内蒙古西部旱区机采棉膜下滴灌水氮耦合效应

为探明内蒙古西部旱区机采棉膜下滴灌水氮耦合对棉花生长发育、产量、品质,以及水分与氮素利用效率的影响,在内蒙古阿拉善盟阿拉善左旗,设置3种灌溉定额(216、288、360 mm,分别记为W₁、W₂、W₃)和3种施氮水平(127.5、195、262.5 kg·hm^-2,分别记为N₁、N₂、N₃)的完全组合处理,进行了大田棉花膜下滴灌试验.结果表明: 水分是膜下滴灌棉花生长的决定因素,增加灌水量可以促进棉花株高增加,提高棉花各部分干物质积累量,但降低生殖器官与地上部干物质比例.W₃处理单株成铃数较W₁和W₂分别提高25.4%和17.5%,单铃质量分别降低5.8%和4.6%,籽棉产量分别增加18.1%和11.9%;单株成铃数提高是籽棉产量增加的主要因素.水氮调控对籽棉产量的互作效应显著,W₁与W₂灌水量下N₁处理籽棉产量最高;W₃灌水量下N₂处理较N₁、N₃籽棉产量分别增加8.5%和31.9%.水氮调控对纤维品质整体无显著影响.W₁N₁处理水分利用效率最高,为1.37 kg·m^-3,与W₃N₂处理差异不显著;W₃N₁处理氮肥偏生产力最高,为51.35 kg·kg^-1.在本试验条件下,灌水增产效应显著,施氮则在水分充足条件下对籽棉产量形成有促进作用.其中,灌水360 mm、施氮195 kg·hm^-2处理显著促进地上部干物质积累,籽棉产量最高,水分利用效率和氮肥偏生产力分别达1.30 kg·m^-3和36.41 kg·kg^-1,节水增产效果显著,是内蒙西部旱区较理想的机采棉水氮调控模式.     

水氮互作对固定道垄作栽培春小麦根系生长及产量的影响

为探讨固定道小麦栽培方式下适宜的水氮组合,以低水1200 (W₁)、中水2400 (W₂)、高水3600 m³·hm^-2 (W₃)为主处理,0 (N₀)、低氮90(N₁)、中氮180 (N₂)、高氮270 kg·hm^-2 (N₃)为副处理,采用裂区设计,对固定道垄作栽培方式下水氮互作对春小麦根系生长及产量的影响进行了研究.结果表明:水氮互作能显著影响春小麦根干质量密度(RWD),RWD随着小麦生育期的进程表现为先增大后减小的趋势,在灌浆期达最大;RWD对施氮量的响应取决于灌溉量,在W₁下,RWD在N₁处理下最大,在W₂下,RWD随着施氮量的增加在N₂处理下最大,在W₃下,RWD随着施氮量的增加在N₃ 处理下最大;不同灌溉处理下RWD表现为W₂>W₃>W₁;施氮与灌水显著影响RWD,表现为灌水>氮肥>水氮互作,在W₂N₂处理下最大.根冠比随着灌水量与施氮量的增加逐渐减小,在W₁N₀处理下根冠比最大;85%以上的小麦根系分布于0～40 cm土层,产量与0～40 cm土层RWD呈显著抛物线回归关系,与40～60 cm土层RWD呈显著线性正回归关系.W₂灌溉条件可以促进小麦根系向中下层(40～60 cm)分布;灌水施氮能显著影响春小麦籽粒产量与生物产量,生物产量随着施氮量和灌水量的增加而增加,籽粒产量在W₂N₂最大;灌水生产力随灌水量的增加逐渐降低,氮肥农学利用率随施氮量的增加而减小.因此,在固定道垄作栽培方式下,施肥量与灌水量控制在N₂ (180 kg·hm^-2)与W₂(2400 m³·hm^-2)条件下有利于促进根系生长,进而提高春小麦籽粒产量及水氮利用效率,是河西灌区固定道小麦栽培方式下适宜的水氮组合.     

