近50年来新疆石河子地区的气候变化

利用新疆石河子地区3个气象代表站点1961—2010年的年平均气温、年最高、最低气温和年降水量等资料,研究近50年以来石河子地区的气候变化特征。结果表明:石河子地区气候明显变暖,年平均气温上升率0.38℃/10年。2000—2010年的年平均气温较20世纪60年代上升了1.56℃。2006年平均气温达到历史最高点8.77℃。石河子地区降水量总体呈上升趋势,年平均降水量上升率为12.79mm/10年。冬季降水量呈明显的阶梯型年代际增加趋势,上升率为3.4mm/10年。2000—2010年平均降水量达到年代最高值。石河子地区气温上升率较较全国偏高的原因是,地处新疆北部,在高纬度区对全球变暖的敏感性强。气候变暖引起的海洋气团活动加强和本地区区域小循环增强是造成该地区降水量增多的主要原因。

新疆绿洲农田土壤-棉花系统9种矿质元素生物循环特征

在新疆绿洲区,对不同连作棉田土壤中9种矿质元素含量、棉花植株的吸收和富集特性以及棉田养分收支量等进行分析,研究了农田土壤-棉花系统矿质元素的生物循环特征。结果表明:棉田土壤中微量元素和大量元素均有一定程度的贫化趋势,以Mo的耗竭最为严重。棉株不同器官累积矿质元素的能力有明显差异,叶片中Ca、Mg和Mn的含量较高,根、茎中K、Na、Fe、Mo含量较高,棉籽中Zn和Cu含量最高;不同产品器官对矿质元素的吸收和富集能力不同,秸秆为:Mo>K>Mg>Ca>Cu>Zn>Na>Mn>Fe,纤维:Mo>K>Mg>Zn>Cu>Ca>Na>Mn>Fe,棉籽:Mo>Zn>K>Mg>Cu>Ca>Mn>Na>Fe。棉花对Mo的吸收能力最强,长期连作导致土壤中Mo耗竭较为严重;随籽棉的收获,从棉田移出Zn、Cu的比例和数量较高,大量元素中移出Mg、K较多;棉花对Mn、Fe、Ca、Na的吸收量虽然较多,然而大部分富集在秸秆中,随着棉花秸秆的还田作用,将归还于耕作层并有大量富集,消耗量不大。新疆棉花长期单一种植,应重点补充Mo、Zn和Cu微量元素肥料,酌情补充Mg、K等大量元素肥料。棉田Ca、Na含量较新疆土壤背景低,预示着棉田土壤在向着脱盐碱方向发展,然而两元素在秸秆中的比例较高,因此棉花长期连作农田,应注意防止耕作层土壤向次生盐碱化方向发展。

新疆绿洲高产大豆籽粒干物质积累规律及产量表现

采用氮肥水平(A)×品种(B)×密度(C)复因子区组设计讨论了新疆高产大豆品种"新大豆1号"和"石大豆1号"在不同种植密度及施肥水平下,开花后灌浆期籽粒干物质积累的动态变化、产量表现及两者之间的关系。试验结果表明:不同品种、不同施肥水平、不同种植密度间的籽粒干物质积累状况及产量表现均存在较大差异;群体植株不同冠层籽粒于物质积累与产量分布成正相关关系。

种植密度对新疆膜下滴灌棉花群体光合速率、冠层结构及产量的影响

田间试验研究了3个水平的种植密度(21万株/hm2、24万株/hm2、27万株/hm2)对膜下滴灌棉花群体光合速率(CAP)、冠层结构及产量的影响。结果表明北疆棉区适宜播种条件下,24万株/hm2密度的群体冠层结构优于其他密度,生育后期仍可保持较高CAP,叶面积指数高值持续期进入早、持续时间长,光合物质累积多且分配到生殖器官中的比例大,皮棉产量较高。

