滴灌小麦高产栽培机理及调控研究与示范大学重点攻关.docx
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滴灌小麦高产栽培机理及调控研究与示范大学重点攻关
项目申报类别
B
重大科技攻关专项
石河子大学科学技术研究发展计划
项目申请书
项目名称：
课题名称：
滴灌小麦高产栽培机理及调控研究与示范
申请者：
马富裕
申报单位：
农学院
联系电话：
2057359
E-mail：
mfy_agr@
申报日期：
2009年12月20日
石河子大学科技处制
简表
项目名称
滴灌小麦高产栽培机理及调控研究与示范
起止年限
2010.1-2012.12
申请经费（万元）
3
申
请
者
姓名
马富裕
性别
男
年龄
42
所学专业
作物栽培学与耕作学
学历
研究生
学位
博士
技术职务
教授
现从事专业领域
作物生理生态与/水理论与技术
项
目
组
主
要
成
员
姓名
性别
年龄
技术职务
所在单位
项目中分工
马富裕
男
42
教授
石河子大学
课题主持
张伟
男
38
副教授
石河子大学
群体调控
樊华
男
28
副教授
石河子大学
光合生理
王斌
男
41
高级农艺师
农九师
农科所
农艺研究
郑重
男
37
副教授
石河子大学
高产示范
杨岩东
男
41
高级农艺师
农九师
163团
高产示范
夏东利
田
45
高级农艺师
农八师
149团
高产示范
袁抗战
女
39
农艺师
农九师
163团
指标测试
熊乐
男
24
研究生
石河子大学
化学调控
廖江
男
23
研究生
石河子大学
发育特征
项目摘要
项目摘要（800字以内）：
在新疆热量资源较好的棉区，由于种植结构调整和国家粮食安全方面的缘由，近年来滴灌春小麦种植面积不断扩大，但本地区长期以来，以主茎成穗为主的春小麦产量虽然有高达800kg/667m2以上纪录，但我们对其形成机理并不清楚，大面积的滴灌春小麦产量仍低于500kg/667m2，因此，深入理解滴灌春小麦高产形成的生理生态机理，建立滴灌春小麦高产栽培技术体系，不仅对丰富、充实作物栽培学理论体系具有重要学术意义，而且对提干旱地区的棉区滴灌春小麦产量具有重要社会与经济意义。
通过开展滴灌条件下种植密度、化调技术、肥水运筹对春小麦产量调控效应，明确滴灌春小麦形成高产（600kg/667m2）的生态、生理机理，包括滴灌春小麦穗发育进程的差异性及其与有效积温的关系；理解不同调控水平滴灌小麦产量构成因子的差异性，明确种植密度、化调技术、肥水运筹不同调控组合及其水平下的春小麦群体动态变化效应，制定滴灌小麦以肥水运筹与化调为中心的高产（600kg/667m2以上）栽培技术体系。
正文
一、立项背景、意义及必要性
1立项依据
全世界1/3以上的人口以小麦为主食，世界小麦面积与总产均列诸作物之首。
在我国，小麦仅次于水稻，是第二大粮食作物。
在国际粮食安全与国家粮食安全战略的大背景下，小麦单产的提高，在中国乃至世界上，都具有非常重要的意义。
国家、兵团科技发展纲要，均将提高粮食单产的关键性技术突破作为研究的重点领域；我校“211工程”三期重点学科建设项目“绿洲作物优质高效生产”，将小麦高产高效生产的研究，列为研究方向之一；兵团绿洲重点实验室、我校作物学博士点以及作物学国家级教学团队等，均将小麦优质高效生产研究作为一个重要的研究方向。
20世纪90年代以来，我国小麦超高产（600kg/667m2以上）成为作物栽培研究关注的热点方向之一，各地不断出现单产超过9000kg/hm2的高产典型。
1978年青海省香日海农场0.261hm2春麦每667m2产1013.05kg,西藏日喀则地区农科所冬小麦每667m2产871kg，至今仍为国内外冬、春小麦单产最高纪录。
