冬小麦（Triticum aestivum）分蘖冗余生态学意义以及减少冗余对水分利用效率的影响

通过盆栽试验,以旱作冬小麦（Triticum aestivum）为材料,分别在拔节和抽穗期对分蘖进行人工干扰,来模拟不可预测的自然干扰,对冬小麦分蘖冗余的生态学意义以及减少这些冗余对水分利用效率影响进行研究。设置3个处理：从拔节期开始剪去所有小的分蘖,仅保留主茎和一个大的分蘖（A）;在拔节期剪去主茎和两个大的分蘖,保留所有小的分蘖（B）;在孕穗期剪去主茎和有效分蘖,保留无效分蘖（C）。没有被干扰的植物作为对照（CK）。通过花期测定叶片的叶绿素含量、叶绿素荧光参数、气孔导度和蒸腾速率等生理指标来评价植物的生理与生化活性。结果显示,在拔节期和抽穗期去除主茎和大蘖后,无效分蘖的生理活性被激活,开始执行有效分蘖的功能。到花期时,这些无效分蘖已经在生理活性上满足了补充和替代有效茎的要求。虽然株高和穗的整齐度、穗数和产量显著下降,但并没有防碍小麦的繁衍子代,因此,正是这些由早期“无效分蘖”补充而来的有效茎,避免了小麦绝种的风险。 而在拔节期去除无效分蘖后,对小麦产量没有显著影响,但提高了水分利用效率,和对照相比水分利用效率提高了10%。因此,可以认为小麦在分蘖上存在着对水分利用不利的生长冗余,减少这些冗余有望节约用水、提高作物的水分利用效率。     

EFFECTS OF ROOT PRUNING AT THE REGREENING STAGE ON DROUGHT TOLERANCE AND WATER USE EFFICIENCY OF WINTER WHEAT IN LATE GROWING STAGE

 通过盆栽试验研究了返青期根修剪对冬小麦(Triticum aestivum)后期耐旱性及水分利用效率的影响。在返青期设置了两个根修剪处理: 1)小剪根, 在植株一侧切去部分侧生根; 2)大剪根, 在主茎四周切去部分侧生根。不剪根者设为对照(CK)。研究结果显示, 两个根修剪处理均显著减少了小麦的根系, 但对根冠比没有显著影响。在花期, 两个根修剪处理的小麦旗叶的叶绿素荧光参数最大光化学效率(The maximum photochemical efficiency of PSⅡ, F_v/F_m)、 PSⅡ潜在活性 (PSⅡ potential activity, F_v/F_o)、实际光化学量子产量(Effective PSⅡ quantum yield, Φ_PSⅡ)、表观光合电子传递速率(Apparent rate of photosynthetic electron transport, ETR)、光化学淬灭系数( Coefficient of photochemical quenching, q_P)和非光化学淬灭系数(Coefficient of non-photochemical quenching, NPQ)值, 在停止供水7 d后, 均显著高于对照, 这表明根修剪小麦的耐旱性强于对照, 因此在干旱胁迫下有较高的光化学活性。小剪根处理在高水条件下对小麦产量无显著影响, 而在中度干旱条件下显著提高了小麦的产量, 因此, 小剪根处理显著提高了小麦的抗旱系数; 小剪根处理在高水分处理(土壤水分含量为田间持水量的85%)和中度干旱胁迫处理(土壤水分含量为田间持水量的55%)条件下, 均显著提高了小麦的水分利用效率。但大剪根处理由于严重影响了群体数量和产量, 水分利用效率和抗旱系数均没有提高。可见, 适当地减少根系有助于小麦的耐旱性和水分利用效率的提高。     

半干旱黄土高原沟垄微型集雨产流特征与马铃薯种植技术

对膜垄和土垄的降雨量和径流量进行直线回归分析,结果表明,粘土夯实集雨垄临界产流降雨量为2.83 mm,产流后的平均集水效率为24.6%,地膜覆盖集雨垄临界产流降雨量为0.23 mm,产流后的平均集水效率为91.1%。在沟垄微型集雨种植马铃薯试验中,30 cm垄宽膜垄、45 cm垄宽膜垄、60 cm垄宽膜垄、30 cm垄宽土垄、45 cm垄宽土垄和60 cm垄宽土垄(沟宽均为60 cm)的经济产量分别比传统耕作高173%、168%、119%、28%、24%和18%,水分利用效率分别比传统耕作高3.98、3.74、2.25、1.10、0.93和0.72 kg.mm-1.hm-2。膜垄种植马铃薯经济产量提高119%~173%,土垄种植马铃薯经济产量提高18%~28%。     