根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花叶片光合生理特性的影响

在新疆气候生态条件下,采用管栽方法,选用棉花新陆早13号和新陆早33号2个品种为供试材料,通过人工限制根系垂直生长深度和水氮供应,测定棉花叶片气体交换和叶绿素荧光参数、光合物质积累等,探讨根域限制及水氮供应对棉花光合生理特性及产量形成的影响。结果表明:与对照相比,相同水氮供应条件下,根域限制处理棉花从开花期至盛絮期叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和光化学猝灭系数(qp)显著降低,尤其在盛铃后期至盛絮期表现明显,但潜在最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)未受到影响;盛花期和盛絮期根重均显著降低,但地上部总干物质、蕾铃干物质累积量及籽棉产量均显著高于对照。同一根域容积不同水氮处理棉花开花期至盛絮期的Pn、Gs和Fv/Fm、ΦPSⅡ、qp均表现为W1N1>W0N1>W1N0>W0N0;根域限制条件下适量水氮供应处理盛花期和盛絮期地上部总干物质和蕾铃干物质累积量均显著增加,最终单株铃数、单铃重和籽棉产量均显著高于其它处理。因此,在膜下滴灌棉花根域容积受限制条件下,通过优化生育期水氮供应,能改善叶片光合性能、增加地上部干物质积累量及其向生殖器官分配比例,是挖掘膜下滴灌棉花产量潜力和提高效益的有效途径。     

涌泉根灌下水氮耦合对陕北山地苹果光合特性、产量和水氮利用的影响

以陕北山地7年生‘寒富’苹果树为试验材料,设置3个灌水水平[高水(W₁,85%～100%θ_f,θ_f为田间持水量)、中水(W₂,70%～85%θ_f)、低水(W₃,55%～70%θ_f)]和3个施氮水平[高氮(N₁,600 kg·hm^-2)、中氮(N₂,400 kg·hm^-2)、低氮(N₃,200 kg·hm^-2)],研究涌泉根灌条件下水氮耦合对山地苹果树光合特性、产量和水氮利用的影响。结果表明: 相同灌水条件下,随着施氮量的减少,苹果树叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)和瞬时水分利用效率(WUE_i)降低,但胞间CO₂浓度(C_i)增加;相同施氮条件下,随着灌水量的减少,叶片P_n、T_r、g_s和WUE_i降低,而C_i增加。W₁N₁处理的P_n、T_r日均值最大,但与W₁N₁处理相比,W₂N₂处理的WUE_i最大。苹果产量、灌溉水利用效率(IWUE)和氮肥偏生产力(NPFP)受灌水和施氮量的显著影响,W₂N₂处理的产量最高(26761 kg·hm^-2),减小灌水量和增大施氮量使IWUE显著提高,而增大灌水量和降低施氮量使NPFP显著增加。回归分析表明,产量和IWUE同时获得最优解时,灌水量和施氮量组合最接近W₂N₂处理。因此,W₂N₂处理为涌泉根灌条件下陕北山地苹果最佳的水氮组合模式。     

水氮运筹对膜下滴灌棉花光合特性及产量形成的影响

以不同基因型棉花品种为材料,在土柱栽培条件下研究膜下滴灌条件下水氮运筹方式对新疆棉花光合性能和产量构成的影响.结果表明： 播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌,并配合氮肥基施20%+追施80%的水氮运筹方式（W₄N₂）下,盛花期叶片叶绿素含量、气孔导度（g_s）、净光合速率（P_n）、PSⅡ实际光化学效率（Φ_PSⅡ）和光化学猝灭系数（q_P）均显著低于全生育期常规滴灌处理,非光化学猝灭系数（NPQ）增加,地上部干物质累积量受到限制;盛铃期至吐絮期叶绿素含量、g_s、P_n、Φ_PSⅡ、q_P均随水氮供应量的提高而增大,地上部干物质产生超补偿积累,且有利于光合产物向棉铃的运转与分配.在氮肥基施20%+追施80%的施氮方式下,新陆早13号以播前灌溉+全生育期常规滴灌（W₃）处理的籽棉产量较高,新陆早43号以播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌（W₄）处理籽棉产量最高.因此,在播前灌溉条件下适当减少盛花期前、增加生育中后期水氮供应,可以延长冠层叶片光合功能期,促进光合物质优先向生殖器官分配,充分发挥膜下滴灌棉花的增产潜力.     

