桃树冠层蒸腾动态的数学模拟

将气孔导度公式、Penman—Monteith公式和土壤水分限制模型相结合,可以模拟出不同环境因子对植物蒸腾进程的影响。通过对盆栽桃树（Prunus persica var．nectadna Maxim．）数值模拟发现：影响桃树蒸腾速率的主要气象因子是太阳辐射、大气温度和湿度。植物通过气孔导度的改变来响应气象因子的变化,蒸腾的日变化主要是由气象因子的日变化引起的。土壤的水分状况也对气孔导度有显著的影响,进而影响植物的蒸腾大小。通过数值模拟还发现植物的蒸腾量并不总是随叶面积的增大而增大,对于桃树而言叶面积指数为4左右时日蒸腾量达到最大值。通过对气孔导度和蒸腾速率的模拟值和实测值进行检验发现,两者基本吻合,说明利用数学模拟的方法可以求出不同环境条件和不同叶面积桃树冠层的蒸腾速率。     

土壤水分亏缺条件下根源信号ABA参与作物气孔调控的数值模拟

建立了根系吸水模型和根源ABA参与作物气孔调控过程相耦合的气孔导度模型,该模型在根源信号ABA的产生项中考虑了根系吸水影响函数和根系密度分布函数.利用该耦合模型模拟大田状况下根源ABA参与玉米气孔行为调控过程,结果表明,由于充分考虑了根区土壤水势和土壤中根长密度分布对根系吸水的影响,较好地反映了土壤不同层次根系吸水强度,更为确切地描述了当土壤水分亏缺时,根系合成ABA的量、各层根系蒸腾流中ABA浓度、木质部ABA浓度以及最终ABA参与对气孔行为的调控作用.     

土壤干旱胁迫对作物影响的模拟研究进展

用于模拟土壤干旱胁迫对作物影响的模型分为两类,一是水分管理模型,此类模型并不模拟作物的生长发育,但可以用于灌溉管理;二是作物生长模拟模型,这类模型模拟作物生长的主要过程(如叶片生长、生物量的积累与分配等),通常以实际蒸腾与潜在蒸腾的比值估算土壤干旱胁迫对作物光合的影响,近年来发展的耦合模型将植物的碳同化、蒸腾、能量平衡以及气孔行为相耦合,使得土壤干旱胁迫对作物影响的模拟更具机理性。本文从不同模型模拟土壤干旱对作物影响的原理入手,阐述了水分管理模型(FAO水分生产函数模型)、作物生长模型(Aqua Crop模型、CERES-Maize模型、WOFOST模型、EPICphase模型、耦合模型)等具有代表性模型是如何模拟土壤干旱胁迫对作物生长发育和(或)产量影响的,提出了作物模型模拟土壤干旱胁迫影响时应着力解决的问题:完善干旱对作物物候的影响模拟;考虑花期不遇对作物产量影响的模拟;考虑后续持续影响的模拟机制;发展更加基于物理和生理过程的模型。提出:作物模型的发展还需要多领域如模型程序员、田间试验、植物生理学家的相互协同与发展,田间试验研究是作物模型发展不可或缺的数据来源与坚实基础。     

干旱胁迫对霸王水分生理特征及细胞膜透性的影响

以2年生霸王为试验材料,用盆栽人工控制土壤水分,研究不同梯度土壤水分条件对霸王水分生理特征、丙二醛含量和细胞膜相对透性的影响.结果表明,与充足供水对照(土壤重量含水量为23%)相比,在严重干旱胁迫(土壤含水量为3%)20 d和45 d时,霸王叶水势和叶片相对含水量分别显著降低70.87%和45.54%、26.81%和12.66%;相应的叶片MDA含量和细胞膜相对透性分别显著增加33.81%和21.78%、17.51%和14.98%;严重干旱胁迫30 d使得霸王叶片保水力显著下降;同时随着土壤干旱胁迫程度的增强,霸王日蒸腾耗水量持续下降,且严重干旱胁迫处理的蒸腾耗水量日变化为水平直线型,其余处理均为单峰型.研究发现,严重干旱胁迫下随着胁迫时间的延长,霸王叶水势和叶片相对含水量有增加趋势,而叶片MDA含量和细胞膜相对透性则有减小趋势,它能够通过自身的调节机制,逐渐改善叶片水分状况,降低细胞膜伤害程度,从而适应严重干旱环境.     