目前滴灌技术主要应用在果树、蔬菜、棉花等经济价值较高的作物上。
由于该项技术改善了水肥供应条件，成为当前干旱区棉花、加工番茄等经济价值较高作物单产提高的一项重要措施保障。
虽然2009年在棉区春小麦不易高产（高于600kg/667m2）区使用滴灌技术获得了大面积806kg/667m2的高产纪录，展示出滴灌技术提高小麦单产的巨大潜力，但该项目技术应用于小麦生产历史还很短暂，关于滴灌技术条件下新疆干旱区春小麦生长发育规律、群体结构、群体质量等方面还没有开展系统而深入的研究，对滴灌小麦高产高效栽培生理生态机理、调控技术体系等理解还十分肤浅。
因此，深入开展滴灌春小麦高产高效机理及调控技术研究，对明确滴灌小麦增产机理，定向构建高产田的群体结构、培育高产群体质量、建立并完善生长发育指标体系，为滴灌小麦高产栽培的生产实践提供依据，对进一步完善小麦高产栽培理论体系具有重要意义。
本项目根据国内小麦高产的理论与实践，结合当前新疆春小麦的生产实际，以滴灌技术为支撑，以密度、水分、养分调控为主要手段，将较系统地研究滴灌春小麦（主要在热量资源较好、不利于春小麦高产的棉区）生长发育进程、干物质积累与分配、光合生理特征等方面，企望能揭示取得滴灌春小麦高产的生理生态机理，初步建立起以肥水调控为中心的栽培技术体系。
2国内外研究现状
当前国际粮食局势紧张，我国近年来一直高度关注粮食安全问题，小麦等粮食作物的单产提高，始终是一个研究热点问题。
相比于世界发达国家，我国人多地少的现实，决定了我国粮食生产以提高单产为主攻方向。
发达国家小麦生产的机械化程度高、管理较为粗放、比较效益较低，除法国外，其他国家小麦的平均单产普遍不及我国高。
目前世界冬、春小麦的最高单产纪录，仍然是我国在30年以前所创造的。
近两年滴灌技术在新疆小麦生产中的使用，获得了良好的增产增收效果。
关于滴灌等节水灌溉技术对大田作物产量的影响，国内外做了一定的研究。
从研究内容看，大多涉及了栽培措施、设备配置方式、灌溉制度等环境因素与作物节水增产机理和主要配套技术等方面，这些研究为提高干旱区作物水分生产效率提供了重要理论依据。
早在20世纪60年代，我国著名生理学家汤佩松教授等计算了我国当时稻、麦的光能利用率仅为2%左右，小麦最高的理论产量可达12750kg/hm2,翟凤林等（1983）估算小麦理论产量在北京地区12830kg/hm2,王荣栋、吕新等（2000）应用FAO推荐的计算作物生产潜力的农业生态区域法对新疆两个温凉地区的国有农场光温生产潜力计算，其中奇台农场三分场春小麦光温生产潜力为1202.8kg/667m2,温泉县88团春小麦光温生产潜力为1134kg/667m2。
近期农业部推荐的丰麦80，其增产潜力可达700kg/667m2以上。
太空2号在河南商丘试验结合表明，小麦产量可达800kg/667m2左右。
由此可见，小麦通过选用良种、优化栽培技术措施体系，发挥小麦增产潜力的空间还很大。
国内关于小麦高产理论的研究，主要集中在群体结构、群体质量、产量构成、源库流关系、生长发育与叶龄指标等方面，凌启鸿教授（2000）认为，作物高产应优化群体结构，提高群体质量。
他认为叶龄模式和群体质量两套指标相互配套使用，可以对高产群体的发展在时间和空间两方面给予科学定量；刘玉凤、关崇梅等对北方麦区的20多个高产品种进行产量因素分析，发现穗数和穗粒重对产量的影响都达到极显著水平；于振文等研究了山东两种不同类型冬小麦品种的超高产群体结构和产量结构，得出了超高产群体的群体结构指标；宋何仙（1993）指出，进一步提高小麦品种的增产潜力，取决于源、库、流的水平或重新改造源、库比例；单玉珊（1999）研究认为，在群体LAI保持适宜水平的前提下，通过适当缩小单茎上三叶面积来获得较多的穗数，以达到扩库增产的目的。
