亏缺灌溉对板蓝根叶片光合生理特性及产量的影响

以北板蓝根(Isatis tinctoria)为研究对象, 于2018年在河西走廊中部干旱绿洲开展水分控制试验, 设轻、中、重度亏水及充分供水4个控水水平, 通过大田试验探究膜下滴灌条件下亏缺灌溉对板蓝根叶片生理指标、灌水量及产量的影响, 为河西地区板蓝根灌溉策略的制定提供理论依据。结果表明, 板蓝根叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)因营养和肉质根生长期受到亏缺灌溉影响而显著下降, 降幅随亏水程度的加剧而增大, 轻度亏水处理对叶片光合能力的影响不显著, 且在复水之后存在一定的补偿响应; 轻度亏水处理的产量与对照(8 348.91 kg·hm^-2)相比无显著差异, 而其它处理的产量均有不同程度的下降; 灌水量与产量的拟合关系呈二次抛物线, 即产量不随灌水量的增加而升高。因此, 综合分析表明膜下滴灌调亏降低了板蓝根叶片的光合能力, 而营养生长期轻度亏缺灌溉可以节水并提高产量和灌溉效率。     

Effects of Deficit Irrigation on the Photosynthetic and Physiological Characteristics of Leaves and Yield of Isatis tinctoria

以北板蓝根(Isatis tinctoria)为研究对象, 于2018年在河西走廊中部干旱绿洲开展水分控制试验, 设轻、中、重度亏水及充分供水4个控水水平, 通过大田试验探究膜下滴灌条件下亏缺灌溉对板蓝根叶片生理指标、灌水量及产量的影响, 为河西地区板蓝根灌溉策略的制定提供理论依据。结果表明, 板蓝根叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)因营养和肉质根生长期受到亏缺灌溉影响而显著下降, 降幅随亏水程度的加剧而增大, 轻度亏水处理对叶片光合能力的影响不显著, 且在复水之后存在一定的补偿响应; 轻度亏水处理的产量与对照(8 348.91 kg·hm^-2)相比无显著差异, 而其它处理的产量均有不同程度的下降; 灌水量与产量的拟合关系呈二次抛物线, 即产量不随灌水量的增加而升高。因此, 综合分析表明膜下滴灌调亏降低了板蓝根叶片的光合能力, 而营养生长期轻度亏缺灌溉可以节水并提高产量和灌溉效率。     

氮磷肥配施对冬小麦灌浆期光合参数及产量的影响

在西北绿洲生态条件下, 实验设4个处理, 即165(N₁)和225 kg·hm^-2(N₂)2个氮素(纯氮)水平及105(P₁)和165 kg·hm^-2(P₂)2个磷素(P₂O₅)水平, 研究了氮磷肥配施对冬小麦(Triticum aestivum)品种临抗2号光合特性及产量的影响。结果表明, 低氮(165 kg·hm^-2)处理组的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)及蒸腾速率(T_r)日变化均呈双峰曲线, 有光合“午休”现象; 高氮(225 kg·hm^-2)处理可减弱甚至使光合“午休”现象消失; 高磷(165 kg·hm^-2)和低磷(105 kg·hm^-2)处理对光合特性的影响差异不显著。N₂P₂具有最高的群体叶面积指数(LAI)、群体光合速率(CAP)、穗粒数、亩穗数、千粒重及产量, 且与N₁P₁和N₁P₂的差异均达显著水平, 与N₂P₁则无显著差异。但N₂P₂水分利用效率(WUE)低于N₂P₁, 显著高于N₁P₁和N₁P₂ (N₁P₁高于N₁P₂, 但无显著差异)。氮肥对光合“午休”的影响大于磷肥, 二者互作效应差异不显著。该实验条件下, 当N、P分别为225和105 kg·hm^-2时有利于提高冬小麦的光合速率及产量。     