不同水分条件下控释尿素对夏玉米产量和叶片衰老特性的影响

采用旱棚土柱试验,以郑单958为材料,研究不同水分处理(重度干旱胁迫W₁、轻度干旱胁迫W₂、正常水分条件W₃)和不同控释尿素施氮处理(N₀:不施氮肥;低氮N₁:施纯氮150 kg·hm^-2;中氮N₂:施纯氮225 kg·hm^-2;高氮N₃:施纯氮300 kg·hm^-2)对夏玉米产量及叶片衰老特性的影响.结果表明: 控释尿素与水分耦合对延缓叶片衰老、提高功能叶作用时间和效率以及提高产量方面存在显著互作效应.相同氮素条件下,随着土壤水分含量的增加,夏玉米叶面积指数(LAI)、穗位叶叶绿素含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性均显著提高,可溶性蛋白含量增加,而丙二醛(MDA)含量显著降低,产量增加;相同水分条件下,随着施氮量的增加,夏玉米LAI、穗位叶叶绿素含量及各种保护酶活性均显著提高,可溶性蛋白含量增加,而MDA含量显著降低,产量也呈增加趋势.但处理W₃N₃、W₃N₂和W₂N₃之间差异不显著,且相对于其他处理,各项指标(MDA除外)均保持较高水平,MDA含量较低,表明控释尿素与水分的耦合效应有利于维持穗位叶功能,延缓叶片衰老,促进光合产物的生产,进而提高夏玉米产量.综合产量、叶面积指数、叶绿素含量和各种保护酶活性及MDA、可溶性蛋白含量,在土壤含水量为(75±5)%的田间持水量条件下(正常水分),控释尿素施氮量超过225 kg N·hm^-2后,继续增施氮肥不能持续提高花后叶片的保护酶活性,且导致保护酶活性下降加快,MDA含量显著升高,加速植株衰老,不利于氮素的高效利用;在土壤含水量为(55±5)%的田间持水量条件下,控释尿素施氮量在300 kg N·hm^-2条件下水氮耦合效应最佳.     

沟灌水氮耦合对毛白杨林木生长及水氮吸收利用的影响

为探索沟灌水氮耦合对幼年生毛白杨林木生长及水氮吸收利用的影响,以4年生砂地三倍体毛白杨为对象,研究3个灌溉水平(W₂₀、W₃₃、W₄₅,即沟渠正下方40 cm土壤水势分别达到-20、-33和-45 kPa时灌溉),4个施N水平(N₁₂₀、N₁₉₀、N₂₆₀、N₀,即施肥量为120、190、260和0 kg·hm^-2·a^-1)和自然条件(对照,CK)下幼年生毛白杨林木生长和水氮吸收利用规律,并结合林木生长状况,分析4年生三倍体毛白杨的最佳沟灌水氮耦合策略。结果表明:W₂₀N₁₂₀(高水低肥;土壤水势-20 kPa,施N量120 kg·hm^-2·a^-1)处理对三倍体毛白杨的林地生产力提升最为显著,其林地生产力最高可达33.37 m³·hm^-2·a^-1,仅有树高和总株生物量受到水氮耦合交互作用的显著影响。增加灌溉量或施N量都会提高林木吸氮量,但吸氮量主要受施N量影响;W₂₀N₂₆₀处理总株吸氮量最高,达112.17 kg·hm^-2·a^-1,较CK增加74.0%。各处理中,W₂₀N₁₂₀氮吸收效率和氮肥偏生产力最高,且显著高于其他处理,其总株、地上部、地下部氮吸收效率可达36.8%、28.5%、6.4%,总株氮肥偏生产力可达221.4 kg·kg^-1。不同水氮耦合处理灌水量对灌溉水的利用效率影响显著,其中,W₄₅N₂₆₀灌溉水利用效率最高,达13.66 g·kg^-1;而W₂₀N₁₂₀吸水量和水吸收效率最高,分别为13268.28 t·hm^-2和129.4%。为达到较大的收益,在三倍体毛白杨的幼年生长期间,应保持充足的水分灌溉(-20 kPa)和相对偏低的施氮量(120 kg·hm^-2·a^-1)促进幼年生毛白杨的生长发育。     

