]。其多元化的用途不僅包括食用油、食品添加劑、生物燃料和化工原料,還包括優(yōu)良的綠肥和飼料作物。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)油菜種植面積已超過(guò)6 700萬(wàn)hm2,每年油菜籽產(chǎn)量450萬(wàn)t[2],占據(jù)世界種植面積和總產(chǎn)量的30%以上[3]。同時(shí),我國(guó)也是全球最大的油菜出口國(guó)之一,每年出口量達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸,為國(guó)家的貿(mào)易收入做出了重要貢獻(xiàn)。油菜的種植不僅能夠滿足國(guó)內(nèi)需求,而且還可以帶動(dòng)周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,提高農(nóng)民的收入水平,促進(jìn)農(nóng)村的現(xiàn)代化建設(shè)。
長(zhǎng)江流域是我國(guó)冬油菜主產(chǎn)區(qū),包括江蘇、安徽、湖北、四川、湖南等省份[4-6],其油菜種植面積約占全國(guó)油菜種植總面積的80%[7],占世界種植面積的1/5,其油菜產(chǎn)量也占世界的1/5[8]。該地區(qū)氣候和土壤條件適宜油菜的生長(zhǎng),農(nóng)民們對(duì)油菜的種植技術(shù)熟練,因此該地區(qū)的油菜產(chǎn)量高、質(zhì)量好,有著重要的地位。長(zhǎng)江流域的油菜種植具有多品種多用途、種植技術(shù)熟練、產(chǎn)量高質(zhì)量好等特點(diǎn)。該地區(qū)不同省份的油菜品種和用途存在差異,例如江蘇省主要種植早熟和中熟品種,主要用途是食用油和食品添加劑;湖北省則以中晚熟品種為主,主要用途是生物柴油和工業(yè)原料;湖南省油菜種植規(guī)模逐年擴(kuò)大,產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善。除了長(zhǎng)江流域,油菜在我國(guó)還分布于黃淮海平原區(qū)、西南地區(qū)、東北地區(qū)和華南地區(qū)等地。
長(zhǎng)江流域地區(qū)氣候濕潤(rùn),水資源充足,同時(shí)也易發(fā)洪澇災(zāi)害[9-10]。加之人口的快速增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程導(dǎo)致洪水頻發(fā)[11],農(nóng)田受漬害和澇害的風(fēng)險(xiǎn)增加[12],這無(wú)疑是油菜產(chǎn)業(yè)種植和發(fā)展的滅頂之災(zāi),嚴(yán)重地區(qū)直接造成17%~42%的產(chǎn)量損失[13]。因此,需要采取一系列綜合性的措施來(lái)預(yù)防和控制長(zhǎng)江流域油菜漬害和澇害的發(fā)生。其中,加強(qiáng)排水設(shè)施建設(shè)、改善土壤通氣性、合理調(diào)整油菜種植結(jié)構(gòu)、提高油菜品種的耐澇性等措施十分關(guān)鍵。這些措施不僅可以減少油菜漬害和澇害的發(fā)生,還能提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效益,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。因此,加強(qiáng)油菜種植區(qū)域的綜合防控,對(duì)于保障當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。
1? 油菜漬澇定義及產(chǎn)量危害
1.1? 油菜漬澇的定義和成因
油菜漬澇的本質(zhì)是土壤中水分過(guò)多,導(dǎo)致油菜根部缺氧,影響油菜的正常生長(zhǎng)和發(fā)育。漬害廣義上指土壤中含水量過(guò)多對(duì)油菜產(chǎn)生的傷害。當(dāng)土壤含水量長(zhǎng)時(shí)間處于飽和狀態(tài)且地表無(wú)積水時(shí),被定義為漬害;當(dāng)土壤含水量超過(guò)最大持水量的90%時(shí),即會(huì)發(fā)生危害,被判定為澇害。此現(xiàn)象主要由以下因素共同作用而成:首先,長(zhǎng)江流域地區(qū)氣候濕潤(rùn),水資源充足,但也容易發(fā)生洪澇災(zāi)害,造成土壤水分過(guò)多。其次,油菜適宜生長(zhǎng)的土壤為疏松、排水良好的土壤,如果土壤密實(shí)或排水不暢,就容易發(fā)生油菜漬澇。此外,過(guò)度開墾、過(guò)度灌溉、不合理的耕作方式等人類活動(dòng)也是造成油菜漬澇的重要原因。
1.2? 油菜漬澇的產(chǎn)量危害
水分是油菜生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo),與土壤肥力、氣象和溫度等因素密切相關(guān)[1]。近年來(lái),隨著全球氣候危機(jī)、極端天氣頻繁以及雨量分布不均,洪澇和長(zhǎng)期陰雨連綿現(xiàn)象頻繁發(fā)生,容易導(dǎo)致漬澇災(zāi)害[14]。據(jù)世界氣象組織(WMO)《天氣、氣候和水極端事件造成的死亡和經(jīng)濟(jì)損失圖集(1970—2019)》統(tǒng)計(jì),由極端天氣引起的災(zāi)害報(bào)告已超過(guò) 11 000 次,累計(jì)造成3.64萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)損失。最新的新聞報(bào)道表明,2020年6—7月,我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)遭遇自1961年以來(lái)最嚴(yán)重的洪水泛濫,降水量達(dá)到759.2 mm,波及27個(gè)省份、6 300萬(wàn)人口、603萬(wàn)hm2農(nóng)田,導(dǎo)致114萬(wàn)hm2油菜絕收,經(jīng)濟(jì)損失達(dá)260億美元。郭一鳴等在稻油輪作田通過(guò)苗期漬水12 d,發(fā)現(xiàn)油菜產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素株高、有效角果數(shù)、角果長(zhǎng)、每角果粒數(shù)和生物量的影響均顯著[15]。據(jù)1961—2010年湖南省96個(gè)氣象站氣象數(shù)據(jù)顯示,湘東和湘中北在油菜開花期處于低溫陰雨天氣的年次率為50%,基本2年一遇,導(dǎo)致授粉結(jié)實(shí)不良,產(chǎn)量不高[16]。近50年來(lái)安徽省抽薹期油菜澇漬指數(shù)呈上升態(tài)勢(shì),沿江區(qū)澇漬害2年一遇,皖南區(qū) 1~2年一遇[17]。油菜初花期漬水處理顯示產(chǎn)量損失嚴(yán)重,其主要通過(guò)影響油菜的角果數(shù)影響產(chǎn)量[18]。