CO2浓度增加和水分亏缺对典型绿肥植物光合性能及水分利用效率的影响

探讨大气CO₂浓度和水分变化对3种典型绿肥植物光合性能及水分利用效率的影响,可为未来气候变化情形下草地生态系统适应性管理提供理论支持。本试验利用可精准控制CO₂浓度的人工气候室,设置400(自然大气)和800 μmol·mol^-1(倍增)两个CO₂浓度,80%土壤田间持水量(FC)(充分灌水对照)、55%～60%FC(轻度水分亏缺)、35%～40%FC(中度水分亏缺)、<35%FC(重度水分亏缺)4个水分梯度,研究CO₂浓度增加和水分亏缺对甘蓝型油菜、白三叶和紫花苜蓿叶绿素含量、气体交换参数及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明: 同一CO₂浓度下,与充分灌水对照相比,当土壤水分<40%FC时,3种植物的叶绿素含量和气体交换参数均显著降低;土壤水分为55%～60%FC时,3种植物的叶绿素总含量无显著变化,而白三叶和紫花苜蓿的光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)降低了6%～25%,但WUE无显著性差异。与大气CO₂浓度相比,CO₂浓度倍增使充分灌水处理下甘蓝型油菜的P_n显著降低了21.5%,而显著增加了轻度水分亏缺下3种植物的P_n,且增加了中度水分亏缺下甘蓝型油菜和紫花苜蓿的P_n,但只对重度水分亏缺下紫花苜蓿的P_n有所改善;CO₂浓度倍增显著增加了白三叶和紫花苜蓿在所有水分处理下的WUE,但只增加了甘蓝型油菜在轻度水分亏缺下的WUE。CO₂浓度和水分的交互作用对3种植物的P_n均有显著影响,但仅对甘蓝型油菜的WUE有显著影响。综上,3种植物对大气CO₂浓度倍增和水分亏缺的响应存在明显差异,CO₂浓度升高能改善轻度水分亏缺对3种植物光合性能和WUE的不利影响,但只改善了重度水分亏缺下紫花苜蓿的光合性能。     

不同类型保水剂对冬小麦水分利用效率和根系形态的影响

采用田间小区试验,研究5种不同类型保水剂及2个施用水平对冬小麦产量、水分利用效率、根形态的影响.结果表明: 冬小麦茎蘖数、旗叶面积、产量和水分利用效率在不同类型保水剂及施用量处理之间存在显著差异.与对照相比,5种保水剂处理冬小麦产量增加1.3%～7.9%,水分利用效率由对照的17.1 kg·hm^-2·mm^-1提高到18.0～20.7 kg·hm^-2·mm^-1.保水剂对冬小麦根系的平均直径、总根长和总表面积的影响均达到显著水平,在0～20和20～40 cm土层,总根长分别增加3.7%～19.1%和6.3%～27.3%,总表面积分别增加6.5%～21.7%和2.9%～18.5%.冬小麦根系形态特征与冬小麦产量和水分利用效率均呈显著正相关.丙烯酰胺/无机矿物复合型保水剂对提高冬小麦水分利用效率和促进根系生长效果最为明显.     

水氮互作对小麦土壤水分利用和茎中果聚糖含量的影响

通过田间试验,以强筋小麦济麦20为材料,设置3个施氮水平：0 kg·hm^-2（N₀）、180 kg·hm^-2（N₁）、240 kg·hm^-2（N₂）;4个灌水处理：不灌水（W₀）、底墒水+拔节水+开花水（W₁）、底墒水+冬水+拔节水+开花水(W₂)、底墒水+冬水+拔节水+开花水+灌浆水(W₃),每次灌水量为60 mm,研究水氮互作对土壤水分含量、旗叶光合速率、倒二茎中果聚糖含量及氮肥和水分利用效率的影响.结果表明：施氮水平为180 kg·hm^-2处理的旗叶光合速率和倒二茎中果聚糖含量较高,籽粒产量、氮肥表观利用效率、氮肥农学利用率和水分利用效率最高;施氮水平为240 kg·hm^-2处理的茎中果聚糖含量较高;不施氮（N₀）或施氮过多（N₂）均不利于小麦籽粒产量、氮肥和水分利用效率的提高.W₁水分处理促进了倒二茎中果聚糖的积累和向籽粒的转运,有利于产量的提高.180 kg·hm^-2施氮水平配合灌溉底墒水+拔节水+开花水的水氮交互处理（N₁W₁）具有较高的籽粒产量及较高的氮肥和水分利用效率,在此基础上增加施氮量或灌水量,小麦旗叶光合速率和倒二茎中果聚糖含量升高,籽粒产量无显著变化或降低,氮肥和水分利用效率降低.     

