刘源开题报告(定).doc

刘源:施氮及密度对玉米间作豌豆氮阻遏的消减效应甘肃农业大学农学院本科毕业论文开题报告论文题目：施氮及密度对玉米间作豌豆 氮阻遏的消减效应 班 级： 农学2班 姓 名： 刘 源 学 号： 2008011087 指导教师： 柴 强 填表日期： 二O一一年三月 二O一一年三月一选题的意义和研究现状1选题的意义随着全球人口、粮食、资源和环境问题的日益突出。化学氮肥在解决人类温饱问题中起了极为重要的作用，化肥的增产作用占到农作物增产的60%以上，然而过量氮肥的使用，已造成严重的环境问题，如地下水污染、水体富营养化、温室效应、生物多样性和生态系统稳定性降低、农作物病虫害加重等负面影响，同时显著抑制了豌豆的结瘤。要解决粮食问题，必须寻求既能高产又能高效利用资源的农业生产途径1-6。据统计，全国耕地有2/3的播种面积采用间套复种种植方式，我国粮食的1/2、棉花和油料的1/3是依靠间套复种获得，间套复种种植方式广泛分布于南北各地7,8，中国能以不到7%的耕地养活占世界22%的人口，以间套复种为主体的多熟种植起着决定性的作用9。在间作系统中，豆科/禾本科间作是传统农业中应用最为成功的一个组合10。每年全球生物固氮量约为2.0亿t，而豆科植物根瘤菌共生固氮量占其中的65%70%，其中根瘤菌豆科植物共生体固定的氮又占生物固氮量的65%以上，对农业生产有重要的作用。但根瘤菌和豆科植物共生体存在着“氮阻遏”的问题11。禾本科作物则通过竞争吸收土壤有效氮，使其保持在一个相对较低的水平，减轻豆科植物的“氮阻遏”，促进豆科作物的固氮12。人口的快速增长，粮食的缺乏，求粮食作物高产。而豆科/禾本科间作中一定范围内施肥与禾本科作物产量的正相关与肥料缺乏，豆科植物氮阻遏之间的矛盾是我们要去解决的问题。如何发挥生物固氮的潜力，提高粮食产量，培肥上壤和改善生态环境是各国科学家研究的热点。2与选题相关研究的现状分析曾受国家科委、教委，特别受国家自然利学基金委持续资助，组织全国20个单位100多人(次)完成了全国32个省(市)不同生态条件下豆科植物结瘤情况调查，从600多种豆科植物上分离、保藏根瘤菌6000多株，其数量及宿主种类之多居国际首位。对其中1500多株菌进行了100多项表型和遗传型性状分析，基本的掌握了根瘤菌的情况。根瘤固氮酶活性的强弱直接表征其固氮能力的大小。不少人从基因工程方而着手，试图改变固氮生物的某些性状以达到目的，但几十年来尚未得到很好解决。陈文新，陈文峰研究表明豆/禾间作还可能解决根瘤菌“氮阻遏”的障碍，促进根瘤菌的结瘤固氮，进一步促进豆科作物的生长。所有固氮生物均有一个共性，在有氮的条件下不固氮，固氮酶不能合成，或者失去活性，这就叫“氮阻遏”，根瘤菌在氮水平较高的土壤中，则少结瘤固氮，根瘤菌豆科植物共生体对氮的贡献常常表现为能“雪中送炭”，但不能够“锦上添花”。在含氮略高的上壤中，豆科植物结瘤固氮少，产量也不高，所以农民为了提高产量，不得不加施氮肥，这样，产量虽然提高了，但固氮能力却被完全抑制了。靠单纯大剂量施用化学氮肥以提高作物产量的局面必须改变，我们有必要积极探索如何合理有效地施用化学氮肥，更多、更有效地使用有机肥，并尽可能高效率地发挥根瘤菌豆科植物共生体的固氮作用是我们共同努力的方向11。近年来，朱有勇等人的研究发现(内部通信)，蚕豆、小麦间作试验地里蚕豆生长很好，根瘤大而多，几乎裹覆了整个根系，而单作蚕豆上的根瘤则寥寥无几，蚕豆生长得也不够茂盛13。施氮对蚕豆地上部生长和产量性状均无显著影响，但显著地抑制了蚕豆根瘤的形成和发育，产生了“氮阻遏”效应。随着蚕豆与玉米两种作物共同生长，作物根系种间相互作用逐渐增强，显著地促进了根瘤发育，对由于土壤氮素过多对结瘤作用的“氮阻遏”产生了“减缓效应”14,15。豆科作物与非豆科作物间作在生产中广泛应用，Tobita等研究发现，与豆科作物单作相比，豆科作物与谷类作物间作，通常增加豆科作物对固氮的依赖性，促进氮在两种作物间的转移16。