《王德梅开题报告》PPT课件.ppt

冬小麦植株-土壤水分循环及产量与品质形成生理基础的研究,研 究 生： 王德梅 指导教师： 于振文 教 授,山东农业大学 博士研究生开题报告,水资源主要是指与人类社会和生态环境保护密切相关而又能不断更新的淡水、地表水和地下水，其补给来源主要为大气降水。水资源是国民经济和社会发展的重要战略性资源，随着人口和经济的增长，干旱频繁发生，全球性缺水问题日趋尖锐。,一、目的意义,干旱缺水已经成为世界农业生产面临的严重问题，也是制约我国农业和经济发展的重要因素。目前我国种植业产品70%以上来自灌溉耕地，农业用水占全国用水总量的70%以上，而一些发达国家农业用水比例多在50%以下。不仅如此，我国灌溉水的利用率仅为45%左右，远远低于发达国家的80%。,小麦是我国主要的粮食作物之一，在作为小麦主产区的北方地区，小麦用水约占农业用水的70%，水资源短缺已严重制约小麦生产的发展。因此，针对水资源紧缺、小麦用水比例高、灌水利用率低等生产中存在的问题，研究小麦植株-土壤水分循环及产量品质形成的生态机制和生理基础，从而制定高产高效的灌水模式，对我国小麦生产和资源节约均具有重要理论意义和实践意义。,二、国内外研究现状,2.1水资源现状及农业用水状况 2.1.1我国水资源现状 目前我国缺水约300400亿m3，其中，农业缺水约80%以上。到2020年我国粮食总产量需达到6.0亿吨，可供农业用水总量不会增加，按目前全国平均作物水分利用效率0.8 kg/m3计算，农业缺水将达1 200亿m3。可见我国是一个水资源比较贫乏的国家。 我国水资源还存在时空分布不均的特点：空间上，南多北少，东多西少。时间上，由于受季风气候影响，我国降水量年内分配不均匀，年际变化也很大，往往出现连续丰水或枯水年的情况。,2.1.2黄淮海地区水资源现状 2000年黄淮海水资源总量为1843.22亿m3，占全国的6.65%，人均水资源仅450.82m3，属于水资源比较稀缺的地区。由于采取措施，农业用水稳中有降。但该区小麦需水量与降水量之差高达120180mm 。,2.1.3山东省水资源现状,山东的淡水资源主要来自大气降水和黄河，年平均水资源量约672.5亿m3，目前己开发利用233.5亿m3，仅占全省淡水资源量的34.7%。其中，黄河水和地表径流开发利用率较低，分别为23%和36.6%，开发潜力较大。在农业方面，大水漫灌，渠道渗漏，节水措施少，大量水流失，有效利用率不到50%。水资源量少，开发利用率低，用水定额高，这是造成我省供需矛盾的主要原因。 山东省多年平均降水量为676 mm (550850mm)，人均占有量为344 m 3 ，每公顷占有量4605 m 3。这说明，年均降水量较适当而水资源十分紧缺是我省水环境的一个重要特点。,2.2.1 耗水量及其影响因素 2.2.2 耗水模系数及其影响因素 2.2.3 小麦对不同层次土壤水分吸收的规律 2.2.4 不同生育时期、不同土层适宜的土壤水分含 量 2.2.5 小麦根系深度、活力与水分利用率的关系 2.2.6 麦田耗水量中的不同水分来源,2.2小麦的耗水特性,2.3水分影响小麦产量品质形成的生理基础,2.3.1 土壤水分对小麦碳代谢的影响 2.3.1.1对小麦光合作用的影响 2.3.1.2对小麦旗叶荧光特性的影响 2.3.1.3对小麦干物质积累和转运的影响 2.3.1.4对小麦籽粒中淀粉的合成和积累的影响 2.3.1.4.1对籽粒中淀粉组成成分的影响 2.3.1.4.2对籽粒中淀粉积累的影响 2.3.2 土壤水分对小麦氮代谢的影响 2.3.2.1 对小麦氮素吸收和转运的影响 2.3.2.2 对小麦蛋白质合成和积累的影响 2.3.3土壤水分对小麦产量的影响,2.4 我国现有节水栽培理论与技术体系,2.4.1 灌溉理论的演替 2.4.2 保护性耕作栽培技术 2.4.3 控制性作物根系分区交替灌溉 2.4.4 中国实用型现代高科技田间节水高效 环保灌溉技术体系 2.4.5 植物生长调节物质系统化学控制技术 2.4.6 现代节水农业 2.4.7 生物节水,综上所述，土壤水分状况影响小麦的耗水量、阶段耗水量、耗水强度、不同土层土壤水分的利用、根系活力和分布、碳氮代谢、产量和品质。