孙振威保水剂对马铃薯产量及土壤生物学特性的影响开题报告

开题报告保水剂对马铃薯产量及土壤生物学特性的影响学 院：农学院专 业：10级农学一班姓 名：孙振威学 号：100214513指导教师：李倩 提交日期：二一三年五月十五日1 引言1.1全区年平均降水量及四季降水量 1981至2010年间，内蒙古年平均降水量总体上呈波动中缓慢下降趋势但下降趋势并不显著。30年平均降水量为239.1 mm降水变化倾向率为-13.8mm/10a。由年代变化看，20世纪80年平均降水量为248.4mm，90年代为相对丰水期平均降水量达251.4mm。进入21世纪后，全区降水量呈明显的下降趋势。1998年为降水量最多的年份，为359.8mm，2001年为最低，1981至1998年间降水量呈增加趋势，到1998年累积距平达最大值，1999至2010年降水量以减少为主，积距平变化呈波动中下降趋势1。1.2资源短缺对我国农业生产的影响水是人类生活和生产活动不可缺少的重要资源，是经济社会可持续发展的基础，也是作物生长和提供农产品的先决条件。水资源日益紧缺已经对我国经济社会发展构成了严重威胁,甚至成为经济社会发展的“瓶颈”;另一方面，我国水资源利用率不高，生产效率不足1.0kg/m3水资源浪费严重2。特别是到21世纪以来，气候的全球性恶化所导致的水资源缺乏愈来愈严重，对粮食生产造成直接的威胁3。近些年来,我国持续干旱,工农业用水严重不足,加上地下水过度开采,使得水缺乏问题在农业生产中变得更加突出.进入20世纪90年代以来,全国平均受旱面积近3000万hm2.每年因干旱减产粮食100200亿kg,直接经济损失达100200亿元4. 干旱缺水成为制约经济发展一个重要因素，在世界范围内，由于干旱胁迫所造成的减产可能要超过其素所导致的产量损失的总和5。即使在非干旱的农业区，气候性干旱也对作产带来很大的危害，这在华北地区的农业生产表现的特别明显。以内蒙古为例，水资源贫乏，生态环境恶化，植被破坏，导致水土流失严重、荒漠化加剧，严重制约着当地生态环境的改善和经济的发展，尤其是干旱持续对粮食生产负面影响较大，是降低产量的主要因子6。因此借助现代科学技术，提高有限水资源的利用率，是解决水资源短缺的唯一途径。发展旱地农业对于保证干旱，半干旱地区的粮食自给、摆脱贫穷、改善生态环境、节约水资源和持续发展有着举足轻重的作用7。1.3壤改良剂为干旱缺水地区节水增产的栽培提供新路在长期的旱农生产中，人们认识到旱农区干旱缺水或光、温、水等资源分配不均匀等是限制我国各地农业生产进一步发展的主要原因，土壤水分亏缺是农业生产的主要障碍因子，是产量的最大限制因子。在农业生产中，为满足人口增加对粮食生产的巨大需求，人们不合理地利用耕地并无节制地使用化肥和农药，最终导致了土壤出现严重板结、结构破坏、通透性差、养分平衡失调、地力下降、抵御自然灾害能力差，严重制约农作物正常生长及产量的提高；同时，在农业生产中还存在着肥料利用率低下问题8。土壤中肥料养分淋溶损失是养分利用率低下的一个主要原因，肥料养分的流失不仅使农业投入的成本增加，而且还对环境特别是本已短缺的水资源造成严重污染。因此，改善土壤理化性质，减少肥分损失，提高化肥利用效率及其增加作物产量是目前亟待解决的重要问题之一9。土壤改良剂应用在节水农业中，可以起到改土、节水、保肥的作用。土壤结构改良剂可以促使分散的土壤粒团聚，形成团粒，增加土壤中水稳性团粒的含量和稳定性，改善通气透水性。研究表明，施用土壤改良剂能够显著提高土壤含水量，增加水分入渗速率，提高土壤蓄水持水能力10。随着土壤改良剂研究技术在我国的不断发展，通过土壤改良剂来达到节水增产效果的途径变得更为广阔。近年来，有关高聚物改良剂的研究已引起了国际上的广泛关注,Kazanskii,K.S.等人论述了高吸水性树脂的合成、性质和在土壤改良中的作用,及其对植物生长的影响11。随着国内化工技术的提升，国内许多单位也开始了这项研究，1982年,农牧渔业部从比利时引进聚丙烯酰胺和沥青乳剂,应用于渠道防渗、盐渍地改良、造林、种草、防止水土流失、旱地增温、保墒等方面12。尤其是近年来有机高分子材料因其特有的结构和优异的性能正逐渐被用于生态环境的修复与改善。比如,联结构的聚丙烯酸盐高吸水树脂具有超强吸水和保水能力,施用在土壤中可以显著提高土壤的持水能力、抑制土壤水分的无效损耗,提高水资源利用效率,在干旱半干旱地区的农业生产中已逐步推广应用13 。1.4铃薯是干旱地区重要的经济作物和粮菜兼用作物马铃薯(Solanum tuberosum)为茄科茄属一年生草本块茎植物，是人类的主要食物之一，具有适应性强、生育期短、抗灾能力强等优点。马铃薯营养丰富，是粮菜兼用的食物，其块茎中含有9%29%的淀粉以及对人体极为重要的营养物质，如蛋白质、糖类、矿物质、盐类和维生素B、C，除脂肪含量较少外，蛋白质、碳水化合物、铁、维生素的含量均高于小麦、水稻和玉米14。