我國(guó)是一個(gè)擁有14億人口的消費(fèi)大國(guó),必須確保油菜產(chǎn)量富足,以滿足本國(guó)人民安康穩(wěn)定的生活。在當(dāng)前和未來(lái)氣候變化的情況下,漬害是威脅我國(guó)油菜產(chǎn)量安全的隱患之一。因此,國(guó)內(nèi)外科研工作者開展了大量關(guān)于漬澇脅迫對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)特征的研究,全面探究了影響油菜漬澇災(zāi)害的機(jī)制特征,評(píng)估了經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[19],并提出了相應(yīng)的技術(shù)緩解措施。
2? 漬害對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響機(jī)制
2.1? 漬害對(duì)油菜形態(tài)的影響及機(jī)制
漬水脅迫可分為短期和長(zhǎng)期2種類型。油菜在短期漬水下的生長(zhǎng)發(fā)育不受影響,甚至可能提高生理代謝活性。然而,長(zhǎng)期漬水會(huì)抑制生理代謝活動(dòng),阻礙生長(zhǎng)發(fā)育,導(dǎo)致抗氧化酶活性降低、呼吸代謝受抑制以及葉片失綠萎蔫等表現(xiàn)。同時(shí),油菜的株高、莖粗和產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀指標(biāo)也會(huì)降低[20]。
研究表明,漬水和油菜之間會(huì)發(fā)生相互作用。漬水會(huì)影響油菜的生長(zhǎng)發(fā)育和生理代謝,并引發(fā)油菜啟動(dòng)一系列防御措施以減輕漬水傷害。當(dāng)漬水時(shí)間超過(guò)油菜的耐受限度時(shí),便會(huì)產(chǎn)生漬害[20]。在根系遭受漬害時(shí),根徑會(huì)增加,根長(zhǎng)會(huì)減小,根體積變小,根毛數(shù)量減少,根色變?yōu)楹稚F銹狀,同時(shí)不定根會(huì)產(chǎn)生,且初生不定根的氣腔數(shù)量明顯增多[21]。通過(guò)這些變化,油菜能夠增強(qiáng)吸氧能力以應(yīng)對(duì)漬害脅迫。此外,根內(nèi)部也會(huì)逐漸形成運(yùn)輸氧氣的通氣組織,以提高氧氣利用率。
地上部表現(xiàn)為株高、莖粗的顯著降低,葉片呈現(xiàn)出自下而上逐次變黃衰老癥狀,葉片數(shù)及光合有效葉片數(shù)減少,植株干物質(zhì)量降低[22]。根系是吸收水分和養(yǎng)分的主要器官,根系的數(shù)量及根區(qū)分布形態(tài)決定著對(duì)土壤礦物質(zhì)和水分的吸收強(qiáng)弱。水分過(guò)多時(shí),根系一般分布淺而密,土壤通氣狀況較差,根冠比較低[23]。此外,漬害顯著降低了根系的傷流量和氨基酸合成能力,失活后的根系限制了油菜的正常生長(zhǎng)發(fā)育。
2.2? 漬害對(duì)油菜的生理特性的影響機(jī)制
2.2.1? 細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化及其機(jī)制? 超微結(jié)構(gòu)是評(píng)估油菜等作物逆境損傷的細(xì)胞形態(tài)學(xué)手段之一。研究發(fā)現(xiàn),油菜細(xì)胞死亡與漬害脅迫下液泡和葉綠體膜結(jié)構(gòu)的破壞密不可分,油菜葉片細(xì)胞淀粉粒減少,通氣組織形成,不定根大量產(chǎn)生,油菜細(xì)胞超微狀態(tài)改變,酶活性降低,油菜植物體組織完整性被破壞[20],最終油菜葉片細(xì)胞死亡[24]。
先前的研究通過(guò)精密透射電鏡儀器觀察了幼苗漬水脅迫下的葉肉結(jié)構(gòu)[20,24],發(fā)現(xiàn)幼苗無(wú)漬害時(shí),初生根細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、液泡化、淀粉粒,以及細(xì)胞器和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)正常清晰可見。幼苗漬水6 h后,初生根細(xì)胞的顯微結(jié)構(gòu)明顯改變,細(xì)胞質(zhì)開始降解,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)大面積撕裂和斷開,表現(xiàn)為油菜細(xì)胞液泡化。12 h后,細(xì)胞質(zhì)變得更稀薄,細(xì)胞液泡結(jié)構(gòu)越加不清晰,大量的液泡膜被破壞,葉片細(xì)胞內(nèi)線粒體內(nèi)嵴數(shù)量出現(xiàn)明顯降低,細(xì)胞質(zhì)淀粉粒也逐步降解。24 h后,細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜完全分不清楚,細(xì)胞壁明顯降解,線粒體變形、內(nèi)嵴消失,沒有淀粉粒的存在。48 h后,細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜完全消化,線粒體嚴(yán)重變形且長(zhǎng)度增加,許多地方出現(xiàn)了膨脹變大,使得膨脹變大處的雙層膜發(fā)生改變。72 h后,根尖分生細(xì)胞完全死亡,唯獨(dú)存在還沒有完全消化的細(xì)胞壁。
漬水后油菜根系生長(zhǎng)緩慢,新根發(fā)生率和根毛密度降低,隨漬水時(shí)間延長(zhǎng)初生根和側(cè)根發(fā)黑死亡,作物根系活力降低、代謝紊亂,地上部常出現(xiàn)缺水和缺氮癥狀,葉片卷曲、枯黃萎蔫,新葉形成受阻,綠葉面積減少。油菜莖稈彎曲性能和穿刺強(qiáng)度降低,抗倒伏能力減弱,具體表現(xiàn)為基部第3莖節(jié)粗度、皮層厚度和維管束數(shù)目等顯著減小[25]。
2.2.2? 光合特性的變化及其機(jī)制? 光合作用是綠色植物吸收光能,通過(guò)光反應(yīng)和暗反應(yīng)2個(gè)階段,將CO2和H2O合成有機(jī)物,并釋放氧氣的過(guò)程。其中涉及光吸收、電子傳遞、光合磷酸化、碳同化等重要反應(yīng)步驟[26]。
當(dāng)油菜遭受漬害后,其光合能力明顯降低,表現(xiàn)為凈光合速率(Pn)、表觀量子效率(AQY)和羧化效率(CE)等指標(biāo)下降,同時(shí)脫落酸(ABA)積累,導(dǎo)致葉片水勢(shì)上升,氣孔閉合,氣孔導(dǎo)度降低[26],進(jìn)而蒸騰速率減緩,胞間CO2濃度降低。此外,RuBP羧化酶的活性也下降,丙二醛(MDA)含量增加,葉綠素含量降低,結(jié)果組織內(nèi)糖分急速耗盡,引發(fā)“糖饑餓”現(xiàn)象[27-28],加速了葉片衰老和脫落。另外,漬害還抑制了光合產(chǎn)物的分配,碳素同化率降低,導(dǎo)致葉片可溶性蛋白含量顯著下降,葉片失綠,加快葉片衰老。在根部,“糖饑餓”現(xiàn)象尤為明顯[29]。有研究認(rèn)為,油菜光合速率受漬水影響的敏感性由高到低依次是花期、角果成熟期、抽薹期和苗期[24]。
