不同水分条件下春小麦根系耗碳及其与产量形成的关系

 在自动控制的遮雨棚中,用盆栽法研究了不同水分条件下春小麦(Triticum aestivum)根系耗碳过程及与籽粒产量的关系。设高(W)、中(M)、低(S)3个水分处理,试验品种为`陇春8139-2'(L)和`定西24'(D)。在开花期及之前,根系的日生物量碳、日呼吸耗碳和日分泌耗碳量占根系日总耗碳量的比例平均为26%、58%和16%。在成熟期,W、M处理的根日生物量碳的下降(负值)在两品种之间没有显著差异,而在S处理中,D品种根生物量碳日下降幅度显著高于L品种,日呼吸耗碳量和日分泌耗碳量也最低,致使其根日生物量碳下降超过根总耗碳量的100倍,而根日呼吸耗碳量和日分泌耗碳量分别是根日总耗碳量的7.89倍和3.75倍,与其它处理/品种形成了鲜明对比。以根系日呼吸和日分泌耗碳之和占日光合固碳量的百分比来看,L品种在W、M和S处理中分别为53%、52%和83%,D品种分别为58%、49%和55%。两个品种根系碳消耗比例最低的是M处理,S处理的D品种远低于L品种。两品种产量水平接近,湿润条件下,L品种产量略高于D品种。籽粒产量与平均产量之比（Y/Ym）L品种在3个处理中分别为1.34, 1.14和0.53;D品种分别为1.04, 1.06和0.90。干旱条件下D品种保持了良好的产量稳定性。对D品种而言,中、重度干旱条件下光合固碳的相对稳定和根系耗碳量的降低是植物既能提高水分利用效率又能保持较高籽粒产量的主要原因。     

根修剪对黄土旱塬冬小麦(Triticum aestivum)根系分布、根系效率及产量形成的影响

通过田间试验研究了不同时期根修剪处理对冬小麦（Triticum aestivum）根系大小与分布、根系效率、水分利用效率及产量形成的影响。设置4个根修剪处理：越冬期小剪根（WS）、越冬期大剪根（WB）,返青期小剪根（GS）、返青期大剪根（GB）,未剪根小麦作为对照（CK）。结果表明,到花期时,各根修剪处理小麦的在0～120cm总根量均显著小于对照。与对照相比各根修剪处理主要是显著地减少了上层土壤中的根量。但WS和GS两小剪根处理和对照相比在中层土壤中有较大的根量;花后各处理小麦旗叶的气孔导度和蒸腾速率均显著大于对照。这说明根修剪处理减少了小麦表层的根量,从而削弱了表土干旱信号对作物与外界气体交换的抑制作用。花期时各根修剪小麦的净光合速率均显著高于对照,而单位面积上的根呼吸速率均显著小于对照,根修剪处理提高了小麦的根系效率,使更多的光合产物用于籽粒生产,从而提高了小麦的收获指数。根修剪还提高了小麦的水分利用效率,其中WS、WB、GS处理的水分利用效率显著高于对照。但是GB处理的水分利用效率却没有显著提高。因此,本研究进一步证明了由不同年代品种得到的推测,认为在旱地农业中,通过遗传育种或采用适当农艺措施优化根系分布,既可以减少生长前期作物对水分的过度消耗,又能够削弱花后表土过度干旱对作物生长抑制作用,同时降低根系对同化产物的消耗,对作物产量及水分利用效率的提高具有积极的作用。     

土壤水分和氮磷营养对冬小麦根系生长及水分利用的调节

模拟试验研究结果表明：在土壤相对含水量为４０％￣７０％范围内,水分亏缺严重,根水势和蒸腾蒸发量显著降低,根系生长严重受阻,根长变短,根干重降低,随着土壤水分趋于良好,根水势和蒸腾蒸发量显著增加,根干重在土壤相对含水量为５５％￣６２％之间时最大,而土壤相对含水量在５５％上下时根长达最长;土壤水分趋于轻度干旱有利根系下扎,土壤水分趋于良好利于根量增长。氮磷营养对小麦根系生长具有明显的调节作用。磷营养可     

有限灌溉对半干旱区春小麦根系发育的影响

 对半干旱区旱地春小麦(Triticum aestivum)的有限灌溉试验表明,苗期灌溉显著减少春小麦三叶期—抽穗期总根量和根密度,并促使开花期根系的良好更新和下扎,明显提高春小麦水分利用效率和籽粒产量。苗期水分胁迫则导致春小麦生长前期根系过大,影响地上部分的生长并加重土壤水分的亏缺,籽粒产量严重下降。     