但在新疆热量资源较好的棉区，由于种植结构调整和国家粮食安全方面的缘由，近年来滴灌春小麦种植面积不断扩大，但本地区长期以来，以主茎成穗为主的春小麦产量虽然有高达800kg/667m2以上纪录，但我们对其形成机理并不清楚，大面积的滴灌春小麦产量仍低于500kg/667m2，因此，深入理解滴灌春小麦高产形成的生理生态机理，建立滴灌春小麦高产栽培技术体系，不仅对丰富、充实作物栽培学理论体系具有重要学术意义，而且对提干旱地区的棉区滴灌春小麦产量具有重要社会与经济意义。
二、主要研究内容与总体计划目标
1研究目标
通过开展滴灌条件下种植密度、化调技术、肥水运筹对春小麦产量调控效应，明确滴灌春小麦形成高产（600kg/667m2）的生态、生理机理，包括滴灌春小麦穗发育进程的差异性及其与有效积温的关系；理解不同调控水平滴灌小麦产量构成因子的差异性，明确种植密度、化调技术、肥水运筹不同调控组合及其水平下的春小麦群体动态变化效应，制定滴灌小麦以肥水运筹与化调为中心的高产（600kg/667m2以上）栽培技术体系。
2研究内容
（1）滴灌春小麦密度与氮素互作调优研究：
在适宜水分条件下，通过设置密度与氮素施用方案（不同施用量不同基追比例）的田间控制试验，分析不同群体滴灌小麦冠层光能利用效率、光合生理特征、茎蘖消长规律以及地上部干物质积累与分配特征，阐明高产滴灌春麦适宜种植密度及其氮素管理模式。
（2）滴灌春小麦穗发育进程研究：
通过设置两种灌溉方式的田间控制试验，定量化（大于0℃的有效积温）描述滴灌春小麦主茎穗发育进程，揭示滴灌春小麦穗部发育和群体产量形成的关系，为界定和预测滴灌春小麦产量提供依据。
（3）滴灌春小麦供水与化学调控运筹效应研究：
通过设置田间控制试验，研究不同水分供应方式与化调方案互作条件下滴灌春小麦地上冠层发育动态特征、干物质积累与分配特征及抗倒伏性状特征，提出抗倒伏滴灌高产春小麦水分与化调互作的优化方案。
3年度研究计划内容
本项目将于2010年1月至2012年12月完成，其中：
（1）2010年1月-2010年12月，校内试验和生产示范同时开始，项目所有试验内容同时展开，通过试验研究和生产示范，初步调整来年试验方案和生产示范田实施方案。
写出试验年度总结，发表论文3-4篇
（2）2011年1月-2011年12月，根据调整后的方案进行生产示范田的示范，校内试验全部内容都根据上一年结果进行微调，然后进行全面试验研究。
年底写出试验总结和下一年度试验方案，发表论文3-4篇
（3）2012年1月-2012年12月，根据上一年度试验总结和制定出的本年度试验方案，进行部分未彻底解决问题的重复试验；同时，进行生产示范田的继续示范；写出项目总结，进行结题验收；发表论文2-3篇。
三、研究方法与技术路线
1技术路线
本项目，通过研究滴灌春麦超高产的群体动态、穗发育、水肥调控与化调、产量结构，并调查北疆主要生态区滴灌小麦生产相关数据，在理论研究的基础上制定滴灌春麦超高产栽培技术体系，并在生产中进行超高产示范，获得滴灌春麦超高产栽培的理论、技术、实践的重大突破，预期研究结果对小麦超高产栽培实现时间、空间上的量化可控的目标，对小麦超高产栽培亟待解决的重要问题进行突破性的研究。
2实施方案
试验一：
滴灌春小麦密度与氮素互作调优研究
处理：
设置5个播种量（300kg/ha、375kg/ha、450kg/ha（代表目前推广的种植密度）、525kg/ha、600kg/ha）及3个氮素水平（450kg／ha、300kg／ha（中等施肥水平）、150kg／ha）的双因子试验。
滴灌采用1管4行的种植模式，小麦行距15cm。
