复水对花铃期轻度干旱胁迫棉花形态特性和产量的解除效应研究

水资源匮乏是限制棉花可持续发展的主要因素之一,明确棉花干旱后的复水灌溉量、复水时间及其对生长发育的影响解除程度,可以为制订有效抗旱减灾措施提供科学依据。采用精准水分模拟试验,研究花铃期不同复水程度(50%、75%、100%灌溉量)对棉花轻度干旱胁迫(土壤湿度为50%~60%)形态特性、产量的解除效应。结果表明:干旱复水后,100%和75%复水量处理棉花蕾铃干物质、地上总干物质均高于或接近对照组,干物质增加量与复水程度呈正比,而50%复水量处理始终低于对照组,复水对干旱的解除效应不显著。复水过程中,棉田土壤湿度和植株叶片含水率的差异变化趋势一致,复水后第4天达到最高,随后逐渐下降;复水后第19天至第30天,50%复水量叶片含水率显著低于对照组,土壤已发展为重旱,而75%、100%复水量叶片含水率与对照组间差异不显著,土壤为无旱状态,二者配合可快速监测棉田干旱状况。复水后株蕾铃数、单铃重、棉花纤维长度均低于对照组,蕾铃脱落率增加,最终产量低于对照组,但75%、100%复水量产量与对照组差异不显著。50%复水量无法解除轻度干旱胁迫对棉花生长发育的影响,75%、100%复水量可有效解除干旱影响,且在复水后第19天内受旱棉花处于恢复生长的旺盛期。进行干旱复水灌溉时需考虑复程度和时间差。

花铃期持续干旱胁迫对棉花生长与土壤干旱阈值的影响

为研究花铃期持续干旱胁迫对棉花生长的影响,以及土壤干旱阈值的定量表达和干旱阈值,以棉花品种新陆早78号为试验材料,在花铃期设计正常灌溉和不同程度干旱处理(正常灌溉用水量的90%、70%、50%、30%),测定不同处理下棉花光合作用、农艺性状和土壤相对含水量的变化规律。结果表明:各程度干旱处理与正常灌溉相比,土壤相对含水量、净光合速率、蒸腾速率、叶片相对含水量、株高、蕾铃干重等均下降,且下降幅度随干旱持续时间延长而增加,最终导致产量降低;棉花光合作用和农艺性状与土壤相对含水量变化相关,存在阈值反应;以减产5%、10%、20%作为临界点,将干旱程度D值与产量、干旱持续时间进行线性相关分析,确定轻度干旱阈值为0.253,中度干旱阈值为0.387,重度干旱阈值为0.655,且干旱胁迫程度越高,干旱阈值发生时间越早。研究确定了棉花花铃期不同程度干旱胁迫下的土壤干旱阈值指标及其发生时间,为棉花大田生产合理、及时调亏灌溉提供了参考。

花铃期干旱胁迫后复水对新陆早78号干物质质量和产量的影响

为明确花铃期干旱胁迫后复水对棉花的影响,以新陆早78号为材料,于2021年在新疆乌兰乌苏农业气象试验站精准土壤水分控制试验场开展试验,研究复水对花铃期不同等级干旱胁迫(轻旱、中旱、重旱、特旱,其土壤相对湿度分别为50.8%、43.7%、33.3%和23.1%)下棉花干物质分配及产量性状的影响。结果表明:轻度干旱胁迫后进行复水处理的单株蕾铃干物质质量最大,单株蕾铃干物质质量占地上部总干物质质量的百分比较高。与持续正常灌溉的对照相比,遭受轻旱、中旱、重旱、特旱胁迫的新陆早78号在复水处理后,其单株结铃数减少,铃重降低(轻旱处理除外),蕾铃脱落率显著增加,籽棉产量分别减少2.6%、9.7%、29.0%、35.5%,轻度及中度干旱胁迫后进行复水处理的籽棉产量与对照无显著差异,其余处理的籽棉产量均显著低于对照。因此,在本试验条件下,按常规灌溉量(每666.7 m^(2)灌水45 m^(3))复水,仅能有效解除轻度及中度干旱胁迫对新陆早78号生长发育和产量的不利影响。

