毛乌素湖盆滩地土壤温度对寸草苔生长的影响

土壤水热状况影响植物的生长发育、分布以及群落稳定性.选择毛乌素湖盆滩地优势植物寸草苔(Carex duriuscula)进行温控实验,设置对照、升温Ⅰ、升温Ⅱ、降温处理4种土壤温度控温条件,定期测定寸草苔株高、穗数、叶绿素、丙二醛、可溶性糖.结果表明:(1)寸草苔生长指标中,株高与8月之前的土壤温度呈正相关,与8月之后的土壤温度呈负相关;(2)寸草苔生理指标中,丙二醛、可溶性糖在8月底到9月初与土壤温度呈正相关,9月中旬至10月份呈负相关;土壤升温或降温都不利于叶绿素合成.丙二醛、可溶性糖可作为寸草苔植物生长受土壤温度影响的指示参数;(3)构建以土壤温度为自变量、植物生长参数或植物生理参数为因变量的回归模型;土壤温度与穗数的指数模型因其拟合度高,可以预测土壤温度对寸草苔生长的影响.     

平稳小波变换在冬小麦SPAD高光谱监测中的应用

在2010与2011年度冬小麦生长季通过大田小区试验,利用ASD便携式野外光谱仪和SPAD 502叶绿素计实测冬小麦冠层的高光谱反射率与SPAD值.分析不同SPAD值下的冬小麦冠层光谱特征,建立了基于归一化植被指数（NDVI）与比值植被指数（RVI）、小波能量系数的不同生育期冬小麦SPAD估算模型.结果表明： 随着SPAD值的增大,“绿峰”与“红谷”特征愈加明显.在冬小麦返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期NDVI估算SPAD的效果较好,估算模型的R²分别为0.7957、0.8096、0.7557、0.5033.小波能量系数回归模型可以提高冬小麦SPAD的估算精度,在返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期以高频、低频小波能量系数为自变量的冬小麦SPAD估算模型的R²分别达到0.9168、0.9154、0.8802、0.9087.     

臭氧胁迫冬小麦叶片高光谱特征和叶绿素含量估算

为无损、快速监测臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量，建立叶绿素含量与光谱指标的定量关系，基于自由式臭氧浓度增加系统平台观测了臭氧浓度升高下拔节期、开花期及灌浆期冬小麦叶片的叶绿素含量和光谱特征。通过线性回归、人工神经网络(ANN)以及偏最小二乘回归(PLSR)模型对臭氧胁迫下叶片高光谱特征进行了叶绿素含量的估算。结果表明：臭氧胁迫冬小麦叶片的光谱曲线特征出现绿峰“红移”和红边位置“蓝移”现象。相比于拔节期和开花期，小麦叶片在灌浆期受到臭氧的影响更大。臭氧胁迫下叶绿素含量与部分光谱特征参数及遥感植被指数存在显著相关关系，所有模型均取得了较高的估算精度(R²>0.8),其中以光谱特征参数为建模参量的偏最小二乘回归模型精度最高。该方法可用于臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量的估测，动态监测作物的臭氧胁迫。     

