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中国农业大学硕士研究生论文开题报告

发表日期:2011年12月2日  出处:原创  作者:芮法富  本页面已被访问 14567 次

 

中国农业大学

硕士研究生论文开题报告

 

 

所在院系       资源与环境学院   

           植物营养专业     

学生姓名       芮法富            

入学时间       2009.9.1           

导师姓名       江荣风 教授       

课题名称    梨树县春玉米高产高效

      技术应用与分析    

 

 

 

 

中国农业大学研究生院制

填表时间  2010  520

 

 

一、          立论依据(以下各项均可加页)

(包括课题的研究意义,国内外研究现状分析,附主要的参考文献)

1.1    研究目的意义

玉米作为我国大面积种植的主要农作物,种植面积仅次于美国,居世界第二位。自二十世纪五十年代以来,我国玉米的平均产量从1350 kg/hm2增加到目前5000 kg/hm2,小面积产量超过20000 kg/hm2,产量大幅度提高[1] 我国是一个拥有13亿人口的农业大国和发展中国家,确保国家粮食安全始终是经济发展、社会稳定和国家富强的基础,是直接关系到国计民生的大事。建国以来,我国粮食生产取得了巨大成就,实现了粮食供求总体平衡、丰年有余的历史性转变。2007年我国粮食总产量突破1万亿斤大关,实现了自1985年以来粮食首次连续4年增产的历史记录。但是粮食单产年均增长率却从上世纪80年代的4.5%下降到目前的1.5%,除了耕地面积和质量下降、农村劳动力转移等因素之外,化肥增产效应降低也是其重要原因。要实现2030年中国粮食安全,总产必须在现有基础上提高40%以上,单产增加45%以上,即年均增产率要达到2%[2],提高粮食生产能力的任务十分艰巨。特别是在耕地面积持续减少和粮食种植面积及扩大潜力非常有限的形势下,大面积持续提高作物单产已经成为保障我国粮食安全的唯一选择。而养分资源利用率低下不仅导致农业生产成本增加,影响农民增收,而且造成环境问题,成为制约我国农业可持续发展的重要因素。因此,提高作物产量和肥料利用率,逆转肥料增产效应下降的趋势,实现在增产的同时,大幅度提高肥料效率是我国农业科技有待解决的难题,也是国内外农业可持续发展的必然选择。

我们的基本国情就决定我们不能走西方发达国家以牺牲产量为代价优先改善环境的道路,而必须走作物高产资源高效与环境保护相协调、生产与生态双赢的发展道路[3] 。研究作物高产、资源高效,发展农业新技术,完善作物高产高效技术体系对目前保障我国粮食安全具有重要意义。

东北是我国重要的商品粮生产基地,素有“粮仓”之称。东北地区土壤肥沃,具有优越的粮食生产条件,其粮食产量约占全国粮食总产量的15%左右,玉米产量约占全国玉米产量的1/3[4],基本上都是春玉米。吉林省玉米栽培面积230 万公顷 ,单位面积产量6 500 kg/ hm2 ,总产150 亿公斤。玉米是吉林省主要的粮食作物,玉米常年产量占全省粮食产量的70%左右,占全国玉米产量的15%左右。由于各种原因,吉林玉米粮食作物价格长期稳定[5],粮农增加收益的主要途径就是降低生产成本[6]。大量的研究结果表明中国玉米生产成本整体较高[7-9] 。而从中国玉米主产省份的情况来看,吉林省玉米直接生产费又较高,物质费用比全国平均水平约高10-20个百分点。从调查数据分析,目前东北地区春玉米种植过程中也存在大量问题:盲目过量且一次性施肥、种植方式单一、农资市场混杂、作物靠天吃饭等一些严重影响玉米增产的问题。这造成了当地资源的浪费,并没有真正发挥当地优良土壤资源的潜力,而且还给大气环境带来了巨大的资源环境压力。因此选择位于东北粮食主产区的吉林省典型县域进行实验研究,调查研究农户玉米种植中投入结构及种植过程中存在的问题,根据存在的问题在吉林省推广玉米高产高效栽培技术。这对保障国家粮食安全、降低粮食生产成本、增加农民收入有重要的意义。