新疆棉花LAI和叶绿素密度的高光谱估算研究

利用非成像高光谱仪,对棉花(2品种4水平种植密度)冠层5个关键生育时期进行光谱测定,分析棉花反射光谱及微分光谱生育期的变化规律,并对棉花冠层叶面积指数(LAI)、叶绿素密度(CH.D)与光谱数据进行回归分析,结果表明,用归一化差值植被指数(NDVI)与LAI建立的对数模型能够较好地估测棉花冠层的LAI(r=0.9123**,n=20);近红外729 nm波段处一阶微分光谱数值与CH.D高度相关(r=0.9372**,n=20),用此波段建立的CH.D估算模型,精度达84.3%,标准差为0.234g.m-2,RMSE=0.1569。研究表明,可以用高光谱数据对新疆棉花冠层LAI和CH.D进行遥感估算。

玉米不同耐密植品种茎秆穿刺强度的变化特征

以耐密抗倒性不同的品种(稀植大穗品种JK518和JK519、耐密抗倒品种XY335和CS1;中等耐密品种ND108)为材料,设5个密度处理,研究玉米茎秆的穿刺强度(RPS)的变化特点及其对群体种植密度的响应。结果表明玉米茎秆穿刺强度随生育期递进而增强,不同耐密性品种间随种植密度变化有较大差异。茎秆基部节间的穿刺强度随群体密度增加呈线性递减。茎秆节间RPS随着节位的上升而呈二次函数递减;不同耐密性品种间RPS以抽雄-吐丝期差异明显,以穗位以下节间,尤其第3～6节间表现差异较大。玉米抽雄前茎壁增厚早、茎皮较厚,则RPS高;吐丝期茎秆基部节间充实良好、穗位以下节间较短的群体,有利于提高品种茎秆抗倒伏能力。因此,以玉米抽雄前7d至吐丝期、基部第3～6节间作为茎秆抗倒鉴定的关键时期和敏感部位,能够客观评价植株的抗倒伏能力,有效提高抗倒品种筛选效率。

应用数字图像分析技术进行棉花氮素营养诊断的研究

本文利用图像分析技术并结合常规观测手段,研究应用图像分析技术诊断棉花氮素营养状况的可行性及获取的光谱参数与表征棉花氮素营养状况的生物学参数之间的关系。结果表明:棉花在不同时期特征光谱参数与棉花含氮量及叶片含氮量呈显著相关,其中盛蕾期棉花全氮含量与光谱参数的相关性最好,在盛花期棉花叶片含氮量与光谱参数的相关系数最高,G/(G+R+B)可作为氮素营养诊断的指标。在棉花全生育期内,地面覆盖度与棉花叶面积指数、生物量及吸氮量呈显著相关,在出苗至盛花期之间达极显著相关。经检验,地面覆盖度可很好地预测棉花的叶面积指数、生物量及吸氮量,相对误差分别为26.2%、3.46%和3.37%。

水分胁迫条件下棉花生理变化及其高光谱响应分析

利用ASD地物光谱仪 ,测定水分胁迫条件下棉花不同生育时期内叶片的光谱反射率 ,应用微分技术处理棉花的反射光谱 ,并结合棉花叶面积指数 (LAI)、叶绿素 (a +b)含量 (Chlt)、叶片全氮 (TN)含量等生物参数进行分析 ,研究棉花水分胁迫情况下的高光谱特征 ,结果表明 ,一阶微分光谱 72 0nm波段的数值与LAI的正相关 (R =0 .76 5 6 ) ;75 0nm处一阶微分值与叶绿素含量呈显著正相关关系 (R =0 .7774 ) ;微分光谱 6 90nm～ 74 0nm数值积分面积与TN含量呈正相关 (R =0 .76 6 9) ,采用比值反射率对反射光谱 130 0nm～ 15 0 0nm波段范围内最小值与棉花叶片的含水量作相关分析 ,达到极显著水平 (R2 =0 .82 98) ,验证了一阶微分光谱数据与棉花的生理参数有很好的相关性 ,可见光和近红外波段光谱反射率能够反映出棉花生长发育的动态特征 ;证明了棉花的花铃期是高光谱遥感对棉花长势和生理参数定量诊断的最佳时期。本研究通过建立一系列线性光谱模型对棉花生理参数进行估测 ,为基于高光谱数据的棉花生长模型和棉花长势的遥感监测提供了理论依据。