氮添加促进丛枝菌根真菌和根系协作维持土壤磷有效性

磷是亚热带地区植物生长的主要限制营养元素, 而氮沉降量的增加会降低土壤磷的有效性。该研究以微生物和植物细根为重点探究土壤磷转化, 揭示氮沉降背景下低磷有效性土壤的磷供应及生产力维持。通过在福州长安山模拟氮沉降实验, 设置对照(0 kg·hm^-2·a^-1)、低氮(40 kg·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg·hm^-2·a^-1) 3个处理, 收集杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗的土壤和根系样本, 综合分析土壤磷组分和养分含量、土壤微生物特征和植物根系特征。结果显示, 与对照处理相比, 低氮处理显著增加土壤易分解态有机磷、中等易分解态无机磷和闭蓄态磷含量, 但是显著降低原生矿物态磷和中等易分解态有机磷含量; 而高氮处理对土壤磷组分无显著影响。冗余分析表明, 土壤酸性磷酸酶活性、丛枝菌根真菌的相对丰度、土壤微生物生物量磷含量和根系生物量是解释土壤磷组分变化的重要微生物和植物因子。方差分解分析发现植物根系特征-土壤微生物特征共同解释了土壤磷组分变化的57%, 并且通过相关分析发现丛枝菌根真菌的相对丰度和根系生物量呈显著正相关关系。综上所述, 低水平的氮输入促进土壤丛枝菌根真菌的定殖, 丛枝菌根真菌和杉木根系通过协作促进中等易分解态有机磷和原生矿物态磷向易分解态磷的转换, 维持了杉木幼苗的生长。     

交替地下滴灌对春玉米产量和水分利用效率的影响

采用自动式遮雨棚水分精量控制试验研究了交替地下滴灌条件下不同灌溉定额对春玉米产量和水分利用效率的影响.结果表明:交替地下滴灌春玉米需水关键时期为拔节-抽雄期、抽雄-灌浆期,具体表现为耗水模系数与耗水强度大,且对水分敏感性高,在灌溉条件有限的情况下要优先满足春玉米这两个时期的水分需求.随着灌溉定额的增加,产量呈现增加趋势;灌溉定额小于2764.5 m³·hm^-2时产量随灌溉定额增加快速增加,大于2764.5 m³·hm^-2时产量随灌溉定额增加缓慢增加;当灌溉定额为3357.1 m³·hm^-2时产量最高,达12109.0 kg·hm^-2.与固定地下滴灌相比,在灌溉定额相同条件下,交替地下滴灌产量提高5.4%,水分利用效率提高1.4%,灌溉水利用效率提高5.6%.与固定地下滴灌相比,灌溉定额减少20%时,交替地下滴灌虽然产量下降1.8%,但水分利用效率提高11.0%,灌溉水利用效率提高22.7%.综合考虑产量、水分利用效率两个指标,确定试验区春玉米交替地下滴灌的适宜灌溉定额为1600.4～3357.1 m³·hm^-2.     