土壤水分对温室盆栽番茄叶片生理特性的影响及光合下降因子动态

以温室盆栽番茄(Lycopersicon esculentum Mill．)为试验材料,研究了土壤水分对叶水势(LWP)、细胞液浓度(CSC)、气孔导度(Gs)、气孔限制值(Ls)和叶片光合特性的影响,以及引起光合下降的因子动态。结果表明,随着土壤水分胁迫程度的增加,净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、LWP明显下降．Gs具有相同的趋势,而CSC显著升高。土壤水分胁迫和高水分处理的Pn与Tr日变化呈双峰曲线,但在适宜土壤水分下为单峰曲线。随着土壤含水量的增加,光合下降的非气孔限制出现的时间具有滞后现象。本文对非气孔限制出现的临界点动态作了进一步的探讨。     

土壤水分和磷营养对小麦根系生长生理特性的影响

采用小偃６号小麦品种,在模拟田间原状土容重的条件下土培,研究了土壤水分和磷营养对小麦根系生长生理特性的效应。结果表明：在土壤相对含水量为４０％─７０％范围内,土壤水分亏缺,小麦根系生长受到限制,根系比表面积（ＲＡ）、根呼吸速率（Ｒｐ）、根水势（Ｒψｗ）和叶片蒸腾强度（ＥＩ）明显降低,根系干物重（ＲＤＷ）减少;轻度干旱有利于根系的延伸生长;在土壤干旱条件下,磷营养可以提高根系ＲＡ,降低根系Ｒｐ,提高Ｒψｗ、增加叶面ＥＩ,促进根系延伸生长,扩大小麦根系对土壤深层水分的吸收和利用,进而促进地下部生长,提高ＲＤＷ。磷除作为一种营养物质促进作物根系生长发育外,在水分胁迫条件下,磷营养可明显改善植株体内的水分关系,增强对干旱缺水环境的适应能力,提高作物抗旱性。促进根系生长,提高水分利用的有效方法是根据土壤水分状况调节磷的用量。     

作物干旱指标对西北半干旱区春小麦缺水特征的反映

针对作物水分胁迫较为严重的西北半干旱区,应用CI301-PS光合作用仪对春小麦开花到乳熟期间的生理特征和环境因子进行了近1个月的观测, 并研究分析了3种作物干旱指标叶水势、作物水分胁迫指数以及气孔导度随时间变化和对气象因子的响应.发现干旱胁迫增加时,叶片水分减少,作物水分胁迫指数增大,叶水势降低,气孔导度有所减小.因此,气孔下腔的CO2浓度降低,作物净光合速率有所减小,不利于半干旱区小麦生物量的累积;三者相比,叶水势是反应西北半干旱区作物干旱最敏感的指标;受半干旱区逆湿现象的影响,9:00或之后一段时间观测叶水势和气孔导度对小麦等作物缺水状况反映得更客观.     

亚低温与干旱胁迫对番茄植株水分传输和形态解剖结构的影响

为探讨亚低温和干旱对植株水分传输的影响机制,以番茄幼苗为试材,利用人工气候室设置常温(昼25 ℃/夜18 ℃)和亚低温(昼15 ℃/夜8 ℃)环境,采用盆栽进行正常灌水(75%～85%田间持水量)和干旱处理(55%～65%田间持水量),分析了温度和土壤水分对番茄植株水分传输、气孔和木质部导管形态解剖结构的影响。结果表明: 与常温正常灌水处理相比,干旱处理使番茄叶水势、蒸腾速率、气孔导度、水力导度、茎流速率、气孔长度和叶、茎、根导管直径显著减小,而使叶、茎、根导管细胞壁厚度和抗栓塞能力增强;亚低温处理下番茄叶水势、蒸腾速率、气孔导度、水力导度和叶、茎、根导管直径显著降低,但气孔变大,叶、根导管细胞壁厚度和叶、茎、根抗栓塞能力显著升高。亚低温条件下土壤水分状况对番茄叶水势、蒸腾速率、气孔导度、水力导度、气孔形态、叶、根导管结构均无显著影响。总之,干旱处理下番茄通过协同调控叶、茎、根结构使植株水分关系重新达到稳态;亚低温处理下番茄植株水分关系的调控主要通过改变叶和根导管结构实现,且受土壤水分状况的影响较小。     

