水磷供应对棉花根系生长、分布及生物量的影响

以早熟高产品种新陆早45号为试材,采用土柱栽培法,设置常规灌溉(新疆大田棉花滴水定额为3 750 m~3/hm~2,W_1)和限量灌溉(大田暂定滴水定额的2/3,W_2);每个水分处理设不施磷(P_0)和施磷(P_2O_5用量为0.15 g/kg,P_1)处理,研究水磷供应对棉花根系生长、空间分布及与生物量累积的影响。结果表明,无论何种水分条件下,P_1处理均增加棉花根长、根表面积和根体积,降低根直径,其中根长和根表面积在W_2条件下增幅较大。在相同施磷条件下,W_1处理棉花根长、根表面积、根体积、根直径均明显高于W_2处理,以0～40 cm土层根长、根直径和40～80 cm土层根表面积、根体积增幅较大。不同处理吐絮期地上部和生殖器官生物量均表现为W_1P_1W_1P_0W_2P_1W_2P_0,根冠比则表现为W_2P_0W_2P_1W_1P_0W_1P_1。相关分析结果表明,在69～99 d,0～40 cm土层根直径与营养器官生物量呈显著或极显著正相关;69 d时40～80 cm土层根表面积与营养器官、生殖器官和总地上部的生物量均呈显著正相关;84～99 d,0～40 cm土层根直径与生殖器官生物量呈显著或极显著正相关。因此,施磷通过减小棉花浅层根直径和增加深层根表面积,来降低根冠比、促进地上部干物质的积累,尤其当棉花遭受水分亏缺时,通过增大耕层根长、根表面积,提高棉株抗旱能力。     

自动施肥系统开发与性能测试

目的 开发一种适应于以固态水溶肥为原料的自动施肥系统,测试分析自动施肥系统性能。方法 主控机采用ARM9电路控制模块可实现对轮灌编组、预搅拌时长、施肥开始与结束时间、施肥持续时长、施肥量等参数的设置;选择以蠕动泵为注肥装置,通过变频器控制注肥泵电机功率的方式控制注肥速率,控制施肥量。对装置核心部件搅拌器额定功率、计量方式、溶肥搅拌参数、排肥速度及固液相比例等主要参数等进行设计与测试。结果 电感脉冲计量方式标准误差最大值1.26%,误差小、性价比好,确定其为本装置采用的计量方式;搅拌器以1.5 Kw额定功率、38 r/min转速搅拌、肥液浓度在1.1~1.3 g/mL、预搅拌时间30 min时,罐内各液位输出肥液浓度值差异不显著(P< 0.05),达到对肥料浓度均匀性的设计要求。结论 将施肥开始前的预搅拌时间设为30 min、搅拌转速设为38 r/min、肥液浓度不高于1.3 g/mL,输出肥液浓度有较好的均匀性,实现精准施肥。     

不同红蓝LED光照时间对冰菜生长和品质的影响

【目的】 研究不同红蓝光照时间对冰菜生长发育的影响,分析其生长发育规律。【方法】 以冰菜为研究对象,以红蓝光为人工光源,在植物工厂及水培条件下,采用可循环营养液(EC2.8 dS/m,pH6.5),待冰菜幼苗长至4片叶后移植到水培立体培养系统中,设置红光与蓝光比例为(3∶1),光强统一设定为300 μmol/(m²·s),补光时间设定为8 h/16 h(光/暗)为A处理,10 h/14 h(光/暗)为B处理,12 h/12 h(光/暗)为C处理,14 h/10 h(光/暗)为D处理,16 h/8 h(光/暗)为E处理。【结果】 随着光照时间的增加冰菜叶片净光合速率也增大,冰菜在14 h光照处理下,生长形态最优,光合色素含量最高,在14 h光照下,净光合速率达到最大,但达到16 h时,净光合速率开始降低,且Fv/Fm值和Φ值最小;在14 h光照处理下抗氧化酶活性较高,在12 h光照处理下有利于可溶性糖以及VC的积累,随着光照时间的延长达到16 h时,冰菜叶片中硝酸盐含量最高。【结论】 冰菜在红蓝光比例为3∶1时,光照时间为14 h能更有利于冰菜的生长以及改善其营养品质。     