无机营养对春小麦抗旱适应性的影响

本文研究了无机营养对春小麦一些抗旱适应性的影响,主要包括:渗透调节的大小和变化过程、可溶性糖的积累、脯氨酸的积累、叶片导度的变化、离体叶片的失水速率、叶面积和耗水量的变化、根系生长和根/植冠值,并且分析了各个处理植株的水分利用效率(WUE)和产量的变异。认为,在干旱条件下,无机营养对于春小麦不同器官、不同生理功能,并不都具有一致的作用。有的利于提高植株的抗旱性,有的可以改变一些适应性产生的时间和发展过程,有的则不利于植株的抗旱性。通过综合分析,提出旱地施肥使作物增产的主要原因是,营养元素满足了作物生长所需,促进了根系发育,利于吸收水分、维持水分平衡和正常生理功能,但对作物自身的耐旱性并没有产生显著影响。     

天机营养对春小麦抗旱适应性的影响

本文研究了无机营养对春小麦一些抗旱适应性的影响,主要包括：渗透调节的大小和变化过程、可溶性糖的积累、脯氨酸的积累、叶片导度的变化、离体叶片的失水速率、叶面积和耗水量的变化、根系生长和根／植冠值,并且分析了各个处理植株的水分利用效率(WUE)和产量的变异。认为,在干旱条件下,无机营养对于春小麦不同器官、不同生理功能,并不都具有一致的作用。有的利于提高植株的抗旱性,有的可以改变一些适应性产生的时间和发展过程,有的则不利于植株的抗旱性。通过综合分析,提出旱地施肥使作物增产的主要原因是,营养元素满足了作物生长所需,促进了根系发育,利于吸收水分、维持水分平衡和正常生理功能,但对作物自身的耐旱性并没有产生显著影响。     

非充分灌溉及其生理基础

介绍了非充分灌溉的概念及内涵,主要阐述了在非充分灌溉条件下,作物体内产生的适应性生理反应,经非充分灌溉及轻度干旱处理,作物气孔阻力增加,蒸腾失水减少,作物水分散失对气孔开度的依赖性大于光合对其的依赖性。可通过气孔调节作物光合与水分的关系,最终提高作物的水分利用效率;有限度的水分亏缺,有利于同化物向籽粒调运,利用^14CO2标记研究表明,生长后期水分亏缺下,小麦体内存在对花前营养器官“临时库”同化物的再动员和对产量的补偿机制;适度水分亏缺促进了小麦等作物初生根的生长发育,增加深层土壤中的根系与根系活性,防止后期根系早衰。总之,在非充分灌溉条件下,作物能够在营养生长,物质运输和产量形成等方面产生有效的补偿机制,可作为非充分灌溉的重要理论基础。     

土壤深松和补灌对小麦干物质生产及水分利用率的影响

研究一次深松耕作后土壤水分对冬小麦籽粒产量和水分利用率的影响,为小麦节水高产栽培提供理论依据.于2008-2009和2009-2010两个小麦生长季,选用高产小麦品种济麦22,采取测墒补灌的方法,研究了深松+旋耕和旋耕2种耕作方式下土壤水分对小麦0-200 cm土层土壤含水量、干物质积累与分配、籽粒产量及水分利用率的影响.结果表明,(1)深松+旋耕40-180 cm土层土壤含水量低于旋耕处理;旗叶光合速率和水分利用率,开花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率显著高于旋耕处理.(2)W3(补灌至0-140 cm土层土壤相对含水量播种期为85％,越冬期80％,拔节和开花期75％)成熟期0-200cm土层土壤含水量与W1(播种期80％,越冬期80％,拔节和开花期75％)和W2处理(播种期80％,越冬期85％,拔节和开花期75％)无显著差异;W3和W'3(播种期85％,越冬期85％,拔节和开花期75％)60-140 cm土层土壤含水量分别低于W4(播种期85％,越冬期85％,拔节和开花期75％)和W'4(播种期90％,越冬期85％,拔节和开花期75％)处理;W3和W'3灌浆中后期旗叶光合速率较高,开花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率显著高于其他处理,获得高的籽粒产量和水分利用率.综合考虑籽粒产量、水分利用率和灌溉效益,在深松+旋耕条件下,两年度分别以W3和W'3为节水高产的最佳处理.     

