新疆干旱区盐碱地生态治理关键技术研究

现阶段新疆干旱区高强度水土资源开发,致使传统灌排水盐平衡模式难于维继;高效节水灌溉技术应用改变农田土壤水盐运移规律,需要创新调控理论与技术体系;传统盐碱地农业开发利用模式资源效率低、维持成本高,需要以生物修复技术为核心构建盐碱地高效率资源化利用模式。针对上述问题,在国家重点研发计划(2016YFC0501400)的资助下,通过机理研究、关键技术研发、产品研制、县域集成示范实现:(1)建立新疆干旱区现代水盐平衡调控理论,(2)创新干旱区盐碱地生态治理模式,(3)建成盐碱地产业化集成示范区,形成全产业链的盐碱地生态治理技术服务体系,(4)稳定一支以新疆相关单位为主体,国内优势单位参与的根植新疆的盐碱地生态治理队伍。

新疆南疆棉花“干播湿出”种植技术应用现状、面临的问题及解决策略

棉花是新疆最重要的经济作物,而南疆又是新疆棉花的主产区,产量占全疆的80%。长期以来,南疆棉区普遍采用“湿播干出”的种植模式,即除了在棉花生育期进行常规灌溉外,还需要进行冬灌和春灌,起到压盐、提高播种期土壤墒情和改善土壤水分的作用。随着耕地面积的不断扩大和水资源的日益短缺,南疆棉区开始尝试采用北疆“干播湿出”的栽培方式种植棉花,但整体效果不甚理想。通过文献综述,探讨造成南疆推行“干播湿出”栽培方式不力的原因,在此基础上提出可能的解决策略。

不同施氮量对蓖麻产量和生物及营养性状的影响

为确定绿洲灌溉区蓖麻栽培的最佳施氮量,采用田间试验方法,对不同施氮量下蓖麻产量和生物、营养性状的变化规律进行了研究。结果表明:(1)通过数据拟合得出:蓖麻种植的最佳施氮量为195kg·hm-2,预计最高产量为8×103 kg·hm-2;(2)蓖麻株高、茎粗和穗数等生物性状总体上随施氮量提高逐渐增大,而主穗长、主穗种仁数、百粒重及产量均随施氮量增加呈现出抛物线变化趋势,其中产量峰值出现在施氮量200kg·hm-2时,其余指标均在施氮量150kg·hm-2时达到最高值;(3)在花果期,增加氮肥施用量能够促进蓖麻对氮素和钾素的积累,磷素积累量随施氮量增加呈抛物线上升的趋势,峰值出现在施氮量150kg·hm-2时;(4)施氮量与叶片氮素、磷素含量表现出明显的相关性。蓖麻在灌浆期对钾素的需求很高,叶片钾素大量转移到穗部。

外源硒对罗布麻幼苗生长及光合作用的影响

硒是植物生长发育的必需元素,能促进植物生长。采用盆栽试验的方法,研究了施用不同浓度的外源硒对一年生罗布麻幼苗生长及叶绿素荧光参数的影响。研究结果表明：根施（R）和叶面喷施（L）两种施硒方式下,硒浓度与罗布麻一年生幼苗生长及叶绿素荧光参数有极显著相关性,表现为,一定浓度范围内（0-1.5 mg·kg^-1）,随着硒浓度的增加,罗布麻茎干重、叶干重、株高、茎粗、主叶对数和侧枝数均有有不同程度的上升;Fv/Fm、Fv/Fo、Ψo、φEo、PIABS、均随着施硒浓度的增加而增加;VK、VJ、VI均随着施硒浓度的增加而逐渐下降,Sm逐渐上升;说明施硒促进了罗布麻叶PSII的活性,提高了PSII反应中心的开放程度,增大其光能利用率。但随着供应浓度的进一步提高,各项生长及荧光指标有所降低,因此过量的硒供应对于罗布麻生长不利,而且有益与有害之间的范围很小,具体罗布麻栽培中要严格控制硒用量在1-3 mg·kg^-1范围内。