不同果实生长期下亏缺灌溉对渭北苹果生长发育、品质及水分利用效率的影响

【目的】探索节水、控水方式调控苹果水分高效利用效率的机制,优化渭北苹果主产区节水、丰产和增收的管理方式。【方法】以陕西省咸阳市乾县铁佛镇果友协会试验站8年生‘烟富3号/T337’苹果树为试材,设置充分灌溉（灌溉后土壤相对含水量为75%）和轻度亏缺灌溉（灌溉后土壤相对含水量为50%）两个灌水量水平,组成果实生长期和膨大期均充分灌溉（CK）、果实生长期和膨大期均轻度亏缺灌溉（W1）、果实生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉（W2）及果实生长期充分灌溉和膨大期轻度亏缺灌溉（W3）4个亏缺灌溉模式处理。测定春梢生长指标,果实品质指标和果实产量指标,计算水分利用效率、灌溉水利用效率、果实综合评价满意度以明确最佳的亏缺灌溉方式。【结果】（1）苹果新梢长度及叶片叶绿素相对含量（SPAD）在各处理间无显著性差异,而其春梢直径在各处理下显著降低。（2）与CK相比,单果重在 W1处理下显著降低了10.3%,果实可滴定酸含量在W2处理下显著降低14.7%,果形指数和可溶性固形物含量在3种水分亏缺灌溉处理下均无显著变化。（3）W1处理能显著提高果皮黄色值b*,W2处理能显著提高果皮色泽饱和度C*,而各亏缺灌溉处理对果皮亮度值L*和红绿值a*均无显著影响。（4）与CK相比,果实产量在各亏缺灌溉处理下降低13.4%~24.7%,但仅W1处理降幅达显著水平;果树灌溉水利用效率在各亏缺灌溉处理均不同程度提高,但仅W1处理显著提高了38.0%;果树耗水量和水分利用效率在各亏缺灌溉处理下无显著性差异。（4）果实综合评价满意度表现为W2＞CK＞W3（W1）。【结论】陕西渭北地区苹果在生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉（W2）模式下果实的综合评价满意度最高,果实产量、单果重无显著变化,而果实品质较优,果树水分利用效率较高。     

水氮处理对冬小麦生长、产量和水氮利用效率的影响

采用完全随机裂区设计,研究不同灌水(0、900、1200、1500 m³·hm^-2)和施氮(0、90、150、210、270 kg·hm^-2)处理对田间冬小麦生长、产量和水氮利用效率的影响.结果表明：冬小麦籽粒产量、氮素吸收量、氮肥利用效率和氮肥生产效率均随灌水量的增加而增加;氮肥利用效率和生产效率均随施氮量的增加而降低;施氮量在0~150 kg·hm^-2时,冬小麦籽粒产量、氮吸收量和氮收获指数随施氮量增加而增加,超过150 kg·hm^-2时不再显著增加;随灌水量的增加,冬小麦耗水量和整体水分利用效率增加,降水和土壤供水量占耗水量的比例及灌溉水利用效率降低;随施氮量的增加,降水和灌水量占耗水量的比例降低,土壤供水占耗水量的比例增加,整体水分利用效率和灌溉水利用效率先增加后降低,且均在施氮150、210和270 kg·hm^-2处理间无显著差异.综合考虑各因素,本试验条件下,生育期灌水1500 m³·hm^-2、施氮150 kg·hm^-2的处理为产量和效益兼优的最佳水氮组合.     

大豆叶面施氮量及氮素利用率的~(15)N标记

为研究大豆(Glycine max)叶面适宜施氮量及叶面氮素吸收与利用的规律,以黑龙江省三江平原大豆主栽品种合农64为实验材料,采用15N标记示踪法在大豆需氮关键时期R5期进行叶面施氮,分析大豆组织器官标记氮素的积累量及回收率。结果表明:在4.5 kg·hm–2(N3)施氮条件下,大豆组织器官干物质量及氮素积累量显著高于其它处理,其中籽粒干物质平均重22.7 g,总干物质平均重73.2 g,分别比不施氮处理(N0)高17.92%和16.38%;籽粒氮素积累量平均为134.4mg·plant–1,比不施氮处理(N0)高13.13%,说明4.5 kg·hm–2(N3)施氮条件是合农64在R5期的最适叶面施氮量。在不同施氮条件下,各组织器官标记氮积累量随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势,籽粒标记氮积累量在4.5 kg·hm–2(N3)施氮条件下最高,为9.96 mg·plant–1。这一结果同样说明了4.5 kg·hm–2(N3)是合农64在R5期的最适叶面施氮量,同时明确了叶面氮素是籽粒氮素积累增加的主要原因。在同一施氮水平下,各组织器官标记15N积累量顺序为籽粒茎叶荚皮叶柄根,且各器官间差异显著,说明在R5期叶面施氮籽粒积累的叶面氮素最多。从15N标记在各组织器官的贡献率来看,在3.5 kg·hm–2(N1)施氮条件下,籽粒氮素贡献率与植株氮素回收率最高,说明在叶面施氮量较小的条件下,氮素更容易被籽粒吸收利用,但净积累量却低于最适施氮量处理(N3)。在3.5 kg·hm–2(N1)施氮条件下,植株氮素回收率高于最适施氮量处理(N3)。     