Yields,growth and water use under chemical topping in relations to row configuration and plant density in drip-irrigated cotton

Background Water deficit is an important problem in agricultural production in arid regions.With the advent of wholly mechanized technology for cotton planting in Xinjiang,it is important to determine which planting mode could achieve high yield,fiber quality and water use efficiency(WUE).This study aimed to explore if chemical topping affected cotton yield,quality and water use in relation to row configuration and plant densities.Results Experiments were carried out in Xinjiang China,in 2020 and 2021 with two topping method,manual topping and chemical topping,two plant densities,low and high,and two row configurations,i.e.,76 cm equal rows and 10+66 cm narrow-wide rows,which were commonly applied in matching harvest machine.Chemical topping increased seed cotton yield,but did not affect cotton fiber quality comparing to traditional manual topping.Under equal row spacing,the WUE in higher density was 62.4%higher than in the lower one.However,under narrow-wide row spacing,the WUE in lower density was 53.3%higher than in higher one(farmers’practice).For machine-harvest cotton in Xinjiang,the optimal row configuration and plant density for chemical topping was narrow-wide rows with 15 plants m-2 or equal rows with 18 plants m-2.Conclusion The plant density recommended in narrow-wide rows was less than farmers’practice and the density in equal rows was moderate with local practice.Our results provide new knowledge on optimizing agronomic managements of machine-harvested cotton for both high yield and water efficient.

新疆香梨花期霜冻灾害风险评估模型构建及适用性

基于新疆1981—2020年霜冻灾情、气象因子、香梨种植面积资料,计算香梨花期霜冻灾害危险性指数、暴露度和脆弱性指数,构建了霜冻灾害风险评估综合模型,并基于格点预报开展了香梨霜冻风险预警,对评估模型的适用性进行了验证。结果表明:过程最低气温、降温幅度、低温持续时间是霜冻灾害的主要致灾因子。春季霜冻危险性空间分布,总体呈现北部高、南部低的特点。香梨遭受春季霜冻的高风险区,主要分布在北疆西部、天山北坡的西部和中部以及南疆巴州北部、阿克苏市及其南部部分区域。基于气象实况和果园灾害调查结果表明,霜冻灾害风险评估模型和格点预报相结合,能较好地预报香梨霜冻风险分区、影响等级,与香梨霜冻灾害实际发生区域、受冻百分率基本一致,霜冻指标和风险预警模型具有合理性和适用性。

基于核桃生理特征变化的越冬冻害监测指标研究

以新疆阿克苏地区2个主栽核桃品种的1年生枝条为试验材料,采用人工模拟低温的方式,测定分析不同低温及低温持续时间下枝条叶绿素荧光参数、质膜透性和可溶性糖含量的变化特征。结果表明:随着处理温度的降低,2个核桃品种枝条的基础荧光(Fo)呈先上升后缓慢下降趋势,光能转换效率(Fv/Fm)呈下降趋势,-18~-21℃的低温造成了枝条光系统Ⅱ(PSⅡ)的结构损伤;枝条的相对电导率随温度的降低及低温持续时间的延长呈不断上升趋势,且在-18~-21℃大幅度增加,根据相对电导率进行Logistic方程拟合得出2个核桃品种的半致死温度均在-22℃左右;枝条的可溶性糖含量随温度的降低呈先上升后下降趋势,且对-18~-21℃的低温较为敏感。结合低温模拟试验和越冬期冻害历史灾情资料,以-20、-22、-24℃及其低温持续时间分别构建了核桃越冬冻害不同等级的综合监测指标,为有效预警和防冻减灾提供科学依据和指导。