试论麦类作物非水力根信号与生活史对策

从植物非水力根信号的生理调节作用和生活史进化解度看,在水分亏缺条件下,自然选择会导致植物产生大量根系以增加对水分的竞争能力,而浅根系则可在干旱来临时,以快速反应的根信号来调节和平衡植株水分状况,度过干旱时期。但是,自然选择压力下的植物特征往往不利于作物籽粒产量这一种群水平上的属性的改善。作物产量的提高过程是一个不断加强的人工选择过程。在作物生产中,作物水环境得到了改善,强大的多年生竞争者基本消失,     

黄土高原半干旱区春小麦农田有限灌溉对策初探

２年的大田试验研究表明,在黄土高原半干旱区,春小麦农田有限灌溉的时期为３叶期到孕穗期之间,但由于该地区降水变率很高,不同降水年型有限灌溉的关键时期和增产效果有很大差异,实际的需水关键期和作物生理的需水关键期往往不相吻合,对半干旱地区的有限浇灌琢作物的耗水过程和产量形成过程进行了讨论。     

半干旱区不同垄沟集雨种植马铃薯模式对土壤蒸发的影响

通过垄沟集雨种植马铃薯试验,研究了不同垄沟集雨种植模式对土壤蒸发的影响.结果表明,在马铃薯全生育期,垄上覆盖塑料薄膜(CR)处理土壤蒸发量为122.9～165 mm,垄上原土夯实不覆膜(UR)处理土壤蒸发量为90.9～101.2 mm,无垄带状种植(CK) 土壤蒸发量为80.7 mm.其中,覆膜垄处理CR₆₀在马铃薯成熟期土壤蒸发强度最大,达2.6 mm·d^-1,平均为1.46 mm·d^-1,而对照的土壤蒸发强度为0.65 mm·d^-1;不覆膜土垄处理(UR₃₀)土壤蒸发强度苗期最小,只有0.2 mm·d^-1,平均为0.39 mm·d^-1,而对照的土壤蒸发强度为0.58 mm·d^-1.在马铃薯生长的现蕾期和开花期,水面蒸发量最大,日平均水面蒸发量分别为8.3和9.0 mm,与土壤蒸发不同步.马铃薯成熟期,各处理棵间土壤蒸发量都达到最大值.覆膜垄蒸发量最大,集雨效果显著,所以应采取抑制土壤蒸发措施,以便进一步提高水分利用效率.     

秸秆还田与全膜双垄集雨沟播耦合对半干旱黄土高原玉米产量和土壤有机碳库的影响

全膜双垄集雨沟播是我国旱作农业上的一项创新技术。该技术因集覆膜垄面集雨沟播、覆盖抑蒸和增加土壤温度为一体,在半干旱黄土高原地区玉米种植中增产效果突出而被大面积推广。但是目前该技术连续使用下土壤肥力的可持续性及其调控途径不清楚。通过将田间实验与土壤有机碳的物理分组技术相结合,研究全膜双垄集雨沟播对土壤有机碳库的影响,来评估将秸秆还田纳入全膜双垄集雨沟播玉米种植体系的可行性。实验地点位于甘肃省榆中县小康营乡(35°54’N,104°05’E;海拔2013 m;多年平均降雨量388 mm)。实验在垄沟种植方式的基础上设置秸秆不还田不覆膜(对照,CK)、秸秆还田(S)、地膜覆盖(M)和秸秆还田+地膜覆盖(S+M)4个处理,重复3次。实验于2009年3月开始2010年10月结束。除了对玉米籽粒产量进行测定之外,分别于每年的播种和收获时对表层15 cm土壤总有机碳、颗粒有机碳(粒径2—0.05 mm)和轻组有机碳(密度<1.8 g/cm3)含量进行了测定。同时在玉米不同生育时期对表层15 cm土壤微生物量碳、"-葡萄糖苷酶活性、碱性磷酸酶活性和脲酶活性动态进行了测定。研究结果表明,与CK处理相比M和S+M处理分别增加玉米产量89%-105%和93%-136%,但是S处理对玉米产量没有影响。综合2a的测定结果,与CK相比较S、M和S+M处理对土壤总有机碳含量没有影响,但是M处理具有降低土壤颗粒有机碳和轻组有机碳含量的趋势,而S或者S+M处理具有明显的增加土壤颗粒有机碳和轻组有机碳含量的趋势。与M处理相比较,S+M处理增加土壤颗粒有机碳和轻组有机碳含量的效果比与CK处理相比较的效果更明显。与CK相比较,S、M和S+M处理都能够不同程度地增加土壤微生物量碳和"-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酶和脲酶的活性,尤其以S+M处理的增加效果更明显。相关分析结果显示,不同处理土壤中3种酶活性与微生物量碳含量均呈极显著正相关关系。研究结果说明全膜双垄集雨沟播可以显著增加玉米产量,但是连续使用可能对土壤有机碳库有不利影响;而纳入秸秆还田对于全膜双垄集雨沟播技术引用下土壤有机碳库和微生物活性的维持或者提高具有积极作用。     

