甘肃省推荐2015年度国家科学技术奖项目表.doc

附件1 一、项目名称：旱地作物根土系统生态适应与调控机制研究 、项目简介：包含项目主要研究内容、科学发现点、科学价值、同行引用及评价等。 在上世纪80年代到90年代，针对旱地农业生产力长期低而不稳的局面，结合黄土高原旱农区土层深厚的特点，合理施肥、以肥调水、促进根系生长、充分利用深层土壤水分等成为研究提高旱地作物产量的主要技术路线，使旱地农业上了一个台阶。然而旱地农田没有灌溉，频繁耕作似乎也有悖水土保持的基本原则，追施化肥很困难，粗放施用化肥的增产效果也并不稳定，调控措施很有限，急需寻求新的突破点。本项目运用现代生活史生态学中“权衡(Trade-Off)”的学术思想，以提高旱地作物生产力为核心，深入研究解析适应土壤干旱的根冠关系和土壤水热环境对作物生产力的调控原理和途径，主要科学发现如下： 澄清了旱地作物产量与根系大小的关系，阐明了旱地作物受自然选择影响表现的根系生长冗余不利于 提高作物籽粒产量的机理，确证了降低根系生长冗余是提高旱地作物产量的关键。 发现了非水力根源信号(nHRS)持续期间土壤含水量阈值宽度(SMTR)的作物根源信号数量特征，提出和阐明了旱地作物根源信号数量特征与产量性状的关系，为优化旱地作物根冠关系、提升产量潜力开辟了新途径。 阐明了旱地作物根区水热调控对提高产量的高度有效性，揭示了根区水热调控对土壤环境变化和根系生长的影响机理，为旱地作物大田调控提供了有力手段,为主要作物大幅度提高产量提供了关键科学依据，尤其在水热条件较差的地区增产幅度反倒大于水热条件较好的地区，为扭转长期以来旱地作物产量低而不稳的被动局面做出了贡献。 率先提出了旱地农田根区水热条件改善激发出现的土壤质量下降的潜在风险，研究提出了针对旱地农田生态系统挑战的应对策略。 本项目建立了以旱地作物群体过程为基础的生态适应性与高产性研究理论框架，为旱地作物根土关系调控开辟了新途径，为大幅度提高旱地农田生产力、缓解区域粮食安全与生态安全做出了贡献。 本项目发表的8篇代表性论文他引870次，SCI他引356次，单篇最高他引217次，单篇最高SCI他引65次。相关论文被收录于Elsevier 出版的Crop Physiology 教材(2009)、剑桥大学出版社出版的Crop Ecology (2011)，以及全球首部从进化生态学角度论述作物产量形成的专著“Darwinian Agriculture”；受邀在国内外学术会议作大会报告或特邀报告30次。 、客观评价：主要包括国内外同行在重要学术刊物、学术专著和重要国际学术会议等公开发表的学术性评价意见，国内外重要科技奖励等。 国际知名生态学家Sadras教授等在Field Crop Res(2000，67, 51-58)用一个半页面的篇幅专门评论Zhang et al(1999) (代表论文-1): 将理论和实证研究支持自然选择偏爱个体水平特征的概念，明确指出这不利于作物产量的形成。利用博弈论，Zhang et al(1999) 用理想株型和常规株型比较优化了Maynard Smith的进化稳定策略(Maynard Smith 1982)的概念，研究表明农作物最大化产量的最佳资源分配伴随生产冗余较大，使其在进化上变得更加不稳定。美国University of California的Denison教授和Kiers教授、University of Edinburgh的West教授等在Q Rev Biol(2003，78(2), 145- 168)用较大篇幅评价Zhang et al. (1999)(代表论文-1)：个体与种群之间的矛盾在于根系在水分限制的条件下对资源的分配，同种植物群落的生产力在根系生物量中等水平时最高，此时根系能获得足够的有效水来满足植物生长。但是对一个有最适根系分配特征的种群来说，在水分限制条件下能获得较大的水分供给能力的基因型能被分配给根系较多资源。他得出使作物产量最大化的最佳资源分配的进化是不稳定的(Denison et al). 知名出版社Elsevier出版的“Crop Physiology (2009)”教材收录了本项目相关内容(由澳大利亚Victor Sadras和智利Daniel Calderini教授主编) (代表论文-3)。知名植物生理学家Morillon教授等在Plant Cell Environ(2013, 36, 856-868)中较大篇幅地评价到: Xiong et al (2006) (代表论文-3)研究表明六倍体小麦抗旱性大于四倍体，而且四倍体大于二倍体，当持续干旱时，六倍体小麦降低气孔导度早于四倍体和二倍体，前者能够更好地维持叶片相对含水能力，表明植物对根化学信号(比如ABA)的敏感性大于水力信号的敏感性. 李凤民1999年发表的春小麦地膜覆盖的研究论文