耕作措施对新疆绿洲长期连作棉田土壤微生物、酶活性的影响

为探明新疆棉花长期连作条件下土壤微生物的演变趋势,明确不同耕作措施的调节效应,采用空间替代法,研究了不同连作年限棉田土壤微生物数量、酶活性和土壤基础呼吸的变化及其对不同耕作措施的响应特征。结果表明：随棉花连作年限的增加,0~60 cm土层中土壤pH值表现出先降低后升高再降低的趋势,土壤有机质含量升高,土壤容重增大,孔隙度降低;土壤细菌数量先增加后减少,真菌数量不断增加,放线菌数量呈波动状态;土壤微生物生物量碳（Cmic）和微生物生物量氮（Nmic）及土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性随连作年限的延长均呈增加趋势,而磷酸酶活性呈先增加后减少的趋势;土壤基础呼吸表现为先增加后降低的趋势,代谢熵（qCO2）呈减小趋势。对长期连作的障碍棉田采取深度翻耕和水旱轮作均能增加土壤pH值和有机质含量,并能有效降低容重,增加孔隙度,能增加0~60 cm土层中土壤细菌和放线菌数量,降低0~20 cm土层中真菌数量;深度翻耕既增加了20~40cm土层中的Cmic和Nmic,又增加了0~60 cm土层中的土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性;而水旱轮作仅增加了0~20 cm土层中的Cmic,并使该土层土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性增强;土壤深度翻耕可提高棉田0~60 cm土层中的基础呼吸速率,使土壤表层的qCO2增高,而降低深层土壤qCO2。因此,土壤深度翻耕和水旱轮作等措施均可用于改善棉田土壤微生物环境,并有效缓解棉花长期连作引发的不利影响,是克服连作障碍的重要措施之一。

耕作措施对新疆绿洲棉田土壤微生物量及酶活性的影响

研究了新疆典型植棉区不同耕作措施对连作棉田土壤微生物量碳、氮和酶活性的影响，旨在揭示连作棉田耕地质量的变化，以及为新疆棉区维持棉田高产、高效的土壤可持续生产能力提供依据。结果表明，棉田长期连作，随着连作年限的延长，土壤微生物量碳、氮和脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性呈现出递增的趋势。长期连作的棉田经过水旱轮作后土壤微生物量碳、氮和脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性又能明显升高；而经深翻的处理后土壤微生物量碳、氮含量和酶活性在表层0～20cm土层有所下降，而在20—40cm土层明显升高。

新疆生产建设兵团第四师黑钙土土壤肥力特征与演化

目的为了系统揭示长期耕作和施肥条件下新疆生产建设兵团农四师黑钙土土壤肥力特征与演化。方法本研究于2015年采集76和77团场耕层土壤,检测有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量,并入户调查油菜和小麦施肥量,再结合1980-2014年农四师土壤养分和肥料施用量的历史资料和文献,进行对比分析。结果 1989-2014年农四师施肥量逐年上升,2014年氮、磷、钾肥及复合肥的施肥总量分别为165、99、35、127 kg/hm^2,比1989年提高了3.1、3.4、84.6、3.5倍;1984-2015年耕层土壤有机质和碱解氮含量明显下降,速效磷略有增加,速效钾2012年之前增加随后又降低。76和77团场耕层土壤有机质含量高(70-73 g/kg),碱解氮和速效磷含量中等(分别为121-130 mg/kg和13-19 mg/kg);速效钾含量丰富(389-481 mg/kg)。小麦平均施N和施P量分别为100-174 kg/hm^2和136-151 kg/hm^2,油菜平均施N和施P量分别为107-163 kg/hm^2和139-157 kg/hm^2,与当地平均水平相比,总体施N量偏低,施P量偏高,氮磷比例不平衡。结论本研究结果可为该区域合理耕层构建和农业可持续发展提供理论与技术支撑。

施氮肥对新疆荒漠草原生产力及植物多样性的影响

通过在新疆石河子3个不同降水量荒漠草原连续两年施氮肥,探讨氮肥对荒漠草原地上部分干物质量、物种组成和植物多样性的影响。结果表明:在3个不同降水量的荒漠草原地区,施氮肥可以增加荒漠草原的干物质生物量,提高比例分别为26.5%、30.5%、28.9%;在3个地点施氮肥处理物种的Shannon多样性指数分别降低了15.4%、15.4%、31.2%;Shannon均匀度指数分别降低17.6%、34.7%、26.2%;Margalef物种丰富度指数分别降低19.9%、12.5%、22.6%。施氮肥当年地表植被种类减少,次年自然条件下减少的植被种类又出现。施用氮肥可以增加荒漠草原地上部分的生产力,改变物种组成和物种多样性。