黄土旱塬冬小麦返青期断根对根冠比、水分利用及产量的影响

采用适当的农艺措施来影响根系生长以提高作物水分利用效率是节水农业研究的一项重要内容。通过田间试验研究了旱作冬小麦‘长武135’(Triticum aestivum cv. Changwu135)返青期切断部分侧生根对根冠比、水分利用效率及产量的影响。与不断根处理相比,冬小麦切断部分侧根后,极显著地减少了表层的根量,花期时断根和不断根小麦在0~20 cm土层根量分别249.70和307.52 g·m^-2,100 cm以上总根量分别为305.53和368.73 g·m^-2。断根比不断根处理根呼吸速率下降了25.57%。断根也抑制了小麦的群体数量,断根和不断根处理单位面积的穗数分别为590.33和646.33 m^-2,但断根显著增加了千粒重,断根和不断根分别为45.99和41.47 g,收获指数也有一定提高。断根对籽粒产量没有显著影响,但断根后土壤含水量显著增加,水分消耗减少。以生物量计算的水分利用效率和以产量计算的水分利用效率分别提高了32.52%和29.98%。因此,在旱地农业中,通过返青期人工断根措施削减根系降低根系对同化产物的消耗和减少耗水量来达到提高冬小麦水分利用效率的方法,是可行的。但今后还需对断根措施作进一步研究,以期实现产量和水分利用效率的同步提高。     

不同土壤水分条件下无机营养对小麦物质生产和水分利用的影响

本文通过讨论不同土壤水分条件下,无机营养对春小麦净光合率、叶片导度、干物质生产、水分消耗等的影响,表明施肥使营养缺乏的春小麦的光合物质生产,水分消耗及水分利用效率(WUE)都明显增大,无机营养对春小麦物质同化和生长的促进要远大于其因增加水分散失而带来的不利影响;在土壤干旱时,施肥春小麦的光合物质生产、水分消耗下降幅度都大于不施肥春小麦,干旱削弱了无机营养在提高春小麦光合物质生产和产量方面的作用。据此,对旱地的合理施肥技术提出了建议。     

Revised algorithm of ecosystem water use efficiency for semi-arid steppe in the Loess Plateau of China

Aims We evaluated the applicability of different measures of water use efficiency through analyzing the coupled dynamics of GPP and evapotranspiration in the semi-arid steppe in the Loess Plateau of China. Our objective is to explore the applicability of two quantitative measures of ecosystem water use efficiency—inherent water use efficiency (IWUE) and underlying water use efficiency (uWUE) —for the semi-arid steppe and to endeavor necessary modifications.Methods The consistency and stability of three indices of water use efficiency formulations (i.e. WUE, IWUE, uWUE) were calculated and compared at hourly, daily and annual time scales before proposing an optimal water use efficiency (oWUE). These indices were additionally used to quantify their importances in modeling the diel change of gross primary production (GPP). The yielded-accuracy of the prediction was used for justifying their uses.Important findings IWUE and uWUE appeared suitable for examining the coupled water-carbon characteristics of vegetation at hourly and daily scales, whereas WUE was more plausible on the annual and interannual scales. The optimized water use efficiency index did not improve the prediction of the coupled water-carbon characteristics as compared with uWUE, but it improved the prediction of GPP and its dynamics. oWUE and uWUE improved the predictions of GPP in the peak growing period, while WUE predicted the GPP better at the early and late growing season. Interestingly, we found that IWUE was not suitable for predicting GPP and its dynamics. The results will be of great importance in modeling the effects of climate change on the carbon assimilation and water cycle for the future.     

不同土壤含水量下侧柏幼树叶片水分利用效率

对植物水分利用效率的研究,可以揭示植物的内在耗水机制,为区域森林生态系统经营与维护提供依据.本研究以侧柏幼树为研究对象,通过室内控制试验设置不同的土壤水分梯度,分别用气体交换法和稳定同位素法对其不同土壤含水量条件下的瞬时水分利用效率(WUE_gs)和短期水分利用效率(WUE_cp)进行研究.结果表明:受气孔导度(g_s)的影响,叶片净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)随土壤含水量的增加呈现相同的变化趋势,均在土壤含水量为70%～80%田间持水量(FC)时达到最大值;叶片WUE_gs则在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).叶片可溶性糖、枝条韧皮部渗出液的δ¹³C都在土壤含水量最低(35%～45% FC)条件下达到最大值,且叶片可溶性糖的δ¹³C明显高于枝条韧皮部渗出液的δ¹³C,未产生明显分馏;而叶片WUE_cp也在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).相同条件下,叶片WUE_gs和WUE_cp存在一定差异(平均相差0.52 mmol·m^-2·s^-1),WUE_gs时空变异性较大,而WUE_cp更具有代表性.侧柏幼树通过降低生理生态活动和提高水分利用效率来适应干旱的土壤条件.     