马铃薯是新世纪我国最有发展前景的高产经济作物之一，同时也是十大热门营养健康食品之一，全世界有2/3以上的国家种植马铃薯，产量达30亿吨左右，仅次于小麦、玉米、水稻，居第四位。另外，在旱作区它是一个高产、稳产。耐旱能力将强的秋粮作物，是旱地农业的一个优势。马铃薯还具有产量高，用途广，粮菜兼用的特点，同时也是发展畜牧业的良好青饲料；它是制造淀粉、酒精、合成橡胶、人造丝、电影胶片、葡萄糖等数十种产品的重要原料；淀粉又是食品、医药、造纸、印刷、化工等的重要原料；同时也是外贸出口物资，所以马铃薯在繁荣农村经济和发展国民经济中占重要地位15。 2、目的与意义在农业节水诸多技术措施中，对于化学节水制剂的探索与研究，已成为当前国内外节水农业研究中的一个热点问题 16。土壤改良剂的使用是近年来在农林生产中研究较热的化学节水技术，是旱作节水农业中的一项应用技术17。发展节水农业，提高水分利用效率，是保证干旱半干旱地区农业可持续发展的途径18。水分亏缺和土壤瘩薄是旱地农业生产的主要限制因素。半干旱地区的水分条件是作物生产的低限，提高降水利用率是增产的关键，而土壤养分从多方面限制了作物对水分的有效利用19。近几年来，随着化学技术的发展，应用高分子聚合物作为土壤改良剂越来越多。但是由于其成本比较高，很难大面积的应用推广。本研究以白色粉末聚丙烯酸钾(PAA-k)和白色颗粒聚丙烯酰胺(PAM)为主要原料的土壤改良剂，重点开展土壤改良剂对土壤生物学特性的影响和对马铃薯产量的影响。定量评价改良剂的节水、改土、增产效应。通过田间试验，研究改良剂对马铃薯生长发育、产量以及土壤特性的影响，在此基础上，揭示土壤改良剂节水增产机理，进而提高马铃薯产量，为旱作区马铃薯抗旱增产化学技术的应用及推广奠定了理论基础。3、壤改良剂国内外研究现状与进展土壤改良剂的研究距今已有100多年的历史。最早，人们利用从植物遗体，泥炭，沥青中提取出的活性胶体物质作为土壤改良剂。此后，又开始利用造纸工业废料等作为土壤改良剂。一直到20世纪50年代，土壤改良剂的研制虽有成果，但大多数都难以在大田中普遍应用。1951年开始，土壤改良剂的研究从天然土壤改良剂进入了人工合成改良剂的研究时期。R.M.Hedrick和D.F.Mowry研制出克里利姆(Krillium)土壤结构改良剂，并通过试验证明其能够改善土壤物理结构，保水保肥，增加作物产量。此后，利用人工合成技术研制土壤改良剂的技术不断成熟。世界各国为了保护农田和扩大耕地面积，提高农作物产量，研制和开发了种种土壤保湿剂、松土剂、固沙剂、增肥剂、消毒剂和降酸碱剂等。日本研制成一种新型的液体通气保湿剂，在粘土中加入这种改良剂，能改善土壤的团粒结构，提高其通气性、透水性和保水性。法国也利用聚合物制成了聚合物亲水松土剂，该松土剂呈颗粒状，撒在土壤中后立即起作用。当土壤潮湿时，颗粒吸收水分而剧烈膨胀，然后逐渐释放出水分，随着含水量逐渐减少，颗粒的体积也随之减少，从而使土壤疏松。最近几年，随着有机化学工业的发展和国外土壤结构改良剂的研究和应用，国内许多单位也开始了这项研究和生产应用20。最近由中国农科院土肥所和北京燕山石化公司联合研制成功的一种名为液态地膜的土壤改良剂（BIT）乳剂，此种改良剂是在过去被随处丢弃的沥青中加入特殊的添加剂混合而成的乳剂，乳化后的沥青胶体具有强烈的粘附作用，它能将土粒连接起来，形成较理想的团聚体。此外，国内目前研究应用较多的还有高分子聚合物类土壤改良剂。龙明杰、吴淑芳等人较为系统的研究了高分子聚合物改良剂对赤红壤、娄土及黄绵土的改良作用21。随着经济与社会的不断发展，水资源短缺和土壤退化问题日益突出，严重限制了土地生产力的发展。根据2000年世界粮农组织（FAO）世界土壤资源报告全球严重土地退化面积约为3500万km2，占总土地面积的26%，其中由于农业生产活动造成的严重土地退化面积占总土地面积的9%。农业生活动造成土壤退化是引起土地退化的重要原因。应用土壤改良剂是修复退化土壤重要措施之一。土壤改良剂能有效地改善土壤理化性状和土壤养分状况，并对土壤微生物产生积极影响，从而提高退化土壤的生产力22。因此，其研究与应用对防治土壤退化具有重要的理论和现实意义。近年来，为进一步提高土壤改良剂的改良效果，降低其负面影响，越来越多的研究者将不同改良剂配合施用，但是配合施用的方法仍是值得探讨的问题。此外新型多功能改良剂的研制和应用也是目前的研究热点。4、研究内容与方法4.1目的通过对穴施、沟施保水剂后马铃薯根际不同生育时期、不同土层土壤酶活性和土壤微生物量的变化，明确保水剂对马铃薯土壤微生态环境的影响，揭示保水剂蓄水保墒生态机制。4.2试验地点试验拟于2013年5月15日在在内蒙古四子王旗进行。