旱區(qū)灌區(qū)苜蓿草地土壤水鹽動態(tài)及其生態(tài)灌溉調(diào)控模式研究

前言

摘要

第一章 文獻(xiàn)綜述

1.1 作物與鹽分關(guān)系的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用

1.2 土壤水、熱和溶質(zhì)耦合運移研究

1.3 作物水分關(guān)系的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用

1.4 苜蓿根系吸水機理研究進(jìn)展

1.5 非充分灌溉理論的提出及研究進(jìn)展

1.6 生態(tài)需水量的研究進(jìn)展

1.7 灌區(qū)草地生態(tài)生產(chǎn)力研究

第二章 立題依據(jù)

第三章 研究背景、內(nèi)容及技術(shù)路線

3.1 試驗區(qū)概況

3.2 蒸滲場試驗系統(tǒng)概況

3.3 蒸滲場大型土柱土壤理化性質(zhì)

3.4 試驗布置

3.5 試驗材料

3.6 研究內(nèi)容、方法與試驗設(shè)計

3.7 研究技術(shù)路線

3.8 田間管理

第四章 水分、鹽分脅迫條件下苜蓿地土壤水鹽動態(tài)及鹽分對其生物特征影響

4.1 鹽分與電導(dǎo)率的關(guān)系

4.2 溫度與電導(dǎo)率的關(guān)系

4.3 土壤水鹽動態(tài)與苜蓿生物特征的關(guān)系

4.4 模擬地下水補給對苜蓿產(chǎn)量的影響

第五章 不同水分處理和鹽分脅迫下苜蓿根系的生物特性

5.1 不同水分處理下苜蓿根系特性對生物產(chǎn)量的影響

5.2 鹽分濃度對苜蓿干濕比和水分利用效率的影響

5.3 苜蓿根冠比與土壤水分的關(guān)系

5.4 苜蓿不同水分處理下的根長根重變化規(guī)律

第六章 苜蓿生態(tài)生理特征及SPAC系統(tǒng)

6.1 氣象因子與苜蓿生長相關(guān)度分析

6.2 作物光合蒸騰研究

6.3 筒栽苜蓿光合等生理特征研究

6.4 筒栽苜蓿在分階段受旱下的光合和蒸騰速率變化研究

6.5 苜蓿水勢生理變化規(guī)律與SPAC系統(tǒng)水勢時空變化

第七章 苜蓿需水規(guī)律

7.1 苜蓿的生理生態(tài)需水規(guī)律

7.2 苜蓿需水量的計算

7.3 苜蓿各生育期內(nèi)耗水量變化規(guī)律

7.4 多年生苜蓿各茬耗水量變化規(guī)律

7.5 多年生苜蓿階段耗水量變化規(guī)律

第八章 水分生產(chǎn)函數(shù)與經(jīng)濟灌溉模式

8.1 苜蓿的水分生產(chǎn)函數(shù)

8.2 地面灌溉條件下苜蓿的經(jīng)濟灌溉模式

第九章 灌區(qū)生態(tài)灌溉的作物結(jié)構(gòu)與苜蓿經(jīng)濟效益優(yōu)化

9.1 農(nóng)田生態(tài)灌溉需水分析

9.2 苜蓿生態(tài)灌溉面積的最優(yōu)規(guī)劃

9.3 苜蓿各水分處理間的種植效益分析

9.4 苜蓿生態(tài)適宜性土壤含水量下限

9.5 苜蓿與該灌區(qū)重要農(nóng)作物經(jīng)濟效益分析

第十章 秦王川灌區(qū)建設(shè)方向——西部生態(tài)灌區(qū)

10.1 秦王川生態(tài)灌區(qū)建設(shè)思路

10.2 發(fā)展旱區(qū)生態(tài)灌區(qū)的初步探索

10.3 灌區(qū)苜蓿水土保持生態(tài)效益定性評價

第十一章 問題與討論

參考文獻(xiàn)

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《旱區(qū)灌區(qū)苜蓿草地土壤水鹽動態(tài)及其生態(tài)灌溉調(diào)控模式研究》可供大專院校、科研院所的水利、草業(yè)、農(nóng)林教學(xué)與科學(xué)研究人員及學(xué)生借鑒和參考。該書在試驗研究的基礎(chǔ)上首次提出“生態(tài)灌溉”概念，圍繞這一新思路深入研究以甘肅秦王川灌區(qū)為代表的旱區(qū)灌區(qū)苜蓿草地土壤水鹽聯(lián)合運移規(guī)律及其生態(tài)灌溉調(diào)控模式，苜蓿在水鹽等逆境脅迫下生理生態(tài)特征，生育階段水分生產(chǎn)函數(shù)及生態(tài)經(jīng)濟灌溉模式。應(yīng)用系統(tǒng)工程方法對秦王川灌區(qū)生態(tài)灌溉的作物結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟效益進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建了旱區(qū)灌區(qū)草地生態(tài)灌溉創(chuàng)新體系，并提出了旱區(qū)生態(tài)灌區(qū)建設(shè)的一些思路。