Photosynthetic response to precipitation/rainfall in predominant tree (<Emphasis Type="Italic">Ulmus pumila</Emphasis>) seedlings in Hunshandak Sandland,China

The responses of gas exchange and chlorophyll fluorescence of field-growing Ulmus pumila seedlings to changes in simulated precipitation were studied in Hunshandak Sandland, China. Leaf water potential (Ψ_wp), net photosynthetic rate (P _N), stomatal conductance (g _s), and transpiration rate (E) were significantly increased with enhancement of precipitation from 0 to 20 mm (p<0.01), indicating stomatal limitation of U. pumila seedlings that could be avoided when soil water was abundant. However, P _N changed slightly when precipitation exceeded 20 mm (p>0.05), indicating more precipitation than 20 mm had no significant effects on photosynthesis. Maximum photochemical efficiency of photosystem 2, PS 2 (F_v/F_m) increased from 0.53 to 0.78 when rainfall increased from 0 to 10 mm, and F_v/F_m maintained a steady state level when rainfall was more than 10 mm. Water use efficiency (WUE) decreased significantly (from 78–95 to 23–27 μmol mol⁻¹) with enhancement of rainfalls. P _N showed significant linear correlations with both g _s and Ψ_wp (p<0.0001), which implied that leaf water status influenced gas exchange of U. pumila seedlings. The 20-mm precipitation (soil water content at about 15 %, v/v) might be enough for the growth of elm seedlings. When soil water content (SWC) reached 10 %, down regulation of PS2 photochemical efficiency could be avoided, but stomatal limitation to photosynthesis remained. When SWC exceeded 15 %, stomatal limitation to photosynthesis could be avoided, indicating elm seedlings might tolerate moderate drought.     

Use of Photosynthesis and Transpiration for Early Selection of Salt Tolerant Triticales

Three cultivars of winter hexaploid triticales M2A/JAIN, DF 99/Yogu "S5", and Asseret were grown on nutrient solution with or without 75 mM NaCl. Stomatal permeability and transpiration rate decreased in all salt-stressed triticale cultivars. Net photosynthetic rate (P_N) of cv. M2A and Asseret was not affected by NaCl. On the contrary, P_N in cv. DF99 was reduced in relation to control plants. A higher water-use efficiency under saline conditions led to better salt tolerance of cv. M2A compared to cvs. Asseret and DF99. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

Response of Suaeda aegyptiaca to KCl, NaCl and Na2SO4 treatments

The response of Suaeda aegyptiaca (Hasselq.) Zoh. to various salinity treatments was tested in sand culture. Growth was promoted by NaCl and by Na₂SO₄ at all tested concentrations, but not by KCl. The effect of NaCl on growth was stronger than that of Na₂SO₄ and it increased gradually up to a 125 eq. m⁻³ optimum. Ion uptake was also affected by the different salts. Cl⁻ was taken up in similar quantities from KCl and from NaCl solutions and the content of the respective cations was also similar to one another. The presence of Na⁺ in the medium lowered the content of K⁺ in the plants and at the same time increased growth by as much as 900%. Transpiration was reduced and water use efficiency increased by Na⁺-salts. Highest water use efficiency was exhibited by plants which were treated with 125 eq. m⁻³ NaCl. It is concluded that Na⁺ at the macronutrient level has a specific promotive effect on the physiological processes of S. aegyptiaca. This effect is not due to replacement of K⁺ by Na⁺; neither can it be achieved by increasing the K⁺ concentration. Cl⁻ has an additional positive effect on growth of S. aegyptiaca. This effect is only expressed in the presence of Na⁺.     

北京西山侧柏林冠层不同高度处叶片水分利用效率

以北京西山广泛分布的侧柏林为研究对象,综合考虑冠层不同高度处气象因子、大气CO₂浓度以及大气CO₂中碳同位素组成的差异,对其冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率和短期水分利用效率分别进行了测定,以期为区域森林生态系统固碳与耗水研究提供理论依据,为区域森林生态系统经营与维护提供技术支撑.结果表明: 侧柏林冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率随冠层高度的变化规律表现为上层>中层>下层,多种气象因子协同影响气孔运动,使瞬时水分利用效率受气孔限制;侧柏林冠层不同高度处的环境因子、大气CO₂浓度以及大气CO₂的δ13C均存在一定差异,导致了林冠各层叶片的短期水分利用效率的变化.林冠上层叶片通过提高水分利用效率适应环境.     

水平沟耕作对土壤水分动态及水分利用率的调节

分析了水平沟耕作条件下土壤水分动态、水分利用、水分收支平衡,认为水平沟增产的主要作用是减少了坡耕地表径流量而增加了土壤蓄水量。     

有限供水对夏玉米产量及其水分利用效率的影响

在人工控制水分的测试坑条件下,对玉米全生育期的研究表明;随供水量减少则根系耗水深度明显加深,土壤各层次含水量变化较大。当供水量从适宜供水下降到中度亏缺供水时,则耗水深度由８０ｃｍ增加到１２０ｃｍ;在各生育期蒸腾速率,光合速率及产量和水分利用效率均随供水量的下降而下降;研究单叶水分利用效率表明：顶层第二叶在各叶层中最高;其日变化是９：００－１１：００时单叶ＷＵＥ最高。