4.3试验设计试验处理设对照、穴施、沟施保水剂，供试作物为马铃薯科新1号、夏波蒂，保水剂选用白色粉末聚丙烯酸钾(PAA-k)和白色颗粒聚丙烯酰胺(PAM)，分别购自东营华业新材料有限公司和唐山博亚公司。试验采用列区设计，品种作为主区，各保水剂处理设为副区。穴施保水剂的方法为播前挖15cm深的穴，集中施入保水剂（保水剂与干土以1：5的体积比混合），再施肥播种；沟施的方法为播前开15cm深的小沟均匀撒入保水剂（保水剂与干土以1：5的体积比混合），再施肥播种。保水剂施用量为60kg/hm2，马铃薯复合肥用量为750kg/hm2（N:P:K=17：6：22）。小区面积30m2，每小区10行，行距50cm，株距35cm，重复3次，随机区组排列。共10个处理，30个小区。生育期间不进行灌水，控水利用自然降水。4.4 测定指标与方法 土壤化学指标各生育时期（苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期）取马铃薯两侧沿株距方向0-15cm（0-5cm、5-10cm、10-15cm）、沿行距方向0-25cm（0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm），距土壤表面0-40cm（0-10cm、10-20cm、20-40cm）土层土壤样品，经自然风干测定土壤养分。土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾，采用土壤农化分析（鲍士旦主编）中的测定方法；土壤Ec值采用电导仪测定，土壤pH值采用pH计测定。 土壤生物学指标各生育时期（苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期）取马铃薯两侧沿株距方向0-15cm（0-5cm、5-10cm、10-15cm）、沿行距方向0-25cm（0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm），距土壤表面0-60cm（0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-40cm、40-60cm）土层新鲜土壤样品过2mm筛后，放在阴凉处风干，然后剔除植物残体和其他杂物后进行酶活性和土壤微生物量的测定。土壤酶活性：脲酶活性用靛酚比色法，碱性磷酸酶用磷酸苯二钠比色法，蔗糖酶活性用3，5-二硝基水杨酸比色法，过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法。土壤微生物量：土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸K2SO4提取方法测定，微生物量磷采用氯仿熏蒸0.5mol/LNaHCO3提取方法测定。 保水剂的保水特性播种前测定两种保水剂的吸水倍率、吸水速率和保水率。吸水倍率采用自然过滤法测定；采用统一标准（参考汪亚峰、李茂松、卢玉东等20 种保水剂吸水特性研究测定吸水速率和保水率。马铃薯产量指标马铃薯成熟后收获，测定其产量，计算商品薯率和小薯率。田间试验小区图保护行保护行保护行旱作穴施沟施穴施旱作穴施沟施沟施旱作保护行东南5、预期目标通过对穴施、沟施保水剂后马铃薯根际不同生育时期、不同土层土壤水分、土壤理化、生物学性状的变化，明确保水剂对马铃薯土壤微生态环境的影响，揭示保水剂蓄水保墒生态机制。6、创新之处 中国大量研究将改良剂用在经济作物棉花和烟草、粮食作物玉米、小麦和水稻及水果龙眼上，在马铃薯上应用较少。参考文献 1包刚，吴琼.近年内蒙古气温和降水量变化分析，内蒙古师范大学学报 （自然科学汉文版）， ,.2吴晋特.制约我国高效用水发展的主导因素分析，水土保持研究，Vol.9，No.2，2002.3代九江.农业减灾指南M.中国农业出版社.1994.34-364马友华,孟召鹏,赵彬等.保水剂在节水抗旱农业中的应用J安徽农学通报,2002,8(4):5-75kramer P L.Adaptation of plants to water and high temperature stressM.In:Turner N C.eds.New York:aohn Wiley&Sons,1980.7-206 山仑.我国西北地区植物水分研究与旱地农业增产J.植物学通讯,1983(5):7-117王鹏新，魏宜民主编.旱地农业可持续发展的道路 【M】.西安：世界图书出版公司，19988张忠学.东北半干旱灌溉区节水农业理论与实践.北京:中国农业出版社,2005:1-8.9员学锋.聚丙烯酰胺减少土壤养分的淋溶损失研究J.农业环境科学学报,2005,24(5):929-934.10 张燕,冯浩,汪有科等,土壤结构改良剂在节水农业中的研究与应用，中国农学通报，V