转Bt基因棉秸秆还田利用对土壤肥力的影响*

张富丽, 尹 全, 毛建霏, 郭灵安, 雷绍荣, 刘文娟, 罗 苹, 王 东, 宋 君, 杨晓凤

转基因棉秸秆还田利用对土壤肥力的影响*

张富丽, 尹 全, 毛建霏, 郭灵安, 雷绍荣, 刘文娟, 罗 苹, 王 东, 宋 君, 杨晓凤**

(四川省农业科学院分析测试中心 成都 610066)

随着转基因的快速发展, 大量转棉秸秆的合理利用和处理是不可忽视的重要课题之一。为明确棉秸秆还田利用的可行性和安全性, 本研究以不同抗虫转基因棉和常规棉花‘泗棉3号’为研究材料, 在分别种植1、2年后将秸秆机械粉碎后原位还田, 测试土壤中Bt蛋白残留量、土壤酶活性及养分含量的变化, 分析棉秸秆原位还田对土壤肥力特性的影响。研究结果表明, 秸秆还田40 d后,棉样地土壤中Bt残留蛋白检测值较低, 均与非转基因棉样地无显著性差异。棉秸秆还田后, 土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性皆较秸秆还田前增加, 但土壤纤维素酶活性较之前降低。棉秸秆还田使土壤中有机质、有效磷、碱解氮、速效钾和全氮等养分含量及pH明显增加, 而抗虫棉与常规棉秸秆还田后对土壤肥力的影响不存在显著差异。对土壤综合肥力指数评价结果表明, 秸秆还田对土壤肥力提升与棉抗虫水平无关, 土壤肥力指数在两年间由Ⅲ级水平上升至Ⅱ级水平。综上,棉花秸秆还田不会造成土壤综合肥力降低, 相反能有效提升土壤肥力; 同时还田利用措施可对转基因植株有效灭活, 与转基因植物秸秆利用和无害化处理要求相契合。生产中用于转基因棉花秸秆利用和处理在一定程度上是安全可行的。

转基因棉; 秸秆还田; 转基因植物; Bt蛋白残留; 土壤肥力

据统计资料显示, 2018年全球转基因作物种植面积达1.917亿hm2, 再创新高[1]。在转基因作物大面积商业化种植的同时, 转基因作物大规模环境释放潜在的环境安全风险广受关注[2]。转()基因抗虫棉(spp.)在墨西哥、中国、印度、巴基斯坦及苏丹等多个国家广泛商业化种植, 占转基因作物种植面积的很大比例[1]。如何科学合理地利用和处理大量的转基因棉秸秆是不可忽视的转基因生物安全重要课题之一。

植物秸秆中含有大量的新鲜有机物料, 是一种重要的生物质资源[3]。秸秆还田是替代焚烧措施对秸秆实现有效利用的重要方式[4]。从理论上讲, 将秸秆经过机械粉碎后还田将破坏植株体的生命力, 将生物质资源带入土壤中提升土地肥力, 还可避免秸秆焚烧所造成大气污染, 多方面效益兼顾, 是转基因植物秸秆处理利用的理想途径。但有研究者认为, 转基因作物种植或还田使转外源Bt蛋白暴发式进入土壤生态系统中, 可能改变土壤细菌、真菌数量及菌群结构, 继而引发系列土壤生化变化, 导致土壤肥力改变[5-9]。亦有研究表明转基因植株还田对土壤微生物类群、微生物多样性、土壤酶活性及养分含量的影响不明显[10-13]。可见, 不同作物不同条件下外源蛋白导入的行为规律及影响后果不同, 有必要根据具体情况进行研究分析。