喀什地区复播玉米品种生态适应性研究

【目的】为南疆喀什地区＂一年多熟＂周年超吨粮、麦后复播玉米适宜品种筛选提供理论和技术支撑。【方法】对4个玉米品种新玉29号、浚单20号、京单28号、新玉35号,设置3个不同种植密度进行麦后种植,研究复播玉米生育进程、群体叶面积指数（LAI）、干物质积累与分配、植株形态及产量结构对密植的响应变化,揭示玉米生育期的光、温生态因子与产量及其结构的关系。【结果】随着种植密度增加,复播玉米生育期相应推后2~6 d,早熟品种前期发育快、吐丝早,叶面积指数高、干物质积累与转运多,有利于玉米籽粒正常成熟和高产形成。种植密度9.0×104~9.75×104株/hm2条件下,新玉35号和新玉29号均能发挥增密、增产的丰产潜力。复播玉米在拔节-成熟期间光辐射强度、日照时数和≥10℃有效积温与产量形成密切相关。【结论】新玉35号成熟期早,植株高度适宜。在密植条件下,叶面积指数增长快,干物质积累多,增产效益显著,可推荐作为麦后复播玉米的理想品种。同时,拔节-成熟期光照充足、日照时间长、有效积温高有利于产量提高。

棉花地上鲜生物量的高光谱估算模型研究

通过测试棉花6个生育时期350～2500 nm波段的冠层高光谱数据,采用连续统去除和波段深度归一化的分析方法,计算出棉花反射光谱550～750 nm波段深度参数（Dc）;同时,将冠层反射光谱数据与棉花鲜生物量进行逐步回归分析,确定了近红外波段763 nm及红光波段670 nm是棉花鲜生物量的2个敏感波段,并组成了高光谱归一化植被指数（NDVI）和比值植被指数（RVI）;基于Dc参数和NDVI、RVI植被指数,建立了棉花地上鲜生物量的5种单变量线性与非线性函数模型,分析表明,RVI的指数函数模型反演的棉花地上鲜生物量的估计值与实测值的相关系数最大（R=0.7289＊＊,RMSE=0.8776）;5种函数模型方程,经检验均达到1%的极显著水平,其中,以指数函数、幂函数和双曲线函数构建的棉花鲜生物量估算模型精度相对较高;该研究采用高光谱植被参数和指数,实时、无损、动态、定量提取了棉花地上鲜生物量,为分析、模拟、评价、预测棉花群体大小,设计理想棉花群体及棉花高光谱遥感估产提供了科学的依据.

棉花叶绿素密度和叶片氮积累量的高光谱监测研究

利用非成像高光谱仪,获取棉花不同品种、不同密度冠层关键生育时期的反射光谱数据,应用光谱多元统计分析技术,研究表明,棉花冠层叶绿素密度(CH.D)和叶片氮积累量(LNA)分别在反射光谱762 nm和763 nm处的相关系数达最大值(rCH.D=0.8845**和rLNA=0.7870**,n=47);而一阶微分光谱数据对CH.D、LNA最敏感的波段均发生在750nm处(rCH.D=0.9098**和rLNA=0.9164**,n=47);采用47个建模样本的一阶微分光谱750 nm处的数值与棉花冠层CH.D建立线性相关模型方程,估算47个检验样本的棉花冠层CH.D,再根据CH.D与LNA建立的线性相关方程估算检验样本的LNA,47个检验样本的实测LNA与估测LNA极显著线性相关(r=0.8982**,n=94),模型方程的估算精度达86.3%,实测值与估算值的RMSE=1.0155,相对误差为0.1380。说明基于高光谱数据的棉花冠层叶绿素密度的遥感估测,可以间接用于棉花冠层叶片氮积累量的监测研究。