棉花纤维品质与气象因子的定量分析

2002～2003年在南京、安阳、保定和石河子4地用'异地分期种植比较法'研究了气温及日照条件与棉花纤维品质的关系.结果表明,随纬度升高,由中熟棉区向北疆早熟棉区推移过程中,纤维加长,比强度下降,麦克隆值降低,可溶性糖含量增加.在建立棉花纤维比强度、麦克隆值和可溶性糖含量与温度和日照时数的生态模型的基础上,确定了棉铃发育期适宜温度范围或临界值.若以获得长度≥27 mm的优质纤维为先决条件,则分别以铃期日均温21.3～29.7℃、最低气温10.7～21.3℃、最大日温差不超过15.2℃为宜,日均温为25.4℃时,纤维最长;若以获得具有国际竞争优势的最低纤维长度(≥25 mm)为先决条件,则分别以铃期日均温不低于15.5℃、最低气温不低于10.7℃、最大日温差不超过17.9℃为宜.

植物对荒漠生境的趋同适应

植物体的表型特征是其基因与生态因子二者共同作用的结果,生活在荒漠生境中的植物由于遭受相同的自然选择压力,在外部形态、内部结构、生活史特征、生理特性、次生代谢产物的合成以及大分子物质的诱导产生等诸多表型方面均表现出高度趋同的现象。随着研究手段的改善,对植物趋同适应的研究已逐渐深入到了分子水平。研究荒漠生境中植物的趋同适应对于人们深刻地认识和理解植物与环境间的相互关系及其分子基础,以及利用功能基因改良重要作物的抗逆性等将会产生深远的影响;对极端干旱环境下特殊次生代谢产物的定向发现及重要先导化合物的筛选等有着重大的指导意义;同时对我国的西部开发及干旱区的生态恢复亦有重要的参考价值。

基于高光谱植被指数的棉花干物质积累估算模型研究

利用北疆8个棉花主栽品种(其中2个棉花品种设4水平种植密度)的各生育期冠层高光谱数据,经多元统计分析与光谱微分处理,建立了基于比值植被指数(RVI)和归一化植被指数(NDVI)的5种函数形式的棉花干物质积累估测模型,相关系数均达到了极显著水平(α=1%,n=96)。基于RVI和NDVI构建的估测模型,前者比后者具有更高的估测精度,指数函数、对数函数和双曲线函数形式的模型可以产生较高的预测精度;一阶微分光谱数据与棉花干物质积累量的逐步回归相关分析表明,相关系数的最高值发生在748 nm波段处(r=0.6920**),由748 nm波段处的微分数值建立的回归模型,估测精度较高,具有实际应用的潜力。

田间条件下遮光对棉花棉铃发育及纤维品质的影响

研究了4个棉花品种花铃期遮光对棉铃发育及纤维品质的影响。结果表明,遮光导致棉花单株结铃数减少,棉铃最终生长量、最大干物质积累速率、干物重相对增长速率及单铃棉子数、铃壳重、粒重、纤维重降低。遮光对棉铃各组分的影响依次是纤维>子粒>铃壳。遮光后纤维长度增加,比强度和麦克隆值显著下降,但对伸长率及整齐度影响不显著。在自然光照条件下密植使纤维比强度降低显著,纤维长度有所增加,对其它品质指标影响不显著。应从选育品种、塑造合理株型、适当控制种植密度等措施入手,减轻弱光对棉铃发育及纤维品质的影响。

连作对加工番茄植株生理活性和物质生产的影响

加工番茄是新疆"红色产业"的基础,但随着区域化布局和产业化的发展,连作障碍突出,严重制约着当地加工番茄种植业的可持续发展。因此,本研究于2013年在石河子大学农学院试验站进行田间试验,以当地主栽的加工番茄品种‘里格尔87-5’为试验材料,以3年休闲土壤为正茬对照,选取相邻的连作3年、5年和7年加工番茄种植地块,研究连作对加工番茄植株保护酶活性和物质生产的影响,试图从植株的生理生态特性入手探明加工番茄连作障碍的原因。结果表明:加工番茄连作3年后,在其整个生育进程中均表现出连作障碍效应且随连作年限的延长呈显著增强现象。同一生育时期,随着连作年限的增加,POD活性先增大后减小,CAT和SOD活性及根系活力不断降低,同时MDA含量显著增加,且连作对根系中保护酶活性的影响大于叶片。在试验的年限范围内,连作条件下加工番茄的物质生产力降低,其中连作7年土壤栽培与对照相比差异最显著,其开花前贮藏物质的转运量、转移率和贡献率分别比对照降低57.3%、21%和35.6%;连作条件下加工番茄物质生产力的降低最终导致其产量下降,连作3年、5年和7年的产量分别比对照降低9.4%、15.6%和33.9%;连作条件下加工番茄根冠比对其产量有直接影响,二者呈一元二次显著相关(R2=0.973 5)。说明加工番茄长期连作种植条件下,植株体内保护酶系统受到破坏,组织器官老化,最终导致植株生产库源关系的失调是造成产量下降的主要原因之一。可见,大田生产应合理轮作,避免多年连作,同时调控花果期适宜群体叶面积,建立合理的根冠比,从而减轻连作障碍效应,保证加工番茄获得高产高质。