豆科与禾本科作物间作可以降低“氮阻遏”促使豆科作物更多的结瘤固氮，获得双高产。豆科作物及经济作物实行间、套、轮作时可以为间套作和后茬作物提供氮素营养，一般情况可提供所需氮素的30%60%。同一施氮水平内与相应的单作相比，复合群体也有增加豌豆有效根瘤数量和重量的趋势。施氮显著抑制了豌豆的结瘤17,18。大量研究证明多种间作体系存在着间作优势19,20,21。江添茂、蓝桂成、林桂英研究得出随施肥水平提高而产量提高，对产量的影响大小依次为氮、钾、磷22。高翔、陶廷英、邓培延等也研究得出种植密度、氮、磷、钾肥4项农艺措施对产量的影响大小顺序为：种植密度施钾水平施氮水平施磷水平23。王建华，高凤菊研究证明，玉米栽培技术中，密度是协调个体和群体的最有效措施，而肥料则是玉米个体生长发育的保证，因而，密度和施肥是影响玉米产量的关键的技术24。吴建明等认为，密度对叶而积、植株干物质积累、茎粗、有效穗数等产生显著的效果。低密度虽然个体得到较人的发展空间，但有效穗数的不足是限制玉米产量的主要原因；高密度由于群体过大，个体生长发育受影响，导致了空秆率、单株穗粒数、千粒重显一著低十中低密度，从而影响了产量的提高；中密度能够较好地协调玉米植株个体和群体的关系，个体发育良好，因而中密度的产量最高25。玉米氮素利用效率随施氮量的增加而下降26。密度和肥料是影响玉米产量的两大因素，在同一肥料水平下，不同密度都表现出共同的趋势，即产量随密度的增加而增加。而同一密度水平下不同肥料对产量的影响不显著，如何因密度和因肥料而确定获得最佳生产上的适宜肥料和适宜密度，还有待于今后进一步研究27。而大豆的生物固氮与施氮量之间呈负的指数相关。作物根系种间相互作用逐渐增强，显著地促进了根瘤发育，对由于土壤氮素过多对结瘤作用的“氮阻遏”产生了“减缓效应”14。控制密度与施肥条件对群体动态的影响较大28。在根系完全分隔、尼龙网分隔和根系不分隔处理中小麦对N的回收率分别为58%、73%和52%，而蚕豆则分别为30%、20%和3%小麦对肥料氮的竞争促进了蚕豆的固氮作用，在根系完全分隔、尼龙网分隔和根系不分隔时，蚕豆来源于固氮的百分数(%Ndfd)分别为58%、80%和91%因此，小麦/蚕豆中存在对氮的互补利用，该体系中氮营养竞争和促进作用同时存在的29。二研究方案1试验地简况试验区设在甘肃省武威市城北的甘肃农业大学与武威市农业科学研究院校地联合绿洲农业科研教学基地，地处东经1035，北纬3730，位于甘肃河西走廊东端，属寒温带干旱区，大陆性气候，海拨1776米，全年无霜期156d，绝对无霜期118d，年日照时数2945h。年均大风日数12d，年均沙尘暴日数为9d，最多年沙尘暴日数为34d。常年降雨量156mm，年蒸发量2400mm，干燥度5.85，年平均气温7.2，0积温为3513.4，10积温为2985.4，日照时数2945h，太阳辐射总量6000MJ/m2。供试土壤为灌漠土，表层土质地为轻壤，耕层土壤有机质含量为21.75g/kg，pH为8.40，土壤容重为1.339，030cm土壤全氮0.68g/kg、全磷1.41g/kg、有机质14.31g/kg。2.试验设计供试品种：玉米：武科2号，生育期135d，中晚熟。豌豆：针叶豌豆MZ-1，生育期8085d，早熟。种植方式：单作豌豆、玉米间作豌豆，间作玉米设三个密度梯度(D1、D2、D3)。施氮水平：设不施氮（N0）、地方习惯施氮（N1）2个水平。共组成8个处理（如表1），每个处理重复3次，共计24个小区。表1 试验设计种植方式施氮水平玉米/豌豆单作豌豆D1D2D3不施氮N0N0D1N0D2N0D3N0施氮N1N1D1N1D2N1D3N13试验技术路线4. 参试因子4.1 种植密度单作豌豆种植密度为：24万株/hm2，间作豌豆种植密度为：20万株/hm2；间作玉米的种植密度设4.5万株/hm2(D1)、5.25万株/hm2(D2)、6万株/hm2(D3)。