生物炭与氮肥配施对牡丹叶片氮素营养和籽粒品质的影响

利用田间小区试验,设计生物炭用量为0(B₀)、1 kg·m^-2(B₁)、2 kg·m^-2(B₂)3个水平,氮肥用量为0(N₀)、40 g·m^-2(N₁)、60 g·m^-2(N₂)3个水平, 即B₀N₀、B₀N₁、B₀N₂、B₁N₀、B₁N₁、B₁N₂、B₂N₀、B₂N₁和B₂N₂共9个处理,研究了生物炭与氮肥配施对牡丹叶片的氮素积累、叶片氮素向籽粒转移、籽粒蛋白氮、氨基酸和脂肪酸含量,以及籽粒产量和品质的影响.结果表明: 生物炭与氮肥配施增加了牡丹不同发育时期叶片中蛋白氮和非蛋白氮含量,以及叶片氮素向籽粒的转移量和籽粒氮素积累量.与B₀N₀处理相比,B₁N₁处理叶片氮素转移量和籽粒氮素积累量分别增加27.6%和27.1%;B₁N₁和B₂N₁处理牡丹籽粒百粒重和籽粒产量分别增加13.6%和16.4%,其中籽粒产量在B₁N₁、B₁N₂、B₂N₁和B₂N₂处理间差异不显著;B₂N₁和B₁N₂处理牡丹籽粒蛋白氮和总氨基酸含量较高,分别增加29.3%和36.2%.生物炭与氮肥配施增加了牡丹籽粒中总脂肪酸和不饱和脂肪酸的含量,其中,B₂N₁处理总脂肪酸含量较高, 比B₀N₀处理增加了17.4%.生物炭与氮肥配施能够增加牡丹叶片氮素积累量和叶片氮素向籽粒的转移量,增加籽粒产量,提高牡丹籽粒蛋白氮、氨基酸和脂肪酸的含量,其中以生物炭1 kg·m^-2与氮肥40 g·m^-2配施效果较好.     

杨树幼苗非结构性碳水化合物对增加降水和氮添加的响应

设置3个水分梯度,即自然降水(W₁)、自然降水增加50%(W₂)和增加100%(W₃)以及4个施氮梯度,即模拟氮沉降添加0(N₁)、5(N₂)、10(N₃)和15(N₄) g N·m^-2·a^-1,研究增加降水和氮添加对杨树幼苗非结构性碳水化合物(NSC)的影响.结果表明: 增加降水和氮添加对杨树幼苗NSC含量具有显著的交互作用.随着降水的增加,N₁水平叶片和枝条可溶性糖含量不变,叶片、枝条、主干、粗根和细根淀粉含量下降;N₂和N₃水平各器官可溶性糖含量下降或保持不变,淀粉含量降低或先升高后降低;N₄水平各器官可溶性糖和淀粉含量升高或先降低后升高.随着氮沉降的增加,W₁处理叶片可溶性糖含量不变,淀粉含量增加,细根可溶性糖含量增加,淀粉含量不变;W₂处理各器官可溶性糖含量不变或先增加后减少,淀粉含量降低或先增加后降低;W₃处理各器官可溶性糖、淀粉和NSC含量均增加.各水分和施氮梯度处理下,杨树幼苗可溶性糖含量为39.1～88.3 mg·g^-1,叶片中最高,细根中最低,淀粉含量为23.3～46.8 mg·g^-1,粗根中最高,细根中最低.     

