科创中国

行业领域

农、林、牧、渔业,农、林、牧、渔专业及辅助性活动

需求背景

氮素是作物生长发育所必需的营养元素，对土壤和作物都有显著影响。然而，由于近年来农田氮肥不合理施用引起的土壤酸化加剧、温室气体排放剧增以及氮素淋失引发的水体富营养化严重等一系列环境问题，给农业生态系统带来巨大挑战。通常情况下，以外界施肥的方式补充氮素往往过量，因此研究作物的合理氮肥管理尤为重要。高粱（sorghum bicolor (L.) Moench）又称蜀黍，是我国重要的粮食、饲料和能源作物，是酿酒的主要原料。近年来，高粱白酒市场需求量增加，高粱种植效益普遍较高，重庆、四川等地高粱种植面积逐年增加。高粱种植中氮肥的合理减量施用，是提高氮肥利用率和增加产量、减少氮素损失、提高土壤质量和降低环境污染的主要措施之一。现阶段，有关高粱氮素利用的研究较多，在最佳施氮量的问题上，由于地区、土壤环境和耕作措施等的差异，研究结果不尽一致。

机械化垄作是基于现代农机技术基础上的高效耕作技术，通过深松垄翻代替平翻，既有利于保护土壤耕层，增加土壤通透性，又能改善土壤微生物群落结构，利于土壤的定向培肥，能够有效提升作物产量。针对重庆等西南地区粘性土壤结构下高粱种植过程中出现的生产成本高、直播缺苗率大和田间积水严重等问题，采用机械起垄的耕作方式，不仅有效解决高粱直播过程中漏种和缺苗问题，同时机械起垄能够改善土壤耕层结构，有利于促进肥料高效利用，提高土壤养分和持续生产能力，形成良好的生长环境效应，从而提高高粱产量和品质。目前国内外研究主要集中在作物平作、移栽等传统耕作制度下施氮量对土壤培肥效应等的影响，而对于高粱垄作栽培制度下的氮肥利用规律和不同施氮水平的土壤微生态环境响应机理研究未见报道。

本研究结合分子生物学技术对高粱常规平作和垄作栽培方式下，不同施氮水平对高粱生长发育规律、养分利用效率和土壤理化性质，以及关键涉氮微生物的群落组成及其丰度变化规律等进行研究，可为垄作高粱生产中氮肥减量高效利用、降低氮素损失及其环境风险提供技术支撑，同时为高粱栽培制度中土壤养分管理和耕地质量提升提供理论依据。

需解决的主要技术难题

1、针对目前化学肥料大量施用导致的土壤养分下降、氮肥利用率降低、持续增产效果不好，以及土壤环境污染等问题，在重庆地区粘重土壤结构特征的影响下，通过机械旋耕起垄和氮肥减量施用的方式，有效改善土壤通透性的同时，增强土壤有机质、氮、磷、钾等养分含量，降低土壤容重和增加孔隙度，提高作物生产效率，保障高粱产量和品质；改善农田土壤生态环境，为高粱氮肥的减量施用提供理论依据。

2、明确不同施氮水平下垄作高粱土壤理化性状、微生物群落结构和多样性等土壤微生态环境特征，通过协调土壤肥料供应与高粱养分需求、土壤质量相适应，研发垄作高粱氮肥施用技术，实现高粱产业“减肥”高效生产。

期望实现的主要技术目标

（1）阐明施氮量对垄作高粱生长、养分需求规律和产量以及土壤养分的影响，明确垄作高粱氮素高效利用机制；

（2）形成垄作高粱氮肥高效利用技术；

（3）明确土壤理化性质、细菌群落结构等土壤肥力和微生态特征及其与产量的相关性，揭示氮肥施用量对垄作高粱的土壤微生物学作用机制和高粱栽培的增产机理。

处理进度