課題圍繞鋁脅迫紫花苜蓿有機酸、激素及其主要合成酶的動態(tài)變化開展研究，主要研究結(jié)果如下： 1）發(fā)現(xiàn)了有機酸以系統(tǒng)方式，而非有機酸個體方式作用于紫花苜蓿的耐鋁毒功能，其中，琥珀酸是苜蓿耐鋁毒有機酸系統(tǒng)形成的關(guān)鍵底物，琥珀酸硫激酶（SCS）是關(guān)鍵限速酶，并且，首次發(fā)現(xiàn)Al離子結(jié)合在核仁上。噴施檸檬酸、蘋果酸或草酸分別只提高鋁脅迫苜蓿根系的蘋果酸或草酸含量，與此相比，噴施琥珀酸大幅提高了鋁脅迫苜蓿根系中檸檬酸、蘋果酸、草酸和琥珀酸的含量及總量，大幅提高苜蓿耐鋁脅迫能力；噴施琥珀酸明顯上調(diào)了鋁脅迫苜蓿根系參與TCA循環(huán)的蘋果酸脫氫酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、SCS和琥珀酸脫氫酶四個基因的表達(dá)，以及PEPC, 檸檬酸合成酶，異檸檬酸脫氫酶和ALFA-酮戊二酸脫氫酶的活性，反映出琥珀酸對苜蓿耐鋁毒的作用機理。 2）發(fā)現(xiàn)了鋁脅迫引起紫花苜蓿根尖IAA積累量下降是因苜蓿頂芽IAA合成及向根尖轉(zhuǎn)運量雙雙下降，以及IAA從根尖向上運輸能力增加共同造成，結(jié)果導(dǎo)致根系生長受到抑制。鋁脅迫下紫花苜蓿頂芽和根尖的IAA含量明顯降低，而根頸下部IAA積累量明顯上升，這個結(jié)果與IAA極性運輸調(diào)控基因PIN2表達(dá)上調(diào)的結(jié)果相吻合，解釋了文獻(xiàn)報道的鋁脅迫引起根系IAA積累增加，但根系生長卻受抑制的相互矛盾的結(jié)果，以及鋁脅迫植物根長抑制，但根粗增加的現(xiàn)象。 3）不同鋁濃度處理的紫花苜蓿基因芯片研究發(fā)現(xiàn)，苯丙烷素與黃酮代謝，以及淀粉蔗糖代謝二大代謝通路的基因顯著受到鋁脅迫的影響，已篩選出24個耐鋁毒候選基因。 本課題預(yù)期研究成果：1）弄清紫花苜蓿耐鋁毒的有機酸作用系統(tǒng)，揭示鋁毒制約紫花苜蓿有機酸合成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵限速酶；2）弄清鋁脅迫下，紫花苜蓿主要有機酸合成酶活性變化的分子調(diào)控機理；3）發(fā)表SCI收錄論文1－2篇、國內(nèi)核心期刊論文2－3篇；4）培養(yǎng)博士1名、碩士2名。對照預(yù)期研究成果，課題從有機酸、激素、基因芯片等方面揭示了有機酸調(diào)控紫花苜蓿耐鋁毒的功能和作用機制；2篇SCI論文接收，1篇已投稿，1篇收錄在22nd International Grasslands Congress論文集，1篇英文文章初稿完成；3篇論文發(fā)表在國內(nèi)核心期刊;申請和受權(quán)國家發(fā)明專利各2個；課題培養(yǎng)博士生2名，碩士生3名（畢業(yè)2名），達(dá)到預(yù)期研究成果。

序

前言

第1章 研究背景

第2章 試驗方案設(shè)計與研究結(jié)果分析

第3章 毛烏素沙地沙漠化概況與防治對策

第4章 毛烏素沙地紫花苜蓿SPAC水分運移消耗規(guī)律及其模擬

第5章 紫花苜蓿虧水灌溉補償效應(yīng)與精準(zhǔn)調(diào)虧灌溉技術(shù)

第6章 紫花苜蓿水肥耦合效應(yīng)及水分生理調(diào)控技術(shù)

第7章 毛烏素沙地土壤、植被空間變異性及草地生產(chǎn)力響應(yīng)

第8章 研究結(jié)論與展望

彩圖 2100433B

干旱缺水、用水效率低下與水土環(huán)境退化，是制約糧食生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。灌區(qū)水轉(zhuǎn)化機理及其產(chǎn)量環(huán)境效應(yīng)，是國際農(nóng)業(yè)水利領(lǐng)域共同關(guān)注的前沿焦點問題。本項目以南方丘陵平原灌區(qū)為背景，通過灌區(qū)不同地理位置對象的農(nóng)田水勢監(jiān)測及灌排水位水量調(diào)控試驗，研究農(nóng)田、灌排溝渠、水庫塘堰之間水勢轉(zhuǎn)化關(guān)系及其系統(tǒng)模擬模型、臨界特性；通過自然水流場動態(tài)監(jiān)測與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟場調(diào)查，探討灌區(qū)廣義水勢定量描述方法，構(gòu)建基于廣義水勢的灌區(qū)水資源高效利用調(diào)控模型，模擬分析溝渠塘庫系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控規(guī)則及效率響應(yīng)規(guī)律，提出灌區(qū)水資源高效利用的灌排經(jīng)濟模式及其調(diào)控機制、條件與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對解決我國南方灌區(qū)復(fù)雜條件下的水轉(zhuǎn)化及水資源高效利用調(diào)控機制等難點問題，提高灌溉水利用效率，創(chuàng)新發(fā)展農(nóng)業(yè)水資源高效利用理論與方法，建立最嚴(yán)格的水資源管理制度，防治水旱災(zāi)害與非點源污染，維持生態(tài)平衡，實現(xiàn)灌區(qū)現(xiàn)代化，具有重要理論意義與廣泛應(yīng)用前景。