梨树县是吉林省春玉米生产大县,当地光照条件及土壤优越,雨热同期,主要种植作物是玉米。本实验以梨树为例研究吉林省春玉米大面积高产高效的限制因素,分析作物高产、资源高效技术对玉米增产的潜力,重点在施肥技术上做实验分析,并制定春玉米高产高效施肥技术体系。调整施肥策略,推荐测土配方施肥氮营养诊断施肥技术,提高肥料利用率,减少农民投入。走高产之路,并且保证实现高产条件下的资源高效,这是对提高玉米单产方面进行农业科技的提升和创新,对合理利用资源减轻环境压力降低农业面源污染进行优化,对我国农业集约化可持续发展具有重要的现实意义 [10]

 

1.2 研究现状

 

美国在20世纪后期一直把“持续提高作物生产力的途径”作为国家级重点研究领域,通过提高密度、综合调控资源投入,在挖掘作物的产量潜力方面取得了重大突破,创造出单季玉米产量高达27.8t/hm2的世界纪录[11]。大量研究表明,高产粮食作物籽粒灌浆物质的80%-90%来自抽穗后的光合生产,经济产量与抽穗后的干物质生产成绩显著的线性相关,一次延长绿叶面积持续时间以增加结实期的光合生产是提高作物产量和经济产量的关键途径。因此,优化群体结构。增加花后物质生产、提高分配效率,挖掘作物产量潜力是高产高效条件下养分资源综合管理技术研究重点之一[12]

在提高作物生产力的同时,如何实现资源高效利用?这不仅是关系到作物生物学潜力能否充分发挥的重大问题,而且也是农业生产能否持续的关键。近年来,国际上一些学者主张以充分发挥作物高效利用养分资源的生物学潜力为核心的综合调控途径来提高作物产量,减少对不可再生资源的依赖。作物对水分养分资源的吸收利用不仅取决与这些资源的数量和有效性,而且还极大地依赖于根系对水分养分的吸收能力及其对多变土壤环境的适应能力。作物根系不仅可以主动适应并显著改变根际土壤环境,而且能对水肥调控作出积极响应[13]。显然,作物根系的水分养分利用能力,不仅仅是一个重要的科学前沿问题,更是一个关系到作物群体质量控制和水分养分高效利用效率的技术突破口,也是高产高效条件下养分资源综合管理的技术研究重点之一[14]

改善土壤质量是稳定实现作物高产与资源高效利用的基础。土壤是作物生产的基础,作物产量潜力和水肥调控作用的持续稳定发挥依赖于良好的土壤条件[15]。未来全球主要合谷类作物实现增产潜力大的主要途径之一是提高土壤质量。 当前,生物质能原发展中对秸秆大量利用引起了人们对土壤质量的忧虑,对次展开了一些列的实证和模拟研究,强调秸秆还田对稳定和提高土壤有机质的重要性[16]。因此,如何提高土壤生产力是高产高效条件下养分资源综合管理技术又一研究重点。

作物产量和资源效率能否协同提高是农业可持续发展的重大科学命题。西方发达国家由于人口资源问题的矛盾不如发展中国家那样突出,在作物高产资源高效利用上往往采取效率优先原则,而我国的基本国情决定了必须走高产与高效并重的农业发展道路。通过挖掘作物生物学潜力和增进土壤生产力,减少对水肥等外部资源投入的以来是实现作物高产高效的根本途径[12]。挖掘作物产量潜力是实现作物高产高效的前提;提高土壤质量是稳定实现作物高产与资源高效利用的基础。同时实现作物产量持续提高与资源高效利用是当前国际上农业可持续发展的研究热点,是人类面临的最大的科学挑战之一。

1.3 研究进展

 

当前盲目过量施肥所引起的少数地区环境污染,浪费化肥资源,造成土壤和作物营养元素失调,影响作物增产增收,降低作物品质。针对过量施肥导致环境污染资源浪费这一现象,建立了以根层养分调控为核心,协调作物高产与环境保护的养分资源综合管理新途径。土壤中氮磷钾等养分具有不同的资源特征,必须采取不同的管理策略,改变过去那种对所有养分都采用同一管理模式的做法。以往的施肥技术对氮磷钾三种重要的营养元素采用同一种管理策略,即使是国际上的精确农业也常常沿用这一技术思路,对土壤磷钾进行实时实地精确测定和管理。我们长期系统的研究发现,氮素具有来源广、转化快、时空变异大、损失途径多、环境影响显著等特征,必须进行精细的实时监控。而磷钾则相对稳定、易在根层土壤中累积;过去常常认为磷钾在土壤中易被吸收固定而失去肥效,但国内外的大量研究却表明,磷钾具有长期的、远远高出以前预期的累积利用率(40-50%),钾也是如此,这是因为作物根系可以通过其生理作用及根际过程使化学方法难以提取的难溶性磷转化为作物可以吸收利用的生物有效磷,从而增加磷的后效、显著提高磷肥的累积利用率[17]。因此磷钾管理就没有必要像氮素那样在每个作物生长季节进行实时监控。只有对根层氮素进行精确的实时监控,才能实现与作物需求的同步,最大限度地减少损失,而我国一直沿用的土壤碱解氮测试方法证明难以反映田间条件下突然那个的供氮能力[18]