不同盐度环境下盐地碱蓬幼苗光合生理生态特征

以盐生植物盐地碱蓬(Suaeda salsa)为实验材料,以NaCl模拟不同盐度环境,采用盆栽实验方法研究不同盐度环境下盐地碱蓬幼苗的光合生理生态特征。结果表明:轻度与中度盐环境下,盐地碱蓬幼苗叶片光合色素含量无显著差异,而高度盐环境下显著下降,且叶绿素的下降是由叶绿素a含量的降低造成的;高光强(PAR>1 400μmol·m-2·s-1)下,随着盐度的增加净光合速率下降,这是由气孔限制因素引起的。在轻度和中度盐环境下,盐地碱蓬幼苗对光具有较强的适应能力;重度盐环境下最大光合速率(Amax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)明显降低,暗呼吸速率(Rd)明显增大,此时盐地碱蓬幼苗对强光的适应能力降低,而且将能量通过暗呼吸消耗掉。盐地碱蓬经过长期的进化,已经适应轻度与中度盐环境,使其光系统Ⅱ保持较高活性并维持稳定,但当环境中盐度过高时,也会对其光合系统造成伤害。

膜下滴灌棉花早衰发生的可能机制研究——从生长与养分的角度

与漫灌相比,膜下滴灌棉花更易出现早衰问题,而植物养分状况的变化可能是其原因之一。本文在田间试验基础上,以漫灌为对照,分7次采样,对膜下滴灌棉花的生长发育及养分状况进行了研究。结果表明,膜下滴灌棉花在生育后期出现了明显的早衰现象。与漫灌相比,在结铃后期(播种后125 d),膜下滴灌棉花地上部生长量明显高于漫灌,根系正好相反,致使其冠根比较漫灌更高。而从结铃后期至吐絮期(播种后160 d),由于地上部生长量的急剧下降(叶片及蕾铃大量脱落所致)及根系生长的停滞,膜下滴灌棉花冠根比也随之降低。对棉花叶片养分状况进行分析发现,在生长发育后期,无论漫灌还是膜下滴灌,棉株下部叶片氮、磷含量均比中、上部叶片低,但钾含量与此相反;而且膜下滴灌棉花上部叶片钾含量明显低于漫灌,其地上部平均钾含量也较漫灌处理低。以上试验结果说明,膜下滴灌棉花早衰的发生可能是由于过大的地上部生长量及更少的根系造成对钾的供需矛盾引起的。

不同栽培模式下水稻产量差异的研究

为查明栽培模式对水稻产量的影响,采用田间试验方法,设置3个处理:插秧、撒播和条播,对其产量及其构成进行了测定,就不同栽培模式下水稻产量差异的原因进行了研究。结果表明,插秧水稻的产量(10390 kg/hm^2)要高于撒播(7790.7 kg/hm^2)和条播(9105.2 kg/hm^2),3种栽培模式下水稻的收获指数几乎没有不同(撒播、条播和插秧分别为56.5、54.7、53.9),而插秧水稻的地上部干物质量明显高于撒播和条播,更高的地上部干物质量使插秧水稻形成了更大的单位面积穗数和穗粒数,特别是后者较撒播和条播分别高39.0%和26.9%,其与水稻产量呈显著的正相关关系(相关系数0.795)。3种栽培模式相比,条播水稻的效益成本比最高,达到了2.52。总之,与直播(撒播、条播)相比,插秧水稻获得高产的根本原因是其具有更大的穗粒数,但考虑到成本投入,在实际生产中,条播水稻的收益更高。

施锂对罗布麻生长及叶绿素荧光参数的影响

罗布麻对锂具有一定的富集作用，锂对于罗布麻生长可能有益。本文采用沙培试验方法，研究了根施及叶面喷施方式下不同锂浓度处理对一年生罗布麻生长、叶绿素含量及其荧光特性的影响。结果表明，无论叶面喷施或根施，不同锂浓度处理对一年生罗布麻生长状况均表现出较为明显的影响，在一定浓度范围（0～10mg／kg）内，随着锂浓度的增加，叶绿素荧光参数（包括Fv／Fm/Fv／Fo、ψo、φEo、PIABs、叶绿素含量、叶绿素a／叶绿素b值、Sm）、罗布麻生长量、株高、茎粗及主叶对数和侧枝数等均有所增加，说明适宜的锂供应有利于罗布麻的生长。但随着供应浓度的进一步提高，各项生长及荧光指标呈降低趋势，因此过量的锂供应会抑制罗布麻生长，而且有益与有害之间的范围很小，在实际罗布麻栽培中要严格控制锂施用量。

