干旱对番茄幼苗光合和某些生理指标的影响

干旱缺水已成为植物光合作用和生长发育主要的限制因素,在干旱胁迫下,作物的生长发育受到影响,依据作物的形态变化进行浇灌属于延后性灌溉,未必能完全补偿对作物生长造成的影响。确定灌溉时间点,既确保植物正常生长不受影响,也可以提高水分利用效率,减少水资源浪费,从而达到节水灌溉的目的。该研究以温室土槽栽培番茄幼苗为材料,设定土壤含水量为30.00%(对照)、21.00%、18.00%、15.00%、12.00%、9.00%,研究了干旱胁迫对番茄叶片光合特性、抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)、碳酸酐酶活性变化的影响,并以此表征番茄幼苗需水信息。结果表明:随着干旱胁迫程度的增加,叶片水势逐渐降低。超氧化物歧化酶、过氧化物酶及过氧化氢酶等抗氧化酶在番茄幼苗耐受水分胁迫中起到重要的作用;超氧化物歧化酶、过氧化物酶在干旱胁迫条件下反应更迅速,但过氧化氢酶相对于超氧化物歧化酶、过氧化物酶对干旱胁迫的耐受能力更强;干旱胁迫条件下抗氧化酶活性的转折点在15.00%土壤含水量左右;水分胁迫条件下碳酸酐酶参与了对光合作用的调节,并在15.00%土壤含水量时活性升至最高,使得番茄仍能维持较高的光合速率,以维持正常的生理机能;随着干旱胁迫程度的加剧(12.00%土壤含水量),碳酸酐酶活性与净光合速率都迅速下降。综上分析,当土壤含水量低于15.00%并高于12.00%时,对作物进行灌溉最为合适。抗氧化酶及碳酸酐酶活性可为作物最佳灌溉时间点的预测提供科学依据。     

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。     

玉米农田蒸散过程及其对气候变化的响应模拟

应用基于生理生态学过程的EALCO模型,对玉米农田生态系统的蒸散(ET)过程进行了模拟,在模型检验基础上,使用该模型模拟了玉米农田生态系统ET过程对未来气候变化的响应。结果表明,EALCO模型中能量与水过程的动态耦合机制使模型能够较好地模拟农田蒸散过程,基于涡度相关法的观测值与模型模拟值在小时、日尺度上均吻合较好,模型可以解释67%的日蒸散的变化特征。对土壤蒸发与冠层蒸腾的分别模拟显示,生长季土壤蒸发约占ET的36%。温度的升高会引起ET与冠层蒸腾的增加,同时土壤蒸发减少;ET对降水减少的响应较为敏感,主要表现在土壤蒸发的下降。大气CO2浓度升高对冠层蒸腾影响显著,该情景下冠层蒸腾下降幅度最大。研究所假设的2100年气候情景下,该农田生态系统生长季蒸散将减少,然而相对于降水的减少而言,蒸散的减少量较小,即水分支出项相对增加,因此,发生土壤水分匮乏的可能性加大,这可能会加剧该地区的暖干化趋势,给作物产量及生态环境带来威胁。     

杨柴对高CO2浓度和土壤干旱胁迫的响应

毛乌素优势植物杨柴 (HedysarummongolicumTurcz.)对高CO2 浓度和土壤干旱胁迫响应的研究结果表明 :干旱胁迫可使杨柴根系伸长 ,根生物量、地径、主茎高和茎生物量下降 ;高CO2 浓度使杨柴根和茎生物量明显增加 ,CO2 的“施肥效应”显著 ,干旱使CO2 的“施肥效应”减弱。同时 ,土壤干旱胁迫使杨柴的根 /冠比增加 ,说明在土壤干旱胁迫情况下根的生长比地上部分 (茎 )的生长更活跃 ,有利于提高杨柴在干旱沙漠地区的固沙作用 ;CO2 浓度升高和土壤干旱胁迫均使杨柴叶片的水势下降 ,叶片水势的下降使叶片细胞对水分的束缚力增强 ,从而减少植物蒸腾耗水 ,有利于提高水资源的利用效率     