土壤肥力状况是反映耕地产出能力的重要指标, 也是土壤微生态特性的综合反映。转基因作物秸秆还田后土壤肥力的变化是外源Bt蛋白离体导入后对土壤生态系统影响的最直观体现, 也是农业生产中的重要关注点。但以对土壤养分特性和肥力的影响为切入点研究转基因棉秸秆还田利用的可行性和安全性尚少见文献报道, 是一个全新研究视角。基于此, 本文以几种不同抗虫水平转基因棉花品种和非转基因棉花常规品种为研究对象, 连续两年将植株残茬(秸秆)机械粉碎并原位还田后监测土壤酶活性及养分含量的变化, 从土壤肥力营养学的角度诠释Bt蛋白暴发式释放对土壤肥力质量的影响, 明确大规模转基因棉秸秆还田利用的可行性和安全性, 为进一步评估转基因作物秸秆还田改变土壤肥力特性的风险、指导农业生产提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验所用转基因抗虫棉品系为‘GK 19’(鄂抗虫棉1号)、棉种183、棉种184、棉种202、棉种206、棉种212、棉种214、棉种221、棉种222和棉种228, 非转基因棉品种‘泗棉3号’作为阴性对照, 以上材料均由原农业部科技发展中心提供(除‘GK 19’和‘泗棉3号’外, 其余9个转基因抗虫棉品系截至试验结束尚未进入商业化, 为保护其商业机密需要, 文中采用自编号表示)。其中, 棉种202、206、212苗期叶片中Bt蛋白含量≥1 400 mg×kg-1, 抗性级别皆为高抗; 棉种183、221、222苗期叶片中Bt蛋白含量600~1 000 mg×kg-1, 抗性级别皆为中抗; 棉种184、214、228苗期叶片中Bt蛋白含量250~ 350 mg×kg-1, 抗性级别皆为低抗。‘GK 19’为商业化转基因棉品种, 苗期叶片中Bt蛋白含量220~ 350 mg×kg-1, 抗性级别为低抗。以上研究材料叶片中蛋白表达量及抗性级别等相关指标数据由原农业部转基因植物环境安全监督检验测试中心(成都)提供。

1.2 田间种植管理

试验地点位于四川省农业科学院植物高新技术试验基地(成都市彭州市濛阳镇), 其土壤为龙门山冲积土, 肥力水平中等、均匀。前茬作物为非转基因玉米()常规品种, 收获后去除秸秆及残茬闲置待用。每年4月下旬播种, 试验小区采用单因素随机区组设计, 每个品种种植3个重复, 每个小区30 m2(5 m×6 m), 宽窄行种植(窄行+宽行: 0.3 m+0.7 m), 株距0.3~0.4 m, 每个小区定植棉花约100株。常规田间水肥管理。于棉花结铃盛期后, 将棉花植株整株原位机械粉碎后, 将碎渣就地人工均匀深翻覆于棉花植株所在小区的土层中, 1周后再进行两次翻耕、平整。试验中按照转基因植物环境安全相关条例规定设置围墙、保护带和相应隔离设施。

1.3 土壤样品采集和处理

于棉花种植前一年, 即2015年9月中下旬采集一次样地土壤。分别于2016年9月和2017年9月, 待棉花生长周期结束秸秆还田40 d后再次采集各小区土壤样品。取样方法为五点取样法, 用内径5 cm的土钻采集0~20 cm耕作层和20~30 cm犁底层土壤, 采样前清理干净地上植物和地表残渣。将同一小区5个取样点同一土层土样混合后, 采用四分法缩分, 保留约1 kg土样作为1个样品, 保鲜袋密封, 迅速带回实验室登记编号、待测。

1.4 土壤肥力测定

土壤样品送四川省农业科学院土壤肥料测试中心测定肥力养分指标的相关因子。采用半微量凯氏法[14]测定全氮含量, 紫外/可见分光光度计法[15]测定有效磷含量, 火焰光度计法[16]测定土壤速效钾含量, 重铬酸钾法[17]测定有机质含量, pH计法[18]测定土壤pH, 碱解扩散法[19]测定土壤有效氮含量。