北疆主栽棉花抗旱性生育期差异评价及鉴定体系的初步建立

以北疆棉区主栽的棉花为材料,通过模糊隶属函数法对各材料在大田不同生育期及不同水分胁迫强度下的抗旱性差异进行了综合评价,以建立不同生育期的棉花抗旱性快速评价体系。结果表明,不同胁迫强度及不同生育期的棉花抗旱性评价结果并不完全相同:苗期抗旱性强的棉花为新陆早33号,盛蕾期为新陆早35号、晋棉13,花铃期为新陆早33号,吐絮期为新陆早24号和297-5;新陆早33号和新陆早31号在整个棉花生长季抗旱能力较强,而中棉42和益农2号在全生育期抗旱能力较差;苗期、盛蕾期、花铃期和吐絮期的棉花抗旱性综合评价的适宜水分胁迫强度分别为:轻度、轻度、中度和中度,适宜水分胁迫强度下相应的水分胁迫适宜处理时间分别为15 d1、5 d5、d和5 d,并以适宜水分胁迫强度和处理时间为基础建立了大田棉花抗旱性快速、准确评价的回归分析模型。

高光谱数据与棉花叶绿素含量和叶绿素密度的相关分析

通过获取棉花不同品种、不同种植密度单叶和冠层关键生育时期的反射光谱,与其相应的单叶叶绿素含量(CHL.C,下同)和冠层叶绿素密度(CH.D,下同)进行多元统计的逐步相关分析。结果表明,棉花冠层CH.D在其反射光谱762nm波段处的相关系数达最大值(RCH.D=0.8134**,n=94);对于一阶微分光谱,单叶CHL.C和冠层CH.D的敏感波段均发生在750nm波段处,基于750nm波段的微分数值,建立了棉花CHL.C和CH.D线性相关模型(RCHL.C=0.7382**,RMSE=0.1831,n=66;RCH.D=0.9027**,RMSE=0.3078,n=94),为利用高光谱遥感技术精确提取反映棉花生长状况的叶绿素信息提供了依据。

后期持续干旱对北疆棉花生长发育的影响及其抗旱适应性评价

以18个北疆棉区适宜棉花品种(系)为材料,在大田条件下研究了生育期后期持续干旱对棉花产量和生长发育因子的影响,并用加权隶属函数值法对参试棉花材料的后期抗旱适应性进行评价分析。结果表明,除功能叶叶片的干物质含量显著增加外,后期连续干旱引起了其它的产量因子(铃重、铃数、籽棉产量、衣分)和生长发育相关因子(叶面积、鲜重、干重、株高)的明显下降,籽棉产量的下降率最大,为46.80%;在抗旱系数隶属函数值评价上,不同产量和生长发育因子的抗旱性鉴定结果不同;铃数、籽棉产量、叶面积和叶片干重与后期棉花抗旱性显著正相关,其相对重要性依次为铃数>叶面积>叶片干重>籽棉产量。参试材料中,具有抗旱性的材料为晋棉13号、297-5、新陆早8号、新陆早26号和新陆早35号,没有抗旱性的材料为益农2号、新陆早13号、18-3、81-3和134-1。

高产优质饲草型小黑麦新小黑麦2号的选育与应用

新小黑麦2号是由石河子大学农学院和中国农科院作物所合作选育的高产、优质饲草型冬性小黑麦新品种,该品种株高150～170 cm,乳熟期单产鲜草3 000～3 200 kg/667 m2,其饲草粗蛋白含量11.5%.

棉花高光谱植被指数与LAI和地上鲜生物量的相关分析

通过测试棉花关键生育阶段350-2500nm波段的冠层高光谱数据,用近红外波段760-850nm及红光波段650-670nm的2个范围内的波段,组成了高光谱归一化植被指数（NDVI）及800和670nm2个波段组成修改型二次土壤调节植被指数（MSAVI2）,分别与棉花叶面积指数（LAI）和地上鲜生物量进行相关分析,结果表明,棉花NDVI和MSAVI2与LAI和地上鲜生物量两个参数均以幂指数相关关系为最佳（RNDVI-LAI=0.7346＊＊,RMSAVI2-LAI=0.7436＊＊,n=81;RNDVI-鲜生物量=0.7426＊＊,RMSAVI2-鲜生物量=0.7934＊＊,n=59）,MSAVI2与LAI和地上鲜生物量的相关性均高于NDVI与LAI和地上鲜生物量的相关性,说明MSAVI2较NDVI更好的消除土壤背景等对反射光谱造成的影响,较精确的提取反映棉花生长状况的叶面积指数和生物量信息。