前人亦提出了很多节水栽培的理论和技术，但前人研究结果产量水平较低，高产水平下的研究多是盆栽或池栽，与生产实际存在一定差距，且在很多方面的研究结果众说不一。节约水分的同时保证小麦产量高、品质优是当前小麦生产面临的重大问题。,本试验在前人研究基础上，结合不同类型小麦品种，研究高产条件下灌水量和灌水时期对不同类型小麦品种耗水特性、产量品质形成的影响及其生理基础，研究调亏灌溉对高产节水小麦耗水特性、碳氮代谢的影响机制，旨在提出兼顾小麦产量、品质、效益的水分运筹方式，揭示节水高产优质小麦的耗水特性，为小麦生产中水分的合理调控以及灌水模式的改良提供理论依据。,三、研究内容：,试验一 灌水量和灌水时期对小麦耗水特性 和产量品质的影响 1.对小麦耗水特性的影响 1.1各生育时期0200cm土层土壤含水量垂直变化动态 1.2不同生育阶段0200cm不同土层土壤耗水量 1.3总耗水量、阶段耗水量、耗水强度和耗水模系数 1.4麦田耗水量中的水分来源 1.5水分利用效率,2.对小麦植株干物质积累、分配和转运的影响 3.对小麦氮素积累、分配、转运和淋溶的影响 4.对小麦膜脂过氧化作用及衰老激素的影响 5.对小麦湿面筋含量、沉降值和粉质仪参数的 影响 6.对小麦籽粒产量及其构成因素的影响 7.综合考虑小麦的产量、品质、水分利用效率 以及土壤0200cm土层水分利用状况，确定最 佳的水分运筹方式,试验二 不同小麦品种耗水特性及产量品质 的差异,1. 不同小麦品种耗水特性的差异 1.1 依据籽粒产量和水分利用效率对品种聚类分析 1.2 不同组品种水分来源的差异 1.3 不同组品种总耗水量、阶段耗水量、耗水强 度、耗水模系数的差异 1.4 不同组品种0200cm土层土壤耗水量的差异 1.5 不同组品种旗叶相对含水量、水势、渗透势 和渗透调节能力的差异 1.6 不同组品种叶面积指数和棵间蒸发的差异,2. 不同组小麦品种旗叶光合特性的差异 3. 不同组小麦品种植株-土壤氮素循环的差异 3.1不同小麦品种植株氮素积累、分配和转运的差异 3.2 植株吸收不同来源氮素的差异（15N） 3.3 不同生育时期0200cm土层土壤氮素淋溶的差异 4. 不同组小麦品种籽粒品质的影响 4.1籽粒蛋白质含量及其组分的差异 4.2籽粒总淀粉含量及其组分含量和支/直比值的差异 4.3湿面筋含量、沉降值和粉质仪参数的差异 5. 不同小麦品种籽粒产量、水分利用效率和灌水利用效率 的差异 6. 综合产量、品质、水分利用效率以及土壤0200cm 土层水分利用状况，选出高产优质的节水品种。,试验三 调亏灌溉对高产节水型小麦耗水特性及 产量与品质形成的影响,1.不同调亏处理小麦的耗水特性 2.不同调亏处理小麦的产量形成 2.1旗叶光合速率及叶绿素荧光参数 2.2旗叶糖代谢 2.3籽粒淀粉合成 2.4淀粉及其组分的含量及各自的动态变化 2.5干物质的积累转运 2.6小麦旗叶衰老进程 2.7小麦旗叶渗透调节作用 2.8不同调亏处理下光合特性与淀粉合成的关系,3.不同调亏处理小麦的品质形成 3.1 小麦植株氮素的吸收、转运和分配 3.2 不同生育时期0200cm土层的硝态氮、氨态氮含量 3.3 旗叶和籽粒氮素代谢 3.4 籽粒蛋白质及其组分含量 3.5 旗叶氮素代谢关键酶与籽粒蛋白质合成的关系 4.