塔里木河上游胡杨与灰杨光合水分生理特性

在自然条件下对塔里木河上游优势树种-胡杨、灰杨的光合水分生理特性进行比较研究.结果表明,整个生长季胡杨、灰杨的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr,除8月份)日进程均为单峰曲线,水分利用效率(WUE)变化无明显规律性.胡杨与灰杨12:00后Pn的下降主要取决于非气孔因素限制.胡杨Pn、WUE高于灰杨,而Tr低于灰杨,表明胡杨属高光合、低蒸腾、高WUE型树种,灰杨属低光合、高蒸腾、低WUE型树种.胡杨、灰杨枝水势(Ψw)、清晨与正午水势日进程均呈"V"字型曲线,胡杨水势日变幅、正午水势月变幅均小于灰杨,但两树种水势间无显著差异.胡杨与灰杨具有较强的水分吸收和减少水分丧失的能力,但胡杨调节气孔导度(Gs)控制蒸腾失水的能力较强,对干旱环境表现出更强的生态适应性,从而导致两树种产生了种群地理分化.     

干旱胁迫对桂西南石漠化地区主要造林树种光合与耗水特性的影响

研究植物耐旱特性和耗水问题对困难立地植被恢复的树种选择具有重要意义。以桂西南岩溶山地常见造林树种肥牛树(Cephalomappa sinensis)、香樟(Cinnamomum camphora)和仪花(Lysidice rhodostegia) 2年生实生苗为对象,采用盆栽苗木称量法和Li-6400光合系统测定方法相结合,研究不同土壤水分条件下3个树种的光合特性、水分利用效率和蒸腾耗水特性。结果表明:3个树种苗木净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)随土壤干旱胁迫增强呈下降趋势;胞间CO2浓度(Ci)随干旱增强先呈下降趋势,至重度干旱时显著升高,气孔限制值(Ls)则随干旱增强呈增加趋势,至重度干旱时则显著下降(P0.05);轻度和中度干旱胁迫导致苗木Pn下降的主要原因为气孔因素;重度干旱胁迫下Pn下降的主要原因为非气孔因素。肥牛树在轻度干旱胁迫下水分利用效率最高,至重度干旱胁迫时显著下降;香樟和仪花的水分利用效率随干旱胁迫增强而增加,以中度干旱时期最高,至重度干旱时显著下降(P0.05);苗木全天耗水量均随干旱胁迫增强而下降,相同土壤水分条件下以仪花的全天耗水量最高;耗水速率日变化均为单峰曲线,耗水速率最大峰值在不同土壤水分条件下有所不同;在轻度和中度干旱下,以仪花的白天平均耗水速率最高,重度干旱下以肥牛树的白天平均耗水速率最高,仪花其次;隶属函数分析结果显示,综合评价值的大小顺序为肥牛树香樟仪花,苗木的隶属函数加权平均值介于0.3～0.5,具有中等抗旱特性。     

土壤水势对水曲柳幼苗水分生态的影响

采用根区渗灌控水技术,将土壤水势长期控制在0～-20kPa(W1)、-20～-40kPa(W2)、-40～-60kPa(W3)、-60～-80kPa(W4)、-80～-160kPa(W5)范围内,系统地研究了不同土壤水势条件下水曲柳幼苗的蒸腾过程、吸水过程、根叶水势13动态过程及SPAC体系的水流阻力,结果表明,在亚饱和土壤水分状态下(W1),细根水势最高,水分由土壤进入细根的阻力最小,根系吸水速率最高,从而支持了13间强烈的蒸腾作用．在田间持水量土壤水分状态下(W2),细根吸水阻力成倍增加,吸水速率和蒸腾速率显著下降,但尚未改变蒸腾作用13动态过程的单峰模式．当土壤水分在田间持水量状态以下(W3-W5)时,随着土壤水势递降,细根吸水阻力急剧增加至几倍乃至几十倍,根系吸水速率过低,吸水与蒸腾矛盾加剧,叶水势降至很低,气孔关闭,蒸腾作用受到严重抑制,呈现明显的午休低谷．在实验范围内(0～-160kPa),土壤水分对水曲柳幼苗是非等效的,当土壤水分在田间持水量状态以下(<-40kPa)时,水曲柳全光苗发生显著的水分胁迫。     