新疆北部棉花冠层结构特征对滴灌定额的响应

在新疆北部地区自然生态条件下,采用棉花品种‘新陆早45号’为试验材料,设置5种滴灌定额处理(W₁:600 m³·hm^-2,W₂:540 m³·hm^-2,W₃:480 m³·hm^-2,W₄:420 m³·hm^-2,W₅:360 m³·hm^-2),研究了棉花叶面积指数、冠层开度、群体光吸收率、群体光合速率和产量对不同滴灌定额的响应.结果表明: 随着滴灌定额减少,棉花叶面积指数、群体光吸收率、群体光合速率均呈现降低趋势,其中W₁与W₂处理间的上述参数在盛蕾期至吐絮期均无显著差异;冠层开度则随滴灌定额减少呈增加的趋势.籽棉产量和皮棉产量均以W₁处理最高,分别为6549和2677 kg·hm^-2;W₂处理籽棉产量仅比W₁处理低6.5%,灌溉水利用效率较W₁处理高3.9%.相关分析表明,盛花期至盛铃期叶面积指数、群体光吸收率和群体光合速率均与籽棉产量呈显著或极显著正相关.因此,控制滴灌定额在540 m³·hm^-2有利于棉花在盛花至盛铃期保持较高的叶面积指数、增加冠层开度、保证光吸收率,进而增强群体光合速率,在不显著降低产量前提下提高灌溉水利用效率.     

养分与水分添加对荒漠草地植物钠猪毛菜功能性状的影响

分析水分与养分添加对植物功能性状的影响, 对揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。该文通过施氮与增水(包括增雨、增雪)共6种处理(对照(N₀W₀)、雨添加(N₀W₁)、雪添加(N₀W₂)、氮添加(N₁W₀)、氮雨添加(N₁W₁)、氮雪添加(N₁W₂)), 对荒漠草地进行氮肥添加、水分添加的实验。实验持续了3年, 第4年以荒漠草地建群种植物钠猪毛菜(Salsola nitraria)植物功能性状为研究对象, 量化分析了钠猪毛菜10种植物功能性状对氮素和水分添加的不同响应。得出以下结论: (1)双因素方差分析结果表明, 施氮、增水的交互作用对钠猪毛菜的茎鲜质量、叶鲜质量、叶面积、比叶面积、叶饱和含水量、叶干物质含量存在显著影响(p < 0.05), 而施氮主效应对钠猪毛菜各植物功能性状指标不存在显著影响、增水主效应对钠猪毛菜各植物功能性状指标不存在显著影响。(2)在钠猪毛菜10种植物功能性状指标中, 株高、茎鲜质量、茎干质量、叶饱和鲜质量、叶干质量、叶面积、比叶面积的最大值均出现于N₁W₂处理中(p < 0.05), 其次为N₀W₀处理。叶饱和含水量的最大值出现于N₀W₀中, 其次为N₁W₂处理中。N₁W₀处理显著降低了叶饱和含水量(p < 0.05); 叶干物质含量值在各处理下均高于N₀W₀, 其中N₀W₁处理的叶干物质含量显著高于N₀W₀ (p < 0.05)。(3)各处理下, 叶干物质含量与比叶面积为负相关关系。在准噶尔荒漠草地, 钠猪毛菜植物功能性状在不同处理下的不同表现是适应环境变化的结果。     

红桦幼苗根系对水-氮耦合效应的生理响应

采用两因素随机区组设计,设置了5个水分梯度,即40%(W_1)、50%(W_2)、60%(W_3)、80%(W_4)、100%(W_5)的土壤田间持水量(FC)和3个施氮梯度,即模拟氮沉降施加0(对照,N_0)、20(N_1)、40(N_2)g N m~(-2)a~(-1)的硝酸铵,研究了水-氮耦合效应对川西亚高山主要阔叶树种红桦(Betula albosinensis)幼苗根系生理活性的影响及根系在土壤水、氮胁迫下的生理调控机制。结果表明:1)随土壤含水量降低,根系活力和根系呼吸速率显著降低,膜脂过氧化产物(丙二醛)、渗透调节物质(脯氨酸、可溶性蛋白质和可溶性糖)含量及抗氧化物酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶)活性显著升高。2)水-氮耦合效应对红桦幼苗根系生理特征影响显著:施氮(N_1和N_2)在土壤水分良好(W_4和W_5)时使根系活力和根系呼吸速率显著升高,而在土壤水分不足(W_1和W_2)时显著降低了根系活力和根系呼吸速率;且在水分不足时,施氮浓度越大根系活力、MDA含量、脯氨酸及可溶性蛋白质含量变化越显著;在W_3条件下,只有N_1对根系生理功能促进作用显著。3)根系活力和根系呼吸速率与丙二醛含量呈显著负相关性。因此,一定范围内的氮沉降在土壤水分状况良好时对植物根系生理特征具有显著正效应,而在土壤水分不足时则使根系细胞膜系统受损,抑制根系生理活性,但根系可通过增加渗透调节物质含量和增强抗氧化物酶活性来抵御一定范围的环境胁迫。     