气候变暖对新疆棉花种植气候适宜性分区的影响

基于新疆102个气象站1961—2020年历史气候资料,使用统计学方法以及ArcGIS的空间插值技术,在对近60年影响新疆棉花种植的主要气候因子,≥10℃积温、无霜冻期和7月平均气温时空变化分析的基础上,结合新疆棉花种植气候适宜性区划指标,就不同品种熟性棉花适宜种植分区的变化进行研究。结果表明:1961—2020年新疆≥10℃积温、无霜冻期和7月平均气温呈显著增多或上升趋势,并且上述要素均于1997年发生突变。受其影响,1997年后较之前,新疆不同品种熟性棉花适宜种植区的海拔上限均不同程度的抬升,其中,准噶尔盆地和吐鲁番、哈密盆地棉区海拔上限抬升150~200 m,塔里木盆地棉区抬升50~100 m;气候变暖使新疆宜棉区扩大,不宜棉区缩小,且部分棉区适宜种植的棉花品种向生育期较长、产量较高的品种转变,这对促进新疆棉花的发展十分有利。

膜下滴灌条件下棉花花铃期光合特征参数对干旱胁迫的响应

为明确膜下滴灌模式下棉花光合特征参数对干旱的响应程度及其关键阈值,针对花铃期棉花开展4种不同水分梯度的持续干旱胁迫模拟试验,分析棉田干旱发生发展过程中,棉花叶片光合特征参数的响应变化规律及其影响阈值。结果表明:干旱胁迫10 d后,不同水分梯度处理棉田进入了不同程度的干旱发展过程。干旱胁迫初期,棉花叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)呈现大幅度下降趋势;随干旱胁迫时间延长,各参数数值差异趋于稳定,说明棉花在面对持续干旱时通过调整光合速率来提高抗旱适应性。棉花光合特征参数因干旱影响而显著降低时的临界土壤相对湿度为46%~52%、相应的叶片含水率为70.8%~71.3%。随着干旱发生发展,叶片光合作用由气孔限制转向非气孔限制时的土壤湿度为41%±1%,相应的叶片含水率为66.1%±0.3%。研究结果可为滴灌模式下绿洲棉田干旱发生程度判识以及选择不同时间节点采取不同程度复水措施提供参考依据。

膜下滴灌棉花蕾期干旱胁迫对光合特性及产量的影响

探究蕾期开始的持续干旱胁迫对棉花(Gossypium hirsutum L.)光合特性及产量的影响,为干旱棉区高产栽培提供科学灌溉依据。现蕾期设置重度胁迫、中度胁迫、轻度胁迫和正常灌溉4个水分梯度。梯度灌溉后以每次7-10 d的频率进行光合生理及产量结构的观测。结果显示,蕾期开始的持续干旱胁迫加快了棉花生育期的进程,与对照相比,发育期提前了4-18 d。随着干旱胁迫的加剧,棉花株高呈下降趋势,与对照相比,干旱胁迫下株高增长率降低了17%-24%。干旱胁迫使得棉花叶面积指数达到最大值的时间发生了改变,叶面积指数呈先升高后下降的趋势。棉花净光合速率、最大光化学效率、干物质量和植株含水率,中度和重度处理下始终小于对照,轻度处理下蕾期至花铃期高于对照,裂铃期至停止生长期低于对照。不同发育时期叶片净光合速率对干旱胁迫的响应存在差异,现蕾期和开花期高于裂铃期和吐絮期。棉花叶片最大光化学效率(Fv/Fm)随发育时期变化总体呈先增加后减少的趋势。蕾期开始的适度干旱胁迫在一定时间范围内可以增加棉花干物质,当干旱胁迫超过一定时间,干物质量迅速下降。不同干旱胁迫处理下单铃质量差异不显著,单铃质量和蕾铃脱落率随干旱的加剧升高,与对照相比,重度胁迫下蕾铃脱落率增加6.9%;单株铃数和产量降低,干旱胁迫较对照减产31%-55%。研究表明,蕾期开始的适度干旱胁迫在一定范围内有利于棉花保持较高的净光合速率,提高干物质量。蕾期持续干旱对产量构成因素的影响程度为:对最终产量的影响单株结铃数>蕾铃脱落率>铃质量。