基于高光谱数据的棉花冠层FPAR和LAI的估算研究

通过非成像高光谱仪和光量子传感器,获取了棉花2品种4水平种植密度冠层关键生育时期的反射光谱数据和光合有效辐射值;利用光谱多元统计分析技术与微分处理,分析表明,反射光谱813 nm(ρ813)和758 nm(ρ758)处分别是光合有效辐射截获量(FPAR)和叶面积指数(LAI)的敏感波段。用反射率ρ813和ρ758分别与FPAR和LAI建立的线性相关模型方程估测FPAR和LAI,经检验,它们的实测值与估测值之间均呈极显著的线性相关(rFPAR=0.7199**,rLAI=0.6430**,α=1%,n=70),模型方程的估算精度分别达96.5%、81.7%;而一阶微分光谱数据与FPAR在350~2500 nm波段范围相关不显著,与LAI的最大相关发生在734 nm波段处。基于一阶微分光谱ρ′734与棉花冠层LAI线性相关的模型方程,估测LAI,实测值与估测值之间呈极显著的线性相关(rLAI=0.6947**,α=1%,n=70),估算精度为82.4%,与反射光谱758 nm估测LAI的精度接近。结果表明,棉花冠层光谱数据可以对光合有效辐射截获量FPAR和LAI进行实时、无损、动态、定量的估算。

不同水分条件下源库调节对膜下滴灌棉花产量和品质的影响

以新陆早13号（中等叶型品种）、新陆早10号（小叶型品种）、标杂A1（鸡脚叶杂交棉品种）3个不叶型的棉花品种为试验材料，在膜下滴灌条件下，设置3个土壤水分梯度，分别控制0～60cm土壤含水量的滴水下限为田间持水量的85％～90％（高水）、70％～75％（中水）、55％～60％（低水），滴水上限均为田间持水量，并在花铃期不同程度地减源减库，研究棉花源库调节对产量和品质的影响及对土壤水分的响应。结果表明：减源减产比减库减产的影响大，适直范围内源不足引起的产量损失，可通过增加水分来弥补，减源减库过度则不可能通过水分来弥补，而这种水分调节作用也是通过表现在水分调节了单株结铃数的增加而实现的。品种间，新陆早10号减源和减库减产的程度最大，新陆早13号次之，标杂A1减产效应最小，且标杂A1在土壤水分充足条件下产量最高。品种遗传特性和土壤水分状况是影响棉纤维品质的主要因素，源库处理对其影响不明显，综合分析结果表明，与其他2个品种相比标杂A1的品质较优。

高产棉花叶面积载荷量与光合生产的关系及对冠层结构的影响

为了揭示新疆棉花高产机理,探讨提高单产的途径,在棉花膜下滴灌高产条件下采用大田创建高产田和小区控制试验相结合的方法,研究了不同群体条件下棉花叶面积载荷量与光合物质生产的关系及其对冠层结构的调节。结果表明:不同产量水平下,提高叶面积载荷量,有利于在保持较高叶面积指数的基础上,增大平均叶倾角,降低群体散射辐射透过系数,提高群体光截获率,进而增加产量。不同源库大小的条件下,去除1/2叶的处理可使叶面积载荷量增大,但终因光合面积太小,产量下降;去除1/4叶的处理可使叶面积载荷量显著增大,进而提高源叶光合速率,增加14C光合产物向蕾铃运输的比例,最终提高产量。因此,控制叶面积指数在适宜范围内,通过协调关键栽培技术,提高叶面积载荷量,进而培育优良的冠层结构,提高光合生产能力,对实现新疆棉花超高产稳产具有重要意义。

棉花地上各组分干物质积累量的高光谱定量模型研究

测定了8个棉花主栽品种(其中2棉花品种为4水平种植密度)冠层多时相的反射光谱数据和对应的棉花地上茎、叶、生殖器官(花、蕾、铃)及冠层的干物质积累量;通过反射光谱数据与棉花冠层干物质积累量的逐步回归分析,确定与棉花冠层干物质积累量相关性最高的2个敏感波段——近红外934nm和红光673nm波段,采用这2个波段的反射率组成高光谱比值植被指数(RVI);基于RVI建立了6种函数形式的棉花地上各组分干物质积累量(茎、叶片、生殖组分、冠层)的反演模型,相关系数均达到了极显著的检验水平(α=1%,n=95),其中以构建的棉花地上茎组分干物质积累量的指数函数的反演模型相关系数为最高(R=0.8661**,RMSE=0.1293),在所构建的棉花地上各组分的干物质积累量模型中,均以指数函数、幂函数、对数函数和双曲线函数形式模型的预测精度为最高,研究结果表明,利用高光谱RVI可以实时、无损、快速、定量反演棉花地上各组分的干物质积累量,为高光谱遥感用于棉花长势监测和遥感估产提供了依据。

