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　　课题来源：

国家自然科学基金项目

　　项目编号：

　　二、课题的立项依据

（一）研究的意义

　　水是农作物赖以生存和发展所必需的自然资源，作物根系是土壤水分的直接吸收利用者，当受到土壤水分胁迫时，作物根系[1]首先感到并迅速发出信号，使整个植株对水分胁迫做出反应，同时根系形态结构、化学成分等根系组成也发生相应变化，并影响作物地上部光合作用和产量形成。

　　研究作物根系对认识和调控作物生长具有重要意义。

根区水分是影响作物根系生长发育最重要的环境因子之一。

当土壤水分发生变化时，作物根系最先感受并通过一定途径使地上部对水分变化做出相应的反应，同时根系在自身形态结构、吸收功能、生理活性以及化学成分的数量和质量也发生相应变化。

因此，通过对作物根区水分对作物根系生理机制效应的研究，对调控作物生长具有重要意义。

　　膜下滴灌技术由于其灌灌溉周期较短，土壤耕层内的含水量可始终保持在作物所需要的含水量适宜范围内，更有利于水分的吸收利用及作物生长发育。

由于膜下滴灌为番茄生长提供了良好的水气热及养分环境，与传统灌溉方式相比，根区环境发生了巨大变化，这些变化必然影响番茄根系生长，进而影响地上部植株生长发育。

然而，国内外在该领域的研究大多侧重于对滴灌技术本身[2,3,10]的研究，有关加工番茄膜下滴灌节水高产的生理机理研究较少，基础研究薄弱限制了膜下滴灌技术节水增产潜力的发挥。

探求以土壤水和作物关系为中心的农田水分管理，不仅对发挥番茄膜下滴灌节水高产的潜力具有重要指导及借鉴意义，而且从长远看为将来滴灌的应用及推广探索积累宝贵的理论及实践经验。

（二）国内外研究现状及分析

　　根系是固着植物并从土壤等基质中吸收和运输水分、养分等营养成分的器官，是土壤资源的直接利用者和产量的重要贡献者[4,5,10]。

早在十八世纪初，德国的海尔斯（Halls,1724）[8]就开始了对植物根系的研究,在其后的100多年里，研究一直非常缓慢，开展的研究较少，直到上世纪世纪30年代，Weaver较系统地研究了10多种作物的根系生长过程，并指出“要科学地理解作物生产,就必须全面地认识作物根系发育、根群分布、不同生育时期根系吸收水分养分的活力以及不同环境下根系的变化”，由此根系的研究才日益受到重视；

目前国际上已将根系研究作为进一步提高农作物生产力的一个极具潜力的基础性科研课题。

　　作物根系对土壤水分的利用状况取决于不同土层中的根系分布、吸水速率及土壤有效含水量，其中根系分布与土壤水分的吸收和消耗有着密切关系，并在土壤水分利用中发挥着重要作用[5,6]。

Weaver指出，作物的生产与根系的发育、根群分布、不同生育期的根群分布以及在各种环境条件下的根系变化有密切的关系，根系生长的好坏，直接决定着作物的产量。

关于根系分布的研究、作物根系与根区水分的关系以及水分胁迫与作物产量的关系，已经引起了国内外学者广泛的关注[7]。

　　尽管前人对棉花、小麦、水稻等作物的根系进行了广泛的研究，但不同供水条件下加工番茄根区水分变化，对根系结构的影响尚不清楚，根系结构的改变是如何影响到作物系统及产量形成的，基于此，本研究开展土壤含水量对番茄根区水分变化根系结构对植株地上部调控的研究，进一步揭示加工番茄高产高效的水分生理机理。

　　三、拟采取的研究方案及可行性分析。

（一）试验点概况

　　2009年试验在石河子大学农学系试验站（44°

18&

#180;

N，86°

03&

E，海拔440m）进行，前茬为棉花地，土质为沙壤土，播前土壤有机质为2.08%，全氮0.75g/kg、速效磷42.6mg/kg、速效钾205mg/kg、碱解氮70mg/kg。

