《小桐子水氮高效利用理论与调控技术》在考虑作物水肥高效利用的土壤和生理过程及其调控的基础上,研究不同水肥供应下作物水分-养分-生物量-经济产量的转化过程,探明不同水肥供应下作物水分养分高效利用的理论与调控技术,揭示有利于作物健康生长的水肥互作机制与定向调控途径;研究灌水量对小桐子生长、耗水特性和水分利用效率的影响,提出小桐子水分高效利用的灌溉制度;研究灌溉模式对小桐子生长、耗水特性和水分利用效率的影响,筛选出适宜于季节性旱区的小桐子水分高效利用的优灌溉方式;研究小桐子生长、耗水特性和水分利用效率对保水剂和水肥的响应,探明保水剂的用量与施用方式。
植物液体燃料作为一种可再生和对环境友好的新型能源,正受到世界各国的重视。中国政府出于粮食安全考虑,自2007年开始将发展重点列有林业生物柴油在内的“非粮”生物液体燃料。开发、利用生物质能是我国目前应对能源危机和环境恶化两大难题的必然选择。能源植物在生物质能源开发利用中起重要的作用,在众多能源树种中,小桐子是目前研究最多、被认为最具发展潜力的原料树种,被公认为最有可能成为未来替代石化能源的生物质能源原料。国家发展和改革委员会颁布的《可再生能源发展“十一五”规划》提出,到2010年,可再生能源在能源消费中的比重达到10%,其中生物质能源作为重要的研究课题,受到国内外众多学者的高度关注。为了将云南省打造成为中国生物柴油大省,云南省政府计划在“十一五”期间种植小桐子1000万亩以上,将生物柴油产业作为云南省的优先发展主题。在科技部的支持下,云南省科技厅组织省内的云南神宇新能源公司、昆明理工大学、云南大学、西南林学院、云南省农业科学院、云南省林业科学院、中国科学院昆明植物研究所、中国科学院西双版纳植物园等8家科研单位和高校,联合申报国家科技支撑计划重大项目——“小桐子生物柴油产业化关键技术研究与示范”,于2007年获批立项。2007年1月23日,中国首辆使用膏桐(小桐子)生物柴油的汽车在云南试用成功,2011年10月28日,中国首次以小桐子精炼油作为航空生物燃料用于客机试飞取得成功。为了减少航空温室气体排放和保障航空能源安全,同时带动并支持中国航空生物燃料产业的发展和升级,从“十二五”规划开始,中国民航将逐步加大航空生物燃料方面的投入和工作力度。因此,小桐子生物质能源产业将有广阔的发展前景。加之,利用小桐子的提取物可以加工生物医药、农药、生物肥料、日常用品和工业用品等,还可以用于植被恢复和水土保持等方面。由于小桐子具有较强的抗环境胁迫能力,人们常认为小桐子能在极其贫瘠的土壤中较快生长并能取得较高的产量,这是误解。专家认为,“小桐子生物柴油产业发展超前了,但研发滞后”。通过科研,大规模提高小桐子的产量是亟待解决的问题。
小桐子(Jatropha curcas L.)属于大戟科麻疯树属,为多年生、落叶、茎秆多汁的灌木树种,其果实平均含油率高达40%以上,可提炼生物柴油,号称“生物柴油树”,广泛分布于亚洲、非洲和美洲的热带、亚热带及干热河谷地区。在中国集中分布于西南地区的云南、四川和贵州及东南地区的台湾、福建、广东、广西和海南等地。小桐子可以生长在其他作物难以生长的岩石、沙地和盐碱地等区域,主要用于废弃土壤的复垦和干旱半干旱土壤的植被恢复及重金属污染土壤的修复。然而,日益严重的干旱、水资源短缺和土壤肥力低下是制约季节性旱区小桐子产量提升的主要瓶颈。如何高效利用有限的土壤水肥资源,进一步提高我国小桐子相关产品的生产能力,确保农业和环境的可持续发展是目前我国农业面临的重大挑战。
作物水肥高效利用理论与调控技术,就是将灌溉与施肥技术有机结合的一项现代农业新技术。它实现了对作物的精准灌溉和施肥,将节水、节肥、节药等技术环节系统设计与管理,实现作物对水肥的协同管理和同步高效利用。自20世纪90年代开始,许多发达国家如美国、以色列、欧洲等国投入较多资金,研发作物灌溉和施肥技术,并广泛应用于大农场模式的作物水肥管理,不仅节水节肥增效显著,而且氮肥、磷肥用量分别下降了大约30%和50%,曾经一度十分严重的地下水硝酸盐污染也有所缓解。
第一章 概述
第一节 研究目的与意义
第二节 小桐子水氮高效利用技术研究的总体思路
第三节 小桐子水肥高效利用技术与调控模式
参考文献
第二章 灌水量对小桐子生长、耗水特性和水分利用效率的影响
第一节 国内外研究进展
第二节 研究内容与方法
第三节 灌水量对小桐子形态特征和水分利用的影响
第四节 不同灌水处理对小桐子生长及蒸散耗水特性的影响
第五节 限量灌溉对小桐子生长和水分利用的影响
第六节 基于水分胁迫的小桐子根系三维可视化模拟
第七节 讨论
第八节 小结
参考文献
第三章 灌溉模式对小桐子生长调控与水分利用的影响
第一节 国内外研究进展
第二节 研究内容与方法
第三节 不同水量交替灌溉对小桐子生长调控与水分利用的影响
第四节 调亏灌溉对小桐子幼树形态特征与水分利用的影响
第五节 讨论
第六节 小结
参考文献
第四章 小桐子生长、耗水特性和水分利用效率对保水剂和水肥的响应
第一节 国内外研究进展
第二节 研究内容与方法
第三节 灌水周期和保水剂施用方式对小桐子生长与水分利用的影响
第四节 水肥和保水剂处理对小桐子生长与水分利用的影响
第五节 讨论
第六节 小结
参考文献
第五章 小桐子生长、产量、品质和水分利用效率的水氦耦合效应
第一节 国内外研究进展
第二节 试验概况与研究方法
第三节 灌水频率和施氮对小桐子生长和水分利用的影响
第四节 亏缺灌溉和施氮对小桐子根区土壤硝态氮分布及利用的影响
第五节 调亏灌溉和氮处理对小桐子生长及水分利用的影响
第六节 水氮耦合对小桐子生长和灌溉水利用效率的影响
第七节 水氮一体灌溉模式对小桐子生长及水氮利用的影响
第八节 限量灌溉和施氮对小桐子产量及品质的影响
第九节 讨论
第十节 小结
参考文献
第六章 肥液氮素浓度在线检测装置设计与试验
第一节 国内外研究背景
第二节 相关理论基础
第三节 检测装置设计
第四节 试验与结果分析
第五节 小结
参考文献
第七章 小桐子环境参数两bee无线传感器网络监测系统研究
第一节 国内外研究进展
第二节 系统硬件的设计与实现
第三节 Zigbee无线传感器网络执行策略
第四节 基于WSN的系统软件开发与应用
第五节 系统性能试验及结果分析
第六节 小结
参考文献
第八章 小桐子优质高产栽培的水管理分析决策支持系统构建与实现
第一节 国内外研究背景
第二节 技术简介和数据库理论基础
第三节 小桐子水管理决策系统的系统分析及总体设计
第四节 系统开发环境和数据库设计
第五节 设计介绍系统功能模块
第六节 小结
参考文献