大豆叶面积指数的高光谱估算模型研究

通过测试大豆4个生育阶段350～2500nm波段的冠层高光谱数据,用近红外波段760nm～850nm及红光波段650nm～670nm的2个范围内的波段反射率,组成了高光谱比值植被指数(RVI)和800nm和670nm2个波段反射率组成修改型二次土壤调节植被指数(MSAVI2);基于RVI和MSAVI2植被指数,建立了大豆叶面积指数(LAI)的6种单变量线性与非线性函数模型,经检验均达到1%极显著水平。其中,以RVI所构建LAI的幂函数、MSAVI2所构建LAI的指数函数、对数函数估测模型的相关系数相对较高;用MSAVI2所构建的LAI精度较高的对数函数模型反演大豆叶面积指数,实测LAI与估测LAI呈极显著线性相关(R=0.9098**,n=46),模型方程的估算精度达84.9%,实测值与估算值的RMSE=0.2420,平均相对误差为0.1510。表明采用高光谱植被指数,能够实时、无损、动态、定量提取大豆叶面积指数,为设计理想的大豆群体和大豆遥感估产提供了科学的依据。

棉纤维超分子结构及与纤维品质的关系

在纤维发育过程中,结晶度和横向晶粒尺寸变化较为明显,随着纤维的发育,晶粒尺寸逐渐增大,结晶度不断提高。不同基因型间,正常成熟纤维的结晶度和横向晶粒尺寸差异很小,与纤维强度相关不显著;而取向参数差异较大,与比强度相关显著。不同开花期棉铃发育的环境温度不同,其纤维结晶度、横向晶粒尺寸和取向参数也不一样。不同的温度条件对α角影响较大,但对φ角和ψ角逐渐降低的变化趋势没有影响。棉纤维超分子结构与纤维品质指标关系密切。正在发育中的纤维细胞结晶度和横向晶粒尺寸均随着纤维细胞的发育逐渐增大,对纤维比强度影响较显著。而成熟纤维,因纤维素沉积已经结束,结晶度和横向晶粒尺寸比较接近,对纤维强度影响较小;取向参数对纤维强力的影响较大,分散角、螺旋角越小,取向度越高,所形成的纤维强度就越高,纤维品质好。今后在育种工作中应结合纤维超分子结构培育高品质棉花品种,有利于提高纤维品质。

施氮量对膜下滴灌棉花氮素吸收、积累及其产量的影响

2004年在膜下滴灌条件下，研究了施氮量0，180，270，360kg／hm^2对膜下滴灌棉花氮素的吸收、累积和产量及氮肥利用率的影响。结果表明：施用氮肥可以显著提高棉花的生物和经济产量及地上部分总吸氮量，但过量施用氮肥对经济产量和生物产量增产不显著，各施氮处理氮肥利用率在27．6～33．8％之间，随施氮量的增加而降低。植株中氮素含量随生育延长而降低，氮素累积总体呈增加趋势，施氮量对棉花氮素吸收有显著影响，同一生育时期，氮素含量和累积量都随着施氮量增加而提高。本试验条件下，棉花的合理施氮量应控制在270kg／hm^2左右。