60cm土层平均土壤容重为1.36g/cm3，田间持水量24.1%，地下水位3.0m左右。

（二）水分处理设计

　　水分处理从开花初期开始，设6个水分处理。

不同处理随生育期推进各设三种土壤含水量（见表）。

灌溉上限为相对田间持水量的95%。

在试验实际实施过程中又难以根据严格控制灌水下限，故各处理均设有一个范围，如灌水临界范围定为45%-50%占相对田间持水量（SWR）百分比，各处理土层（0-60cm）含水量达到该阶段计划土壤湿润层的相对田间持水量的百分比时即开始灌溉，故每次灌量为225m3&

#8226;

hm-2。

水分处理如表1所示

　　表：

　　表1加工番茄水分试验处理

　　滴灌方式开花期～红果期SWR%成熟期

　　SWR%

　　DI

（1）40-4575-80

　　DII

（2）55-6075-80

　　DIII（3）70-7560-65

　　DI（4）40-4560-65

　　DII（5）55-6060-65

　　DIII（6）70-7560-65

　　注：

开花期:

整个番茄田中50%的番茄植株第一花序开花的日期；

红果期：

整个番茄田中50%的番茄植株前三个花序出现第一个成熟变红果实的日期；

成熟期：

从红果到最后采收所持续的时间。

D为膜下0厘米滴灌，如果是正常滴灌，就把D去掉，就写Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ就可以了。

　　（三）试验方法

　　本试验中番茄栽培方式为覆膜人工穴状直播，膜宽90cm，实际采光面70cm，在膜下中央铺设一条滴灌带（毛管直径16mm，滴头间距300mm），膜上行距50cm，膜间行距60cm，株距30cm。

　　控制条件：

控制灌水，用水表记录灌溉水量。

水分传感器安装在靠近滴灌带5cm处监测根区土壤水分，探头埋深60cm。

田间实际灌溉用水量用标定过的水表记录。

滴灌地采用“干播湿出”方式播种，于2009年4月下旬播种，播种后立即滴水灌溉确保适墒出苗。

为满足加工番茄整个生育期对养分的需求，于花果期追施尿素（360kg/hm2），硫酸钾复合肥（K2O225kg/hm2）。

　　（四）试验品种

　　供试材料为里格尔87－5（LycopersiconLiger87-5）。

　　（五）技术路线

　　（六）测试内容与方法

　　1、土壤含水量的测定土壤水分含量采用AQUA-TEL-TDR型时域反射仪（TDR）土壤湿度传感器监测（AutamataInc.,美国），传感器埋深60cm，经烘干法矫正。

　　2、根系取样方法（取两次，分别在花果期及成熟期）

　　根系取样用双向切片法，每隔10cm取一次根样，按深度取样。

取出的根样经水洗，过网筛，人工用镊子拣出死根和其它杂质，人工用摄子仔细定位排放到玻璃板上，供测量用。

每处理分别取3个重复。

　　3、根系特征指标的测定

　　将冲洗干净的根段整齐排列在蓝色背景玻璃板上，用普通手持扫描仪在200dpi象素下黑白模式下扫描形成TIF图像文件供分析使用。

使用DT－SCAN图像分析软件（英国Delta公司，1.0版）对TIF图像文件进行分析，计算根系的长度、平均直径和根表面积等形态特征指标。

　　4、数据处理及统计分析方法

　　数据分析用Sigamaplot、DPS及EXCEL等软件，分别做出不同处理对根系性状各项指标影响的关系图；

运用方差分析、相关分析等多种数学统计方法。

　　四、课题的研究目标、研究内容,以及拟解决的关键问题。

（一）研究目标

　　对加工番茄膜下滴灌定量供水和不同生育期水分处理，采用膜下滴灌自动控制技术，应用时域反射仪（TDR）水分传感器对作物根区水分动态变化进行实时监测，设置0～60cm根层土壤含水量灌前指标，研究不同水分处理对膜下滴灌番茄根系结构的影响，进而分析根区水分变化对番茄地上部分各器官的生长发育的影响，揭示加工番茄高产的水分生理调节机制。