不同调亏处理对小麦产量和品质及效益的影响 4.1 湿面筋含量、沉降值及粉质仪参数 4.2 小麦籽粒产量及其构成因素 4.3 综合考虑产量、效益、品质等因素，确定适宜的调亏 灌溉时期和指标,四、研究方法,1.试验设计 试验一 灌水量和灌水时期对小麦植株-土壤水分循环和产量品质的影响 于20052006年进行，选用多穗强筋小麦济麦20，设6个水分处理： W0: 0水 W1:拔节水 W2:冬水+拔节水 W3:拔节水+开花水 W4:冬水+拔节水+开花水 W5:冬水+拔节水+开花水+灌浆水,试验二 不同小麦品种耗水特性及产量品质的差异,大田试验 于20062007年进行， 6个供试品种，为济南17、泰山23、济麦22、淄麦12、山农12、潍麦8号。灌水处理为 W0: 0水 W1: 底水+拔节水 W2: 底水+拔节水+开花水 15N微区试验： 品种：济麦20、泰山23、淄麦12、山农664 处理：底水+拔节水 (W1) 底水+拔节水+开花水（W2） 15N微区在试验处理中的设置： 底施15N尿素+拔节期追施普通尿素 底施普通尿素+拔节期追施15N尿素,试验三 调亏灌溉对高产节水型小麦耗水特性 及产量与品质形成的影响,于2007-2009年进行，选用高产高水分利用效率型小麦济麦22。 2007-2008年试验将灌水时期和调亏水平结合，具体处理如下： 拔节期：65%、70%、75%、80% 拔节期(70%、75%、80%)+开花期(70%、75%、80%) 在小麦拔节期和开花期各取0200cm土样，当土壤相对含水量低于试验设计的土壤相对含水量时进行灌水。每次灌水达土壤水分平衡（4-6天）后再次取0200cm土样，测定土壤含水量。,20082009年试验处理：,2. 测定项目,土壤水分测定 田间持水量、棵间蒸发量 不同生育时期0200cm土层的土壤含水量 土壤养分分析 全氮、有机质、有效氮、 速效磷、速效钾含量 植株养分分析 全氮含量 植株碳代谢测定 光合、荧光特性参数 冠层光合有效辐射 糖和淀粉含量 淀粉代谢有关酶活性,植株氮代谢测定 可溶性蛋白、游离氨基酸含量 蛋白质含量及其组分 蛋白质代谢有关酶活性 旗叶渗透调节能力测定 水势 渗透势 相对含水量 旗叶衰老酶和激素的测定 籽粒品质测定 沉降值 湿面筋含量 面团形成时间 面团稳定时间,3. 技术路线与可行性分析,技术路线 大田试验与室内分析相结合，生理生化试验与同位素示踪相结合，通过测定冬小麦不同生育时期，不同土壤层次的土壤水分含量、棵间蒸发量和植株生理生化指标，准确把握土壤和植株水分状况，并以此为依据，进行适时适量的灌溉，研究不同水分处理对小麦土壤生产系统的生理生态效应，确定节水灌溉条件下高产甚至超高产小麦关键生育时期不同土壤层次的适宜土壤含水量，以期为冬小麦高产高效的持续发展提供理论依据和技术支持。 可行性分析 本学科为国家级重点学科，本实验室为农业部重点开放实验室，仪器设备齐全，研究手段先进，本课题经费充足，为试验的顺利完成提供了良好的条件。,4. 研究进度安排：,2005.9-2005.10： 查阅文献资料，设计试验，种植试验田 2005.10-2006.7： 田间调查、取样，进行部分室内试验 2006.7-2007.10： 查阅资料，完成试验设计，准备播种 2007.10-2007.6： 田间调查、取样， 完成部分生理生化指 标的测定 2007.7 - 2007.9： 查阅资料，完成试验设计，准备播种 2007.10-2008.6： 田间调查、取样，完成部分生理生化指标 的测定 2008.7 - 2008.10： 查阅资料，完成试验设计，准备播种 2008.10 -2009.12：田间调查、取样，完成生理生化指标 的测定 2010.1-2010.6： 整理数据，撰写论文,5. 