济宁学院科技计划项目申请书

项目编号：科技计划项目申请书（2014版）项目名称：保护性耕作下棉花对微量元素吸收的动态规律研究所属学科：农学申请人：刘健依托单位：化学与化工系联系电话：电子邮箱：申报日期：2014年12月20日填表说明1、填写申请书前，请仔细阅读《济宁学院青年科研基金管理办法》及有关规定。申请书各项内容，应实事求是，逐条认真填写，表达要明确、严谨。外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现的缩写词，须注明全称。2、申报项目编号暂时不填写，由科研处统一填写；3、封面及简表中所属学科均填写一级学科名称（学位授予与人才培养学科目录[2011]）。简表部分所属学科若属交叉学科，可填两个，先填写主学科；4、本表请用A4纸双面打印。5、项目起止时间统一填写20**年9月——20**年8月。6、报送申请书前请登录济宁学院科研管理系统填写申报信息。1一、简表项目基本信息项目名称：保护性耕作下棉花对微量元素吸收的动态规律研究项目性质：[1]1基础研究；2应用基础研究；3技术开发所属学科1：农学所属学科2：植物营养学起止时间：2014年1月——2015年12月申请经费1万元申请人信息姓名刘健性别女出生年月1993.06.21职称学生学位本科研究方向农业化学依托单位化学与化工系手机项目组总人数正高级职称副高级职称中级职称初级职称辅助人员在读研究生7223是否与企业合作[0]1是0否是否有产业化前景[1]1是0否研究内容摘要(300字左右)：棉花保护性耕作模式以保墒、增温和除草、防止土壤板结、流失、减少沙尘产生量，提高水分利用率及养分利用效率为主要目标。综合实施保护性耕作的深松、地膜覆盖播种等多项技术措施。本项研究拟通过大田试验和室内精密分析相结合的方法。利用先进的仪器设备，对保护性耕作下棉花对微量元素吸收的动态规律进行深入的研究，为保护性耕作制度的进一步推广提供养分利用方面的有力依据。同时，通过植株中微量养分积累的动态分析，可深入剖析保护性耕作下棉田土壤环境的变化以及揭示耕作制度—土壤环境—养分吸收这一农业生产系统的连锁反应及动态规律，为保护性耕作在棉花生产中的进一步推广提供强有力的理论依据，并指导当地的棉花生产和微肥合理施用。关键词（不超过3个）：保护性耕作、棉花、微量元素2项目组成员（不包括申请人）序号姓名年龄性别技术职务学历学位工作单位项目分工每年工作时间(月)签字123456789103二、立论依据（项目的研究意义、国内外研究现状分析，附主要的参考文献）保护性耕作是对农田实行免耕、少耕及其它措施，尽可能减少土壤耕作，并用作物秸秆、残茬覆盖地表，减少土壤风蚀、水蚀、提高土壤肥力和抗旱能力的一项先进农业耕作方法。目前主要应用于干旱、半干旱地区农作物生产及牧草的种植。在棉花生产过程中与保护性耕作技术内容相结合，即能达到保土保水的目的又能符合当地农艺的要求。棉花保护性耕作模式以保墒、增温和除草，防止土壤板结、流失、减少沙尘产生量，提高水分利用率及养分利用效率为主要目标综合实施保护性耕作的深松、地膜覆盖播种等多项技术措施。保护性耕作起源于美国。十九世纪末，美国实施西部大开发，大量干旱半干旱草原被开垦成农田。虽然、土壤退化20世纪30年代，干旱、贫瘠、细碎的裸露农田难以抵挡大风的袭击，成千上万吨表土被刮走，沙尘遮天蔽日。酿成了震惊世界的“黑风暴”强沙尘暴天气。“黑风暴”推动了人们对传统耕作方法的反思和对保土保水新方法的探索。经过多年的研究，美国科学家确认是铧式犁翻耕破坏了土壤结构和地表植被使得土壤缺乏抵抗干旱和大风天气的能力。由此，逐步创立了以秸秆、残茬覆盖和免耕播种为核心的保护性耕作，并发展成为美国主流的耕作制度。20世纪80年代以后，保护性耕作逐步推广应用到70多个国家。据FAO统计，目前，世界保护性耕作应用面积达到1.69亿公顷，占世界总耕地面积的11%。主要在旱作农业区小麦、大麦、玉米、苜蓿、豆类、油菜、棉花、小杂粮等10多种作物的生产上应用。