秸秆还田对长期连作棉花光合速率及叶绿素荧光的影响

利用棉花长期连作定点微区试验,通过比较秸秆还田和非秸秆还田条件下长期连作对棉花光合作用及叶绿素荧光参数的影响。结果表明:随着连作年限增加,棉花叶片叶绿素相对含量和光合速率呈下降趋势,特别是连作20年后光合速率下降明显,秸秆还田后连作5、10和15年分别比非秸秆还田增加了11.9%、1.8%和3.6%,说明连作障碍在短期内表现明显,秸秆还田能在一定程度上缓解棉花连作障碍,但在20年以后连作障碍持续影响棉花的生长。棉花连作5～10年PSII原初光能转换效和PSII潜在活性均表现出先下降后上升的趋势,光合活性受到暂时抑制,光合器官并未受到损伤,说明棉花连作主要是通过降低叶片PSII原初光能转换效率和光化学荧光猝灭系数,引起单叶光合速率下降,最终影响棉花植株生理生长。

密度调控下滴灌春小麦干物质积累及转运特征的分析

于2009-2010年,以新春6号为材料,开展了5个种植密度的田间试验研究,初步探究了北疆地区种植密度对滴灌春小麦干物质积累及转运特征的影响。结果表明,各处理的干物质积累量符合Logistic曲线模型,单株干物质积累最大值与快速生长期随种植密度增加呈先升后降的趋势,M3为峰值;不同处理的转运特征也呈现明显的差异,在花后干物质对籽粒的贡献率中,M3较CK高12.7%;M3的出叶积温比CK低34.3℃,在孕穗至灌浆阶段,M3的有效积温为最大值,较CK高183.0℃;各处理间的产量差异显著,产量与种植密度呈单峰曲线关系,种植密度为450kg/hm2(9.38×106粒/hm2,M3)的产量最高,分别比M1、M2、M4、M5和CK提高了43.4%、20.0%、6.4%、5.9%及29.3%。综合干物质特征及产量表现,本地区的滴管春小麦适宜种植密度450kg/hm2(9.38×106粒/hm2)能有效调控干物质积累与转运,使得群体结构更加合理,光合功能期更持久,可充分挖掘群体的生产潜力。

磷肥形态和施用方式对石灰性土壤磷有效性和移动性的影响

采用同心圆扩散试验,通过模拟滴灌与不同施肥方式对液体磷肥与固体磷肥在3种不同质地石灰性土壤中的有效性与移动性进行对比研究。结果表明:液体磷肥在距施肥点7.5～43mm区域内的Olsen-P含量高于固体肥料;随着水分的加入,固、液态磷肥大部分停留在距施肥点7.5～25.5mm的土层(固肥占35%～50%;液肥占40%～60%);距施肥点13.5～25.5mm区域内,固、液态磷肥一次性施用比其分次施用的Olsen-P含量高;施用肥料能够降低土壤pH值,但仅能影响与肥料毗邻的土壤(0～7.5mm层),对离施肥点较远的土壤影响不显著。滴灌条件下,液态磷源在石灰性土壤中的有效性和移动性高于固态磷源;固、液态磷源一次性施用比其分次施用更能提高磷肥的有效性与移动性。

冬小麦冠层叶片氮素营养方向反射光谱的预测

以2个小麦品种,4个氮素水平的裂区实验设计,对垂直垄平面上不同观测角度冬小麦冠层光谱与叶片氮素含量的关系进行研究。结果表明,在选择的10种光谱特征参量中,RVI与冠层叶片氮素含量相关性最高,不同角度RVI中,0°观测角的RVI的相关性最显著。对冠层不同角度RVI及叶片氮素进行多种模型拟合,其中0°的GROWTH模型拟合效果最好,建立的0°模型RMSE为0.3402,预测准确率达到90.3%,比180°模型预测精度高23.7%,比90°高5.5%;对2个小麦品种分别建立0°观测角GROWTH模型,普通蛋白型小麦J411模型RMSE为0.2915,反演准确率达到91.64%,ZY9507模型RMSE比J411高31%,预测准确率低3.3%,说明建立的模型更适合普通蛋白含量小麦品种叶片氮素含量检测。