预期研究结果及创新之处：,预期研究结果 1. 利用15N示踪试验，明确不同灌水处理条件下不同小麦品种基施和 追施氮肥的利用效率； 2.明确不同小麦品种植株-土壤水分循环的差异，揭示高水分利 用效 率型小麦的耗水特点； 3. 明确调亏灌溉对节水型小麦碳氮代谢的影响及其生理基础； 创新之处 1.考虑产量、效益、品质等因素，把小麦土壤作为整体，研究灌 水量和灌水时期影响不同品种小麦耗水特性、产量品质形成的生理基础； 2.将小麦品种与灌溉量和灌溉时期结合，探讨冬小麦植株-土壤水分循 环的规律,试验研究地点： 山东农业大学教学基地 山东农业大学农业部作物生理生态与栽 培重点开放实验室,中期考核汇报,一、政治思想 坚决拥护四项基本原则，认真学习并贯彻 党的各项方针政策; 积极参加学校和院里组织的各项集体活动 和公益劳动，不断提高自己的政治思想水平; 认真做好院研究生党支部委员的工作，努 力完成上级党组织交给的每一项工作。,生活中，我严格遵守国家法规和校纪校规，以大局为重，积极参与各项集体活动，无违纪行为。时刻注重自己品德修养的提高，坚持严于律己，宽以待人。讲文明礼貌，勤俭节约，尊敬师长，团结同学，乐于助人，有较好的团队协作精神。,二、业务学习,顺利完成了专业课程的学习，达到了规定的学分 要求。 充分利用图书馆以及网络等便利条件，在导师的 悉心指导下，阅读了与本课题有关的科技文献资料， 并认真及时的作笔记写总结，深入了解农业生产中实 际存在的问题，确立研究课题，并完成大田试验。 与此同时，积极参加各种学术报告，开阔了视 野，拓宽了知识面，丰富了头脑，为以后深入的学习 和课题的顺利开展打下了坚实的基础。,三、科研进展,本试验包括三部分： 1. 灌水量和灌水时期对小麦植株-土壤水分循环及产量品质的影响 初步结果如下： 灌拔节和开花两水（灌水量120mm）的处理较其他 灌水处理显著提高干物质积累量、籽粒产量和蛋白质产量水 分利用效率，是高产高效的节水灌溉方案； 土壤贮水消耗量占总耗水量百分率的变异系数显著高于 降水量占总耗水量百分率的变异系数；适量灌溉的W3处理 显著提高了土壤贮水消耗量占总耗水量的百分率，灌水量多 的W5处理显著降低了小麦对降水和土壤水的利用率。灌水 量均为120 mm的条件下，W3处理拔节前的耗水量显著低 于 W2处理，而开花至成熟阶段的耗水量相反。,表1 不同处理对麦田耗水量和不同来源水分占总耗水量百分率的影响,2. 不同小麦品种耗水特性和产量品质形成的差异,图1 聚类分析结果,济南17 J17 山农12 S12 淄麦12 Z12 潍麦8号 W8 泰山23 T23 济麦22 J22,通过聚类分析，将供试品种分为高水分利用效率型、中水分利用效率型和低水分利用效率型，从每一类型中选取一个品种分析表明：W2条件下，3个品种的阶段耗水量和耗水模系数为开花至成熟播种至拔节拔节至开花；播种至开花的耗水模系数、耗水量和耗水强度为泰山23最高；开花至成熟的耗水量和耗水强度为泰山23最低；灌水量和降水量占总耗水量的百分率为泰山23潍麦8号山农12，土壤耗水量及其占总耗水量的百分率反之，但泰山23的总耗水量最低；同一灌水条件下，泰山23品种100200cm土层的土壤耗水量高于潍麦8号。,表1 不同小麦品种的叶绿素荧光参数,不灌水条件下，泰山23 PS的实际光化学效率(PS)和电子传导率(ETR)最高，可以为光合碳同化提供较充足的还原力；潍麦8号PS的初始荧光（Fo）和最大荧光（Fm）虽然最大，但其最大光化学效率(Fv/Fm)和潜在活性(Fv/Fo)显著低于山农12，与泰山23无显著差异；山农12 PS的Fo、Fm、PS和ETR均较低，表明