扩大管行比对滴灌春小麦干物质积累、转运和籽粒产量的影响

【目的】研究扩大管行比对滴灌春小麦干物质积累和籽粒产量的影响。【方法】在大田条件下,以新春22号和新春44号为供试材料,设置1管4行(TR₄)、1管6行(TR₆)和1管8行(TR₈),3种不同的管行比滴灌带配置方式,测定不同管行比种植方式下,滴灌春小麦植株及各器官干物质积累量、产量和产量构成因子等指标。【结果】不同处理下2个小麦品种的单株和各器官干物质积累量随带宽增加均呈下降趋势,且均以TR₄处理为最大。在TR₄处理下,2个小麦品种的总干物质积累量于成熟期达到最大值,且新春44号干物质积累量高于新春22号。新春44号干物质最大积累量、干物质积累速率均高于新春22号。2个品种的籽粒产量均随着带宽的增加呈下降趋势,在TR₄处理下,新春22号和新春44号的籽粒产量分别为7 716.45和8 096.48 kg/hm²。【结论】在TR₆处理下,小麦籽粒产量降幅较小,新春44号产量降幅度小于新春22号,且新春44号籽粒产量高于新春22号。新春44号更适于在大管行比滴灌种植方式下种植。     

不同程度镉污染对棉花生长和镉富集特征的影响

【目的】研究不同程度镉污染土壤下棉花生长和镉富集的特征。【方法】采用盆栽模拟方法,添加外源镉,分析棉花种植后土壤pH和镉含量的变化,以及镉胁迫对棉花生长和镉积累量的影响。【结果】棉花根系具有酸化作用,使其根际土壤pH下降,随镉胁迫浓度的增加,酸化受到抑制,土壤有效态镉含量随之显著降低。棉花株高和地上部生物量随镉浓度增加逐渐降低,根系则相反。棉花各器官镉含量、转移系数与积累量随镉浓度的增加显著升高。在不同镉胁迫下,棉花根系镉富集系数均>1。在10 mg/kg镉胁迫下茎、叶和蕾富集系数分别达到0.98、0.33和0.63;镉富集量分别为74.01、39.5和98.623 μg/盆,表现出较强的积累能力。【结论】在镉胁迫下棉花根系生物量增加,地上部生物量降低,随镉浓度的增加,棉花镉积累量增大,在5和10 mg/kg镉胁迫下棉花地上部镉积累量显著高于地下部。     

脱硫石膏施用不同年限对土壤改良效果及安全性评价

以干旱区玛纳斯河流域盐碱地为研究对象,分析施用脱硫石膏后不同年限土壤改良效果并对其进行安全性评价.将脱硫石膏一次性施入盐碱农田,分别在第1、第3、第5年定点检测土壤pH值、电导率(EC)、有机质和重金属含量变化.结果表明,施用脱硫石膏后土壤pH值、电导率较未施用有所降低,而有机质含量高于未施用处理.随着施用年限增加,土壤pH值有所升高,但仍低于未施用处理.盐碱荒地复垦后第3年土壤电导率明显大幅度降低;施用脱硫石膏土壤EC第5年高于未施用处理,但仍低于复垦前.施用脱硫石膏后第1年和第3年土壤砷、镉、铜、铅的含量有所降低,变化差异不大,第5年有所升高,高于土壤背景值,但都低于GB 15618—2018中的限量.得出脱硫石膏施用5年内能够降低土壤pH值,增加土壤中有机质的含量,不会造成土壤重金属污染.     

小麦籽粒淀粉含量的QTL定位及效应分析

为深入了解小麦籽粒淀粉含量的遗传特性和QTL效应,选择淀粉含量差异较大的小麦品种M344和武春3号杂交,创制F2∶3群体,并利用973对SSR引物对小麦籽粒总淀粉、直链淀粉和抗性淀粉含量进行基于混合线性模型的QTL定位及效应分析。构建了包含有163个标记的遗传连锁图谱,分布于18条染色体,连锁图谱总长度为1 622.5cM,标记间平均距离为9.95cM。QTL分析表明,共检测到4个主效QTL和12对上位性QTL,涉及1B、2B、2D、4A、5D、6A和7A等16条染色体。其中,抗性淀粉含量上位性QTL3对,总淀粉含量上位性QTL 4对,直链淀粉含量上位性QTL 5对,总贡献率分别为8.34%、17.50%和8.13%。总淀粉和直链淀粉含量各检测到1个加性QTL,抗性淀粉含量检测到2个加性QTL,贡献率分别为5.34%、8.49%、11.47%、12.53%。研究发现,2B染色体Xwmc453.3~Xcfd44.2标记区间的QTL位点同时影响抗性淀粉和总淀粉含量,2D染色体Xgwm296~Xgwm455.2标记区间的QTL位点同时影响抗性淀粉和直链淀粉含量,7A染色体Xwmc488.1~Xwmc488.2标记区间的QTL位点同时影响直链淀粉和总淀粉含量。     