全生育期滴水10次，每次滴水450m3/ha,合计4500m3/ha。
随机区组排列，3次重复，小区面积3×3.5=10.5m2。
采用基本相同的栽培管理措施，全生育期无明显的水分胁迫。
测试项目：
（1）群体冠层光截获与分布：
选择典型晴天，利用LI-250光量子传感器，在小麦拔节、抽穗、灌浆、蜡熟期测量冠层顶部及冠层内部不同高度处的光合有效辐射。
（2）茎蘖消长动态：
出苗后，以小区为单位选长势长相一致的麦苗进行定点，每处理选定3个样点，每点选10株麦苗，每5天记录一次叶片和分蘖数。
（3）群体动态调查：
在拔节、抽穗、灌浆、蜡熟期取样，用烘干法测各器官干重，用矫正系数法测定叶面积。
（4）考种：
成熟后按小区取样进行室内考种，每小区取20株。
室内考种指标有：
株高、穗长、总小穗数、分化小穗数、退化小穗数、结实小穗数、穗干重、穗粒数、粒重、千粒重等。
试验二：
滴灌春小麦穗发育进程研究
处理：
设置2种灌溉方式（畦灌、滴灌）的单因素试验，观测小麦群体生长动态以及穗发育状况。
畦灌全生育期灌水6000m3/ha。
滴灌全生育期滴水10次，每次滴水450m3/ha,合计4500m3/ha。
随机区组排列，3次重复，小区面积3×3.5=10.5m2。
滴灌采用1管4行的种植模式，小麦行距15cm。
采用基本相同的栽培管理措施，全生育期无明显的水分、养分胁迫。
测试项目：
（1）穗形态：
从孕穗开始,每个处理选长势接近的3株,破坏性取样,剥麦穗测量其长度、宽度和厚度。
长度观测直至麦穗抽出,宽度和厚度观测至成熟期。
（2）穗发育：
从三叶期开始,每小区固定1m双行样点于小麦各生育时期进行群体动态调查。
结合群体动态调查,各小区选取与样点生长发育一致的植株挂牌标记,分别取5株区分主茎和分蘖,拨取幼穗,用MEIJITECHNO公司EMZ-TR显微镜观察幼穗分化动态。
（3）群体动态调查:
同试验一
（4）考种：
同试验一
试验三：
滴灌春小麦供水与化学调控运筹效应研究
处理：
采用土柱栽培法和高精度可控水防雨水泥池中栽培小麦，设置供水模式（有底墒水、无底墒水）及化调水平（喷施矮壮素1次、2次、3次）双因素试验。
采用基本相同的栽培管理措施，全生育期无明显的水分、养分胁迫。
测试项目：
（1）小麦根系分布特征:
应用双向切片法，在不同生育时期定期挖取小麦根系，分别计算不同土层根系体积百分比、不同土层根系重量百分比以及不同径级根系重量百分比，研究小麦根系在土壤中的水平与垂直分布特征。
（2）群体动态调查:
同试验一
（3）考种：
同试验一
3创新点
（1）建立不同生态区滴灌春小麦密度与氮素互作调优、水分与化调互作调优体系；
（2）建立基于有效积温的滴灌春小麦穗发育进程模型；
（3）供水方案与植物生长调节剂综合调控效应。
4可行性分析
（1）2008-2009年，项目组在石河子148团和塔城盆地163团，参加了滴灌小麦的生产应用与技术改进，进行了滴灌小麦的生产调查，掌握滴灌小麦生产现状以及基础资料，为本项目的顺利开展打下良好基础。
（2）项目组主要成员参加或主持了省部级项目“新疆小麦超高产问题研究”、“兵团优质专用小麦区划与良种良法配套”、“163团小麦高产栽培技术集成与示范”等科研项目，并获得兵团科技进步二等奖多项，具有长期从事小麦高产栽培研究的经历。
（3）项目组成员构成来自产学研各个单位，有长期从事小麦栽培、小麦育种、节水灌溉、生理生态等方面的学术骨干，有承担过重大课题的科研单位的小麦专家，有生产单位的主管领导和业务骨干，研发力量足以确保本项目的顺利完成。
四、预期研究成果应用前景分析
1应用前景
通过滴灌春小麦生理生态的研究，形成一整套滴灌春麦高产高效技术指标体系。