2.2.3? 呼吸代謝的變化及其機(jī)制? 呼吸作用是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ),其產(chǎn)生的能量及中間產(chǎn)物對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。根系是植物物質(zhì)與能量的地下樞紐,通過(guò)呼吸將物質(zhì)能量轉(zhuǎn)移到地上部促進(jìn)根部發(fā)育。植物細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物通過(guò)一系列酶的作用逐步氧化分解,同時(shí)釋放能量(ATP),這個(gè)過(guò)程被稱為呼吸作用。呼吸作用包括糖酵解(EMP)、三羧酸循環(huán)(TCA)和戊糖磷酸(PPP)3個(gè)途徑。一般來(lái)說(shuō),植物根系經(jīng)有氧呼吸,利用分子氧將呼吸底物經(jīng)由EMP生成丙酮酸,丙酮酸在有氧條件下進(jìn)行TCA以及PPP。
漬害是自下而上、從根到葉的過(guò)程。土壤滲透性下降導(dǎo)致氧氣溶解速率降低,使得根系呼吸途徑由有氧呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)氧呼吸。無(wú)氧呼吸會(huì)導(dǎo)致能量供應(yīng)不足,根系將有限能量用于合成厭氧相關(guān)蛋白,如乙醇發(fā)酵相關(guān)酶類等。同時(shí),無(wú)氧呼吸產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)酸中毒危害根系。此外,根系細(xì)胞活性氧清除系統(tǒng)活性降低,細(xì)胞中活性氧增加,細(xì)胞質(zhì)膜透性劇增,破壞細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu),最終導(dǎo)致細(xì)胞功能喪失[30]。
田間試驗(yàn)觀察到,漬水后植物生長(zhǎng)發(fā)育有先升后降的過(guò)程,可見無(wú)氧呼吸對(duì)漬水根系維持生長(zhǎng)有一定的生理意義。研究發(fā)現(xiàn),漬水0~15 d油菜根系中的乳酸脫氫酶(LDH)活性呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)[31]。1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)隨蒸騰液流由根系向地上部分運(yùn)輸,地上部分的ACC在通氣條件下轉(zhuǎn)變?yōu)橐蚁?8]。然而,持續(xù)漬害后,根系大量的ACC氧化酶將轉(zhuǎn)化為乙烯誘導(dǎo)激素(如木質(zhì)纖維素酶),并表現(xiàn)為乙烯或組織缺氧條件誘導(dǎo)的一種細(xì)胞程序性死亡的形式。因此,漬害對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育造成了顯著的影響。
總之,漬害導(dǎo)致土壤氧氣供應(yīng)不足,使植物根系呼吸途徑由有氧呼吸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)氧呼吸,導(dǎo)致能量供應(yīng)不足、細(xì)胞膜透性劇增、活性氧增加等一系列生理反應(yīng),最終影響植物生長(zhǎng)發(fā)育。針對(duì)這種情況,需要加強(qiáng)土壤通氣性、提高土壤水分調(diào)控能力等措施,減少漬害對(duì)植物的影響。
2.2.4? 抗氧化酶和根際土壤酶活性的變化及其機(jī)制? 油菜漬害會(huì)導(dǎo)致過(guò)氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)活性下降,MDA含量增加,細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用加劇,葉片衰老加快[25]。淹水初期,SOD活性提高,MDA含量變化不顯著;超過(guò)5 d后,SOD和CAT活性降低,MDA含量顯著提高,根系組織壞死嚴(yán)重[32]。油菜幼苗的低氧耐受性與硝態(tài)氮代謝有關(guān),硝態(tài)氮積累量低的品種具有更強(qiáng)的耐淹能力[33]。不同品種的研究表明,非耐漬型品種植株MDA含量增加幅度大,而耐漬型品種POD活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),變化程度較大[34]。
土壤酶是土壤中最活躍的組分之一,能夠促進(jìn)物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化,與土壤養(yǎng)分密切相關(guān)。當(dāng)漬害發(fā)生后,土壤氧化還原電位下降,根部CO2分壓增加,根系代謝紊亂,根際土壤環(huán)境發(fā)生改變,土壤酶活性和種類發(fā)生變化,如酸性磷酸酶、堿性磷酸酶、脲酶和芳基硫酸鹽酶活性降低。研究表明,漬水顯著抑制了這些酶的活性,進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分循環(huán),產(chǎn)生負(fù)面影響,影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。例如,Gu等的研究表明,漬水油菜根際土壤中的脲酶、磷酸酶以及轉(zhuǎn)化酶等過(guò)氧化物酶活性明顯下降,且隨著漬水時(shí)間的延長(zhǎng),降幅逐漸加大,與不受漬水影響的土壤相比,速效磷及氮素含量明顯減少[35]。
2.2.5? 礦質(zhì)元素轉(zhuǎn)運(yùn)的變化及其機(jī)制? 礦質(zhì)元素是油菜等作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素,通常通過(guò)根尖吸收水分和離子態(tài)礦質(zhì)元素來(lái)獲取,同時(shí)也可以通過(guò)葉片吸收水和無(wú)機(jī)鹽來(lái)獲?。?6]。根尖吸收水分是自由擴(kuò)散的方式,而吸收礦質(zhì)元素則需要主動(dòng)運(yùn)輸。植物通過(guò)蒸騰作用提供動(dòng)力,促進(jìn)從土壤中獲取礦質(zhì)元素。但在漬害下,根系呼吸減緩,葉片氣孔關(guān)閉,蒸騰作用受阻,根尖吸收無(wú)機(jī)鹽的能力下降。此外,在澇害發(fā)生時(shí),無(wú)機(jī)鹽易溶于水并隨徑流流失,導(dǎo)致土壤速效養(yǎng)分含量顯著降低,脲酶活性增強(qiáng)形成氨揮發(fā),氮素形態(tài)改變,硫、鋅、銅的有效性下降,而磷、硅、鐵、錳的有效性升高[28,37]。水過(guò)多還會(huì)造成土壤質(zhì)地黏重,透氣性降低,結(jié)構(gòu)破壞,三相比例失調(diào),從而阻礙植物呼吸。
