人工控制有限供水对冬小麦根系生长及土壤水分利用的影响

试验在中国气象局固城农业气象试验基地的大型人工控制农田水分试验场进行。在底墒充足的条件下采用3种供水处理：拔节期一次性供水75mm(I1);返青供水37．5mm和拔节期供水37．5mm(I2);返青后生长期内无水分供给(Ick)。全生育期内用电动防雨棚遮去自然降水。试验结果表明,表层土壤(0～30cm)水多根多,根系反应敏感。上层干旱促使根系向深层发育,利用下层水量较多。I1处理减少表土层(0～30cm)的根量和根长密度,促进根系下扎,较多地利用深层土壤水分,并减少无效分蘖。虽然总穗数减少,但同I2、Ick相比籽粒数和籽粒重有较大幅度增加,提高了产量和水分利用率。根系吸水效率随土层深度增加呈下降趋势,I1在30cm以下其根系吸水效率超过了I2处理,并在100～200cm土层表现最为明显。Ick除0～30cm土层外,其余土层有效底墒供水率均较低;I1和I2两处理30～100cm有效底墒供水率均在84％以上,1～2m土层内I。大于I2。Ick由于土壤水分不足并未造成千粒重的明显下降,相反,3个处理中最高;土壤水分不足导致穗数、穗粒重、籽粒重和籽粒数的显著降低,从而造成了最终产量的降低。产量水平上的水分利用效率I1比其余处理提高了将近14％,其次为Ick,最低的是I2。在灌溉效率上,I1比I2提高了将近19％;在相同灌溉量的前提下,蒸腾效率I1比I2提高约7％。I1水分利用效率高于I2和Ick处理。可以认为：配合充足底墒,前期控水,有限的一定量的水分拔节期(关键期)一次供给比在返青和拔节分别供给,更为有效科学。     

土壤水分亏缺对春小麦根系干物质累积和分配的影响

在人工气候室中进行实验,实施光、温自动控制,研究了土壤水分对春小麦根系干物质积累和分配的影响,３个处理是春小科整个生长发育期内土壤水分分别控制在田间持水量的３０％,６０％,９０％,实验结果表明,在四叶一心－抽穗开花期间,３个处理气孔阻力逐渐降低,光合速率蒸腾速度逐渐上升,其中,中等水分条件下蒸腾速率明显低于充分供水,而光合速率则接近或显著高于是。抽一开花期,下层以根长,根竽中等水分处理显著高于其余     

表土干旱和根信号对春小麦产量形成的影响

本实验模拟大田条件,探讨一定程度水分亏缺下春小麦能否产生非水力根信号,以及对春小麦产量形成的影响．用３ 个春小麦品种,３ 个水分处理：充分供水（ＣＴ） ,上层供水（ＤＩｕ） 和上层干旱下层供水（ＤＩｄ） ．出苗后１７ ～２８ｄ ,非充分供水处理出现了植物叶片水势未显著改变而气孔导度和蒸腾作用却显著下降的现象,这是非水力根信号的典型特征．随着时间的推移,植物叶片水势同对照处理相比显著下降．在本试验的３ 个品种中,Ｂ品种上层根系的比根重（ＳＲＷ,单位根长的根重） 在出苗后３４ｄ 和出苗后５４ｄ 较Ａ、Ｃ品种高,且在出苗后５４ｄ上层根重的绝对量也显著高于Ａ、Ｃ品种的对应处理,对Ｂ品种获得较高的产量十分有利．Ｃ品种同Ａ、Ｂ品种相比,在出苗后３４ｄ 和５４ｄ,ＤＩｕ 处理中总根重、总根长分别向上层根重和上层根长分配的比例较Ａ、Ｂ 品种高,中层根重和中层根长的相对较低;而ＤＩｄ 处理中表现的趋势正好相反．以上表明Ｃ 品种对浅层土壤水分十分敏感,其根系的可塑性较强,也反映了其较高的根信号敏感性．相对而言,Ａ 品种和Ｂ 品种根系的可塑性较弱,但这两个品种的籽粒产量显著高于Ｃ 品种．     