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。     

植物角质蒸腾的几个方面

角质蒸腾速率和植物生态型有密切关系,与普通品种相比抗旱的高粱和玉米品种角质蒸腾较弱,或差异不明显,但节水途径不同。强光促进角质层腊质的形成,使角质蒸腾减弱。高湿度下生长的植物移到湿度较低处后,其角质蒸腾与总蒸腾速率都明显增大。土壤干旱对角质蒸腾的影响因植物种类和水分胁迫的具体情况而异。角质层腊质含量和角质蒸腾速率一般呈反相关。     

不同水分条件下盆栽苹果树蒸腾速率动态模拟

土壤水分是制约作物产量和品质的主要环境因素之一,估算不同水分条件下的蒸腾速率（r3对于作物的优质高产和节水灌溉等具有十分重要的意义。通过构建蒸腾．气孔．光合耦合模型可模拟出不同水分条件下苹果树的蒸腾动态,模型参数根据逐步干旱条件下盆栽‘富士’苹果树试验获取。结果表明,Tr主要由饱合水气压差和气孔导度（G。）驱动,同时气象因子和土壤水势对其有强烈的交互作用影响。Tr随土壤水势的下降而减小,当土壤水势低于-0．4MPa时减小幅度更加显著。晴天时,G。在一天中呈双峰曲线,而一呈单峰曲线,最大值出现在13：00左右,约为3．6mmol·m-Ls。根据该模型可计算出不同水分条件下1株盆栽苹果树（总叶片积为O．26m-2）全天的蒸腾总量,供水充足时为652．1g,严重干旱时（土壤水势为-1．5MPa）为85．4g。实测值和模拟值的比较表明,该耦合模型能够模拟出不同土壤水分条件下盆栽苹果树的蒸腾动态以及土壤的含水量。     

水分胁迫与光照条件对棉花干物质和产量形成影响的数学模型

从作物冠层净同化速率入手,通过引入对CO2浓度、空气湿度、光照强度和土壤含水量反映较敏感的光能利用系数（β）,建立了考虑水分胁迫和光照条件对作物干物质积累与产量形成影响的数学模型,模型考虑了水分胁迫与低光照下冠层阻力增加的设定,将反映作物冠层水分状况的功能叶水势（Ψl）作为参数纳入本模型,通过对土壤相对含水量（Aw)、气温（Ta）、水汽压差（VPD）的多元回归估算出Ψl,并将空气动力学阻力（Ra）简化为风速（u）的函数,盆载试验应用实例和敏感性分析表明,该模型在诊断环境因子特别是土壤水分与光照因子对作物生长和产量构成的影响具有一定的实用性。     

干旱下植物激素影响作物根系发育的研究进展

植物激素是指在植物体内某些部位合成、可被运输到其他部位调控植物生长发育的微量有机物质,在植物生命活动中发挥重要作用。根系是作物吸收水分和养分的重要器官,其形态决定了作物获得养分和水分的能力。作物发达的根系与其抵抗干旱环境胁迫息息相关,而植物激素在作物根系发育中发挥关键作用,因此深入了解干旱胁迫下植物激素对作物根系发育的影响对农业的安全生产是至关重要的。本文就干旱胁迫下植物激素如何调控及不同激素协同调控作物根系生长发育的研究进行了概述,并讨论了激素在作物抗旱上应用的意义及将来可能开展的研究方向。     