不同地下水矿化度对柽柳光合特征及树干液流的影响

为揭示柽柳(Tamarix chinensis)光合能力及耗水特征对地下水矿化度的响应规律, 以黄河三角洲建群种——柽柳3年生植株为研究对象, 在1.2 m的潜水水位下, 模拟设置淡水、微咸水、咸水和盐水4种不同的地下水矿化度, 测定柽柳叶片光合-光响应、蒸腾速率和树干液流的日变化。结果表明: 地下水矿化度通过影响土壤盐分可显著影响柽柳光合特性及耗水性能。随地下水矿化度升高, 柽柳叶片净光合速率(P_n)、最大P_n、蒸腾速率、气孔导度、表观量子效率和暗呼吸速率均先升高后降低, 而水分利用效率(WUE)持续降低。淡水、微咸水和盐水处理下, 柽柳P_n光响应平均值分别比咸水处理降低44.1%、15.1%和62.6%; 微咸水、咸水和盐水处理下, 柽柳WUE光响应平均值分别比淡水处理降低25.0%、29.2%和41.7%。随地下水矿化度升高, 柽柳叶片光饱和点先升高后降低, 而光补偿点持续升高, 光照生态幅变窄, 光能利用率变低。淡水和盐水处理下, 柽柳P_n下降分别是非气孔限制和气孔限制引起的。柽柳树干液流速率随地下水矿化度升高而先升高后降低, 咸水处理下树干液流速率日变幅最大, 日液流量最高。淡水、微咸水和盐水处理下日液流速率平均值分别比咸水处理降低61.8%、13.1%和41.9%。咸水矿化度下柽柳有较高的光合特性, 在蒸腾耗水较严重的情况下可实现高效生理用水, 适宜柽柳较好地生长。     

Effects of groundwater salinity on the characteristics of leaf photosynthesis and stem sap flow in Tamarix chinensis

AimsThe objective of this study was to investigate the change pattern of leaves photosynthesis and stem sap flow of Tamarix chinensisin under different groundwater salinity, which can be served as a theoretical basis and technical reference for cultivation and management of T. chinensis in shallow groundwater table around Yellow River Delta.MethodsThree-year-old T. chinensis, one of the dominated species in Yellow River Delta, was selected. Plants were treated by four different salinity concentrations of groundwater—fresh water (0 g∙L^-1), brackish water (3.0 g∙L^-1), saline water (8.0 g∙L^-1), and salt water (20.0 g∙L^-1) under 1.2 m groundwater level. Light response of photosynthesis and the diurnal courses of leaf transpiration rate, stem sap flux velocity and environment factors under different groundwater salinity were determined via LI-6400XT portable photosynthesis system and a Dynamax packaged stem sap flow gauge based on stem-heat balance method, respectively.Important findings The result showed that groundwater salinity had a significant impact on photosynthesis efficiency and water consumption capacity of T. chinensis by influencing the soil salt. The net photosynthetic rate (P_n), maximum P_n, transpiration rate, stomatal conductance, apparent quantum yield and dark respiration rate increased first and then decreased with increasing groundwater salinity, while the water use efficiency (WUE) continuously decreased. The mean P_n under fresh water, brackish water and salt water decreased by 44.1%, 15.1% and 62.6%, respectively, compared with that under saline water (25.90 µmol∙m^-2∙s^-1). The mean WUE under brackish water, saline water and salt water decreased by 25.0%, 29.2% and 41.7%, respectively, compared with that under fresh water (2.40 µmol∙mmol^-1). With the increase of groundwater salinity from brackish water to salt water, light saturation point of T. chinensisdecreased while the light compensation point increased, which lead to the decrease of light ecological amplitude and light use efficiency. Fresh water and brackish water treatment helped T. chinensis to use low or high level light, which could significantly improve the utilization rate of light energy. The decrease in P_n of T. chinensis was mainly due to non-stomatal limitation under treatment from saline water to fresh water, while the decrease in P_n of T. chinensis was due to stomatal limitation from saline water to salt water. With increasing groundwater salinity, stem sap flux velocity of T. chinensis increased firstly and then decreased, reached the maximum value under saline water. The mean stem sap flux velocity under fresh water, brackish water and salt water decreased by 61.8%, 13.1% and 41.9%, respectively, compared with that under saline water (16.96 g·h^-1). Tamarix chinensis had higher photosynthetic productivity under saline water treatment, and could attained high WUE under severe water deprivation by transpiration, which was suitable for the growth of T. chinensis.     