基于高光谱遥感的小麦冠层叶片色素密度监测

作物叶片色素状况是评价植株光合效率和营养胁迫的重要指标,冠层叶片色素密度（单位土地面积叶片色素总量）的实时无损监测对作物生长诊断、产量估算及氮素管理具有重要意义。以包括不同品质类型（高蛋白、中蛋白和低蛋白）的多个小麦品种在不同施氮水平下的连续2a大田试验为基础,研究了小麦叶片色素密度与冠层高光谱参数的定量关系。结果表明,叶片色素（叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b和类胡萝卜素）密度随施氮水平增加而提高,不施氮处理的叶片色素密度随生育进程而下降,施氮处理的叶片色素密度呈单峰曲线,品种间存在明显差异。群体叶片色素密度的敏感波段主要分布在可见光区,而红边区域导数光谱表现更显著。光谱参数VOG2、VOG3、RVI（810,560）、SRE／SBE和SDr／SDb等与叶绿素密度关系较为密切,线性方程决定系数R^2均在0．858以上,而与类胡萝卜素密度关系减弱,决定系数R^2低于0．780,且参数间差异较小。经独立试验资料的检验表明,VOG2、VOG3、SRE／SBE和SDr／SDb对不同色素的估测结果较好,预测相对误差RE低于17．6％,虽然对叶绿素b的准确性稍低。总体上,光谱参数VOG2、VOG3、SRE／SBE和SDr／SDb与小麦群体叶片色素密度关系密切,特别是对叶片叶绿素a和叶绿素a＋b的密度可以进行准确可靠的实时监测。     

滨海盐土土壤水分的高光谱参数及估测模型

基于滨海盐土5个试验点的土壤含水量和室内土壤表面高光谱反射率,综合分析了350～2500 nm波段范围内土壤含水量与土壤光谱之间的关系,并基于比值光谱指数(RSI)、归一化光谱指数(NDSI)和差值光谱指数(DI)确定了光谱参数,进而构建土壤含水量估测定量模型.结果表明： 滨海盐土原始光谱反射率与土壤含水量呈显著负相关关系,且最大负相关出现在1930 nm(r=0.86)附近.对RSI、NDSI和DI的直线回归方程、幂函数回归方程进行对比,以RSI(R₁₄₀₇,R₁₄₅₉)为自变量构建的土壤含水量指数函数线性回归方程决定系数最大(0.780),标准误较小(0.016),拟合方程为y=0.00001e^9.72053x.估测模型能够更好地监测滨海盐土土壤水分状况.基于RSI(R₁₄₀₇,R₁₄₅₉)构建的模型可实现对江苏省滨海盐土土壤水分的精确监测.     

土壤水分胁迫对不同耐旱性春小麦品种叶片色素含量的影响

研究选用耐旱性强的“定西24”和“高原671”与耐旱性弱的“高原448”和“青春533”春小麦品种,在盆栽条件下比较了不同耐旱性品种在拔节后经不同程度水分胁迫后叶片的多种生理参数：叶片相对含水量、净光合速率、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量。结果表明：在土壤相对含水量75％、55％、40％和30％这4个等级上,这些生理指标均随土壤相对含水量的降低而下降,耐旱性强的品种降低慢,且降低幅度小。在水分胁迫下,4个品种叶片的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量下降,证明此时光合器官的生理功能遭到破坏;在轻度水分胁迫下,耐旱性强的品种定西24和高原671叶片的类胡萝卜素含量上升;在严重水分胁迫下,4个品种的叶片类胡萝卜素含量明显下降,可能此时自由基积累超过了抗氧化剂的清除能力,从而使细胞受到损伤。根据本研究结果,可以将轻度水分胁迫下叶片类胡萝卜素含量升高作为春小麦品种耐旱性的选择指标之一。     

土壤水分对冬小麦生育后期叶片气体交换及叶绿素荧光参数的影响

通过防雨棚小区栽培,控制土壤供水系数(Kw)分别为0.8、0.6、0.4、0.2,以自然状况下的小区为对照(CK),研究土壤水分条件对冬小麦生育后期叶片气体交换及叶绿素荧光参数的影响。结果表明:Kw为0.6处理的冬小麦叶片叶绿素含量与0.8处理接近,且显著高于其他处理(P<0.05);Kw为0.6处理对冬小麦叶片的气孔导度和蒸腾速率有轻度抑制,但其光合速率却高于0.8处理,而Kw为0.2处理的光合速率、气孔导度及蒸腾速率均为最低;气孔限制值在Kw为0.4处理下最高,其次为0.2处理,0.8处理下最低;冬小麦叶片的表观量子效率在Kw为0.4处理下最高,光补偿点总体上随着土壤水分含量的降低呈下降趋势,而光饱和点及最大光合速率则以Kw为0.6处理最高,其次为0.8处理,0.2处理最低;冬小麦叶片的天线转化效率Fv’/Fm’、电子传递速率ETR、实际量子效率ФPSII及光化学猝灭qP均以Kw为0.6处理最高,其次为0.8处理,0.2处理下最低;在Kw为0.2处理下,冬小麦光合作用主要受非气孔因素限制,而在0.4处理下,则主要受气孔因素限制。     