基于Shuttleworth-Wallace模型的科尔沁沙地流动半流动沙丘蒸散发模拟

陆面蒸散发在气候调节和维持区域水量平衡中起关键作用.量化蒸散发及其各组分项,对深刻揭示干旱半干旱地区的生态水文过程具有重要意义.本研究基于科尔沁沙地流动半流动沙丘2017年生长季气象监测系统的原位监测数据,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型对沙丘蒸散发进行模拟,在此基础上,对蒸散各组分进行拆分,并利用涡度相关对模拟蒸散发值进行验证.结果表明: 整个生长季模型模拟蒸散发值为308 mm,涡度相关实测值为296 mm,偏差较小,证明S-W模型适用于该地区的蒸散发模拟.蒸散发整体呈生长旺盛期>生长后期>生长初期,分别为192、71和45 mm,分别占总量的62.3%、23.1%和14.6%.日尺度上模型模拟值与实测蒸散发值一致性较高,模型模拟精度大体表现为: 晴天>阴天>雨天,且阴雨天模型模拟值较涡度相关实测值偏低.经拆分,土壤蒸发和植被蒸腾分别为176和132 mm,分别占总量的57.1%和42.9%,表明沙地水分利用效率较低.持续干旱和降水后,蒸散发规律明显不同,且土壤蒸发对降水的敏感性强于植被蒸腾.     

水分胁迫下白杨派双交无性系主要生理过程研究

以白杨双杂交杂种新无性系为主要试验材料,在４种水分胁迫条件下对各无性系生理和生长指标进行分析,结果表明,土壤干旱胁迫对无性系净光合速率,蒸腾速度,气孔导度,叶温与气温差,细胞间ＣＯ２浓度等生理指标均产生显著影响。不同指标对水分胁迫的敏感性不同,无性系间在各项生理指标值及随水分胁迫发展而下降幅度均存在着显著差异。     

间套作提高农田水分利用效率的节水机理

综合国内外多学科的研究成果,从地表水向土壤水的转化效率、农田水分的有效性、植物冠层结构、灌溉用水量和作物产量等方面,论述了间套作提高农田水分利用效率的节水机理.结果表明:间套作能够促进植物根系对农田水分的充分利用,有利于增加根层土壤的贮水量;间套作一方面减小棵间蒸发、抑制无效蒸腾,另一方面优化作物系统的源-库关系,创造出有利于植物生长发育的小气候,为资源在时间和空间上的集约利用和高产打好基础,在不增加农田灌溉水的同时大幅度提高单位面积产量,促进作物水分利用效率明显提高.     

蒙古栎(Quercus mongolica)光合参数对水分胁迫的响应机理

针对当前植物光合机理模型中植物光合参数没有考虑干旱胁迫影响的不足,以东北地区蒙古栎为研究对象,基于蒙古栎对不同水分响应的植物生理生态模拟试验,探讨了蒙古栎光合参数对水分胁迫的定量响应.结果表明,水分胁迫严重影响蒙古栎叶片的光合参数.其最大净光合速率(Pmax)与土壤含水量呈抛物线关系(P<0.01),且在土壤体积含水量35.45%(相当于土壤质量含水量23.63%)接近田间持水量(27.4%)时达到最大值.蒙古栎幼苗叶片的最大羧化速率(Vcmax)、最大电子传递速率(Jmax)和磷酸丙糖利用率(TPU)均与土壤水分呈抛物线关系(P<0.01),即Vcmax、Jmax 、TPU对土壤水分具有相同的响应趋势,但各光合参数达到最大时的土壤水分阈值却不相同.同时,基于蒙古栎光合作用参数对水分变化响应的定量分析,建立了水热因子协同影响的植物光合参数模型,为最终建立适用于所有植物的水热因子协同影响的光合参数模型提供了依据与技术示范.     

