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1、植物保护学院 2009 级科研基本方法课程科学研究方案设计报告科研（论文）题 目： 保护性耕作下棉花对微量元素吸收的动态规律研究 姓 名： 卢 冬 花 学 号： 2009010412 专 业： 制药工程 班 级： 092 院 （系）：植物保护学院 指导教师： 二零零 年 月西北农林科技大学植物保护学院科研基本方法课程科研方案（设计）实施报告制药工程 专业 2009 级（092 ） 班 姓名： 卢 冬 花 科研（论文）题目：保护性耕作下棉花对微量元素吸收的动态规律研究 一、立项依据与研究内容（4000 -6000 字以内）：1.项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及分析，附主要参考文献目录。
2、 ）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，虽然获得了几十年不错的粮食产量，但是
3、由于植被破坏、土地大量翻耕，土壤退化，世纪年代，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。世纪年代以后，保护性耕作逐步推广应用到多个国家，据统计，目前，全世界保护性耕作应用面积达到亿公顷，占世界总耕地面积的。主要在旱作农业区小麦、大麦、玉米、苜蓿
4、、豆类、油菜、棉花、小杂粮等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。年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。年月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，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：走向年中称，保护性耕作是一场新的耕作革命，是一种
5、农业生产和环境保护“双赢”的耕作方法；未来年中，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，形成了“ 愈穷愈垦，愈垦愈穷 ”的恶性循环，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 ;
6、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
7、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
8、、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，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
9、 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，目前的研究多是针对于大量元素，而对于棉花生长所需的硼、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
10、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，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。 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)，研究中发现覆秸秆和覆膜对棉花利用氮、磷、钾的效率较常规的不覆任何覆盖物的种植方式要高，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
11、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。主要参考文献吴崇友,金诚谦,魏佩敏,夏晓东,卢晏. 保护性耕作的本质与发展前景J. 中国农机化, 2003, (06)哈提曼沙依木. 保护性耕作技术J. 农村科技 , 2009, (10)郝敬芝. 保护性耕作推广成效探析J. 农业技术与装备, 2009, (16) .高焕文. 保护性耕作概念、机理与关键技术J. 四川农机, 2005, (04
12、) . 张永斌. 保护性耕作技术实施要点及关键环节J. 农业科技与装备, 2009, (05) . 高绪科,汪德水,王小彬,王文清. 旱地农田秸秆覆盖的效应J. 山西农业科学, 1990, (10) . 棉花地膜覆盖栽培的几个技术问题J;新农业;1980 年 21 期棉花滴灌专用肥氮磷钾元素在土壤中的运移及其利用率地理研究2、 项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题（此部分为重点阐述内容）（1）研究内容：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
13、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。（2）研究目标：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。（3）拟解决的关键科学问题：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。3、 拟采取的研究方案及可行性分析（包括有关方法、技术路线、 实验手段、关键技术等说明）（1）研究方案试验采用大田试
14、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。技术路线及试验方案:如图所示 技术路线及试验方案 :如图所示 大田试验设计三种耕作模式 重复：3 次测定土壤基础肥力样品采集土壤样品 植株样品不同深度 棉花生长不同生育时期不同器官 棉花生长不同生育时期测定土壤及棉株不同器官微量营养元素含量进行理论分析测量棉株基本形态指标测定棉株光合指标及叶绿素含量（2）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。依托开放实验室（农业资环与环境实验室）现有仪器设备资产共计 400 多
15、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
16、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（2003Z53）、皮棉单产 200 公斤以上棉花超高产栽培技术试验、示范项目、农业部农业产业结构调整重大研究专项资助项目（040703B）、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。4、本项目的特色与创新之处项目特色：将作物栽培学的