此外,土壤含水量變化引起土溫、有機(jī)質(zhì)含量、pH值、氧化還原電位(Eh)和土壤質(zhì)地等因素改變,擾亂了土壤微生物量和理化特性。土壤氧化還原電位下降,產(chǎn)甲烷厭氧菌活性增強(qiáng),加劇了CH4等溫室氣體的產(chǎn)生與排放,進(jìn)一步損耗了有機(jī)物。諸多研究也證實(shí),漬水土壤的CH4排放量會(huì)上升。此外,當(dāng)土壤含水量為飽和含水量45%~75%時(shí),通過(guò)硝化、反硝化作用,可產(chǎn)生較多的N2O,造成N的損失;而當(dāng)土壤含水量超過(guò)飽和含水量時(shí),N2O的排放則很微量。
植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,能實(shí)時(shí)響應(yīng)環(huán)境的變化。漬水后,葉片中N、K、Mg、Zn和Cu含量大幅度降低,而特別積累Mn和Fe。同時(shí),耐漬型品種能富集較多的Zn,而P和Fe相對(duì)含量反之。此外,漬害后新生葉片形態(tài)會(huì)變得窄而長(zhǎng),其機(jī)理有待進(jìn)一步研究??傮w來(lái)說(shuō),土壤氮素對(duì)油菜的漬害減產(chǎn)影響較大,相對(duì)其他礦質(zhì)元素更為敏感。
2.2.6? 土壤微生物多樣性的變化及其機(jī)制? 土壤微生物是指土壤中一切肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱,其中包括細(xì)菌、真菌、放線菌等。土壤微生物數(shù)量龐大,每克土壤中含有成億上百億個(gè)微生物不等,與植物根部物質(zhì)養(yǎng)分和微環(huán)境密不可分。大部分微生物能將土壤中的有機(jī)物礦化為無(wú)機(jī)物,供油菜吸收利用和轉(zhuǎn)化,但少部分致病微生物會(huì)限制油菜的生長(zhǎng)發(fā)育。不同油菜在根際區(qū)會(huì)逐漸形成適應(yīng)自身的微生物群落,具有高抗逆性的油菜品種能匯集特定的有益微生物。
漬害脅迫直接影響根際微生物,間接影響根際微生物群落結(jié)構(gòu)。澇害制造的厭氧環(huán)境能顯著降低環(huán)境敏感型土壤微生物呼吸速率和活力,導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)的變化。長(zhǎng)期漬害會(huì)迅速降低根際土壤細(xì)菌豐度[38]。一般而言,耐澇品種根際土壤中的細(xì)菌數(shù)量要高于漬害敏感性品種,這可能與品種根部不定根數(shù)量、通氣組織、根瘤數(shù)量、電導(dǎo)率和丙二醛含量等參數(shù)有關(guān)。此外,耐澇品種和澇害敏感品種中油菜初級(jí)和次級(jí)代謝物存在差異,這些差異化合物大多數(shù)都參與碳和氮的代謝以及苯丙烷途徑,可能也是造成不同漬害品種中細(xì)菌數(shù)量存在差異的原因之一。
2.3? 油菜響應(yīng)漬澇的分子機(jī)制
油菜在漬澇脅迫下,通過(guò)脫落酸(ABA)信號(hào)通路、Ca2+信號(hào)通路、ROS信號(hào)通路和NRT1.1基因家族等分子機(jī)制響應(yīng)逆境[7]。
ABA是一種重要的保護(hù)植物免受非生物脅迫的植物激素[39],漬澇下ABA的含量會(huì)增加,從而激活A(yù)BA信號(hào)通路[40],促進(jìn)油菜的根系發(fā)育和幼苗生長(zhǎng)。研究表明,ABA信號(hào)通路中的一些基因如NCED、PYR/PYLs和SnRK2等在漬澇逆境中發(fā)揮著重要作用[41-42]。NCED是ABA合成途徑中的關(guān)鍵限速酶[43],可以在漬澇脅迫下誘導(dǎo)ABA的合成。研究表明,油菜中的NCED基因家族具有不同的表達(dá)模式,其中NCED3、NCED4和NCED5基因在油菜漬澇逆境中表達(dá)顯著上調(diào),從而促進(jìn)ABA的合成。PYR/PYLs基因家族是ABA受體,在ABA結(jié)合后能夠激活A(yù)BA信號(hào)通路。研究表明,在油菜漬澇逆境中,PYR/PYLs基因家族的表達(dá)水平與ABA含量呈正相關(guān)關(guān)系。SnRK2基因家族是ABA信號(hào)通路中的重要調(diào)節(jié)因子,能夠參與油菜的逆境響應(yīng)和生長(zhǎng)調(diào)控。研究表明,在油菜漬澇逆境中,SnRK2基因家族的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而激活A(yù)BA信號(hào)通路,提高油菜的抗逆性。
漬澇脅迫會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的升高,從而激活Ca2+信號(hào)通路,調(diào)節(jié)油菜的生長(zhǎng)和發(fā)育。研究表明,Ca2+信號(hào)通路中的一些基因如CaM、CMLs和CIPKs等在油菜漬澇逆境中發(fā)揮著重要作用。CaM基因是Ca2+信號(hào)通路中的重要調(diào)節(jié)因子,能夠參與油菜的逆境響應(yīng)和生長(zhǎng)調(diào)控。研究表明,在油菜漬澇逆境中,CaM基因的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而參與Ca2+信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。CMLs基因家族是Ca2+信號(hào)通路中的重要調(diào)節(jié)因子,能夠參與油菜的逆境響應(yīng)和生長(zhǎng)調(diào)控。研究表明,在油菜漬澇逆境中,CMLs基因家族的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而參與Ca2+信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。CIPKs基因家族是Ca2+信號(hào)通路中的重要調(diào)節(jié)因子,能夠參與油菜的逆境響應(yīng)和生長(zhǎng)調(diào)控。研究表明,在油菜漬澇逆境中,CIPKs基因家族的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而參與Ca2+信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。
漬澇脅迫會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ROS含量的增加,從而激活ROS信號(hào)通路,參與油菜的逆境響應(yīng)和生長(zhǎng)調(diào)控。研究表明,ROS信號(hào)通路中的一些基因如APX、CAT和SOD等在油菜漬澇逆境中發(fā)揮著重要作用。APX是抗氧化酶,在ROS信號(hào)通路中具有重要作用。研究表明,在油菜漬澇逆境中,APX基因的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而參與ROS信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。CAT是抗氧化酶,在ROS信號(hào)通路中具有重要作用。研究表明,在油菜漬澇逆境中,CAT基因的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而參與ROS信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。SOD是抗氧化酶,在ROS信號(hào)通路中具有重要作用。研究表明,在油菜漬澇逆境中,SOD基因的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而參與ROS信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。