干旱区棉田土壤剖面有机碳和全氮含量垂直分布特征及碳储量变化

以休闲地为对照,对准葛尔盆地南缘典型干旱区棉田土壤有机C、全N垂直分布状况进行了研究。结果表明:(1)从垂直分布上看,土壤有机碳、全N、C/N随着土壤深度的增加而降低,且0～30cm土层明显高于30cm以下。棉花生长初期,棉田与休闲地有机碳含量差异不明显;到生长后期,棉田与休闲地有机碳含量差异明显,并且休闲地土壤有机碳逐月下降。(2)棉田土壤全N与土壤有机碳含量之间存在显著的线性正相关;(3)棉田土壤有机碳储量变化情况,棉花开始生长时,0～30cm和0～90cm土层有机碳储量降低,到花期(7月)时最低;而随着棉花生长逐渐放缓(8月末),由于凋落物分解输送到土壤表层,有机碳储量呈现增加趋势。而休闲地有机碳储量由于没有凋落物的输入而逐月降低。总之,与休闲地相比,棉田土壤有机碳含量更高,土壤碳储量增加。

从地下的角度分析膜下滴灌棉花发生早衰的可能机制

在膜下滴灌条件下,棉花早衰问题严重。在对国内外关于棉花早衰研究成果及膜下滴灌条件特殊根区微环境深入分析的基础上,提出了膜下滴灌棉花早衰原因的合理假设,认为不合理的根系构型及其高蕾铃负荷是造成膜下滴灌棉花早衰的根本原因:膜下滴灌条件下棉花根系生长和构型分布发生的明显变化不利于棉花根系吸收土壤深层的水分和养分,抗逆性减弱,对环境的改变无法做出及时的反应,加之覆膜增温及优越的水肥供应,棉花地上部生长良好,蕾铃负担增加,一旦遇到逆境条件,在高蕾铃负荷前提下,即使对根系养分吸收功能最轻微的损害或者暂时的养分供应短缺均有可能造成对地上部养分供应的不足并发生早衰。因此,如何通过调控构建与地上部生长更为匹配的、构型分布更加合理的、抗逆性更强的棉花根系就成为解决膜下滴灌棉花早衰问题的关键。

棉花高效利用土壤磷的根际过程与调控研究进展

提高棉花对磷的利用效率不仅是国家磷资源可持续利用的需要，也是新疆棉花产业节本增效的迫切需求。本文通过对相关资料特别是近10年国内外文献的查阅，就植物获取土壤磷的途径、过程，以及提高作物吸磷效率的关键过程进行了综述，并在此基础上总结了棉花摄取土壤磷的根际过程与调控的相关研究进展。植物对土壤磷的获取包括活化和吸收利用两个基本过程，而吸收利用是通过根系直接吸磷途径和菌根吸磷途径共同完成的。根系分布与土壤剖面有效磷含量分布的时空匹配性是作物根系直接途径高效获取土壤磷的基础，根分泌作用增强根际土壤磷的活化是作物根系直接途径磷高效获取的关键过程，而菌根途径是作物磷效率的重要构成组分。土壤供磷强度对棉花的根形态和生长、菌根侵染率和菌根效应、根际磷酸酶活性有显著的调节作用。目前有关棉花磷高效吸收相关的根形态和生理性状、根际和菌根际生物互作过程与调节机制的研究还十分有限，需要进行深入研究。

新疆膜下滴灌棉花早衰的根系生长发育特征

【目的】膜下滴灌（drip irrigation under mulch film,DI）技术由于其高效节水的特点在新疆大面积推广使用,然而近期发现应用滴灌技术进行灌溉的作物根系出现了早衰,影响了地上部生长及产量的形成。本研究探讨了目前膜下滴灌技术体系棉花根系生长发育、空间分布的动态变化规律及地上部响应。【方法】采用田间试验方法,设置膜下滴灌、漫灌（flood irrigation under mulch film,FI,对照）两处理,采用Monolith法分7次采集根系,DT-Scan软件测定根系长度,分析不同生育时期棉花根系在土壤空间中的变化特征,同时采集地上部样品并分器官测定干物质量。【结果】滴灌棉花根系表现出明显的浅层分布趋势：从播种后96 d开始,距地表10cm范围内的根系长度明显大于漫灌处理,而30—60 cm土层则正好相反;在播种后65~96 d内,滴灌棉花根长增加速率明显低于漫灌;棉花生长发育后期（播种后125~160 d）,滴灌处理棉花根系显著衰退,且主要集中在0—40 cm深度、距滴灌带30—70 cm土体范围内,播种后160 d与125 d相比,0—10 cm土层下降了13.8%,而10—40 cm衰退幅度更大（22%）,与此同时,漫灌处理除0—10 cm土层根长有所下降外（7.7%）,10cm以下依然保持增长状态（10—40 cm及40—60 cm层分别增加了5.5%与10.2%）;播种后125 d,滴灌棉花地上部生长量明显高于漫灌,而根系正好相反,其冠根比较漫灌高,而在播种后160 d剧烈下降（地上部叶片及蕾、铃的大量脱落所致）。【结论】膜下滴灌棉花根系由于浅层分布,根系体积小,而地上部生物量过大,导致其在生长发育后期快速衰退。今后应研究适宜的水肥调控措施,以构建更早、更深的根系系统,控制生殖生长期内棉花的营养生长,实现膜下滴灌棉花的高产稳产。