研究发现,旱地土壤硝态氮能实时反映根层氮素供应[19-20],为了进行跟曾但是得实时监控,采用土壤硝态氮快速速测试方法,突破了实时监控技术方法的瓶颈。传统施肥技术强调重施基肥,基肥用量常占总施肥量的50%以上,东北地区多数农户甚至采用100%做基肥的“一炮轰”策略,但是玉米作物整个生育期内对养分的吸收有一定的吸收规律。因此,研究玉米干物质积累,增长及分配规律,为玉米稳产高产栽培提供理论依据,具有重要的意义与价值。在玉米干物质积累与分配方面,不同研究者针对玉米种植不同方面,如品种,播期,施肥条件,灌水量等已做了大量研究[2123] 。与以往粮食品种相比,现代高产粮食作物品种中后期的养分需求显著增加,因此必须重视生育中后期的养分调控[24-25] 。植株硝酸盐快速诊断技术与指标,为氮素实时监控提供了有效的反馈调节手段,确保氮素实时监控准确到位。在根层土壤硝态氮快速测试技术的同时,利用反射仪法快速测试植株汁液硝酸盐含量,建立植株硝酸盐快速诊断技术,根据分级标准推荐施肥,确保实现根层养分供应与作物氮素需求在数量上匹配、时间上同步和空间耦合[12]

在实际应用中,对氮肥以农田氮素实时监控为核心,发展氮肥“总量控制、分期调控”技术。依据不同生育阶段作物阶段氮素需求规律和土壤、环境养分阶段供应特征,确定氮肥基追比例。氮素实时监控技术同步了土壤、环境和肥料来源的氮素供应与作物的氮素需求,重点解决了高产作物不同生育期的供氮问题,与国际上通用的土壤无机氮测试方法比较,氮素实时监控技术由于更好地实现了土壤、环境和肥料来源的氮素供应与作物不同生育期的氮素需求在数量上的匹配、空间上的同步和空间上的耦合,因此具有更大的节氮潜力和更好的环境效应[27]

关于施肥的研究,国内外都做过相当多的实验。全国推广测土配方施肥技术,根据土壤中养分含量及磷钾营养分级指标,加以测土配方施肥大配方小调整的原理,针对不同的土壤、不同土壤养分含量推荐不同施肥量。为进一步节约肥料的投入,更好的提高肥料利用率,在作物生长后期采用营养诊断技术。根据作物叶片中及土壤中硝酸盐的含量推荐后期追肥量,进一步减少投入达到在高产的情况下资源高效[12]

单从测土配方施肥技术角度出发,对作物进行科学合理的施肥,在不降低作物产量的同时,通过测土配方施肥降低了农民施肥量,为农民节约了投入成本,增加了农民收入,研究推广测土配方施肥技术可以真正意义上实现资源高效。但是,如何才能提高作物单产呢?这是一个综合管理的问题,实现作物高产需要各方面(水、肥、气、热)等多因素的协同。为创造合理的群体结构,玉米栽培技术主推宽窄行种植技术,提高作物通风透光性能,选用优良的玉米品种创造合理的群体结构,推广晚收技术实现高效下的作物高产。

1.4 参考文献:

[1] 王空军,董树亭,胡昌浩,刘开昌,孙庆泉. 我国1950s-1990s推广的玉米品种叶片光合特性演进规律研究.  植物生态学报,2001,25(2)247-251.

[2] 王宏广,论生物经济的十大作用与趋势  .科技日报, 2005-09-25

[3] 张福锁主编.养分资源综合管理技术研究与应用.北京:中国农业大学出版社,2006.

[4] 李鹏,王玉斌,谭向勇.东北地区粮食生产与贸易分析.中国农业大学学报(社会科学版),2006,62(1):57-62

[5] 陈兴霞,信成岩,曹军,等.营口地区主要粮食作物生产成本的调查与分析[J].辽宁农业职业技术学院学报,20057(2)28-31

[6] 贾国强.降低辽宁主要粮食作物生产成本的对策[J].农业经济,2003(8)28-28

[7] 黄季煜,马恒运.中国主要农产品生产成本与国际竞争者的比较[J].中国农村经济,2000(5)172-211.