NRT1.1基因家族在油菜響應(yīng)漬澇過(guò)程中發(fā)揮了重要作用,它們能夠調(diào)節(jié)油菜的氮代謝和吸收利用,從而提高油菜的抗逆性。研究表明,NRT1.1基因家族中的一些基因如NRT1.1、NRT1.7和NRT1.8等在油菜漬澇逆境中發(fā)揮著重要作用。NRT1.1基因是NRT1.1基因家族中的重要成員,能夠調(diào)節(jié)油菜的氮代謝和吸收利用。研究表明,在油菜漬澇逆境中,NRT1.1基因的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而提高油菜的氮利用效率和抗逆性。NRT1.7基因是NRT1.1基因家族中的另一個(gè)重要成員,能夠調(diào)節(jié)油菜的氮代謝和吸收利用。研究表明,在油菜漬澇逆境中,NRT1.7基因的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而提高油菜的氮利用效率和抗逆性。NRT1.8基因也是NRT1.1基因家族中的一個(gè)重要成員,能夠調(diào)節(jié)油菜的氮代謝和吸收利用。研究表明,在油菜漬澇逆境中,NRT1.8基因的表達(dá)水平顯著上調(diào),從而提高油菜的氮利用效率和抗逆性。
目前,油菜響應(yīng)漬澇的分子機(jī)制研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。研究人員通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等手段,鑒定了大量與油菜響應(yīng)漬澇相關(guān)的基因和蛋白質(zhì),如ABA合成相關(guān)基因NCED、ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因SnRK2和CaM等。同時(shí),還發(fā)現(xiàn)了許多與油菜響應(yīng)漬澇相關(guān)的miRNA,如miR393、miR167等。此外,研究人員還通過(guò)遺傳工程手段,成功構(gòu)建了一些油菜漬澇抗性轉(zhuǎn)基因材料,如轉(zhuǎn)AtNAC2、OsDREB1A等基因,這些材料能夠有效提高油菜的抗逆性和產(chǎn)量。
2.4? 漬澇影響油菜木質(zhì)素和凱氏帶合成和累積的分子機(jī)制
漬害會(huì)對(duì)油菜的木質(zhì)素合成和積累產(chǎn)生影響,其分子機(jī)制包括以下幾個(gè)方面。首先,漬害能夠刺激油菜體內(nèi)酚類物質(zhì)和酚氧化酶的合成,從而促進(jìn)木質(zhì)素的積累[44]。其次,木質(zhì)素合成途徑中的關(guān)鍵基因CCoAOMT發(fā)生變化,影響了木質(zhì)素的合成[45]。再次,植物激素在木質(zhì)素合成過(guò)程中起重要作用,其合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受到漬害的調(diào)節(jié)。最后,漬害對(duì)木質(zhì)素分解途徑中關(guān)鍵酶的活性也有著重要影響。這些研究為深入探究漬害對(duì)油菜木質(zhì)素合成和積累的分子機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。
凱氏帶(Casparian strip)是油菜在逆境條件下產(chǎn)生的一種特殊結(jié)構(gòu),具有抗逆功能。其合成過(guò)程受到多個(gè)基因的調(diào)控,其中關(guān)鍵基因包括RbohF、HMGR、FPS和GA20ox[46]。漬澇逆境會(huì)影響這些基因的表達(dá)量和相關(guān)酶的活性,從而影響凱氏帶的合成。同時(shí),漬澇逆境也會(huì)影響凱氏帶所需前體物質(zhì)的供應(yīng)和多個(gè)關(guān)鍵酶的活性調(diào)節(jié)。此外,調(diào)節(jié)凱氏帶的降解過(guò)程也受到多個(gè)酶的調(diào)控。這些研究為深入探究漬澇逆境對(duì)油菜凱氏帶合成和降解的分子機(jī)制提供了理論基礎(chǔ)。
3? 油菜漬害的防治技術(shù)
3.1? 漬害的預(yù)防
3.1.1? 選用耐漬澇品種? 抗?jié)n澇品種應(yīng)具有根系發(fā)達(dá)、凱氏帶含量高、抗氧化能力強(qiáng)和生長(zhǎng)速度快等特點(diǎn)。抗?jié)n澇品種的根系發(fā)達(dá),能夠更好地吸收土壤中的水分和養(yǎng)分。同時(shí),這些品種的根系也具有更好的通氣性和排水性,能夠避免根系缺氧和爛根現(xiàn)象的發(fā)生???jié)n澇品種的凱氏帶含量較高。凱氏帶是油菜在逆境條件下產(chǎn)生的一種次生代謝產(chǎn)物,具有多種生理功能,其中包括抗逆功能。因此,凱氏帶含量高的品種具有更強(qiáng)的抗逆能力???jié)n澇品種的抗氧化能力較強(qiáng)。漬澇逆境會(huì)導(dǎo)致油菜體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧自由基,從而引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)???jié)n澇品種具有更強(qiáng)的抗氧化能力,能夠清除體內(nèi)的自由基,從而減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)的損傷。抗?jié)n澇品種的生長(zhǎng)速度較快。這些品種能夠快速適應(yīng)淹水環(huán)境,保持正常的生長(zhǎng)和發(fā)育,從而避免生長(zhǎng)停滯和死亡。許晶等認(rèn)為,油菜耐漬性遺傳變異廣泛,一般白菜型強(qiáng)于甘藍(lán)型,常規(guī)種優(yōu)于雜交種,長(zhǎng)江下游品種耐漬性優(yōu)于長(zhǎng)江中上游品種,春油菜耐漬性優(yōu)于冬油菜[47]。
抗?jié)n澇油菜品種的選育和推廣是解決漬澇地區(qū)油菜生產(chǎn)問題的重要途徑。篩選親本材料是選育抗?jié)n澇油菜品種的第一步。通過(guò)大規(guī)模的遺傳多樣性分析和抗逆性篩選,可以篩選出具有較強(qiáng)抗逆性的油菜親本材料,包括野生種、品種和自然變異體等。接下來(lái),將選定的親本材料進(jìn)行雜交和選擇,選出具有較強(qiáng)抗逆性和優(yōu)良農(nóng)藝性狀的雜交后代。在選擇過(guò)程中,可以結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇,提高選擇效率。