4.2 施肥制度2个施氮水平下，基肥施氮量分别为0、135kg/hm2，玉米大喇叭口期追肥0、180kg/hm2，开花期追肥0、135kg/hm2。其它管理措施同当地水平。4.3 作物田间结构单作、间作豌豆采用条播，行距0.2m；间作玉米采用穴播，玉米的行距为0.4m，株距由密度从低到高分别为0.3m、0.28m、0.24m；每小区3个自然带，每个自然带带幅宽1.6m，间作种2行玉米、4行豌豆，单作种8行豌豆。小区长6m，宽4.8m，面积28.8m2，田间随机排列。4.4 主要测定项目1） 豌豆结瘤数2） 豌豆根瘤重 4.5 相关指标及方法4.5.1 间作对“氮阻遏”的“消减效应”定义为相同施氮量下间作豌豆相对单作豌豆结瘤值的变化率，用Ci(%)表示。若Ci0，表示间作促进了豌豆根瘤生长而增加了生物固氮，且减缓了氮肥对豌豆结瘤和生物固氮的抑制作用26，反之亦然。计算公式如下：公式中，Yifn、Ysfn分别表示相同施氮水平下，间作和单作的结瘤值。4.5.2 间作玉米密度对“氮阻遏”的“消减效应”定义为相同施氮量下，较低玉米种植密度间作豌豆相对于较高一级玉米种植密度间作豌豆的结瘤值变化率，用Cd(%)表示。若Cd0，表示玉米低密度间作促进了间作豌豆结瘤增加了生物固氮量，且减缓了氮肥对豌豆结瘤和生物固氮的抑制作用，反之亦然。计算公式如下：公式中，Yifn表示间作豌豆结瘤值，n和n+1分别玉米种植密度级别高低。4.5.3 豌豆/玉米根系相互作用及氮肥对“氮阻遏”的“消减效应”定义为较高施氮量间作豌豆相对于低一级施氮量的单作豌豆的结瘤值的变化率，用Ca(%)表示。若Ca0，表示豌豆/玉米根系相互作用与氮肥互作促进豌豆根瘤生长而增加了生物固氮，且减缓了氮肥对豌豆结瘤和生物固氮的抑制作用26，反之亦然。计算公式如下：公式中，Yifn和Ysf(n-1)分别表示施氮间作、不施氮单作豌豆的结瘤值，n和n-1分别表示施氮高低。三研究计划及参考文献1研究计划安排1、2010年9月至12月，查阅相关文献资料，做开题告；2、2011年1月至2月，选地整地，准备试验材料；3、2011年3月至10月，进行大田试验，进行试验项目测定；4、2011年10月至11月，整理、处理、分析相关数据；5、2011年12月至2012年2月，完成论文初稿；6、2012年3月至4月，论文修改，定稿，准备论文答辩；7、2012年5月，论文答辩。 2主要参考文献1 李玉英,余常兵,孙建好,等.蚕豆/玉米间作系统经济生态施氮量及对氮素环境承受力J.农业工程学报,2008,24(3):223-227.2 叶优良,李隆,孙建好.3种豆科作物与玉米间作对土壤硝态氮累积和分布的影响J.中国生态农业学报,2008,16(4):818-823.3 Paul E F,Ford B W.Nitrogen fertilizers:Meeting Contemporary ChallengesJ.AMBIO,2002,31(2): 169-176.4 张虹,赵平,徐春梅.不同耕作条件的土壤氮素调节N.云南农业,2006:335 朱兆良.中国土壤氮素研究J.土壤学报,2008,45(5):778-783.6 黄进宝,范晓晖,张绍林,等.太湖地区黄泥土壤水稻氮素利用与经济生态适宜施氮量J.生态学报,2007,27(2):588-595.7 李文学,孙建好,李隆等.不同施肥处理与间作形式对带田中玉米产量及氮营养状况的影响J.中国农业科技导报,2001,3(3):36-39.8 姚拓.促进植物生长菌的研究进展J.草原与草坪.2002,(4):1-5.9 吕飞杰.中国农业科学技术展望J.中国农业科学,1997,30(1):1-6.10 肖焱波,李隆,张福锁.豆科/禾本科间作系统中氮营养研究进展J.中国农业科技导报,2003,5(6):44-4911 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