地表太阳辐射减弱和臭氧浓度增加对冬小麦生长和产量的影响

为研究辐射减弱和O3胁迫对作物的影响,利用改进的开顶式气室(OTC)和遮荫网,开展了辐射减弱和O3胁迫的大田试验研究.实验设置4种处理:CK为野外大田组,T1为40％遮荫,T2为100 nL/LO3,T3为遮荫40％和100 nL/LO3的复合组.结果表明:T1和T3组冬小麦的生育期延长且推迟,T3组株高无明显变化;T2组株高降低,生育期缩短;单株干物质重均降低,T3降幅最大;各组灌浆速率均降低,T3组降幅最大;T1和T3产量、千粒重、穗数、穗粒数和穗重显著降低,T2组穗数无明显改变.由此可见,复合对小麦生长的影响较接近40％遮荫;粒重降低主要是因为灌浆速率的降低,灌浆时间的影响较小;产量的降低主要是千粒重、穗数、穗重的降低,降幅最大,但小于两因子单独累加.     

大气臭氧浓度升高对冬小麦根际土壤酶活性的影响

通过模拟大气中臭氧浓度(100 nl · L-1和150 nl · L-1)的升高,观察对冬小麦不同生育期(拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期)的土壤中酶活性的影响,研究结果表明,随着生育时期的推进,土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性均呈先降低后升高的趋势,抽穗期达最低值,拔节期和成熟期活性较大.转化酶和脲酶随呈现先增加后降低的变化,抽穗期达最高值,后出现急剧下降的趋势.方差分析表明,在臭氧胁迫下土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶和转化酶活性在成熟期时均显著高于OTC对照(P<0.05).脲酶活性在生育前期高浓度臭氧处理显著地高于对照,低浓度影响不显著.     

农田冬小麦生长和产量对臭氧动态暴露的响应

 评估臭氧(O₃)污染对农田冬小麦生长和产量的影响是污染生态学和生理生态学研究的重要内容之一。该研究运用开顶式气室(OTC),对冬小麦‘ 嘉403’(Triticum aestivum cv. Jia 403)进行了O₃动态暴露的田间原位试验。实验设置过滤空气组(CF)、自然大气组(NF)和两个不同浓度的 O₃动态暴露组(DO100和DO150)。结果表明：1) O₃浓度增加,一方面可以改变灌浆期冬小麦叶片气体交换参数的日变化规律;另一方面引起表观 光量子产额、光饱和点和光补偿点等光响应参数的显著降低。这表明灌浆期叶片光合能力的下降是气孔因素和非气孔因素共同作用的结果。2) O₃暴露可以改变小麦形态特征,如植株变矮、叶片衰老加速、 叶面积变小,并最终导致产量大幅下降。     

耕作措施对冬小麦田杂草生物多样性及产量的影响

在连续5a秸秆全量还田的免耕、旋耕、耙耕、深松和常规耕作试验地中,设置了除草和不除草处理,研究了其对杂草总密度、优势杂草种类、生物多样性指数和冬小麦产量的影响,并分析了杂草与小麦间的竞争关系。结果表明,麦田杂草主要有7种,分别是麦蒿(Descuminia sophia (L.) Webb ex Prantl)、荠菜(Capsella bursa-pastoris (L.) Medik)、燕麦(Avena sativa L.)、田旋花(Convolvulus arvensis L.)、刺儿菜(Cirsium setosum (Willd.) Bieb.)、繁缕(Stellaria media (L.) Vill.)、麦家公(Lithospermum arvense L.)。在未除草条件下,免耕、深松的杂草总密度显著提高;而在除草条件下,杂草密度显著下降。免耕、深松、常规耕作在未除草条件下,优势杂草种类为麦蒿、荠菜,旋耕、耙耕条件下的优势杂草为麦蒿;而除草后各处理的优势杂草均只有麦蒿。耙耕、常规耕作措施在未除草条件下杂草群落具有较高的物种丰富度和均匀度。无论哪种耕作措施,除草能提高冬小麦产量,其中以深松耕作结合除草处理的小麦产量最高。在小麦抽穗期,未除草处理杂草株高接近或高于小麦株高,会造成杂草与小麦间的光竞争,对小麦的生长状况有显著影响,从而导致小麦产量降低。     