不同类型和强度的干旱胁迫对黑麦草实验种群物质生产与水分利用的影响

 对田间条件下不同类型和强度的干旱胁迫对黑麦草(Lolium perenne)实验种群物质生产与水分利用特征的影响进行了研究。实验结果表明：在周期性和持续性胁迫条件下,轻度与中度胁迫对草群干物质产量的影响相接近并与对照无显著差异,重度胁迫导致干物质产量的降低;渐进性胁迫条件下轻度胁迫对干物质产量的影响与对照相接近,中度和重度胁迫导致产量的降低;在每一种胁迫类型下植物地上部绿色部分的干物质含量与其干物质产量呈反向对应关系;草群干物质产量与栽植桶水分散失量之间呈极显著的直线关系;周期性胁迫条件下中度胁迫提高了草群水分利用效率,持续性和渐进性胁迫条件下草群水分利用效率对干旱胁迫强度的反应随生长季节推移而有所改变。     

不同类型和强度的干旱胁迫对黑麦草实验种群物质生产与水分利用的影响

对田间条件下不同类型和强度的干旱胁迫对黑麦草 ( L olium perenne)实验种群物质生产与水分利用特征的影响进行了研究。实验结果表明 :在周期性和持续性胁迫条件下 ,轻度与中度胁迫对草群干物质产量的影响相接近并与对照无显著差异 ,重度胁迫导致干物质产量的降低 ;渐进性胁迫条件下轻度胁迫对干物质产量的影响与对照相接近 ,中度和重度胁迫导致产量的降低 ;在每一种胁迫类型下植物地上部绿色部分的干物质含量与其干物质产量呈反向对应关系 ;草群干物质产量与栽植桶水分散失量之间呈极显著的直线关系 ;周期性胁迫条件下中度胁迫提高了草群水分利用效率 ,持续性和渐进性胁迫条件下草群水分利用效率对干旱胁迫强度的反应随生长季节推移而有所改变     

干旱胁迫下胡杨光合光响应过程模拟与模型比较

以塔里木干旱荒漠区2年生胡杨幼苗为试材,盆栽模拟荒漠生境5种水分梯度,利用Li-6400便携式光合作用系统测定胡杨在干旱胁迫下光合作用的光响应过程,并采用4种光响应模型对其进行拟合与比较,以期优选出适用于干旱荒漠环境的光响应模型,阐明胡杨光合作用对干旱胁迫的响应规律与适应机制。结果表明:胡杨净光合速率(P_n)随干旱胁迫加剧呈下降趋势,同一光强(PAR)下P_n降幅增大。中度干旱胁迫以下(土壤相对含水量,RSWC45%)胡杨在高PAR下仍能维持相对较高P_n,光抑制程度轻;直角双曲线、非直角双曲线和指数模型均可较好地模拟P_n-PAR响应过程,但最大净光合速率(P_(nmax))、光饱和点(LSP)拟合值与实测值差异极显著(P0.01)。中度干旱胁迫以上(RSWC45%)胡杨P_n随PAR升高而显著下降,LSP与P_(nmax)极显著降低,光抑制现象明显;仅直角双曲线修正模型拟合的胡杨光响应过程、光响应参数与实际情况较吻合。4种模型模拟效果顺序:直角双曲线修正模型指数模型非直角双曲线模型直角双曲线模型。4种光响应模型对干旱胁迫具有不同的适应性,直角双曲线修正模型适用于各种水分条件,尤其适用于干旱荒漠生境,其它3种模型适用于水分条件较好的生境。光响应特征参数对干旱胁迫的响应阈值不同。随干旱胁迫加剧,胡杨表观量子效率(AQY)、P_n、LSP与P_(nmax)持续降低,严重干旱胁迫下暗呼吸速率(R_d)、LCP反而明显增大。RSWC45%胡杨仍能保持较高的AQY、P_(nmax)、LSP,RSWC45%其P_(nmax)、LSP显著降低,干旱胁迫显著抑制了胡杨光合进程和光强耐受范围,降低了光合效率,严重干旱胁迫严重影响胡杨苗木的正常生长和光合作用。干旱荒漠环境下,胡杨采取缩窄光照生态幅、降低光能利用率和减少呼吸消耗来积极抵御荒漠干旱逆境伤害的生态对策。因此,从极端干旱荒漠区种群保护与植被恢复角度来看,胡杨林土壤水分应维持在RSWC 50%左右,符合干旱缺水地区植物生长和高效用水的管理原则。     