Photosynthesis and biomass allocation of cotton as affected by deep-layer water and fertilizer application depth

Available water stored in deep soil layers could increase the photosynthetic capacity of cotton. It was hypothesized that the photosynthesis of cotton would be enhanced by changing the fertilizer application depth under different deep-layer water conditions. We examined two deep-layer water levels, i.e., well-watered (W₈₀) and not watered (W₀), combined with surface application (F₁₀) and deep application (F₃₀) of basal fertilizer. Compared to W₀, W₈₀ resulted in increased leaf area (LA), photosynthetic pigment contents, maximal PSII efficiency (F_v/F_m), effective quantum yield of PSII (Y_II) and PSI (Y_I), electron transport rate of PSII (ETR_II) and PSI (ETR_I). W₈₀ also increased the aboveground and root dry mass by 39 and 0.6%, respectively, and decreased the root/shoot ratio by 40–73%. Under the W₀ condition, higher values of F_v/F_m, Y_II, Y_I, ETR_II, and ETR_I were measured for F₁₀ compared to F₃₀ after 69 d from emergence. Under the W₈₀ condition, cotton plants with F₁₀ showed higher LA, F_v/F_m, Y_II, Y_I, ETR_II, and ETR_I, but there were no significant differences in the photosynthetic pigments compared to F₃₀. Our results suggest that sufficient water in deeper soil layers and the surface application of basal fertilizer could increase photosynthetic activity and efficiency, which promoted aboveground dry mass accumulation and partitioning towards reproductive organs.     

西藏紫花针茅叶功能性状沿降水梯度的变化

植物叶功能性状与环境因子的关系是近10年来植物生态学的研究热点。该文以广泛分布于青藏高原干旱、半干旱草地的优势植物种紫花针茅(Stipa purpurea)为研究对象, 沿降水梯度(69-479 mm)系统测定了日土、改则、珠峰、当雄和纳木错5个调查地点紫花针茅比叶面积(SLA)、单位重量和单位面积叶氮含量(N_mass, N_area)、叶密度和厚度等叶功能性状以及土壤全氮含量等因子, 试图验证干旱胁迫地区同一物种内SLA-N_mass关系沿降水梯度的策略位移现象是否具有普遍性, 并对是否出现策略位移现象提出可能的解释。研究结果表明: 1) SLA和N_mass与生长季温度和降水以及土壤全氮含量均没有显著关系, SLA与N_mass的关系在干旱半干旱区(年降水/蒸发比< 0.11)与半湿润区(年降水/蒸发比> 0.11)之间并没有出现典型的位移现象; 2)叶密度是决定半湿润区SLA变化的主导因子, 而叶厚度则是干旱半干旱区SLA变化的控制因子, 两者与SLA均呈负相关, 随着温度增加或降水减少, 叶厚度增加而叶密度降低, 导致SLA随温度和降水变化不明显; 3)半湿润区的叶密度增加引起N_area增加, 而干旱半干旱区的叶厚度增加并没有造成N_area的显著变化, 导致N_area沿降水梯度没有显著变化; 4)紫花针茅地上生物量与N_area具有显著正相关关系, 表明N_area的增加有助于提高植被生产力。结果表明, 在干旱胁迫下, 植物通过增加叶厚度来维持不变的N_area可能有助于保持与较湿润地区相似的光合生产和水分利用效率。叶厚度和叶密度对比叶面积的相对影响在干旱半干旱区与半湿润区之间发生转变, 这为进一步检测高寒草地植被的水分限制阈值提供了新思路。     