進(jìn)行田間試驗(yàn)是評(píng)估抗?jié)n澇油菜品種性狀的重要手段。將選育出的抗?jié)n澇油菜品種進(jìn)行田間試驗(yàn),評(píng)估其耐淹水性、凱氏帶含量、抗氧化能力和生長(zhǎng)速度等性狀。同時(shí),還需要對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)等經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行評(píng)估。經(jīng)過(guò)田間試驗(yàn)驗(yàn)證的抗?jié)n澇油菜品種可以進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用。此外,還可以通過(guò)示范推廣、培訓(xùn)和技術(shù)推廣等方式,向油菜種植戶普及抗?jié)n澇油菜品種的種植技術(shù)和管理方法,促進(jìn)其在漬澇地區(qū)的種植。
3.1.2? 建立通暢的溝渠系統(tǒng)? 建立通暢的溝渠系統(tǒng)是預(yù)防油菜漬害的重要措施之一[48]。具體措施如下:首先,定期清理農(nóng)田內(nèi)的溝渠,并保持溝渠暢通。其次,對(duì)于長(zhǎng)期未疏浚的溝渠,可以使用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行疏浚。與此同時(shí),對(duì)于損壞或變形的溝渠,及時(shí)進(jìn)行修整和加固,確保溝渠結(jié)構(gòu)完好。還需在土地較為平坦的地區(qū)建立分層排水系統(tǒng),將不同層次的水分排除,以保持土壤濕度適宜。江漢平原澇漬面積約76.4萬(wàn)hm2,占耕地總面積達(dá)40.6%,其主要?dú)w功于圍湖墾殖、筑堤修壩等加快了澇漬地的形成[12]。
3.2? 漬害的治理
3.2.1? 合理施肥? 抗?jié)n澇油菜田的施肥原則和方法對(duì)于確保油菜在逆境條件下獲得足夠養(yǎng)分以保證正常生長(zhǎng)和發(fā)育具有重要意義[49]。施肥應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則:增施有機(jī)肥以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和肥力[50],適量施氮肥并結(jié)合土壤肥力和油菜生長(zhǎng)情況進(jìn)行調(diào)整,控制磷肥用量以避免磷元素積累,適量施鉀肥以提高土壤鉀含量和油菜的抗逆性,注意施肥時(shí)機(jī)以避免浪費(fèi)和環(huán)境污染。在抗?jié)n澇油菜田中,應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行施肥原則和方法的調(diào)整。在增施有機(jī)肥方面,可以施用牛糞、雞糞等有機(jī)肥料。適量施氮肥時(shí),可以根據(jù)油菜生長(zhǎng)期和生育階段進(jìn)行科學(xué)施肥??刂屏追视昧靠刹扇×追逝c有機(jī)肥混施等方式。適量施鉀肥時(shí),可以結(jié)合土壤鉀含量和油菜生長(zhǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。在施肥時(shí)機(jī)方面,應(yīng)結(jié)合氣象條件和油菜生長(zhǎng)情況進(jìn)行合理安排。
抗?jié)n澇油菜田的施肥量和時(shí)期的控制需要根據(jù)不同的生長(zhǎng)階段和地區(qū)氣候條件進(jìn)行科學(xué)調(diào)整。具體可遵循以下幾個(gè)原則:在種植前期,應(yīng)根據(jù)土壤肥力情況和油菜品種特點(diǎn),適量施入有機(jī)肥和基礎(chǔ)肥,以提高土壤肥力和滿足油菜營(yíng)養(yǎng)需求。在生長(zhǎng)期中,應(yīng)適量施入氮肥,以促進(jìn)油菜生長(zhǎng)并增加產(chǎn)量。此外,應(yīng)注意控制磷肥用量,避免磷元素的積累,并適當(dāng)增加鉀肥的施用量,以提高油菜的抗逆性。在結(jié)實(shí)期中,應(yīng)適量施入氮肥和鉀肥,以提高油菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。同時(shí),還要注意施肥量的控制,避免過(guò)量施肥導(dǎo)致浪費(fèi)和環(huán)境污染。在收獲后期,應(yīng)適量施入有機(jī)肥和基礎(chǔ)肥,以恢復(fù)土壤肥力和準(zhǔn)備下一季作物的種植。同時(shí),還要注意施肥量的控制,避免過(guò)量施肥導(dǎo)致土壤污染和環(huán)境破壞。
3.2.2? 輪作休閑? 漬澇油菜田的輪作休閑是指在油菜種植周期結(jié)束后,將土地留空一段時(shí)間,不進(jìn)行任何農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng),以達(dá)到土壤恢復(fù)和保護(hù)的目的。其原理和效果如下:首先,輪作休閑可以促進(jìn)土壤水分和養(yǎng)分的調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的種植和施肥,土壤中的水分和養(yǎng)分含量會(huì)逐漸降低,影響下一季作物的生長(zhǎng)和發(fā)育。輪作休閑可以讓土地得到充分的休息和調(diào)節(jié),促進(jìn)水分和養(yǎng)分的重新積累和調(diào)整,為下一季作物提供更好的生長(zhǎng)環(huán)境。其次,輪作休閑可以減少漬澇油菜田中有害生物和病原體的數(shù)量和種類,從而控制它們對(duì)下一季作物的影響。另外,輪作休閑還可以改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力,促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)和有機(jī)質(zhì)的分解,提高土壤肥力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外,輪作休閑對(duì)于環(huán)境保護(hù)和資源利用也具有重要意義。通過(guò)減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響和資源的浪費(fèi),輪作休閑可以保護(hù)土地和水資源,提高農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平。