（二）研究内容

　　根据国内外研究现状，结合试验所具备条件，本论文主要研究内容是：

根区水分变化对根系生长及分布特征的调节。

　　（三）拟解决的关键问题

　　明确根区水分变化对根系生长及分布特征的调节。

　　五、工作条件

　　现有条件

　　试验地点选在石河子大学农学院实验站，水分及相关测定项需要的仪器主要有：

　　1）美国AQUA-TEL-TDR型土壤湿度传感器；

　　2）土壤墒情自动监测与滴灌自动控制系统；

　　3）烘箱、冷藏箱、电子天平、荧光仪、LIC6400光合仪、AP4气孔导度等；

　　4）滴灌器材、水表、土钻、打孔器；

　　5）数码相机、扫描仪、水势仪。

　　存在问题

　　1）缺乏某些叶片生理指标的测定；

　　2）理论知识掌握不够系统，对试验问题的分析能力需要进一步提高。

　　解决途径

　　1）针对预试验中出现的测定指标问题，提前预防，争取准确做好试验；

　　2）继续查阅相关的文献资料，进一步加强学习掌握所需的知识，了解国内外在此方面的研究和进展情况，吸收学习经验和分析试验的方法。

　　六、课题研究进度计划安排及预期研究结果。

　　课题研究进度计划安排

　　2008年3月～12月：

试验方案确定，准备相关试验材料及设备等。

　　2009年3月～8月：

进行小区控制试验，完成各阶段的工作。

　　2010年4月～12月：

整理并分析试验数据。

　　2011年1月～6月：

按时撰写完本科毕业论文，进行答辩。

　　预期研究结果

　　七、主要参考文献

　　[1]张爱良等.作物根系与水分的关系[j]Cropresearch,1992,

（2）:

4~7

　　[2]蔡焕杰等.荒漠气候区膜下滴灌棉花需水量和灌溉制度的试验研究.[J]26~29

　　[3]徐飞鹏等.新疆膜下滴灌技术的应用与发展的思考.农业工程学报,2003,19

（1）:

25-27

　　[4]程建峰等.作物根系研究法最新进展[j]江西农业学报,1999,11（4）:

55~58

　　[5]王化岑,高产小麦根系形态与生长规律的研究[J].作物杂志.1997（5）:

32~35

　　[6]史文娟等.棉花调亏灌溉的生理基础研究.干旱地区农业研究[J].2004,（9）:

1~5

　　[7]薛刚等.水分胁迫下钙螯全剂与CPZ抑制剂对棉花根和下胚轴两种ATPase活性的效应.植物生理学通讯,[J]1994,30（6）:

417~425

　　[8]吴凤芝等.大棚番茄不同连作年限对根系活力及其品质的影响.东北农业大学学报，1997，3

（1）:

33~38

　　[9]MingoDM,MA.Bacon1andWJ.Davies.Non-hydraulicregulationoffruitgrowthintomatoplants（Lycopersiconesculentumcv.Solairo）growingindryingsoil.JournalofExperimentalBotany,2003,54（4）:

1205~1212

　　[10]S.S.Ray.小麦根重分布模式的定量研究[J].国外农学-麦类作物,1994,

（1）:

25~26

　　指导教师审阅意见：

　　&

&

同学根据新疆“红（加工番茄）、黑（石油）、白（棉花）”农业产业战略，紧扣课题“加工番茄膜下滴灌根层水分对根系发育调控的研究”查阅了大量文献，在此基础上研究加工番茄膜下滴灌定量供水和不同生育期水分处理对膜下滴灌番茄根系结构的影响，进而分析根区水分变化对番茄地上部分各器官的生长发育的影响，揭示加工番茄高产的水分生理调节机制。

　　内容设计科学合理，布局协调。

同时，已开展了预备试验，并收集到部分数据，有望按照计划完成。

具备开题的基本条件，推荐参加开题。

　　开题报告成绩：

　　指导教师（签字）年月日

　　备注：