1.5 土壤酶活性测定

将土壤样品研磨均匀后充分混合, 称取1 g土壤, 加入10 mL 0.01 mol∙L–1磷酸盐缓冲液(PBS, pH 7.2~7.4)进行匀浆振动混匀。4 ℃、3 000 r∙min-1离心20 min, 取上清, 4 ℃保存待测。采用酶联免疫分析试剂盒(ELISA; TSZ-America, Minneapolis, USA)分析土壤蛋白酶(Pro)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化氢酶(CAT)、碱性磷酸酶(ALP)、脲酶(urease)、纤维素酶(CE)、蔗糖酶(sucrase)含量。将标准蛋白稀释成6个浓度梯度建立标准曲线。酶标板上设置标准品孔、样本孔和空白孔。标准品孔各加不同浓度标准品50 μL。样品孔中先加入样品稀释液40 μL, 然后再加待测样品10 μL(样品最终稀释度为5倍)。空白对照孔中不加样品和酶标试剂。其余各步骤相同, 按试剂盒操作指南进行检测。每个待测样品设两个平行孔。采用洗板机BioTek Elx50 (BioTek Instrument, USA)洗板4次, 酶标仪BioTek μQuant MQx200 (Biotek Instrument, USA)读取450 nm和630 nm波长下的吸光值。分别减去空白对照孔的读数值后, 450 nm波长下的测定值余值减去630 nm波长下的余值, 最终得到样品测定值。根据标准曲线建立的直线方程, 用插值法计算每克鲜物质质量土壤样品中单位酶蛋白的含量。

1.6 土壤中Bt蛋白含量测定

按1.5中所述方法得到土壤PBS提取液。采用EnviroLogix Cry1Ab /Cry1Ac检测试剂盒(EnviroLogix Inc. USA)对土壤样品中Bt蛋白含量进行测定。将标准蛋白稀释成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个浓度梯度建立标准曲线。分别取50 μL标准液和待测样品按试剂盒操作指南进行处理和检测。根据标准曲线建立的直线方程, 采用插值法计算土壤样品中单位鲜物质质量Bt蛋白的含量。

1.7 田间次生苗调查

分别在秸秆还田次年3月、4月、5月调查统计田间棉花次生苗数量。

1.8 数据处理与分析

每个品种小区种植设3次重复。根据各样品水分含量, 将各参数的测定值换算为干基含量。种植棉种202、206、212的各参数共9个小区测定值均值合为高抗品种的测定值, 代号“H”。以此类推, 种植棉种183、221、222的各参数测定值均值合为中抗品种的测定值, 代号“M”。棉种184、214、228各参数均值作为低抗品种的测定值, 代号“L”。棉种‘GK 19’3个小区测定值均值作为该商业化抗性测定值, 代号“Cp”, 棉种‘泗棉3号’3个小区测定值均值作为非转基因品种测定值, 代号“Cn”。采用SPSS 13.0和Excel等统计学软件进行相关数据处理分析。

1.9 土壤肥力综合评价

根据模糊数学理论[20]确定参评土壤肥力因子的函数类型; 采用隶属函数公式计算各参评指标的隶属度值, 使各土壤肥力指标的原始数据转化为0~1分布、无量纲差异的数值。其中抛物线形函数的函数表达式为:

S形函数的函数表达式为:

式中:为各土壤肥力指标的实际测量值,4和1表示各指标的上、下临界值,3和2为各指标的上、下限最优值。

根据隶属度函数模型指数和方法确定土壤肥力综合指数(soil fertility index, SFI)[21], 计算公式为:

2 结果与分析

2.1 转Bt基因棉秸秆还田后土壤养分及Bt蛋白含量的特征分析

通过种植不同抗虫性的转基因棉花并将其秸秆机械粉碎后原位还田, 对土壤养分含量进行统计分析, 土壤全氮、有机质、有效磷、速效钾和碱解氮等土壤养分含量值均服从正态分布。根据秸秆还田前后土壤养分含量特征(表1)可知, 棉花秸秆原位还田后, 土壤耕作层和犁底层pH和全氮、有机质、有效磷、速效钾和碱解氮含量提高。棉花种植前土壤耕作层有效磷含量变异系数为57.10%、速效钾变异系数为21.47%; 在棉花种植前及棉花种植1年和2年后还田, 土壤犁底层有效磷含量变异系数分别为36.70%、9.72%和14.34%; 而土壤犁底层速效钾含量在不同时间点变异系数分别为12.07%、13.18%和、11.64%。其余养分含量及pH变异系数均<10%。雷志栋等[23]按<10%、10%~100%和>100%将变异系数分为弱变异、中等变异和强变异。据此, 本研究中有效磷和速效钾变异系数在10%~100%区间, 为中等强度变异外, 其余养分含量变异系数为弱变异。由表1可知, 耕作层土壤养分变异系数在秸秆还田后明显减小, 且均低于15%, 尤其有机质、有效磷、速效钾及pH变异系数降低尤为明显。而犁底层土壤养分变异系数相对耕作层低, 且秸秆还田后其养分变异系数变化无明显规律。

表1 转Bt基因棉秸秆还田前后土壤养分含量特征性统计

续表1

取样时期0、Ⅰ和Ⅱ分别指棉花种植前1年、棉花种植1年秸秆还田后和棉花种植2年秸秆还田后。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.

为了解转基因棉秸秆还田后Bt蛋白在土壤中的残留情况, 采用ELISA法测定了耕作层及犁底层土壤中Bt蛋白含量。测试中6个标准溶液浓度梯度呈良好线性关系, 标准曲线2>0.99。结果如表2所示, 3个时期采集的土壤样品中Bt蛋白检测值均较低, 且无论是在耕作层还是犁底层土壤, 种植转基因棉品种H、M、L和Cp与Cn间比较,值均远大于0.05, 不同抗性水平转基因棉与非转基因棉样地间皆无显著性差异。由此可见,基因棉还田后Bt蛋白在土壤中并非简单转移, 而是快速分解至较低水平, 还田40 d后Bt蛋白检测值即已与种植非转基因棉品种的土壤相当, 转基因棉秸秆还田不会造成土壤中Bt蛋白含量增加。

表2 不同抗虫性转基因棉还田40 d后土壤Bt蛋白残留量

H、M、L代表抗虫性水平分别为高、中、低的非商业化转基因棉花品种; Cp是商业化转基因棉‘GK19’, Cn是非转基因棉品种‘泗棉3号’。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 转Bt基因棉秸秆还田对土壤酶活力的影响

通过分析发现, 棉花秸秆原位还田使土壤表层中土壤酶活有不同程度变化, 如表3所示。土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性皆较秸秆还田前显著性增加, 但土壤纤维素酶活性较秸秆还田前有不同程度降低。经过1、2年秸秆还田后分别较还田前降低8.02%~26.57%、24.52%~44.88%。进一步通过多重比较对连续两年棉花秸秆原位还田后的土壤酶活变化进行分析, 结果表明, 棉花种植1年和2年秸秆还田后, 土壤中蔗糖酶和过氧化氢酶活性相较于秸秆还田前的变幅在H、M、L、Cp、Cn几个不同抗虫性的棉花品种间皆无显著性差异。第1年后土壤纤维素酶和第2年的多酚氧化酶、碱性磷酸酶活性变化幅度在不同棉品种间亦无明显差异。而脲酶和蛋白酶的表现有所不同, 其变化幅度在几个不同抗虫水平的棉品种间以及与非转基因Cn间存在偶然的显著差异, 但无明显规律可循(表3)。

为进一步了解转基因棉秸秆还田后土壤酶活性变化与品种抗虫性的相关性, 采用SPSS 13.0对土壤肥力和酶活性变化与棉花抗虫水平进行Spearman相关性分析。结果如表4所示, 棉花种植1年和2年秸秆还田后, 土壤中脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、多酚氧化酶、纤维素酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶等酶活的变化幅度与转基因抗虫棉的抗虫水平无显著相关性。

