[01079187]基于根系效率和根源信号特征的冬小麦节水灌溉技术与应用

该项目属于农学技术领域。通过田间、盆栽实验和理论研究相结合方法，分析了冬小麦的根系大小、分布与根系效率、根源信号特征和水分利用的关系，在此基础上，对该省冬小麦节水灌溉和水分高效利用技术进行了攻关，解决了关键技术问题，为该省农田水资源高效利用和农业可持续生产提供了重要技术保障。该项目主要内容如下：1.探明了冬小麦根系大小、分布与根系效率、水分消耗、群体抗旱性及产量形成的关系。研究表明，适当减少小麦上层根系，增加下层根系分布比例，优化了根群结构，也削减了无效分蘖数量，既减少了无效分蘖前期对土壤水分的无效消耗，也增强了作物后期对深层土壤水分的利用，作物水分利用效率和群体抗旱能力显著提高。同时，由于根系的减少，也减少了根系呼吸对光合产物的消耗，而作物产量不降低。因此，作物的根系效率显著提高。2.揭示了根系大小对作物竞争能力、根源信号特征、水分利用效率和耐旱性的影响机理。研究表明，适当减少根系，降低了小麦的对水分的竞争能力，也减少了小麦对水分的过度消耗，同时，适当减少根系，能提高小麦非水力根源信号的敏感性，延缓水力信号出现的时间，降低光合作用对土壤干旱的敏感性，从而提高了作物的水分利用效率、产量和耐旱性。3.提出了基于根系效率的冬小麦节水高效栽培技术。在对根系大小、分布与作物水分利用效率及抗旱生产能力的关系进行分析的基础上，通过适当晚播，增加基本苗数，以扩大初生根群，减少表层次生根群；同时，通过小麦拔节前控水以减少无效分蘖并促进根系下扎，构建了高效低耗的株群结构,实现了作物水、肥利用效率和作物产量的同步提高。4.探明了调亏灌溉对冬小麦的根源信号、光合产物的积累与转移及耐旱性的影响特征。研究表明，适当的水分调亏通过提高非水力根源信号(nHRS)的敏感性，延缓水力信号(HRS)出现的时间，从而提高了作物的水分利用效率和耐旱性；前期的调亏灌溉通过改善花后光合特性和增加花前干物质向籽粒的转移量，提高了作物产量和稳产性。5.研发了基于非水力根源信号特征的调亏灌溉技术。通过将根源信号理论与调亏灌溉相结合，建立了基于根源信号特征的调亏灌溉技术。该技术的应用效果表明，用测得小麦的根源信号特征来指导小麦的调亏灌溉，节约了灌溉用水，小麦的产量和水分利用效率显著提高。该技术有效解决了调亏灌溉在生产上不足之处，从而实现节水灌溉技术创新。该成果为该省乃至全国冬小麦的水分高效、可持续利用及稳定作物生产提供了科学的技术体系，研发的基于根系效率的冬小麦节水高效栽培技术和基于非水力根源信号特征的调亏灌溉技术，节约了灌溉用水，提高了作物产量和水分利用效率。该技术体系在以下方面取得创新：①在理论上：通过研究根系大小、分布对作物根系效率和根源信号行为影响的研究，拓宽当前的抗旱生产的研究范围，实现该领域研究理论创新；②在技术上：通过将根源信号理论与调亏灌溉技术相结合，建立基于冬小麦根源信号行为的的调亏灌溉技术，实现节水灌溉研究技术创新；③在实践上：通过不同栽培措施对冬小麦的根系效率进行调控，提出了有利于冬小麦水肥高效利用的栽培方式。通过该研究成果在修武县、卫辉市和获嘉县部分乡镇约40万亩耕地上的应用，节省了灌溉用水，促进了农业水肥资源的高效利用，同时，有效降低了由于化肥过量投入对环境的污染，并提高了粮食产量，产生了显著的经济效益。示范区共增收粮食1332万公斤，年度经济效益2664万元，每亩节能减投约20元，共减投800万元。该项目共发表高水平学术论文约20多篇，培养硕士生6名。总之，该成果中技术性能指标处于国内领先。对于缓解中国农业水资源供需矛盾和保证农业的持续发展具有重要意义，具有广阔的市场推广前景。