土壤大气湿度组合对玉米生长和WUE效应研究

采用人工气候生长箱盆栽试验,模拟土壤和大气湿度不同组合处理,发现土壤干旱和大气干旱显著抑制玉米生长。大气湿度提高,在一定程度能改善作物的水分状况,降低蒸腾,解除土壤干旱危害,产生生长和生理补偿效应,明显提高水分利用效率。     

土壤水分状况对花生和早稻叶片气体交换的影响

通过田间测坑试验研究了长期处于不同土壤水分状况下花生和早稻叶片气体交换的一些特点.结果表明,花生分枝期轻度和中度水分胁迫使气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)略有下降,净光合速率(Pn)和叶片水分利用效率(WUE)减小,轻度水分胁迫Gs/Tr略有上升而中度胁迫Gs/Tr变小.花生结荚期轻度和中度水分胁迫都使Gs、Tr、Gs/Tr和Pn显著降低,WUE大幅度上升.花生结荚期明显受土壤水分胁迫影响.早稻灌浆期轻度和中度水分胁迫Gs、Tr和Gs/Tr变化不显著,Pn和WUE增加,并且轻度水分胁迫下籽粒产量增加.Gs和Gs/Tr变化情况相结合可以作为作物水分胁迫程度的一个参考指标,即如果Gs和Gs/Tr同时下降则作物已经受到水分胁迫影响.     

几种作物的生理指标对土壤水分变动的阈值反应

 在生长盛期,谷子、高梁、冬小麦的气孔导度、叶水势和光合速率在一定土壤含水量范围内并不随着土壤含水量的降低而发生明显变化,只有当土壤含水量低于一定程度时,才随着土壤湿度的降低而减少,表现为对土壤水分有明显的阈值反应。不同作物此阈值下限存在差异,高粱在大于田间持水量42％～45％的根层土壤湿度条件下,气孔阻力和叶水势基本维持恒定;谷子的这个指标在50％左右,冬小麦在60％左右。而夏玉米在所试土壤湿度范围内(20％～30％土壤体积含水量),气孔阻力和叶水势基本维持不变,而光合作用随着土壤含水量的增高而出现增加趋势。表明在这4种作物中,只有玉米需要充足的水分供应才能维持其良好的生长发育,而高粱具有比其它3种作物更强的适应土壤水分变动能力,从而比其它作物更抗旱和耐旱。     

干旱胁迫对苗木蒸腾耗水的影响

采用Lico-6400便携式光合系统测定仪和BP3400精密天平等仪器研究了9个北方主要造林树种的蒸腾速率及实际蒸腾耗量;用压力室法分阶段测定了苗木的叶水势。得出了苗木在正常水分条件下及干旱胁迫过程中的蒸腾耗水规律。比较分析了不同水势梯度下、昼夜不同时间段的各树种的蒸腾耗水量及蒸腾耗水速率。结果表明,蒸腾耗水以白天为主,在相同的水分条件下,不同的苗木有不同的蒸腾耗水量,同种苗木的蒸腾耗水量随干旱胁迫的加重而减少,在受到严重干旱胁迫时,针叶树油松和侧柏的耗水量均降至正常水分条件下的11.7%,阔叶乔木树种降至6．6％,灌木树种降至16．9％。通过研究苗木在不同水势梯度下的耗水特性和蒸腾耗水量。为在水量缺乏的情况下,进行有效的林木培育和植被恢复重建提供依据。     

半干旱黄土丘陵区沙棘和柠条水分利用与适应性特征比较

对半干旱黄土丘陵区坡地多年人工沙棘(Hippophae rhanvnoides)与柠条(Caragana korshinskii)林的土壤水分状况、生产力月动态以及光合生理和水势日变化特征进行比较．结果表明,沙棘与柠条深层土壤均存在不同程度的旱化现象,沙棘林在季节性土壤水分补偿深度和对深层低土壤水分的利用能力方面要强于柠条林．沙棘林的年度生产力大于柠条林．沙棘能够随着土壤水分条件的改善,而提高水分利用效率;柠条具有高光合特别是高蒸腾的光合生理特征,叶片水分利用效率较沙棘低．沙棘与柠条均兼具有御旱性与耐旱性,但沙棘对干旱的适应方式更积极主动．     