PLFA方法研究连作对加工番茄根际土壤微生物群落结构的影响

通过在石河子大学农学院试验站开展加工番茄连作定点微区试验,采用氯仿熏蒸和磷脂脂肪酸(PLFA)法相结合,研究了不同连作处理(种植1 a、连作3 a、5 a和7 a)对新疆加工番茄花果期和成熟期根际土壤微生物群落结构及土壤微生物量的影响。结果表明,连作导致土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物熵(q MB)下降,SMBC/SMBN升高,而微生物量磷(SMBP)随连作年限和生育期的变化而不同。连作显著增加了真菌PLFAs含量,降低了细菌PLFAs含量、土壤PLFAs总量及细菌/真菌PLFAs的比值,而放线菌PLFAs含量变化无规律。连作7 a时,成熟期的细菌PLFAs含量、土壤PLFAs总量较对照分别减少62.9%、50.3%(P<0.05),而真菌PLFAs含量较对照升高60.2%(P<0.05)。从多样性指数分析看,Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Brillouin指数和Pielou指数均随连作年限的延长呈先升后降的变化,其中连作3 a时各项指数最大,连作7 a时最小,表明在本试验年限范围内,连作使得微生物群落多样性与均匀程度皆出现了一定程度的降低。相关性分析表明,土壤微生物各类群PLFAs量、微生物量及土壤肥力之间存在相关性,说明土壤微生物量与土壤肥沃程度相关,可作为评价土壤肥力的生物学指标。可见,加工番茄连作改变了土壤微生物群落结构,降低了土壤微生物量,最终在根际土壤微生态系统和环境因子等因素的综合作用下产生连作障碍。

北疆高产棉田棉铃干物质积累规律研究

以早熟品种新陆早 6号为材料 ,分析北疆不同产量棉田不同结铃部位棉铃各组分干物质积累的动态变化 ,结果表明 ,铃壳的干物质积累在花后2 0～ 2 8d达最大值 ,至棉铃发育成熟 ,干重略有下降。棉纤维和棉子的干物质积累在花后 40～ 5 0 d才达到最大值 ,其积累过程可用 Logistic方程加以拟合。高产田棉铃干物质积累速率、干物质量及棉纤维和棉子旺盛生长期的长短均高于低产田 ,最终其干物质积累总量和皮棉产量也较高。从结铃部位来看 ,中部棉铃干物质积累速率和干物质积累量较下部和上部要高。≥ 1

棉花植株水浸提液化感效应的研究

本文采用室内生测和生理试验的研究方法,以多种受体植物为研究对象,探讨棉花的化感作用和作用机理。结果表明:棉花植株水浸提液对萝卜、白菜、莴苣、油菜、稗草、狗尾草、苘麻均具有化感效应,随着作用浓度增加,抑制效应逐渐加强;棉花茎叶和根系水浸提液对棉花种子萌发、幼苗生长、幼苗根系活力、根系酶活性有抑制或促进作用,当茎叶浸提液浓度为0.02 g·mL-1时,棉花根长、苗高、侧根数、干重分别比对照增加10.3%、3.1%、22.9%和2.4%,当浓度为0.1 g·mL-1时,上述指标与对照相比分别降低34.4%、39.2%、40.6%和19.0%,而根系活力、SOD活性比对照降低38.2%、36.7%,POD活性、MDA含量较对照增加52.3%和36.5%,不同浓度棉花植株水浸提液对棉花生长呈现"低促高抑"的规律,且茎叶浸提液作用效应大于根系浸提液。结果表明棉花具有较强的自毒作用,可能是棉花连作障碍的重要原因之一,通过建立合理的耕作制度,可提高棉花经济产量。

基于红边参数的棉花冠层叶片氮积累量之估算研究

测试了棉花2个品种4水平种植密度的4个关键生育时期冠层反射光谱,应用微分技术处理棉花冠层反射光谱,提取了红边(680～750nm)波段范围的最大一阶微分值(Dr)和红边面积(SDr)参数。分析了棉花冠层红边参数在不同生育期的变化特征和棉花吐絮期的两种生长类型的冠层红边状况,表明红边位置可以指示它们的氮素状况。以新陆早8号的SDr为自变量与对应的LNA为因变量进行相关分析,SDr与冠层LNA达1%极显著相关(R=0.9186**,n=32),利用其构建的模型方程估算新陆早6号的LNA,实测LNA和估测LNA的估计标准差为0.8909g/m2,估算精度为88.1%(R=0.9277**,n=32),说明采用高光谱提取的红边参数信息是无损实时、快捷评价棉花氮素状况的有效方法。