水稻机械化旱条播种植技术在和田地区的应用及表现

和田地区是新疆重要的水稻种植区,但单产普遍较低,其关键制约因素在于栽培技术落后(多采用撒播)。本研究选择新疆主推水稻品种新稻36号和新稻47号为试验材料,采用机械旱条播种植技术进行了2年的田间试验。结果显示,采用机械旱条播种植技术的水稻产量明显高于采用传统撒播技术的水稻,新稻36号表现尤其显著,较撒播增产28.0%。基于此,本文就机械旱条播种植模式在和田地区应用的具体生产技术要求进行了总结,以为和田地区水稻高产栽培提供参考。

氮调控对盐环境下甜菜功能叶光系统Ⅱ荧光特性的影响

采用盆栽试验方法,以NaCl为盐分模拟不同盐度环境,研究了施氮(N)对盐环境下生长的甜菜(Beta vulgaris)功能叶光系统Ⅱ(PSⅡ)荧光特性的影响及光合色素含量的变化。结果表明:在轻度、中度及重度盐环境下,施N均能增大PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ实际光量子产量(Y(Ⅱ))、非调节性能量耗散的量子产量(Y(NO))、相对电子传递速率(ETR)及光化学猝灭系数(qP),且在适宜的施N范围内(0–1.2g·kg–1)上述参数随施N量的增加而增大。各叶绿素荧光参数光响应的结果表明,随着光强的增加,各处理下调节性能量耗散的量子产量(Y(NPQ))、ETR及非光化学猝灭系数(NPQ)呈上升趋势,相反,Y(Ⅱ)、Y(NO)及qP则呈下降趋势,在有效的光强范围内(0–1000μmol·m–2·s–1)施N提高了甜菜功能叶PSⅡ反应中心的开放程度,并且在高光强下调节PSⅡ耗散掉过剩的光能以避免对其反应中心造成伤害。各盐度环境下施N也显著增加了甜菜功能叶叶绿素与类胡萝卜素含量,增大了叶绿素a/叶绿素b值,且叶绿素与类胡萝卜素含量随施N水平的增加而增加。说明盐环境下施N能够增强甜菜功能叶PSⅡ的活性,提高PSⅡ光能利用率,从而增强其对盐渍环境的适应性。

4种盐生植物生长对土壤石油污染的响应

为了探讨4种新疆盐生植物在石油污染土壤上的生长适应性及修复效果,设置了5种不同浓度的石油污染处理,对4种供试盐生植物的株高、鲜重、根冠比及土壤中总石油烃含量进行了观测。结果表明:①当土壤石油污染浓度为0.5%时,对4种供试植物的生长均有一定的促进作用,其生长指标均大于空白对照组,但差异不显著。②随着污染物浓度的增大,4种供试植物的生长也受到了显著的抑制作用。其中,盐角草与野榆钱菠菜幼苗在生长过程中,当土壤石油污染浓度分别为1.5%和2%时,出现叶片枯黄死亡现象,其生长期只能维持20 d左右。③经过120 d的修复,4种供试植物对土壤中石油烃类污染物都有一定的修复作用,其总石油烃降解率为:鞑靼滨藜﹥盐地碱蓬﹥野榆钱菠菜﹥盐角草。④与其他2种植物相比,鞑靼滨藜和盐地碱蓬具有较大的石油污染耐受性和修复效果,表明其具有修复石油污染土壤的应用潜力。