現(xiàn)有研究中的漬澇油菜田的輪作休閑的操作方法可以分為以下幾個(gè)方面:首先,土地準(zhǔn)備是輪作休閑的重要環(huán)節(jié)。在輪作休閑前,應(yīng)對(duì)土地進(jìn)行徹底的清理和整理,包括清除殘茬和雜草、平整土地、開溝排水等[51]。同時(shí),還應(yīng)施入適量的基礎(chǔ)肥和有機(jī)肥,以提高土壤肥力和水分保持能力。其次,在休閑期間,應(yīng)注意對(duì)土地的管理和保護(hù)。可以進(jìn)行覆蓋、深松、耕作等操作,促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)和有機(jī)質(zhì)的分解,提高土壤肥力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時(shí),還應(yīng)注意防止土壤侵蝕和水土流失,保持土地的穩(wěn)定性和生態(tài)環(huán)境。最后,下一季作物的選擇和種植也是輪作休閑的重要環(huán)節(jié)。在輪作休閑結(jié)束后,應(yīng)根據(jù)土地情況和氣候條件選擇合適的下一季作物進(jìn)行種植??梢赃x擇具有較強(qiáng)適應(yīng)性和抗逆性的作物,如豆類、麥類、玉米等。同時(shí),還應(yīng)注意施肥和管理等細(xì)節(jié)問題,確保作物的正常生長(zhǎng)和發(fā)育。
3.2.3? 藥劑措施? 油菜抗?jié)n澇的常用藥劑主要包括生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、植物激素、有機(jī)酸和微生物制劑等。它們的種類和特點(diǎn)如下:生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可以促進(jìn)油菜生長(zhǎng),增強(qiáng)其對(duì)逆境的適應(yīng)能力。其中,赤霉素和生根粉是常見的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,可促進(jìn)油菜的生長(zhǎng)和發(fā)育,提高其對(duì)漬澇的抗性。研究發(fā)現(xiàn),噴施 6-BA、ABA、水楊酸(SA)和烯效唑均能緩解油菜漬害,且6-BA和ABA的持久效果更佳[52]。植物激素也是增強(qiáng)油菜抗逆性的重要藥劑。赤霉素、脫落酸和吲哚乙酸等植物激素可以促進(jìn)油菜的生長(zhǎng)和發(fā)育,提高其對(duì)漬澇的抗性[53]。有機(jī)酸可以改善土壤酸堿度,促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素的釋放和吸收。檸檬酸、蘋果酸等有機(jī)酸是常用的藥劑,可以改善土壤環(huán)境,提高油菜的營(yíng)養(yǎng)吸收和利用效率,增強(qiáng)其對(duì)漬澇的抗性。微生物制劑可以促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng),改善土壤質(zhì)量和結(jié)構(gòu)??莶菅挎邨U菌、磷酸解脲菌等微生物制劑是常見的藥劑,它們可以促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng),提高土壤肥力和水分保持能力,增強(qiáng)油菜的抗逆性。楊亞珍等在不同生育期追施印度梨形孢菌用于預(yù)防和補(bǔ)救,結(jié)果顯示,漬害油菜的產(chǎn)量恢復(fù)快且抗?jié)n性顯著增加[54]。
藥劑防治的操作方法需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整,但一般包括以下幾個(gè)步驟:首先,在選藥和配方時(shí),應(yīng)全面考慮油菜生長(zhǎng)階段、漬澇程度和藥劑特點(diǎn)等因素。同時(shí),還應(yīng)注意藥劑的毒性和安全性問題,確保防治過(guò)程的安全和有效。其次,在確定用量和施藥時(shí)間時(shí),應(yīng)根據(jù)藥劑的使用說(shuō)明和實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整。要根據(jù)油菜生長(zhǎng)階段和漬澇程度等因素,確定合理的用量和施藥時(shí)間,以提高藥劑的效果和安全性。第三,在施藥方式和方法上,可以采用多種方式進(jìn)行施藥,如噴霧、滴灌、液肥等。同時(shí),還應(yīng)注意施藥均勻和覆蓋面積的問題,避免施藥不均導(dǎo)致效果不佳。最后,在施藥后,應(yīng)及時(shí)對(duì)油菜生長(zhǎng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估,觀察藥劑的效果和副作用。如果發(fā)現(xiàn)藥劑效果不佳或出現(xiàn)異常情況,應(yīng)及時(shí)調(diào)整藥劑用量和施藥方式,以達(dá)到預(yù)期的防治效果。
4? 油菜漬害的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)
4.1? 基于遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)
4.1.1? 遙感技術(shù)的原理和應(yīng)用? 油菜漬害的遙感技術(shù)是指利用遙感平臺(tái)獲取油菜生長(zhǎng)期間的多光譜遙感數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,提取出反映油菜漬害情況的指標(biāo),如植被指數(shù)、土壤濕度等,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)油菜漬害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估的一種方法。其原理和應(yīng)用如下。
在原理方面,油菜漬害的遙感技術(shù)主要利用衛(wèi)星或飛機(jī)等遙感平臺(tái)獲取多光譜遙感數(shù)據(jù),并通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析,提取出反映油菜漬害情況的指標(biāo),如植被指數(shù)、土壤濕度等,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油菜漬害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。