[8] 刘爱民,阎丽珍.中美玉米生产成本及收益比较分析[J].中国农业信息快讯,2002(9)6-9

[9] 闰丽珍,成升魁,刘爱民等.中国玉米生产成本收益的区域分布规律研究[J].农业技术经济,2003(6)27-34

[10] 刘俊明,谢甫绨.作物栽培学[M].沈阳:辽宁民族出版社,2001l47-174

[11] 张明峰. 美国玉米生产发展概况[J ] . 作物杂志,1996(1) :37-39.

[12] 张福锁等著,协调作物高产与环境保护的养分资源综合管理技术研究与应用.北京:中国农业大学出版社,2008.

[13] 马文奇,张福锁,陈新平.中国养分资源综合管理研究的意义与重点.科技导报,20062210);64-37

[14] Chun L,MiGH,Li J,Zhang FS,Chen FJ.Genetic analysis of maize root characteristic inresponse to low nitrogen stress.Plant Soil,2005,276:369-382

[15] FanMS,LiuXJ,JiangRF.Crop yields,internal nutrient use efficiency and changes in soil properties in rice –wheat rotations under nonflooded mulching cultixation .Plant Soil,2005,277(1-2):265-276

[16] 陈新平,张福锁.测土配方施肥工作的几个技术问题。中国农资-测土配方施肥专栏,2006131):213-222 [17] 朱兆良,文启孝.中国土壤氮素.江苏科学技术出版社,1992

[18] 陈清, 张福锁, 李晓林. 2005. 蔬菜生产的氮素调控技术与应用[J]. 中国蔬菜,138(增刊):57-64

[19] 王进军,柯福来,白鸥等.不同施氮方式对玉米干物质积累及产量的影响[J].沈阳农业大学学报,2008,39(4)392-395.

[20]白杰,廖树华.高产春玉米干物质积累与分配特点的研究[J].现代农业科学,2008(5)6-6.

[21]肖春华,李少昆,刘景德等.不同种植方式下玉米干物质积累、养分吸收动态特点的研究[J].石河子大学学报:自然科学版,2004,22(5)380-382.

[22]王俊忠,栾丽敏等.灌水量对不同玉米杂交种生育后期干物质积累和产量的影响[J].河南农业大学学报,200236(2)129-132,137.

[23] 李志宏,刘宏斌,张福锁.应用叶绿素仪诊断冬小麦氮营养况的研究[J].植物营养与肥料学报,20039(4)401-405

[24] 春亮; 陈范骏; 张福锁; 米国华;不同氮效率玉米杂交种的根系生长、氮素吸收与产量形成[J].植物营养与肥料学报 , 2005, (5):5-7.

[25] 赵营. 冬小麦/夏玉米轮作体系下作物养分吸收利用与累积规律及优化施肥[D].西北农林科技大学, 2006

[26] W askom R M Westfall D GSpellman D E et a1Monitoring nitro-gen status of corn with a portable chlorophyll meter[J]Commumsoil SciP1ant Ana1.,199627(3-4)545-560

[27] 陆景陵,陈伦寿,曹一平.科学施肥必读.北京:中国林业出版社.2007

二、研究方案(以下各项均可加页)

包括研究目标、研究内容、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析和预期的研究进展)

21 研究目标

 

1)通过对梨树县农民传统春玉米种植情况的跟踪调查,初步摸清限制玉米增产的限制因素。

2)分析宽窄行种植技术、晚收技术、合理密植、选用优良品种等措施对提高玉米产量的潜力。

3)通过测土配方施肥,结合氮营养诊断技术,探索梨树春玉米种植的高产高效施肥技术体系。

22研究内容

1)对梨树县参加玉米高产竞赛农户进行数据分析,总结限制梨树县春玉米种植增产的限制因素。

2)通过数据分析,总结各项技术对玉米产量的影响,完善春玉米高产高效技术集成。

3)研究缓释肥在风沙土春玉米种植中的应用,验证缓释肥的节本增效的效果。

4)通过测土配方施肥,研究氮营养诊断技术,对后期作物推荐施肥进行调整。使土壤养分的供应与作物对养分需求达到时间与空间上的同步,提高肥料利用率。

23 研究技术路线

 

 