南美洲的一些国家和澳大利亚应用面积均已超过本国耕地面积的70%。2002年8月第二届可持续发展世界首脑会议呼吁，大力发展保护性耕作技术，促进农业可持续发展。2004年4月16日出版的国际权威机构《科学》周刊中，美国俄亥俄州立大学的生态学家认为，传统耕作导致的土壤有机质衰竭—土壤结构破坏—水分的入渗和储存减少—风蚀水蚀加剧、生态环境恶化—产量下降这一恶化过程是缓慢的30-50年才明朗化，但后果却是致命的。全世界必须更广泛地实行保护性耕作。否则，未来20-50年就要面临严重的气候、土壤和粮食生产方面的问题。联合国粮农组织在《联合国粮食与农业机构快讯》以及《世界农业走向2015/2030年》中称，保护性耕作是一场新的耕作革。未来10-20年中，保护性耕作将对农业可持续发展产生更加积极的促进作用。中国水土流失主要分布在贫困山区和半干旱地区。长期以来，当地群众滥垦乱伐、广种薄收，。在全国449个省级以上贫困县中，75.8%是水土流失严重县。加之近年春季沙尘暴天气频发。我国在保护性耕作方面的研究与应用情况日益受到人们的关注。我国保护性耕作研究与应用基于国外成熟经验和技术,以保护生态环境和实现农业可持续发展为目的,是一场革新传统耕作制的新农业技术革命,受各级政府和研究人员的广泛关注。从20世纪60年代起,开始试验研究单项技术;70年代起部分高校和农业科学院开始覆盖和少(免)耕等试验研究,取得显著的增产效果;90年代起开始了农艺农机结合的系统性试验,在适合中国国情的保护性耕作机械设计和耕作技术方面取得了重大进展,总结出适合山西的3种玉米机械化保护性耕作体系和3种小麦机械化保护性耕作体系;“九五”到“十五”期间,被列入国家科技攻关项目计划,农业部启动国家级示范县项目,在北方8省(自治区、直辖市)38县内进行示范研究。国内的研究与应用以残茬(秸秆)覆盖耕作、深松耕、少(免)耕较为普及,以土壤耕作与覆盖技术组装为主要形式,如:浅旋覆盖、灭茬覆盖、重耙覆盖、高留茬免耕、深松覆盖、免耕覆盖、立杆铁茬播种、秸秆粉碎免耕播种、秸秆粉碎还田少耕播种、留茬深松膜侧沟播、留茬免耕膜侧沟播、碎秆+表土作业(包括深松、免耕+播前耙及深松+播前耙)等,着重研究农艺技术本身及其对土壤养分、土壤温度、土壤生物群落结构、土壤水分动态和产量的影响及生态经4济效益的评价等方面。在少免耕、等高耕作、沟垄耕作等保护性土壤耕作,留茬覆盖和秸秆覆盖等覆盖耕作及间套混、轮作、复种和休闲填茬等方面有了长足发展。目前覆盖技术主要集中在以作物秸秆、残茬覆盖为主的覆盖方式及其效益研究上,常见对秸秆整株覆盖、秸秆粉碎还田覆盖、秸秆粉碎浅旋覆盖、秸秆高留茬、整秆立地以及地膜+秸秆覆盖等的研究。因覆盖方式、土壤耕作方式及各地区的实际条件不同,形成各不相同保护性耕作工艺体系或模式。虽然一些省区已探索出具有地区特色的技术模式,如:内蒙古自治区农业厅农机局20世纪90年代起在自然条件不同的20个旗县建立试点,对保护性耕作技术工艺等开展了科学试验,通过单项技术集成配套,初步探索出全区不同类型区的保护性耕作技术途径在棉花生产过程中与保护性耕作技术内容相结合，，提高水分利用率为主要目标，综合实施保护性耕作的深松、地膜覆盖播种等多项技术措施。朱自玺等在2000年从能量平衡角度解释了覆盖的保墒机理,即土壤覆盖后农田乱流交换系数和显热通量增大,潜热通量减小,亦即用于土壤蒸发的能量减小,从而减少了土壤蒸发。地膜覆盖和秸秆覆盖是2种常用覆盖方式,地膜可隔断土壤与大气间的水分交换,有效抑制土壤蒸发,并保持均衡的土壤水分分布,提高地温,使作物成熟期提前。同时，保护性耕作下，棉田土壤其它物理性质得到改善，水肥利用率相对提高。锌、锰、铁、铜等微量元素在保护性耕作下的积累及利用规律研究，则鲜见报道。本项研究可通过大田试验，利用先进的仪器设备和专业的研究队伍，对保护性耕作下棉花对微量元素吸收的动态规律进行深入的研究。为保护性耕作制度的推广提供养分利用方面的有力依据。同时，通过微量养分积累的动态变化深入剖析保护性耕作下棉田土壤环境的变化以及揭示耕作制度—土壤环境—养分吸收这一农业生产系统的连锁反应及动态规律。