土壤干旱胁迫下非水力根信号调控夏玉米气体交换对大气环境的响应

对不同程度土壤干旱胁迫下夏玉米非水力根信号的产生以及气体交换过程对大气环境的响应进行了试验研究。充足底墒播种后采用3个土壤水分处理等级(0~200cm土壤相对湿度为>80%、60%~70%、40%~50%,代号为W T1、W T2和W T3)。生育期内遮去自然降水。试验结果表明,在拔节期轻度和中度土壤干旱胁迫的情况下,玉米根系合成大量ABA传输到地上部分,参与控制气孔开度和气体交换过程对大气环境变化的响应并调节水分消耗。在日变化过程中,当光强和水汽压亏缺较高时,由于蒸腾速率较高,非水力根信号物质向冠层的传输速率也较高,ABA在叶片中的累积影响了气孔开张对光强响应的敏感度,气孔开度受到抑制,并且随着ABA累积和浓度的增加,气孔抑制作用越强;在水汽压亏缺较低的情况下,非水力根信号物质向冠层的传输速率较低,ABA的代谢过程以及再分配过程能够保证这种信号物质保持在低水平,从而保证一定程度的气孔开度和光合、蒸腾速率。这种策略能够使夏玉米在轻、中等干旱条件下保证最大的光合作用,同时在可能的胁迫情况下降低蒸腾作用以提高水分利用效率。     

夏玉米苗期有限水分胁迫拔节期复水的补偿效应

以作物调亏灌溉原理为基础 ,对夏玉米苗期水分胁迫拔节期复水进行了试验研究。结果表明 ,复水增加了夏玉米叶片气孔导度和光合速率 ,提高叶片水平上的水分利用效率(WUE)。复水 2天后 ,叶片气孔导度和光合速率即恢复到对照水平 ,部分时段 ,特别在下午 ,复水处理表现出高于对照的“反冲”现象。复水使苗期受旱的夏玉米株高、叶面积、地上 (下 )部分干物重和根系生长发育都恢复到或接近充分供水的植株生长水平。使其产量及构成因子与对照接近 ,水分利用效率显著地提高了 2 4 7%。这为玉米中后期的水分管理 ,提高玉米水分利用效率 ,提供了一定的理论依据 ;也提供了一种便于广大农民掌握的简单易行的灌溉方式     

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,     

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。     

1961-2015年黄淮海地区冬小麦干热风灾害时空分布特征

干热风是影响北方小麦后期生长和产量形成的重大气象灾害之一,在黄淮海地区主要有高温低湿型和雨后青枯型两种类型。利用黄淮海冬麦主产区65个站点1961-2015年的逐日气象数据和冬小麦生育期资料,综合分析了过去55 a该地区干热风日数和干热风过程的总体时空分布与变化特征。结果表明：（1）年平均干热风日数、过程次数高值区位于河北中南部、河南北部、山东北部和西部等地,其中河北中南部为黄淮海地区的干热风重发区。（2）干热风多年平均初日和最早初日的空间分布均呈从南向北、从内陆到沿海逐渐推后的特征;随着小麦灌浆成熟进程,干热风发生日数呈逐渐增多趋势,灌浆中后期干热风日数多、程度重,是干热风危害的集中期和防御关键期。（3）黄淮海地区干热风日数、过程次数总体均呈减少趋势,其中重干热风日数、重过程次数减少趋势更为明显;从地区差异来看,冀东南、鲁西北、豫东北等地减少趋势更为明显。但在气候变暖背景下,极端天气气候事件频发,部分年份仍存在发生较重干热风的可能,如2001年区域平均干热风日数达8.1 d,成为1961-2015年干热风日数最多的年份,因此对干热风的防御仍需引起足够的重视。     

土壤深层供水对冬小麦干物质生产的影响

采用根系研究装置研究了土壤深层供水对冬小麦干物质生产的影响 .结果表明 ,上层低湿度下层高湿度的处理在小麦灌浆期仍然保持了较高的土壤和叶片含水量 ,具有发达的根系 ,特别是 1m以下的根量在 4个处理中为最高 ,旗叶和穗的干重也最大 ,具有最大的产量潜力 .本研究表明 ,上层土壤较干下层土壤湿润有利于发挥小麦根信号的积极作用 ,平衡水分利用 ,同时通过对土壤水分的合理调节可以促进深层根的发育 ,有利于提高产量和水分利用效率 .     

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.