农业气象指数保险研究及其应用进展

全球气候变化背景下,极端天气事件和自然灾害频发,农业生产面临着巨大的气象灾害风险。新疆农区各类气象灾害呈现多发、频发的趋势,以合同中约定的天气指数作为触发值进行赔付的农业气象指数保险,是转移农业灾害风险的重要途径。分析农业气象指数保险的发展历程与研究进展,讨论其在新疆农业生产中的应用现状,提出新疆农业气象指数保险的研究重点及发展方向,以期为气象指数保险服务于农林业安全生产提供思路和参考。

干旱和复水对新疆膜下滴灌棉田新陆早45号生长发育的影响

为揭示不同干旱胁迫及复水对新疆膜下滴灌棉花生育时期和形态特征的影响,2020年以新陆早45号为材料,在原沙湾县乌兰乌苏镇开展不同灌溉量梯度的棉花蕾期干旱胁迫试验,即在现蕾前7 d按蕾期实际灌溉量的30%、50%、70%、90%、100%一次性灌溉,直至开花期才复水(分别记为T1、T2、T3、T4、T5)。结果表明:T1、T2处理形成重旱,T3处理形成中旱,而T4、T5形成轻旱;蕾期干旱与开花期复水使得新陆早45号裂铃期、吐絮期分别较对照提前5~9 d、4~8 d,从而使生殖生长期缩短了4~15 d;在水分亏缺的情况下,随着滴灌量的增加,叶面积指数、单株地上部干物质质量均呈增加趋势;但轻旱胁迫对植株含水量影响不大。相关研究结果可为科学制定农业抗旱对策与措施、确保棉花安全生产提供依据。

不同阶段干旱胁迫对新陆早45号生长发育及产量形成的影响

为揭示不同阶段及不同干旱胁迫强度对新疆膜下滴灌棉花生长发育及产量形成的影响,2016年以新陆早45号为材料,在原沙湾县乌兰乌苏镇开展不同灌溉量梯度的棉花蕾期至收获期、花铃期至收获期干旱胁迫试验,即在现蕾期、开花期分别按蕾期、花铃期实际灌溉量的30%、50%、70%、90%、100%一次性灌溉,持续不灌水直至收获。结果表明:不同阶段的干旱胁迫均影响棉花的生育进程。与正常灌溉相比,蕾期各干旱处理的裂铃期、吐絮期分别提前0~14 d、4~19 d;花铃期各干旱处理的裂铃期、吐絮期分别提前0~8 d、2~6 d,并呈现出越干旱越提前的变化规律。在水分亏缺的情况下,随着滴灌量的增加,株高、单株地上部干物质质量均呈增加趋势。不同阶段不同程度的干旱胁迫均导致单株结铃数减少、蕾铃脱落率增加、籽棉产量显著下降,其中蕾期干旱处理减产40.2%~60.6%,花铃期干旱处理减产27.8%~46.4%,持续干旱导致减产进一步加剧。相关研究结果可为节水灌溉和棉花抗旱措施的制定提供一定参考。

花铃期棉花光合生理特性对膜下滴灌干旱胁迫的响应

为了从叶片尺度探讨棉花花铃期(需水关键期)干旱发生发展过程对膜下滴灌棉花光合特性及水分利用效率的综合影响,开展了5种不同水分梯度干旱模拟试验,分析不同强度干旱发生发展对棉花光合特性和水分利用效率的影响。结果表明,叶片光合特征参数(净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO_(2)浓度)随生育进程推进呈现先上升后下降的趋势,梯度控水9d后各处理进入了不同的干旱发展过程,各处理的光合特征参数依次降低;干旱胁迫并没有改变棉花叶片水分利用效率的变化趋势;5种不同梯度水分处理的棉花叶片水分利用效率在花铃期内均呈上升趋势,但其变化缺乏规律性。研究结果可为棉花受旱程度的准确评估及干旱发生发展动态监测提供理论依据。