不同降雨年型磷肥对旱地小麦根系特征、磷素吸收利用和产量的影响

为了明确旱地小麦生育特性、养分运转对磷肥的响应机制,探索不同降雨年型旱地小麦磷肥施用技术, 于2012—2016年在山西农业大学旱地小麦试验示范基地开展大田试验,研究不同降雨年型中4个施磷量(0、75、150和225 kg·hm^-2)对旱地小麦根系生长、产量形成和磷肥利用的影响。结果表明: 与不施磷相比,施磷可以显著增加旱地小麦拔节、开花和成熟期0～80 cm根重密度和各生育时期根表面积;提高拔节-开花期、开花-成熟期土壤耗水量和总耗水量,以及花前磷素运转量和籽粒磷素积累量;穗数和产量分别增加9.2%～22.5%和11.8%～30.0%,水分利用效率提高2.1%～12.1%。在欠水年,施磷量150和225 kg·hm^-2较75 kg·hm^-2可以显著增加各生育时期的根重密度和根表面积;显著增加播种-拔节期、拔节-开花期土壤耗水量和生育期总耗水量,分别为7.3～8.7、15.6～18.1和25.5～30.2 mm;显著增加花前磷素运转量和籽粒磷素积累量,最终显著增加穗数和产量,增幅分别为9.3%～10.7%和11.9%～14.6%;施磷量为150 kg·hm^-2的磷肥利用效率显著高于其他处理,增幅为20%～82%。在平水年,施磷量150和225 kg·hm^-2较75 kg·hm^-2可以增加开花、成熟期的根重密度和根表面积,以及开花-成熟期土壤耗水量和生育期总耗水量,分别为1.2～15.0和3.8～23.1 mm;增加花后磷素积累量和籽粒磷素积累量,最终增加穗数和产量,分别为1.4%～9.6%和3.5%～10.4%,且施磷量150 kg·hm^-2与75、225 kg·hm^-2差异显著。总之,磷肥主要促进了旱地小麦欠水年生育前、中期,平水年生育后期水分和养分的吸收能力,且主要通过提高穗数增加产量。本研究区以施磷量150 kg·hm^-2效果最佳,可统筹兼顾高产和水肥高效利用。     

亏缺灌溉对干旱区两种乡土植物种子生产性能及其水分利用效率的影响

科学灌溉对植物种子生产具有重要意义。本研究以荒漠草原优良乡土植物沙芦草和牛枝子为对象,以充分灌溉为对照,探究不同生育时期亏缺灌溉对两种牧草种子生产和水分利用效率的影响。结果表明: 与对照相比,亏缺灌溉下两种植物土壤含水率下降,其中沙芦草土壤含水率下降主要发生在0～60 cm土层,牛枝子土壤水分下降未出现明显的分层现象。亏缺灌溉下沙芦草种子产量各构成因子差异均显著,开花期亏缺灌溉种子产量最高;牛枝子仅生殖枝数、小花数和荚果数差异显著,种子产量各处理差异不显著。相关分析显示,沙芦草种子产量与生殖枝数(r=0.776)、小穗数(r=0.717)呈显著正相关;牛枝子花序数与生殖枝数呈极显著负相关(r=-0.685),与小花数呈显著正相关(r=0.412)。与充分灌溉相比,亏缺灌溉下两种乡土植物种子生产耗水量减少,水分利用效率提高,其中,沙芦草开花期亏缺灌溉水分利用效率提高最多(32.9%);牛枝子分枝期亏缺灌溉提高最多(27.4%)。因此,适当亏缺灌溉可以提高两种植物水分利用效率。从水分利用效率和种子产量来看,干旱区沙芦草和牛枝子种子人工繁育时可采取亏缺灌溉,适宜亏缺的生育期分别为开花期和分枝期。