 

2.4实验方案

2.4.1缓释肥验证实验方案

(1) 实验设计

  点:土壤选在梨树县小宽镇西河沙土地

施肥量:施NPK肥总量依据农民传统习惯水平

实验材料:郝育515品种;仅对N包膜控释40-50天的缓释肥

玉米种植:行距60cm、株距8

实验小区面积:15×4m2

本试验采用随机区组设计,试验共设8个处理,3次重复,24个小区,四周设保护行,本

试验属于单因子变化的8个处理。

(2) 实验处理及小区设计(PK肥用量一致)

编号

处理

施氮肥量

施肥方式

1

不施肥

/

/

2

常规施肥

传统施肥用量

一次基肥,

一次追肥

3

常规施肥

同上

一次施足

4

测土配方施肥

科学推荐量

一次基肥,

一次追肥

5

70%控释尿素+30%常规肥料(仅对N肥)

传统施肥用量

一次施足

6

50%控释尿素+50%常规肥料(仅对N肥)

同上

一次施足

7

30%控释尿素+70%常规肥料(仅对N肥)

同上

一次施足

 8

50%控释尿素+30%常规肥料(仅对N肥)

传统施肥用

量的80%

一次施足

3) 主要测量指标

     主要在玉米关键生育期内测土壤温度、土壤水分含量、叶面积指数、植株生物量、

叶绿素含量、叶片中及土壤中硝酸盐含量、玉米产量。

2.4.2测土配方施肥及营养诊断实验方案

(1)实验设计

实验目的:完善玉米作物高产高效施肥技术

实验地点: 梨树县四棵树乡 王家桥黑土地及三棵树风沙土

实验农户:在王家桥村及三棵树村根据自愿原则重点选择5户重点示范户,其他栽

培措施相同,在同一田块不同的施肥方式进行效果对比。

2)实验处理:主要实验处理有5个处理,3次重复。

处理1CK(不施肥);处理2,当地习惯施肥;处理3,测土配方施肥;处理4

农民传统施肥+营养诊断;处理5,测土配方施肥+营养诊断

3)主要测量指标

取样时期: 播种前期,对实验地点进行取土

               在玉米关键生育期内(拔节期、大喇叭口期、抽穗期和灌浆期)对实

               验地点进行取样

测定项目:土壤养分含量、叶绿素含量、叶面积指数、植株群体结构、SPAD值、

          生物量、玉米产量

测定方法:取土化验土壤养分含量;利用叶绿素仪测叶片叶绿素含量及叶片SPAD值;

          用称量法测植株生物量;随机取样测玉米产量

2.4.3春玉米作物高产技术实验方案

(1)实验设计

实验目的:分析玉米作物高产技术对玉米产量的贡献

实验地点: 梨树县小宽镇西河村黑土区

实验安排:针对各种高产技术对玉米增产的潜力,在西河村重点培养4个重点示范

          户,每一户负责一种高产技术实验,选用优良品种、密度实验、晚收实

验、宽窄行种植技术四个高产技术实验。

2)实验处理:14个优良品种实验;密度试验设有8.3万株/公顷、7.5万株/公顷、7

/公顷、6.5万株/公顷、5.5万株/公顷等五个实验处理;宽窄行实验设有2011030

10040902:空、4:空、常规种植等六个处理;晚收实验设置四个时间段,9.25

9.3010.410.10四个时间段收获测产。

3)主要测量指标

取样时期:  在玉米关键生育期抽穗期和灌浆期对实验地点进行取样

测定项目:叶绿素含量、叶面积指数、SPAD值、生物量、籽粒含水量、玉米产量

测定方法:利用叶绿素仪测叶片叶绿素含量及叶片SPAD值;用称量法测植株生物量;

          用水分测定仪测籽粒含水量、随机取样测玉米产量.

 

25可行性分析

本研究选题合理,其对我国玉米双高创建项目的发展具有现实的指导意义。本课题

是在充分分析和归纳农民传统种植方式的基础上研究春玉米高产高效施肥技术体系

符合实际,并且所在研究小组学术气氛浓郁,对本研究有很深刻的认识。梨树县农

技推广总站对小组的研究主动配合。相信本课题在强有力的知识支持、技术支撑和

资金保障下,可以达到预期的研究目标。

 

预期的研究进展:

20103月到20105月:查阅资料

20105月到201010月:总结资料,进行试验设计,开展试验

201010月到20115月:分析数据,撰写论文,准备答辩。

 

 



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