且末县气候变化特征及其对棉花发育期和产量的影响

为探究气候变化对且末县棉花发育期和产量的影响,利用新疆且末县国家基准气候站1961—2021年气温、降水量以及日照时数等资料,结合棉花发育期和产量资料,采用线性倾向法、气候趋势率等方法,对且末县气候变化特征及其对棉花发育期和产量影响进行分析。结果表明:1961—2021年,且末县棉花生长季平均气温、平均最高气温、平均最低气温和5 cm平均地温呈线性上升趋势;降水量以及≥10℃积温和日数呈微弱增加趋势,日照时数呈现减少趋势;7—8月最高温度及高温持续日数呈显著升高趋势。且末县初霜日出推后,终霜日提前,无霜期日数显著增多。棉花出苗期至开花期与生育期内的气温和地面温度呈负相关关系,吐絮期至收获期与气温和地面温度呈正相关关系。且末县棉花伏桃数与平均最低气温和≥10℃积温为呈正相关,棉花产量与气温、日照时数和5 cm地面温度呈正相关关系。气候变化背景下且末县棉花播种至开花期提前,吐絮期和收获期推迟,全生育期延长。且末县棉花生长季热量资源的增加总体有利于棉花产量及品质的提高,但应注意夏季气温过高对棉铃发育的不利影响。

基于GIS的新疆沙湾市棉花种植精细化气候区划

利用沙湾市及周边15个气象站点1980—2020年气候资料和地理信息数据,通过Arcgis10.0空间分析技术将新疆维吾尔自治区1∶50000高程数据转成分辨率为100 m×100 m的数字高程,通过地统计回归和反距离权重等方法构建≥10°C积温、无霜期、7月平均气温等指标与地理因子的空间分析推算模型,结合棉花区划指标等级,计算得到沙湾市棉花种植精细化气候区划。结果表明,研究区可划分为适宜棉区、次适宜棉区、风险棉区和不适宜棉区4个分区。适宜棉区主要分布在沙湾市海拔490~600 m的乌奎高速公路北部附近地带,包括安集海镇、三道河子镇、乌兰乌苏镇和蘑菇湖水库附近的平原地区;次适宜棉区主要分布在沙湾市海拔600~700 m的乌奎高速公路南部附近地带;风险棉区主要分布在沙湾市海拔700~800 m的乌奎高速公路南部的山前倾斜平原;不适宜棉区主要分布在沙湾市海拔高度800 m以上的南部山区。研究成果可为当地农业种植布局调整提供科学依据。

新疆气象大数据+棉花科创助农平台建设与应用

通过“气象大数据+棉花科创助农平台”的全面建设,实现了多源融合5 km气象实况分析产品、农用天气格点预报、农业气象灾害监测预警等技术,利用手机小程序和微信公众号、抖音账号等信息发布渠道向广大新疆棉农提供了棉花种植的产前、产中、产后系列化动态气象保障服务;组建新疆棉花气象科技服务团队,举办“棉花气象为农服务技术论坛”,为棉花气象助农服务提供良好的合作交流平台;创建全国首家棉花”气象科技小院”,致力于棉花生产全过程精细化、定制化智慧农业气象服务,防灾减灾科普宣传和棉花高产栽培管理等技术培训,推动新疆棉花产业提质增效、高质量发展,打通科技成果转化和技术推广、技术服务的“最后一公里”。

干旱胁迫对棉花生长发育和光合荧光参数的影响

为明确持续干旱胁迫对棉花生长发育、叶片水势、光合特性、荧光参数的影响,以‘新陆早57号’为试验材料,在土壤水分试验场内,设置3个水分处理(正常、轻度干旱、重度干旱),研究不同干旱程度下棉花发育期、叶面积、干物质、产量、叶片水势、光合荧光参数的变化规律。结果表明:随着干旱胁迫时间的延长叶面积指数、光合物质积累量、籽棉产量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学量子产量(Yield)、光化学猝灭系数(qP)呈下降趋势,叶片水势先下降后上升,非光化学猝灭系数(qN)则呈上升趋势,且随干旱程度的加剧而增加。经统计分析,干旱胁迫下Pn、Tr、Gs与对照差异显著(P<0.05)。干旱胁迫持续15天后,重度干旱胁迫下Yield、qP、qN与对照差异显著(P<0.05),轻度干旱差异不显著。Pn、Tr、Gs、Yield、qP、qN均能反映棉花叶片水分状况,但Yield、qP、qN更为敏感。