灌溉频次和时期对冬小麦籽粒产量及品质特性的影响

为探讨我国北方地区冬小麦的节水灌溉模式,2006—2008年,在中国科学院栾城农业生态系统试验站,以冬小麦品种科农9204为试验材料,在总灌溉量为120mm的条件下,研究了灌溉次数和灌溉时期对籽粒产量、水分利用效率(WUE)、籽粒蛋白质含量以及相关主要品质特性的影响。结果表明,拔节期、抽穗期和灌浆期一次灌溉分别有利于产量、干物质积累量和千粒重的形成或提高;两次灌溉处理中,以拔节和抽穗期各灌60mm处理籽粒产量最高,籽粒蛋白质产量有随灌溉时期后移而降低的趋势;冬小麦生育期间随灌溉次数增多和灌溉时期后移,湿面筋含量、面团形成时间、面团稳定时间等均显著降低。综合考虑冬小麦的籽粒产量、WUE、营养品质和加工品质,在总灌溉量为120mm的条件下,以拔节和抽穗期各灌溉60mm为宜。     

晋南地区冬小麦生育期气候变化特征及其对产量的影响

明确气候变化特征及其对小麦生产的影响,有助于为农业适应气候变化方案的制定提供理论依据.本研究分析了晋南小麦主产区临汾、运城市1957-2015年降水量、气温、日照时长、潜在蒸散量、干燥度等变化及其对冬小麦生育期及产量的影响.结果 表明:1957-2015年,临汾、运城市全年降水量和冬小麦生育期日照时长均呈下降趋势,冬小...     

生物质炭对土壤养分淋溶的影响及潜在机理研究进展

农田生态系统中土壤养分淋溶控制一直是农业环境领域的研究热点.生物质炭因其特殊的理化性质,具有增加土壤碳库储量、改善土壤质量和提高作物产量等作用.作为一种外源输入的新型功能材料,生物质炭将直接或间接参与农田生态系统土壤养分循环,并对土壤养分淋溶产生重要影响.本文重点针对生物质炭影响土壤养分淋溶的内在因素(如:生物质炭的物理和化学性质及其与土壤生物的相互作用等)进行分析,并结合生物质炭添加量、土壤类型、土层深度、施肥情况、时间动态变化等外在因素,对生物质炭影响土壤氮磷等养分淋溶情况进行了综述.在此基础上,阐明了生物质炭对土壤养分淋溶的4种潜在影响机制:即通过微孔结构或表面电荷直接吸附养分、通过影响土壤持水能力影响养分淋溶、通过与土壤微生物的相互作用影响养分循环、被吸附的养分优先通过细微生物质炭颗粒发生迁移.最后对生物质炭与土壤养分流失控制领域的研究方向进行了展望.     

土壤水分对两个冬小麦品种产量和竞争能力的影响

研究了黄土塬区两个旱作冬小麦品种(长武135和平凉40,前者是后者的换代品种)在不同土壤水分条件下竞争能力和产量形成的关系。研究设2种土壤水分条件(土壤含水量为田间最大持水量的75%～80%和40%～45%),采用生态替代法设计了同一播种密度的6个播种比例组合的盆栽试验。低水分单播条件下,长武135具有较高的产量(长武135为27.59g/pot,平凉40为24.91g/pot),而混播条件下平凉40在产量和相对产量上较长武135品种具有明显的竞争优势。高水分条件下,平凉40产量随播种比例的减小下降较快(长武135产量曲线斜率35.468,平凉40为36.237)。平凉40低水分单播时花后干物质积累量较少(长武135为0.67g/pot,平凉40为0.55g/pot),而混播时较多(长武135各比例均值0.58g/pot,平凉40为0.71g/pot),导致了平凉40品种单播时产量较低和混播时产量较高。平凉40地下生物量显著大于长武135(高水分条件下,长武135为10.03g/pot、平凉40为11.51g/pot;低水分条件下二者分别为8.41g/pot和10.69g/pot),且耗水量大(高水分条件下平凉40多耗水2.72kg/pot,低水分条件下多耗0.98kg/pot),而耗水量/地下生物量的比值平凉40低于长武135,从而平凉40品种单位根量消耗的水分低于长武135。总之,在两个生长属性接近的冬小麦品种中,老品种以较大的根系生物量赢得了较高的竞争能力,消耗了较多的水分,而新品种虽然根系生物量较低,耗水量较少,但籽粒产量却较高。亦即,小麦新品种籽粒产量的提高是与根系的减少和对水资源竞争能力的下降相伴随的。     