大气CO2浓度增加对春小麦冠层温度、蒸发蒸腾与土壤剖面水分动态影响的试验研究

根据１９９４～１９９５年在大型人工气候室内取得的试验资料,分析了大气ＣＯ２浓度倍增条件下,春小麦冠层温度、蒸发蒸腾和根层土壤剖面水分动态的变化状况。结果表明,大气ＣＯ２浓度增加１倍,春小麦冠层温度明显升高,且高水分条件升高的值比低水分条件下大０．７℃左右;蒸发蒸腾减少的幅度在不同土壤水分处理间也不相同,高水分处理的蒸发蒸腾量减少９．８８％,低水分处理的减小８．５０％,根层土壤含剖面水分消耗减小,高ＣＯ２浓度处理的根层土壤含水率高于低ＣＯ２浓度处理的,特别是在底部根系密度减小,其水分消耗明显减少。     

土壤干旱对辽东栎、大叶细裂槭幼苗生长及水分利用的影响

在盆栽条件下研究了不同土壤干旱条件对辽东栎和大叶细裂槭幼苗生长及水分利用率的影响。结果表明,随干旱胁迫程度加剧,两树种叶水势均下降,随胁迫时间延长水势又有一回升趋势,显示出树种自身的调节能力,大叶细裂槭调节水势的能力强于辽东栎。叶水势与叶片含水量关系密切,水势的高低决定叶片水分状况,水分含量又决定了幼苗的生长状况。大叶细裂槭新梢在5、6月增长增粗迅速,而辽东栎在4月、5月生长迅速及叶面积扩展快,适宜水分下增粗可持续至9月份。不同土壤水分处理下两树种水分利用效率差异明显。在中度干旱下整体WUE有所上升,尤其是辽东栎提高约10％;大叶细裂槭的根冠比在重度干旱下可达2以上,说明它对干旱的适应性很强,在严重干旱胁迫下也能长期维持生命,成活率高于辽东栎,接近100％,可见其适应性强于辽东栎。     

短期干旱对水稻叶水势、光合作用及干物质分配的影响

采用盆栽水分试验,研究了不同生育期短期干旱处理对水稻叶水势、光合作用和干物质分配的影响．结果表明,干旱胁迫后,水稻叶水势低于对照,午后叶水势回升缓慢。凌晨叶水势随土壤含水量的降低而降低,表现为阈值反应。叶片净光合速率与凌晨叶水势密切相关,低于凌晨叶水势临界值,水稻叶片净光合速率急剧下降在水稻抽穗期和灌浆期叶片净光合速率显著下降的凌晨叶水势临界值为-1.04和-1．13MPa,对应的土壤含水量阈值分别为饱和含水量的61.0％和50．9％,土壤水势分别为-0．133和-0．240MPa干旱胁迫下单叶净光合速率的日变化规律表现为：胁迫较轻时,单叶净光合速率在正午附近出现低谷;胁迫严重时,净光合速率全天低于对照,且不及对照的一半。短期干旱后,水稻叶、根、穗的分配指数均降低,茎鞘的分配指数升高。本研究可为水稻节水灌溉管理和水分限制下水稻的生长模拟提供生理基础和理论依据。     

根源信号参与调控气孔行为的机制及其农业节水意义

在土壤干旱情况下,根源信号一方面向植物地上部分的长距离传输,为地上部分提供了土壤水分获取能力的测度,另一方面调控气孔开度,抑制蒸腾作用并提高植物的水分利用效率．文中综述了根源信号参与调控植物水分利用的生理机制和理论模型,指出该模型与根系吸水模型、气孔导度模型耦合,能够更好地反映植物叶片对土壤干旱以及大气干旱的响应、评述了在根源信号参与调控植物水分关系的基础上发展的调亏灌溉(RDI)、部分根系干旱(PRD)和控制性交替灌溉(CAI)等有效灌溉手段,有助于合理配置根系层供水量,通过根土相互作用和信号物质的传输,降低蒸腾和提高水分利用效率、另外,根源信号在调控根系生长发育、延缓地上部分生长以调节根冠比例,优化资源分配以利于生殖生长等方面均有所为,为全面提高农田水分利用效率提供节水生理基础。