本课题组成员曾主持和参与耕地地力保护基金项目(7403070402)和发展生态治理沙漠化土地基金项目(2403070405)物的种植方式要高，而且棉花产量也有提高。但以前的研究没有重视保护性耕作下棉花对微量元素的吸收规律及其积累动态。在本项目中拟进行补充和创新，将耕作栽培学与植物营养学及营养生态学三个学科有机结合，揭示微量元素在保护性耕作下的动态积累规律。微量元素对棉花产量和品质起着至关重要的作用。对保护性耕作下棉花吸收微量元素的动态规律研究是有关保护性耕作研究的开创性工作之一。目前在国内研究者极少，此项研究处于国内领先水平。研究结果可指导当地的棉花生产和微肥合理施用。三、研究内容、方案51、研究目的、研究内容和拟解决的关键问题本课题旨在探索保护性耕作下棉田土壤及植株中微量元素积累的动态变化规律。保护性耕作是改变土壤理化性质的重要途径，而通过对土壤性质的改变又间接改变的土壤中养分供应状况和植株体吸收养分的效率。目前人们在棉花研究上都是以大量元素中的氮、磷、钾作为重点，而忽视了微量元素对棉花产量和品质的影响。而棉花的衰败不但与病虫害有关系，还与微量元素的营养失调及吸收、积累有着密切联系。本课题着重研究几种保护性耕作模式下棉花植株中微量元素的立体积累动态，不但从空间上、还从生长时期上深入研究其规律，而且从理论上分析不同耕作模式下微量元素与棉花生长和代谢的相关性，为保护性耕作在新疆棉花种植中的进一步推广提供强有力的理论依据，为棉花养分吸收动态及积累研究开创新的局面。62、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析试验采用大田试验、取样、及样品制备均根据土壤农化分析的严格要求进行，元素测定主要采用紫外、可见分光光度比色法及原子吸收分光光度仪法。可行性分析：（1），现有资源条件。棉花是新疆主要的经济作物，种植条件非常成熟，加大了课题顺利完成的可能性。400多万元，普通仪器数量众多。先进的紫外/可见分光光度计、原子吸收分光光度仪为课题的顺利进行提供了有力保障，合理的开放制度能够让研究人员随时进入实验室，提高研究工作的效率。同时，作物高产栽培实验室的Li-6400光合测定系统及PAM2001荧光测定分析系统也为课题的深入进行提供了后备保证。依托的植物科技学院农业试验站试验地充裕、管理妥善，为本课题的进行提供了基础条件。（2）、科技储备。从2001年开始，课题组成员一直从事植物营养学、土壤肥料、土壤分析、农化分析的教学与科研工作积累了扎实的专业知识。课题组还具有扎实的棉花保护性耕作及土壤、植物养分分析的理论知识以及专业的与本课题相关的实践经验。成员基本上在试验室从事过基础工作，基本所有成员都接受过实验室高档仪器的各种培训，能熟练掌握土壤、植物养分分析的技能。从2001年到现在，课题组成员先后主持和参加了兵团耕地的历保护基金项目（7403070402）、发展生态治理沙漠化土地基金项目（2403070405）、农业部948重大国际合作资助项目2003—Z53、皮棉单产200公斤以上棉花超高产栽培技术试验、04—07—03B、南疆棉田保护性耕作技术研究（TDZKSS05011）等科研课题积累了丰富的科学研究技能和经验。73、本项目的创新之处将作物栽培学的新技术——保护性耕作与土壤学、植物营养学中时尚研究领域——微量元素研究相结合，将大田试验与室内精密分析相结合，将微量元素首次放在棉花生产的重要位置上。尤其是在保护性耕作这种新技术下。创新之处，传统的保护性耕作研究仅仅比较关注棉花的长势和产量，即使有研究营养的，也只是针对于氮、磷、钾元素。而本课题重在剖析保护性耕作下棉花对微量元素的吸收积累动态规律、从时间和空间两个方面挖掘不同耕作制度下微量元素对棉花生长的贡献是棉花保护性耕作研究中的一项开创性工作。课题顺利完成后，研究结果为国内领先。84．计划进度拟参加的学术活动，在课题实施过程中尽可能派课题组1—2名成员积极参加1—2次土壤