不同夏季填闲作物种植对设施菜地土壤无机氮残留和淋洗的影响

通过模拟土柱试验方法,研究了设施蔬菜中4种夏季填闲作物种植对土壤无机氮残留和淋洗的影响,并分析了各填闲作物根系参数与土壤无机氮残留及淋洗的相关性,以期揭示填闲作物减少无机氮淋洗的作用机理,并获得设施蔬菜生产体系适宜种植的填闲作物种类及其筛选指标。结果表明,糯玉米和燕麦的地上生物量、根干重、根长密度显著高于豌豆和苋菜,糯玉米、燕麦和豌豆的氮素吸收量高于苋菜。收获时,各填闲作物的种植比土地休闲可以显著的降低土壤(0-60 cm)的无机氮含量;其中燕麦和苋菜对土壤无机氮降低最多,其次为豌豆,再次为糯玉米。四种填闲作物的种植均显著降低了设施菜地的无机氮淋洗量。与休闲处理相比,糯玉米、燕麦、豌豆和苋菜的种植将体系的氮素淋洗量分别降低了100%、96%、82%和58%。相关分析表明,比根长的增加有利于植株地上部氮素吸收量的积累。各土层填闲作物根系参数与土壤无机氮残留和淋洗相关性分析没有明显规律,表明了氮素淋洗可能受地上部和根系生长协同作用的影响,静态的根系参数测定较难反映根系生长与氮素淋洗的关系。总结认为,设施蔬菜生产体系中糯玉米和燕麦比豌豆和苋菜更适合作为夏季填闲作物。     

黄土丘陵半干旱区引种禾草柳枝稷的生物量与水分利用效率

加强优良引种禾草植物的生态适应性研究对促进我国黄土高原半干旱区草地建设和草业科学发展具有十分重要的意义。比较研究了引种禾草柳枝稷(Panicumvirgatum)在黄土丘陵半干旱区不同立地条件下地上生物量的大小和季节累积差异及其水分利用特征。2001~2002年川地柳枝稷草地地上生物量达13000~16000kg/hm2,山地梯田和坡地为2300~2650kg/hm2。不同立地条件柳枝稷返青后的生物量累积过程呈二次或三次多项式。柳枝稷的绝对生长速率(AGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,川地柳枝稷草地的现存量和总量AGR最大值分别为158.93和169.83kg/(hm2·d),梯田分别为27.31和38.25kg/(hm2·d),坡地为37.0和36.69kg/(hm2·d)。坡地柳枝稷生物量较大值和AGR最大值出现时间最早。不同立地柳枝稷生物量相对生长速率(RGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,均以返青后的20d内最大,平均AGR以川地最大,坡地和梯田相近,但坡地两峰值高于梯田。不同立地柳枝稷草地土壤水分主要利用层次为0~2m,月平均含水量顺序为梯田>坡地>川地。川地柳枝稷叶片和整体生物量水分利用效率均最高,梯田整体生物量水分利用效率大于坡地,但二者叶片水分利用效率相近。川地和山地地表下5cm生育期平均地温均为17.60℃,但4~5月份川地地温高出山地1.2~2.8℃,川地4~10月份平均气温较山地高1.5℃,这些差异影响不同立地条件柳枝稷草地水分利用和生长进程。     

第二届生态系统评估与管理(EAM)国际会议综述

自2005年联合国《千年生态系统评估》发布以来,旱区农业生态系统评估与管理研究越来越受到世界各国的广泛关注和重视。综述了2010年7月19日至25日在兰州大学举行的第二届生态系统评估与管理(Ecosystem assessment and management, EAM)国际会议28场特邀专家报告,围绕"气候变化与旱区农业生态系统管理"主题,分别从生态系统时空格局、全球变化生态学、植物逆境适应机制、植物与土壤关系和生态系统管理五个方面进行总结,旨在探讨全球气候变化条件下如何提高干旱与半干旱脆弱农业生态系统生产力和可持续性发展的创新理论研究。对生态系统评估与管理的未来发展趋势和目标进行了探讨,并对该会议将来的举办和组织形式提出了建议。