2.3 转Bt基因棉秸秆还田后土壤养分含量及综合肥力变化

考虑土壤养分对作物生长发育、品质和产量形成的影响, 结合前人经验[20], 选取pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和全氮等6项作为评价土壤肥力的指标。参照农用地质量分等规程[24]和相关研究报道[25], 确定土壤养分评价指标分级标准(表5), 并由此确定各土壤养分指标阈值, 如表6所示。

表3 不同抗虫性转Bt基因棉花秸秆还田对土壤酶活性的影响

续表3

H、M、L代表抗虫性水平分别为高、中、低的非商业化转基因棉花品种; Cp是商业化转基因棉‘GK19’, Cn是非转基因棉品种‘泗棉3号’。同行不同小写字母表示3个时期间差异显著(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 转Bt基因棉秸秆还田后不同时间土壤酶活变化与棉花抗虫性相关性分析

ns表示相关性不显著。“ns” means not significant correlation.

表5 土壤养分评价指标分级标准

表6 土壤养分指标权重及其隶属函数类型和阈值

采用层次分析法求得pH、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮权重分别为0.370、0.247、0.156、0.095、0.087和0.046(表6)。经过随机一致性检验[22], 其层次总排序的一致性比率CR=0.0316<0.10, 通过一致性检验。

据模糊数学理论[20], pH属于抛物线形函数, 有机质、碱解氮、全氮、有效磷和速效钾均属于S形函数, 分别根据公式(2)、(3)进行函数标准化转化, 计算各参评指标的隶属度。根据公式(4)计算得到土壤综合肥力指数。分析结果表明, 在秸秆还田前, 试验田耕作层和犁底层土壤综合肥力指数分别为0.640~0.753、0.660~0.711, 皆处于Ⅲ级范围内, 肥力状况“中等”水平。转基因棉秸秆原位还田后, 土壤养分状况和肥力特性发生较明显变化。不管是耕作层还是犁底层, 土壤有机质和有效磷含量皆明显增加, 速效钾、碱解氮及全氮含量亦不同程度增加, 土壤pH保持稳定, 维持在弱酸性至中性水平, 相应的土壤SFI值亦呈现上升趋势。耕作层肥力水平在第1年秸秆还田后即提升至较好水平(Ⅱ级), 犁底层肥力水平经过2年秸秆还田后犁底层土壤肥力指数亦上升至较好水平(Ⅱ级)。由此可见, 转基因棉花秸秆还田有助于土壤肥力整体性提升。

通过采用Tukey多重比较(0.05)对土壤肥力各养分含量及土壤综合肥力指数变化值分析, 结果表明棉花种植第1年和第2年, 在秸秆原位还田后其土壤耕作层和犁底层有机质、碱解氮、有效磷、速效钾及全氮等肥力养分含量及土壤肥力指数均不同程度增加, 且变化幅度在H、M、L、Cp几种不同抗虫性水平转基因棉种与非转基因棉花品种(泗棉3号)之间皆无显著差异(表7)。以上结果表明, 秸秆还田可使土壤肥力显著增加, 且增加幅度在转基因品种与非转基因品种间并无显著差异。由此可见, 转基因棉秸秆还田可使土壤肥力得到提升, 且与其外源基因赋予的抗虫性水平无关。基因转入不会影响其棉秸秆还田有效提升肥力的效能。