断根对冬小麦荧光特性和产量的影响

用荧光淬灭分析技术研究了断根对冬小麦荧光特性的影响以及不同水分条件下断根对产量的影响.结果表明,在不同生育期中小麦断根与未断根处理相比其最大量子产量(Fv/Fo)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fm)无显著差异.通过对不同生育期荧光特性研究表明,断根初期小麦电子传递速率和有效光量子产量降低,而PSⅡ光合电子传递活性增加,孕穗期随着更多的能量向地上部的运转,此时根系补偿作用使ETR、ΦPSⅡ和qP增加,而且断根并显著降低光系统Ⅱ光化学效率.混播处理ΦPSⅡ和ETR值高于单播处理,认为断根降低了小麦的竞争能力,使总体光合活性增强,促进了能量向地上部运转,与混播处理产量增加相一致.小麦单播湿润处理下,断根降低了小麦穗重和地上部生物量,且籽粒产量降低了19.2%.在干旱处理下,断根降低了根冠比,提高了小麦穗重和籽粒产量.     

水分和氮素运筹对冬小麦生育后期光合特性及产量的影响

在大田条件下,进行了不同水分和氮素运筹对冬小麦生育后期光合特性及产量影响的研究。结果表明：适当增施氮素有利于提高旗叶的叶绿素含量(Chl)、PSⅡ潜在活性(Fv／Fo)及PSⅡ光化学的最大效率(Fv／Fm),而减少荧光非光化学猝灭系数(qN),从而提高光合速率(Pn)和产量。但水分不足或过多,均会影响氮素对光合性能的改善,进而影响水分及氮素的效率和产量的形成。     

华北地区冬小麦灌溉制度及其环境效应研究进展

充分利用有限的灌溉水资源确保冬小麦安全生产是华北地区冬小麦稳产高产面临的严峻挑战,解决这一问题的关键在于如何基于环境效应科学地进行灌溉管理。综述了国内外有关冬小麦的灌溉管理制度,即充分灌溉与非充分灌溉管理制度以及冬小麦关键灌溉期的环境效应,在此基础上提出了华北地区冬小麦科学灌溉拟重点关注的研究任务:(1)冬小麦生长发育需水时间与需水量的控制机制研究;(2)冬小麦干旱发生发展过程与致灾临界气象条件研究;(3)气候变化背景下极端干旱事件的冬小麦脆弱性诊断与适应性管理,以为华北地区冬小麦安全生产措施制定提供依据。     

Effects of elevated ozone concentration on yield of four Chinese cultivars of winter wheat under fully open‐air field conditions

Four modern cultivars of winter wheat (Triticum aestivum L.) were grown under elevated ozone concentration (E‐O₃) in fully open‐air field conditions in China for three consecutive growth seasons from 2007 to 2009. Results indicated that a mean 25% enhancement above the ambient ozone concentration (A‐O₃, 45.7 p.p.b.) significantly reduced the grain yield by 20% with significant variation in the range from 10% to 35% among the combinations of cultivar and season. The varietal difference in the yield response to E‐O₃ became nonsignificant when the anova was done by omitting one cultivar which showed unstable response to E‐O₃ among the seasons. The reduction of individual grain mass accounted mostly for the yield loss by E‐O₃, and showed significant difference between the cultivars. The response of relative yield to E‐O₃ was not significantly different from those reported in China, Europe and India on the basis of experiments in open‐top chambers. Our results thus confirmed the rising threat of surface O₃ on wheat production worldwide in the near future. Various countermeasures are urgently needed against the crop losses due to O₃ such as mitigation of the increase in surface O₃ with stricter pollution control, and enhancement of the wheat tolerance against O₃ by breeding and management.     