基于Sentinel-2A的棉花种植面积提取及产量预测

及时、准确预测棉花产量在棉田经营管理、农业决策制定等方面具有重要的价值和意义。为了提高棉花产量预测精度并确定估产的最佳生育时期,该研究利用谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）获取2020年Sentinel-2A的3个时间段影像,采用随机森林（Radom Forest, RF）、支持向量机（Support Vector Machine, SVM）、决策树（Classification and Regression Tree, CART）进行棉花种植区域提取,利用顺序向前选择（Sequential Forward Selection, SFS）和偏最小二乘算法（Partial Least Squares Regression, PLSR）确定棉花产量预测最佳生育时期,最终形成莫索湾垦区棉花产量预测分布图。结果表明,1）RF分类效果最佳,农田与非农田分类总体精度为0.94,Kappa 系数为0.89;棉田与非棉田分类总体精度为0.92,Kappa 系数为0.83。2）红边波段（B6）在3个生育时期中与产量相关性较好,相关系数随着生育时期的递进而增加,分别为0.37、0.47、0.53。3）基于PLSR构建的产量预测模型中,铃期预测效果最佳（决定系数R2=0.62,均方根误差RMSE=625.5 kg/hm2,相对误差RE=8.87%）,优于吐絮期（R2=0.51,RMSE=789.45 kg/hm2,RE=11.06%）和花期（R2=0.48,RMSE=686.4 kg/hm2,RE=9.86%）,铃期为棉花产量预测的最佳生育时期。该研究利用GEE和Sentinel-2A影像数据,为新疆莫索湾垦区棉花种植面积提取及产量预测提供一种新的思路,可为合理水肥配置、精准种植、农作物生长过程监测提供数据支撑。     

掺砂对土壤水分入渗和蒸发影响的室内试验

通过掺砂调控农田土壤水分入渗和蒸发,对新疆干旱绿洲农田抑盐、保水及合理的掺砂制度制定具有重要意义。该研究以不同的掺砂率为影响因子进行土柱模拟试验,设置了4个掺砂率水平,分别是0（对照）、25%、50%、75%。结果表明：不同掺砂率条件下湿润锋和累积入渗量与入渗历时有显著地乘幂关系,影响顺序为75%＞50%＞25%＞0,且在掺砂率≥25%影响幅度较大;不同掺砂处理对土壤水分蒸发过程同样也有显著地影响,随着掺砂率的增加,土壤蒸发显著减弱,随着掺砂率的增加,抑制土壤蒸发越强,且在掺砂率≥75%时有较大幅度影响。土壤在连续20 d蒸发过程中,各个处理的土壤累积蒸发量随时间的关系和Rose经验公式拟合度高; 不同掺砂处理能显著提高土壤掺砂层以下的土壤含水率,随着掺砂率的增加而增加,其中掺砂75%时最高。     

棉花S-腺苷蛋氨酸脱羧酶基因(GhSAMDC2/3/4)的克隆及其诱导表达分析

利用电子克隆结合RT-PCR技术克隆获得陆地棉(Gossypium hirsutum L.)S-腺苷蛋氨酸脱羧酶(S-adenosylmethionine decarboxylase,SAMDC)基因家族3个基因,分别命名为Gh SAMDC2、Gh SAMDC3和GhSAMDC4。序列分析显示,该基因c DNA包含的upstream ORF(u ORF)和main ORF(m ORF)为植物SAMDC基因特征ORF,其中m ORF长度分别为1068 bp、1110 bp和1032 bp,分别编码355、369和343个氨基酸。聚类分析表明,Gh SAMDC2/3蛋白与可可树(Theobroma cacao)SAMDC聚为一类,且Gh SAMDC2与GhSAMDC3蛋白亲缘关系最近;Gh SAMDC4与拟南芥At SAMDC4聚为一类。实时荧光定量PCR分析表明,Gh SAMDC2在茎中表达相对较高,随着纤维发育其表达量不断增加,在纤维发育后期其表达量达到最高;Gh SAMDC2/3/4在不同的胁迫条件下表现出不同的表达模式,Gh SAMDC2受低温和干旱胁迫诱导最强烈,Gh SAMDC3响应盐胁迫显著,Gh SAMDC4受ABA诱导强烈。上述结果为进一步研究棉花SAMDC基因功能奠定了一定基础。