3 讨论

有研究者认为Bt蛋白可能引发土壤中微生物类群及其微生态发生变化, 影响土壤酶活性, 从而导致土壤肥力质量降低[5,7]。本试验结果表明, 不论抗虫水平高低, 转基因棉秸秆还田40 d后, 在其样地耕作层及犁底层土壤中Bt蛋白检测值与非转基因棉样地均无显著性差异, 说明转基因棉中Bt蛋白在进入土壤后即迅速降解到了极低量水平, 这与王建武等[26]对转基因玉米外源蛋白离体降解态势的研究结果一致。此外, 转基因棉秸秆还田后除纤维素酶活性有所降低外, 其余几种土壤酶活性均有不同程度上升, 且土壤养分含量及综合肥力指数皆明显增加, 说明土壤肥力得到实质性改善, 转基因棉秸秆还田不会降低土壤肥力。而且, 土壤养分含量的增加及综合肥力的提升幅度在不同转基因棉品种间及转基因抗虫棉与常规棉之间均无显著性差异。由此可见, 秸秆还田后对土壤肥力的提升与是否为转基因棉以及外源基因赋予的棉花抗虫性水平无关。因此, 作者认为土壤肥力提升不受外源Bt蛋白影响, 主要是缘于植株体中丰富的生物质养分输送。

试后通过多次对田间棉花次生苗生长情况调查, 均未发现再生的棉花植株, 证实了秸秆还田利用的处理方式可有效灭活转基因植株体, 具备作为转基因植物秸秆(或残茬)利用和处理措施的重要前提条件。因此, 秸秆还田利用不仅与转基因植物秸秆利用和无害化处理要求相契合, 也符合农业生产操作实际, 具有便利、低成本及可持续性特点, 在生产上用于转基因植物秸秆利用和处理是安全可行的。

但转基因生物安全管理是长期性的, 转基因植物环境安全风险需要全面、系统、精准地进行研究和评估。为了对转基因棉秸秆还田的环境安全风险作出更准确的判断, 还需要更多环境数据支撑。本研究时长仅两年, 数据信息量有限, 有必要选择不同生态区对转基因棉秸秆还田利用的环境效应及转基因棉外源蛋白在土壤中降解动态进行多年长期跟踪, 获取全面系统的研究资料, 结合不同自然环境条件、农业生产管理措施及农业生态系统特点, 客观地评价秸秆还田作为转基因植物秸秆处理措施的合理性和科学性, 从而为农业生产实施提供更科学的指导意见。

4 结论

1)转基因棉中外源蛋白在秸秆还田后会迅速降解, 转基因棉样地土壤中Bt蛋白检测值在秸秆还田40 d后即与非转基因棉样地均无显著性差异。

2)转基因棉秸秆还田不会造成土壤肥力负面改变, 反而使土壤中全氮、有机质、有效磷、速效钾和碱解氮等重要的养分含量增加, 提高了土壤综合肥力指数, 两年间土壤肥力指数由Ⅲ级水平上升至Ⅱ级水平。

3)秸秆还田使土壤肥力的增加幅度在转基因品种与非转基因品种间无显著差异, 转基因棉秸秆还田对土壤肥力的提升缘于植株体中丰富的生物质养分输送, 而与其转入基因赋予的抗虫性水平无关。

4)秸秆还田可对转基因植株有效灭活, 与转基因植物秸秆利用和无害化处理要求相契合, 同时也符合农业生产操作实际, 具有便利、低成本及可持续性特点, 有条件在生产上大面积推广作为大批量转基因植物秸秆利用和处理的理想措施。

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[18] 中华人民共和国农业部. NY/T 1121.2—2006 土壤检测第2部分: 土壤pH的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006 Ministry of Agriculture of People’s Republic of China. NY/T 1121.2—2006 Soil Testing Part 2: Method for Determination of Soil pH[S]. Beijing: China Standard Press, 2006

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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

张富丽, 尹全, 毛建霏, 郭灵安, 雷绍荣, 刘文娟, 罗苹, 王东, 宋君, 杨晓凤. 转基因棉秸秆还田利用对土壤肥力的影响[J]. 中国生态农业学报(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

* 四川省农业科学院论文基金项目(2016LWJJ-010)和四川省创新能力提升工程公益深化项目(2016GYSH-032)资助

杨晓凤, 主要研究方向为农产品质量控制及安全评价。E-mail:yangxiaofeng_cd@sina.com

张富丽, 长期从事转基因成分检测与环境影响评价分析研究。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