华北平原冬小麦农田生态系统通量贡献区

利用2013—2014年涡度相关系统观测的华北平原冬小麦农田生态系统通量数据,结合通量贡献区模型FSAM,分析华北平原冬小麦农田生态系统通量贡献区的时空分布特点,对比研究不同大气稳定层结条件和生长期内通量贡献区的分布差异.结果表明: 在主风风向上,冬小麦整个生育期内大气稳定条件下的通量贡献区范围大于不稳定条件下的贡献区范围.在0°～90°主风风向上,生长初期稳定条件下通量贡献区范围比不稳定条件下大17.8 m左右,生长末期稳定条件下的通量贡献区范围比不稳定条件下大11 m左右.生长初期的通量贡献最大值点位置比生长末期距观测点位置远15 m(大气稳定条件)和12.4 m(大气不稳定条件);通量贡献最大值点在稳定条件下比不稳定条件下距观测点位置远5 m(生长初期)和2.4 m(生长末期).在非主风风向上,当风向为90°～180°时,生长初期和生长末期不同大气条件下的最大通量值分别位于距观测点的67.8、53.4和47.0、30.8 m.当风向为270°～360°时,生长初期和生长末期不同大气条件下的最大通量值位于距观测点的58.8、42和41.1、33.1 m.在整个生育期尺度上,观测塔的通量信息主要来自东北、西南和东南方向,其所占比例分别为35.4%、32.5%和19.4%.冬小麦整个生育期内通量贡献区的主要变化发生在观测点东北方向16.0～173.8 m和西南方向14.7～209 m,通量信息全部来源于农田生态系统.两个典型日期的通量贡献区日变化特征明显,通量贡献区范围随大气稳定条件和风向改变而发生变化.夜晚通量信息全部来源于农田生态系统,白天少部分通量信息来源于居民区和果园.本文的定量化结果可为农田生态系统通量贡献区的研究提供依据.     

基于干热风危害指数的黄淮海地区冬小麦干热风灾损评估

全球气候变化背景下,农业气象灾害呈上升态势。干热风灾害发生区域、次数和强度都发生了明显的变化。研究干热风灾害对农作物的影响对于我国农业可持续发展、保障粮食安全等均具有重要的现实意义。利用黄淮海地区68个气象台站1961—2010年的逐日气象资料,和54个农业气象试验站1981—2006年小麦的发育期、产量、干热风灾害等数据,采用公认的中国气象局2007年发布的气象行业标准《小麦干热风灾害等级》中冬小麦干热风灾害指标,计算干热风危害指数,进一步细化发育期,确定冬小麦抽穗前气象条件对气象产量影响的关键气象因子,分离干热风年冬小麦气象产量,构建重度干热风影响下干热风危害指数与冬小麦抽穗—成熟阶段气象条件对气象产量影响的统计模型,进行1981—2006年黄淮海地区冬小麦干热风灾损的评估。结果表明:(1)重度干热风危害下,1981—2006年期间黄淮海各地区冬小麦不同发育时段的干热风危害指数平均在抽穗—开花时段最大,乳熟—成熟时段居中,开花—乳熟时段最小,分别为0.17、0.15和0.14,平均0.15;(2)冬小麦抽穗前气象条件对气象产量影响的关键气象因子为:播种—出苗期间的最低气温、拔节—孕穗期间的平均气温和孕穗—抽穗期间的平均气温,各个单因子相关系数分别为0.64、0.86和0.99,均达到极显著水平。其中播种—出苗的最低气温可决定小麦出苗的迟早和苗情;拔节—孕穗期间,在小花原基形成期—四分体形成期气温偏低可延长小穗、小花分化时间,防止退化,提高结实率;孕穗—抽穗的平均气温偏高有利于提早抽穗,延长后期灌浆时间,且晴天有利于开花授粉;(3)分离干热风年冬小麦气象产量后,构建了重度干热风影响下干热风危害指数与冬小麦抽穗—成熟3个阶段气象条件对气象产量影响的统计模型,验证结果表明该模型客观上能够综合地反映干热风在不同发育阶段对小麦产量的影响。进一步灾损评估表明:重度干热风危害下,黄淮海地区冬小麦减产率在21.52%—39.80%之间,平均为27.83%。     

Differential responses in two varieties of winter wheat to elevated ozone concentration under fully open‐air field conditions