典型草原建群种羊草对氮磷添加的生理生态响应

由于人类活动和气候变化的共同作用, 大气氮(N)沉降日益加剧, 使得陆地生态系统中的可利用性N显著增加, 生态系统更易受其他元素如磷(P)的限制。然而, 目前关于N、P养分添加对草原生态系统不同组织水平的影响研究较少, 相关机制尚不清楚。该文以内蒙古典型羊草(Leymus chinensis)草原为研究对象, 通过连续两年(2011-2012年)的N和P养分添加实验, 研究建群种羊草的生理生态性状、种群生物量和群落初级生产力对N、P添加的响应及其适应机制。结果表明: 羊草草原不同组织水平对N、P添加的响应不同。群落水平上, 地上净初级生产力在不同降水年份均受N和P元素的共同限制, N、P共同添加显著提高了地上净初级生产力; 物种水平上, N、P添加对羊草种群生物量和密度, 以及相对生物量均没有显著影响, 表明羊草能够维持种群的相对稳定; 个体水平上, 在正常降水年份(2011年), 羊草生长主要受N素限制, 而在湿润年份(2012年), 降水增加使得羊草生长没有受到明显的养分限制。羊草通过增加比叶面积、叶片大小和叶片N含量, 提高整体光合能力, 以促进个体生长。总之, 内蒙古典型草原群落净初级生产力受N、P元素共同限制, 作为建群种的羊草, 其对N、P添加的响应因组织水平而异, 也受年际间降水变化的影响。     

Water-stress and N-nutrition effects on photosynthesis and growth of Brassica carinata

Effects of water and nitrogen (N) supply on growth and photosynthetic response of B. carinata were examined in this study. Plant growth and related characteristics varied significantly in response to the availability of water and nitrogen. B. carinata maximized the utilization efficiency of the most limiting resources by developing physiological adaptations, such as changes in root and leaf development. The utilization of water and N was tightly linked with the availability of each resource. Instantaneous water-use efficiency (WUE) was always greater in plants with high-N nutrition [50, 100, and 150 kg(N) ha^?1] than in the low-N-treated plants [0 kg(N) ha^?1] in all watering treatments. Instantaneous N-use efficiency (PNUE) decreased significantly with increasing water stress in all N treatments. Seed yield is significantly related to PNUE (p>0.05) but not WUE (p<0.05). The positive relationship between leaf net photosynthetic rate (P _N) and seed yield suggests that P _N can be used as an important tool for selection of new strains with high seed yield.     

Plant morphology and root hydraulics are altered by nutrient deficiency in Pistacia lentiscus (L.)

The plants in arid and semiarid areas are often limited by water and nutrients. Morpho-functional adjustments to improve nutrient capture may have important implications on plant water balance, and on plant capacity to withstand drought. Several studies have shown that N and P deficiencies may decrease plant hydraulic conductance. Surprisingly, studies on the implications of nutrient limitations on water use in xerophytes are scarce. We have evaluated the effects of strong reductions in nitrogen and phosphorus availability on morphological traits and hydraulic conductance in seedlings of a common Mediterranean shrub, Pistacia lentiscus L.. Nitrogen deficiency resulted in a decrease in aboveground biomass accumulation, but it did not affect belowground biomass accumulation or root morphology. Phosphorus-deficient plants showed a decrease in leaf area, but no changes in aboveground biomass. Root length, root surface area, and specific root length were higher in phosphorus-deficient plants than in control plants. Nitrogen and phosphorus deficiency reduced both root hydraulic conductance and root hydraulic conductance scaled by total root surface area. On the other hand, nutrient limitations did not significantly affect root conductance per unit of foliar surface area. Thus, adaptation to low nutrient availability did not affect seedling capacity for maintaining water supply to leaves. The implications for drought resistance and survival during seedling establishment in semi-arid environments are discussed.     