本研究采取边研究边示范，技术体系推广于生产后，将大幅度增加新疆小麦的单产，将产生巨大的经济效益，对于国家粮食安全以及农村脱贫致富具有较大的社会效益。
本项目实施形成的成果，除具有明显的社会经济效益，还可丰富小麦高产栽培理论体系内容，对其他地区的小麦栽培研究与应用具有参考作用。
2预期研究成果
（1）制定出滴灌春小麦高产栽培技术体系，包括密度调优技术、防倒伏技术和氮肥高效管理技术等。
（2）通过本项目的栽培技术体系生产示范，产生面积至少在1.0hm2以上单产超过700kg/667m2生产示范田1块,并通过专家组产量验收。
（3）发表论文8-10篇，其中核心期刊4-6篇。
（4）培养硕士研究生2-3名。
五、现有工作基础和支撑条件
1工作基础
（1）课题组成员长期以来一直主持或参加各级各类作物滴灌节水栽培、小麦高产栽培、小麦育种与生理生态等课题多项，发表相关论文60余篇。
2008-2009年课题组已经开展了滴灌春小麦水分效应研究与氮肥施用效应前期研究，为本课题的开展打下了良好的基础。
（2）对研究中的小麦滴灌生产技术，参加过研究工作或者田间调查，具备第一手的研究与生产资料。
从多年小麦研究与生产中保留的资料中，许多涉及小麦增加收获穗数和高产群体特征研究的资料，都为本项目研究提供了有力的前期研究基础。
（3）农九师163团是我校长期挂钩合作单位，近三年来本项目组与农九师进行了长期合作。
农九师163团已经开展了春麦滴灌技术的示范推广，取得了较好的示范效果。
2工作条件
作物栽培学与耕作学是我校“211工程”重点建设学科之一，本项目研究是重点学科建设“绿洲作物优质高效生产”中重要的研究方向。
省部共建“新疆兵团绿洲生态农业国家重点实验室培育基地”，“绿洲作物高产生理与高效栽培农业部重点开放实验室”，均有绿洲作物优质高效生产的研究方向，本项目研究属于其中重要的内容之一。
3申请人简历
4主要学术骨干概况
马富裕，教授，博士生导师，农学院农学系副主任，新疆棉花学会理事。
主要研究方向作物高产生理生态和节水生理生态与技术。
先后参加完成了兵团“九五”农业科技重点攻关项目《新疆棉花高产理论及技术研究》、国家“九五”重中之重科技攻关项目《棉花大面积高产综合配套技术研究开发与示范》课题的专题《新疆棉花高产生理机研究与示范》、兵团“九五”重点攻关项目《棉花膜下滴灌灌溉制度及栽培配套技术研究》。
于2002年主编出版了《棉花膜下滴灌技术理论与实践》（新疆大学出版社，2002）一书，发表学术论文50余篇。
在本课题中总体负责。
张伟，副教授，参加过“新疆春小麦超高产研究”、“兵团优质小麦区划与良种良法配套研究”、“新疆春小麦群体光合特性研究”，获兵团科技进步二等奖1项。
樊华，博士，副教授。
郑重，博士副教授，
廖江，硕士研究生
熊乐，硕士研究生
六、经费预算
本课题总预算3万元，使用情况说明如下：
1国内合作与交流费共计：
0.15万元
2科研业务费共计：
2.55万元
材料/试剂/药品购置费：
0.4万元；
测试/计算/分析及化验费：
0.6万元；
野外实地考察/调研/观测费：
0.2万元；
会议/国内差旅费：
0.1万元；
图书/资料/复印费：
0.1万元；
出版物/文献/信息传播费：
1.15万元；
3其他相关费用共计：
0.3万元
劳务费：
0.3万元
七、申报单位意见
负责人（签章）：
单位（公章）：
年月日
八、合作单位意见
负责人（签章）：
单位（公章）：
年月日
负责人（签章）：
单位（公章）：
年月日
九、科技处审核意见
负责人（签章）：
单位（公章）：
年月日
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