Two modern cultivars [Yangmai16 (Y16) and Yangfumai 2 (Y2)] of winter wheat (Triticum aestivum L.) with almost identical phenology were investigated to determine the impacts of elevated ozone concentration (E‐O₃) on physiological characters related to photosynthesis under fully open‐air field conditions in China. The plants were exposed from the initiation of tillering to final harvest, with E‐O₃ of 127% of the ambient ozone concentration (A‐O₃). Measurements of pigments, gas exchange rates, chlorophyll a fluorescence and lipid oxidation were made in three replicated plots throughout flag leaf development. In cultivar Y2, E‐O₃ significantly accelerated leaf senescence, as indicated by increased lipid oxidation as well as faster declines in pigment amounts and photosynthetic rates. The lower photosynthetic rates were mainly due to nonstomatal factors, e.g. lower maximum carboxylation capacity, electron transport rates and light energy distribution. In cultivar Y16, by contrast, the effects of E‐O₃ were observed only at the very last stage of flag leaf ageing. Since the two cultivars had almost identical phenology and very similar leaf stomatal conductance before senescence, the greater impacts of E‐O₃ on cultivars Y2 than Y16 cannot be explained by differential ozone uptake. Our findings will be useful for scientists to select O₃‐tolerant wheat cultivars against the rising surface [O₃] in East and South Asia.     

华北平原冬小麦农田生态系统CO_2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO_2通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO_2通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明:冬小麦整个生育期内NEE为-360.15g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO_2通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO_2·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO_2·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.     

西藏高原田间冬小麦的表观光合量子效率

在西藏高原田间的测定表明,高原冬小麦光－光合速率响应曲线符合直角双曲线函数,其表观初始光能利用效率α平均为０．０３４μｍｏｌＣＯ２／ｍ＾２ｓ（μｍｏｌ ｐｈｏｔｏｎｓ／ｍ＾２ｓ）,只有内陆平原地区的约２／３。高原地区空气稀薄,ＣＯ２密度为平原地区的２／３左右,致使小麦叶片光能利用效率降低。     

Characteristics and partitioning of ozone dry deposition measured by eddy-covariance technology in a winter wheat field

Aims Anthropogenic pollutants cause an increase in ground-level ozone concentration, which is a known threat to plant growth and yield and has been extensively observed worldwide. Since ozone is only slightly soluble in water, it is deposited mainly through dry deposition in terrestrial ecosystem. The object of this study was to analyze the characteristics of ozone dry deposition and to estimate the contribution of stomatal and non-stomatal ozone deposition pathways to total ozone deposition in a winter wheat field.Methods The research site was a winter wheat (Triticum aestivum) field located in Yongfeng experimental station of Nanjing University of Information Science & Technology. The data used in this study were collected from March 16, 2016 to May 30, 2016. We observed ozone dry deposition with an eddy-covariance system. This system mainly included a 3D sonic anemometer, an open-path infrared absorption spectrometer, a fast-response ozone chemiluminescent analyzer and a slow-response ozone monitor. We simultaneously measured meteorological data including solar radiation (SR), air temperature (T), air relativity humidity (RH), wind speed, net radiation, and rainfall. All raw data were recorded with data-logger and averaged every 30 min.Important findings Half hourly means of ozone concentrations (C_O3), ozone flux (F_O3) and ozone dry deposition velocity (V_d) in the winter wheat field were 32.9 nL·L^-1, -5.09 nmol·m^-2·s^-1, 0.39 cm·s^-1, and the ranges of them were 16-58 nL·L^-1, -2.9- -11.7 nmol·m^-2·s^-1, 0.17-0.63 cm·s^-1, respectively. F_O3 and C_O3/V_d were found to be mismatched with phase peaks occurring at different time intervals. The ecosystem was more effective on ozone dry deposition, under conditions of moderate to high SR (SR ≥ 400 W·m^-2), moderate T and humility (T = 18 °C and RH > 40%). The relationship between V_dmax and SR was this function (y = 1.06 -exp (-0.0094 - x)). V_dmax increased with SR When SR < 400 W·m^-2, and V_dmax reached its maximum when SR =400 W·m^-2. V_dmax maintained its maximum when SR ≥ 400 W·m^-2. The relationship between V_dmax and T was “bell” curve (y = 1.06 - (x - 18)²/169). V_dmax reached its maximum when T = 18 °C. V_dmax decreased with RH when RH < 40 % (y = 0.030x - 0.106). The variation of V_d might uncertainty when RH was high. There was a liner positive relationship between friction velocity (u*) and V_d, but this relationship was not significant. The mean day-to-day and daytime contributions of stomatal and non-stomatal ozone deposition pathway to total ozone deposition were 32%, 68% and 42%, 58%, respectively, during the whole experimental period.     

华北平原冬小麦农田生态系统CO2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO₂通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO₂通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明: 冬小麦整个生育期内NEE为-360.15 g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO₂通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO₂·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO₂·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92 g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.