Biomass Partitioning and Gas Exchange in Dalbergia sissoo seedlings under water stress

Biomass, leaf water potential (_l), net photosynthetic rate (P _N), transpiration rate (E), stomatal conductance (g _s), leaf to air temperature difference (T _diff), and instantaneous water use efficiency (WUE) were measured in the seedlings of Dalbergia sissoo Roxb. grown under irrigation of 20 (W₁), 14 (W₂), 10 (W₃), and 8 (W₄) mm. Treatments were maintained by re-irrigation when water content of the soil reached 7.4% in W₁, 5.6% in W₂, 4.3% in W₃, and 3.2% in W₄. Seedlings in a control (W₅) were left without irrigation after maintaining the soil field capacity (10.7%). Seedlings of W₁ had highest biomass that was one tenth in W₅. Biomass allocation was highest in leaf in W₂ and in root in W₄ and W₅ treatments. Difference between predawn leaf water potential (_Pd) and midday (_mid) increased with soil water stress and with vapour pressure deficit (VPD) in April and May slowing down the recovery in plant leaf water status after transpiration loss. P _N, E, and g _s declined and T _diff increased from W₁ to W₅. Their values were highly significant in April and May for the severely stressed seedlings of W₄ and W₅. P _N increased from 08:00 to 10:00 and E increased until 13:00 within the day for most of the seedlings whereas g _s decreased throughout the day from 08:00 to 17:00. P _N and E were highest in March but their values were low in January, February, April, and May. Large variations in physiological variables to air temperature, photosynthetically active radiation, and vapour pressure deficit (VPD) indicated greater sensitivity of the species to environmental factors. WUE increased from W₁ to W₂ but decreased drastically at high water stress particularly during hot summer showing a kind of adaptation in D. sissoo to water stress. However, low biomass and reduced physiological functions at <50% of soil field capacity suggest that this species does not produce significant biomass at severe soil water stress or drought of a prolonged period.     

华北落叶松林细根生物量对土壤水分、氮营养空间异质性改变的响应

在华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林选取采伐干扰样地和未采伐干扰样地进行对比研究, 分析采伐干扰造成林下土壤水分和氮营养空间异质性的改变对细根生物量空间变异的影响。采用空间格局分析的小支撑、多样点的设计原则, 对每个样点的土壤分3层取样(0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm)。进行细根(≤1 mm和1-2 mm)生物量与土壤含水量、全氮、硝态氮、铵态氮和土壤pH的偏相关分析, 以及细根生物量变异函数值和土壤各因子变异函数值的线性回归分析。研究结果表明, 在不同样地, 细根生物量与土壤各因子均表现为正相关关系, 不同土层相关性强弱表现各异, 其中土壤含水量与细根生物量的相关性显著。受采伐干扰后, 细根生物量与土壤含水量、全氮、土壤硝态氮空间变异的关联性更趋于明显。多元线性回归分析结果表明, 采伐干扰样地细根生物量的空间变异更多地受到土壤多因子的综合影响, 而未采伐干扰样地的细根生物量受土壤水分、全氮和硝态氮单独效应的影响更大。     

两个不同耐旱性棉花品种根系生理特性对干旱的响应

为探明不同抗旱性棉花品种的根系生理特性对干旱的响应及其与生物量的关系,以不耐旱性品种‘新陆早17号'(L17)和耐旱性品种‘新陆早22号'(L22)为试材,在土柱栽培条件下设常规灌溉(CK)、轻度干旱(W₁)和中度干旱(W₂)处理,研究干旱胁迫对不同耐旱性棉花品种根系活力、保护酶活性及解剖结构(导管直径、数量)和生物量的影响。结果表明:干旱胁迫下两棉花品种根系可溶性蛋白(SP)含量、根系活力(RV)、木栓层数、根茎导管数量、导管直径显著降低,根系丙二醛(MDA)含量及保护性酶活性显著增加,进而导致地上部干物质量显著降低。与L17相比,L22的SP含量、0～40 cm和80～120 cm土层RV、木栓层数、根茎导管数量、导管直径以及地上部干物质量均显著增加,尤其W₂条件下L22的RV降幅比L17低26.2%,过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性和皮层厚度分别比L17高43.6%、6.9%、25.4%、19.9%,且差异均达到显著水平。干物质量与RV、SOD、POD、木栓层数、导管直径和个数之间均呈显著正相关。因此,耐旱性强的棉花品种在干旱条件下通过保持较高的根系活性、木栓层数、导管直径和数量,进而促进地上部生物量积累,是其具有较高耐旱性的生理机制。