不同盐度施氮水平下盐地碱蓬幼苗生长及光合色素含量分析

以盐生植物盐地碱蓬为试验材料,以NaCl模拟不同盐度环境,采用盆栽试验方法研究了不同盐度施氮水平下,盐地碱蓬幼苗生长及光合色素含量的变化。结果表明:①轻度、中度及重度盐环境下施适量氮(0.3 g.kg-1、0.6 g.kg-1、1.2 g.kg-1)可以促进盐生植物盐地碱蓬幼苗的生长,在高盐高氮条件下,施氮对盐地碱蓬幼苗生长的影响与盐度有关;②不同盐度环境下施氮所能达到的最高干物质产量及最高施氮限量也不同,表现为轻度盐环境(含NaCl 2.5 g.kg-1)>中度盐环境(含NaCl 5 g.kg-1)>重度盐环境(含NaCl 7.5 g.kg-1),随着施氮量的增加氮素生产力均表现出下降的趋势;③同一施氮水平下,随着盐度的增加盐地碱蓬幼苗叶片渗透势显著下降,并且同一盐度环境下,随着施氮量的增加叶片渗透势也呈现出下降趋势,渗透调节能力增大;④3个盐度环境下,施氮均可增加盐地碱蓬幼苗叶片光合色素含量,从而提高光合效率,增强幼苗对盐渍环境的适应能力。

根施甜菜碱对盐胁迫下玉米幼苗根系生长与光合特性的影响(简报)

以玉米为材料,采用砂培试验方法,研究了根施甜菜碱对盐胁迫下玉米幼苗根系生长与光合特性的影响。结果表明,根施10mmol·L-1甜菜碱能缓解盐胁迫对玉米幼苗的伤害,促进其生长,使根系伸长并改善其水分状况与细胞质膜透性,增强叶片的光合作用。

干旱区蓖麻生长发育及N、P、K累积规律

为促进蓖麻在西北绿洲灌溉区的推广种植和产量提高,以农风牌蓖麻杂交种作为试验材料,采用田间试验方法,对蓖麻不同生育期各器官干物质累积量和养分含量(N、P、K)进行了研究,同时记录蓖麻各生育期的有效积温,以探讨蓖麻在干旱灌区的生长发育和养分累积规律。结果表明:蓖麻各器官的干物质积累速率均呈"慢-快-慢"的变化趋势,但峰值的出现时间因器官不同而有所差异,其中,营养器官的干物质积累速率在花期最大,穗在果期;而且从果期开始,蓖麻穗部干物质净积累量的分配率逐渐高于营养器官,并在灌浆期达到顶峰(80%以上)。氮素在蓖麻体内的累积主要在灌浆期前,但磷素的累积到灌浆期仍能保持在很高的水平,而且这一时期蓖麻茎叶中的大量磷、钾素会转运至穗部。此外,蓖麻主穗和一级穗从现蕾到灌浆成熟均需要58 d,所需≥10℃的有效积温分别为924℃和888℃。蓖麻的生长发育及需肥规律表现出一致的趋势,高峰期均在花果期,此时应加强对肥料的管理,在生长发育中后期要特别注意磷、钾肥的追施。

锂浓度对罗布麻生长及锂累积量的影响

锂元素是对人体有益的元素,并与罗布麻有相似药效,罗布麻中锂含量的高低决定其药效强弱。以大叶白麻和红麻为试验材料,采用盆栽试验方法研究锂浓度对罗布麻幼苗生长及锂累积的影响,并探讨其富锂极限。结果表明:锂并不是罗布麻生长的必需元素,随供应浓度增加其抑制作用愈加明显。叶片锂含量高于根和茎,且红麻叶片较大叶白麻更为耐锂。各处理相比,在锂浓度100 mg·kg-1时,叶部锂累积量达到峰值,但生长量有限;在锂浓度为25 mg·kg-1的条件下,虽然叶片锂累积量较100 mg·kg-1时低,但仍高于对照,且生长量所受限制很小。综合考虑不同锂浓度对罗布麻产量及药用价值的影响,认为在种植罗布麻时,锂浓度以低于25 mg·kg-1为宜。

栽培密度对新疆蓖麻产量构成的影响

为探讨盐碱地栽培密度对蓖麻生长和产量变化的影响,研究了4种栽培密度下株高、茎粗、单株有效穗数、百粒重等产量相关因素。结果表明:随着栽培密度的增加,蓖麻产量增加,单株平均穗数降低,平均株粒重降低。密度从31 250株·hm^(-2)增加到41 667株·hm^(-2),产量增加不显著。蓖麻籽百粒重在31 250株·hm^(-2)时达到最大,为30.85 g。主穗出籽率在31 250株·hm^(-2)时达到最大值87.7%。主穗产量在单株总产中的占比在31 250株·hm^(-2)时达到最高,一级穗产量在41 667株·hm^(-2)时最高。蓖麻在41 667株·hm^(-2)的栽培密度下获得最高产量。干物质向生殖器官的分配比例在25 000株·hm^(-2)时达到67.3%。