风沙灾害对策勒绿洲棉花生物量的影响

为定量评估风沙灾害对策勒棉区棉花生物量的影响,2011—2012年以新陆中21号为供试品种,在中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站农民常规栽培模式田内进行有、无防风沙网防护对棉花最终产量影响的对比观测试验,发现频繁的风沙天气对棉花产量形成的影响分两个阶段,前期营养生长阶段,棉花植株抗逆性弱,而此时该地区风沙活动频繁,植被盖度低,平均风速较大,因此该时段棉花遭受风沙危害后其出苗率明显降低,导致后期严重缺苗;棉花营养生长和生殖生长并进时期抗逆性增强,绿洲植被覆盖度增加,起沙风频次减少,从而导致风沙对棉花生长的影响减弱,仅使棉花植株发育期延迟,地上部分单位面积上的生物量在防护网内比网外多52%,但单株生物量仅多4%。

CottonXL模型模拟研究延迟型低温冷害对棉花纤维品质的影响

为了明确不同程度、不同时段低温对棉花纤维品质的影响,该研究利用棉花延迟型低温冷害指标和灾情资料,筛选出1961-2018年间不同程度延迟型低温冷害的典型年份,在实现棉花功能结构模型CottonXL模型本地化应用的基础上,利用CottonXL模型模拟不同程度冷害对纤维品质的影响。结果表明:CottonXL模型能够较准确地模拟延迟型冷害对棉花纤维品质的影响,不同热量条件下纤维长度、纤维比强度、马克隆值模拟结果与实测值间的RMSE分别为0.7 mm、0.9 cN/tex、0.1。冷害对棉花纤维马克隆值影响最大、纤维比强度次之,对纤维长度影响最小。随冷害程度的加重纤维长度较长、纤维比强度较大且马克隆值适中的棉铃数量显著减少(P<0.01),纤维品质整体下降。发生轻度、中度和重度冷害时,纤维长度分别下降0.8、1.4和1.5 mm,纤维比强度分别降低3.9、4.5和5.1 cN/tex,马克隆值分别降低1.0、1.2和1.4。同等程度延迟型低温冷害情况下,夏秋季低温冷害对纤维品质的影响大于春季低温冷害。轻度夏秋季型低温冷害对纤维品质的影响较中度春季型低温冷害更大.

干旱区哈密瓜生长和产量与气候要素的关系

农业是气候变化最敏感的领域之一,气候变化将对农作物产量产生巨大影响。探讨气候变化对干旱区哈密瓜(Cucumis meloL.)生长和产量的影响,明确关键影响气象因子,可为合理有效利用气候资源和防灾减灾提供科学依据。选取1981—2019年哈密瓜生长年气候因子、生长季内气象要素和1999—2019年发育期及产量资料,分析了哈密瓜生长气候变化特征、哈密瓜发育期和产量的年际变化趋势,并探讨影响其差异变化的主要气候要素。结果表明,近40年来平均气温、平均地温、日照时数年尺度和生长季内月尺度变化均呈显著上升趋势。气温、地温、≥20℃积温是影响干旱区哈密瓜发育期变化的关键因子,气候变化促使哈密瓜从播种期到座果期显著提前,成熟期推迟,全生育期不显著延长。6月和7月的热量条件对干旱区哈密瓜气候产量的影响比较显著,平均气温、日照时数的增加有利于哈密瓜气候产量的形成,但需谨防平均最高气温的上升对产量造成的不利影响。