作物光合、蒸腾与水分高效利用的试验研究

通过田间试验,对作物光合、蒸腾、气孔行为及其影响因素进行了研究。结果表明,光合与蒸腾的非线性关系可以用抛物线方程表述,其中光合速率最高时的蒸腾速率为临界值,超出该值即为奢侈蒸腾,干旱处理的临界值较低,通过合适的调控措施,抑制奢侈蒸腾并不影响光合生产,综合分析光合速率、蒸腾速率与气孔导度的关系,气孑L导度大于0．12mol·m^-2·s^-1,实施提高气孔阻力并抑制蒸腾的措施,既节约水分又促进光合作用,增加产量．光合速率基本上随光合有效辐射的增加而提高,并有光饱和点存在,水分条件影响叶片光合作用达到饱和的早晚,干旱处理的光饱和点远远低于湿润处理,强光需要水分充足相耦合,才能充分发挥光能利用率,蒸腾与辐射的线性关系十分显著。从光合有效辐射入手,在光合有效辐射大于1000μmol·m^-2·s^-1时实施措施,既可大大降低蒸腾,又可改善光合,节水增产效果不言而喻。     

氮素营养与水分胁迫对大豆产量补偿效应的影响

在大豆营养生长期,对大豆进行不同程度的干旱锻炼,同时改变土壤中的施氮水平,研究大豆产量及其构成因子对干旱胁迫复水的反应机制,为大豆节水增产及抗旱机制的实践探索提供理论依据。水分胁迫强度、历时和氮素营养都对大豆产量及其构成因子的补偿效应产生明显影响,水分胁迫抑制了大豆单株粒数的增长,但可以显著提高百粒重;氮素营养会抑制大豆百粒重的增加,但在一定水分条件下可以显著提高单株籽粒的数量,然而随着水分胁迫程度的加重,单株粒数的增加幅度也会相应减少。虽然氮素营养和水分胁迫使大豆产量构成因子产生补偿效应的阈值范围不同,但二者具有一定的耦合区域,在耦合区域内(水分胁迫时间14d左右、土壤含水量为田间持水量的50%—55%、施氮量在97.5—225kg/hm2之间)单株粒数和百粒重都产生较强的补偿效应,二者的协同作用显著提高了大豆的经济产量,使大豆产量表现出较强的补偿效应。结果表明:氮素营养和适度水分胁迫可以通过不同途径提高大豆植株的生长能力,当二者结合后大豆的补偿生长机制更为复杂,最终表现为水分胁迫提高了大豆的百粒重,而氮素增加了大豆单株粒数,二者协同作用使大豆经济产量显著增加。     

珙桐苗木叶片光合特性对土壤干旱胁迫的响应

通过控制土壤含水量,研究了土壤干旱胁迫对2年生珙桐(Davidia involucrata Baill.)幼苗叶面积、叶绿素含量、光合作用及叶绿素荧光参数的影响,以探讨珙桐光合作用对土壤干旱胁迫的响应机理.结果表明,干旱胁迫后,珙桐叶片失水脱落,各干旱胁迫处理叶面积比对照显著降低23%～98%,但单位面积的叶绿素含量却无显著变化;干旱处理的珙桐幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)显著低于对照(P<0.05);干旱胁迫对珙桐幼苗叶片的初始荧光产量(F0)及最大荧光产量(Fm)没有产生显著影响,却显著降低了PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学量子产量(Yield)、电子传递速率(ETR)及光化学淬灭系数(qP),使非光化学淬灭系数(qN)显著升高(P<0.05).研究发现,土壤水分亏缺对珙桐叶片的光合系统造成了不可逆的伤害,严重抑制了其正常的光合作用和生长发育;珙桐幼苗对土壤干旱胁迫极为敏感.