在應(yīng)用方面,油菜漬害的遙感技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。它可以在大范圍內(nèi)快速、準(zhǔn)確地獲取油菜漬害的信息,主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面:首先,油菜漬害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估[55]。通過(guò)對(duì)油菜生長(zhǎng)期間的多光譜遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,提取出反映油菜漬害情況的指標(biāo),如植被指數(shù)、土壤濕度等,實(shí)現(xiàn)對(duì)油菜漬害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。其次,油菜漬害的預(yù)警和預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)歷史遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析,建立油菜漬害的預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)油菜漬害的預(yù)警和預(yù)測(cè)[56]。最后,油菜漬害的管理和決策。通過(guò)對(duì)油菜漬害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理和決策提供科學(xué)依據(jù),如優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)、調(diào)整施肥方案、科學(xué)防治病蟲害等。
4.1.2? 遙感技術(shù)在油菜漬害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用? 遙感技術(shù)在油菜漬害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要包括以下方面:首先,利用遙感技術(shù)獲取的多光譜遙感數(shù)據(jù),可以計(jì)算出植被指數(shù),進(jìn)而判斷油菜的生長(zhǎng)狀況和漬害程度,實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的植被指數(shù)監(jiān)測(cè)。有研究表明,利用光譜反射率構(gòu)建漬害識(shí)別指數(shù)(RNIR+RRed)/(RMIR1×RMIR2),通過(guò)與常見的7個(gè)植被指數(shù)(NDVI、NDWI、RVI、PRI、SRPI、SAVI、SIPI)比較分析發(fā)現(xiàn),指數(shù)(RNIR+RRed)/(RMIR1×RMIR2)對(duì)受漬油菜更為敏感,識(shí)別受漬油菜的能力優(yōu)于其他植被指數(shù),該指數(shù)可以用于快速提取受漬油菜的面積[57]。其次,通過(guò)遙感平臺(tái)獲取的微波遙感數(shù)據(jù),可以反演土壤濕度信息,進(jìn)而判斷油菜漬害的程度和分布情況,實(shí)現(xiàn)土壤濕度監(jiān)測(cè)。此外,遙感圖像分類也是油菜漬害監(jiān)測(cè)的重要方法之一。通過(guò)對(duì)遙感圖像進(jìn)行分類,可以將油菜漬害區(qū)域與非漬害區(qū)域進(jìn)行區(qū)分,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)油菜漬害的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。常用的分類方法包括最大似然法、支持向量機(jī)等。
4.2? 基于氣象數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與預(yù)警
4.2.1? 氣象數(shù)據(jù)的原理? 氣象數(shù)據(jù)的獲取是通過(guò)氣象觀測(cè)站、衛(wèi)星、雷達(dá)等氣象測(cè)量?jī)x器對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)、多點(diǎn)的監(jiān)測(cè)和觀測(cè),獲得大氣環(huán)境中各種氣象要素的數(shù)據(jù),如氣溫、濕度、風(fēng)速、氣壓、降水量和輻射等。在油菜抗?jié)n澇方面,氣象數(shù)據(jù)主要用于監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)油菜生長(zhǎng)期間的降雨情況和氣溫變化,為油菜種植提供科學(xué)依據(jù)。袁小康根據(jù)湖南省4個(gè)市(縣)的農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站的實(shí)測(cè)資料分析了油菜減產(chǎn)的氣象因子關(guān)系[16]。
4.2.2? 基于氣象數(shù)據(jù)的應(yīng)用預(yù)警? 基于氣象數(shù)據(jù)的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面:首先,利用氣象數(shù)據(jù),可以預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的降雨情況和氣溫變化,為農(nóng)民提供油菜抗?jié)n澇的預(yù)測(cè)和預(yù)警信息,幫助農(nóng)民及時(shí)采取防治措施。其次,通過(guò)對(duì)氣象數(shù)據(jù)的分析和處理,可以了解油菜生長(zhǎng)期間的氣候變化情況,如降水量、溫度等,為油菜抗?jié)n澇的管理和決策提供科學(xué)依據(jù),如調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、改變施肥方案等。最后,通過(guò)對(duì)氣象數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析,可以了解油菜生長(zhǎng)期間的降雨情況和氣溫變化,進(jìn)而評(píng)估油菜的抗?jié)n澇能力和生長(zhǎng)狀態(tài),為農(nóng)民提供科學(xué)依據(jù),如及時(shí)采取搶險(xiǎn)措施、選擇適宜的品種等。
5? 結(jié)論
油菜漬害是影響油菜產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素之一。其機(jī)制包括氧氣供應(yīng)不足、水分代謝紊亂、激素代謝異常和基因表達(dá)變化等方面。為減少油菜漬害的發(fā)生,需要采取綜合性措施,如改善土壤排水條件、選擇抗?jié)n澇品種、調(diào)整施肥方案、預(yù)防病蟲害和科學(xué)管理等。此外,監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)技術(shù)也可以提高油菜遭受漬害的預(yù)測(cè)和預(yù)警能力,為農(nóng)民提供科學(xué)依據(jù),采取相應(yīng)的防治措施。未來(lái)的研究方向可以從抗?jié)n澇品種的研發(fā)、漬害對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育機(jī)理的深入研究、漬害與植物-微生物互作的研究以及漬害綜合防治技術(shù)的研究等方面展開。這些研究將為油菜漬害的防治提供更為科學(xué)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。
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