不同栽培模式对渭北旱塬区冬小麦生长期间土壤水分、温度及产量的影响

通过2a大田试验研究了不同栽培模式对渭北旱塬区冬小麦生育期内0-2 m土壤水分,耕层(10 cm处)地温,以及作物产量和水分利用效率的影响。结果表明:(1)推荐施肥+垄上覆膜+沟内覆草(NP+PF+S)、推荐施肥+垄上覆膜(NP+PF)和推荐施肥+麦秸覆盖处理(NP+S)均能增加土壤储水量,但以NP+PF+S和NP+PF处理较好;(2)3种覆盖栽培模式均提高了冬小麦越冬期间耕层地温,但推荐施肥+麦秸覆盖处理(NP+S)在冬小麦返青期耕层地温要低于对照(CK),推荐施肥+垄上覆膜+沟内覆草(NP+PF+S)和NP+S处理在冬小麦返青期后期到收获期耕层地温也均低于CK;(3)NP+PF+S处理较其它处理可增加冬小麦产量,并提高水分利用效率,其次是NP+PF处理,而NP+S处理增产效果不明显。可见,覆膜覆草和覆膜是较为适宜渭北旱塬雨养区冬小麦发展的栽培模式。     

不同水分条件下施磷对冬小麦穗花结实及光合特性的影响

为探究不同水分条件下施磷肥对冬小麦光合及结实特性的调控效应,明确施磷调控光合生产力促进穗花发育成粒的机制,于2020-2022年设置3种水分处理(W0:重度干旱;W1:中度干旱;W2:正常水分)和2种磷肥处理(P0:不施磷;P1:施磷)的盆栽试验,以大穗型品种周麦16(V1)和多穗型品种豫麦49-198(V2)为试验材料,通过测定不同穗位(基部、中部和顶部)的可孕小花数、结实数以及叶片净光合速率、叶绿素、叶绿素荧光参数、蔗糖含量等,分析不同水分条件下磷素对两类型品种冬小麦光合及结实特性的影响。结果表明,施磷肥可以有效增加冬小麦开花期(W10时期)可孕小花数,尤其对基部穗位的可孕小花数提升效果最显著(13.74%-27.01%),其次是顶部(9.57%-20.19%),再次是中部(6.97%-14.01%)。对成熟期的结实粒数而言,施磷肥可以提高干旱胁迫下每穗的小穗数以及各小穗的结实数,进而显著提高每穗的结实粒数。此外,施磷肥可以有效提高两类型品种叶片净光合速率、叶绿素含量、光系统II最大光化学效率(F_v/F_m)和实际光化学效率(Φ_PSII);对蔗糖含量的影响因水分而异,干旱处理下增施磷肥降低了蔗糖含量,正常水分条件下则增加了蔗糖含量。将两类型品种光合指标分别与可孕小花数和穗粒数进行通径分析发现,5个光合指标与可孕小花数和穗粒数均呈正相关,其中净光合速率和蔗糖与可孕小花数的直接通径系数为1.001和0.435,与穗粒数的直接通径系数为0.996和0.626,远高于其他指标。最终,施磷通过增加穗数、穗粒数以及千粒重来显著增加产量,其中穗粒数在不同水分下均达到显著水平,穗数在W1和W2处理下显著,千粒重提升效果不显著。综上所述,在不同水分条件下施磷肥均可以通过调控冬小麦的光合性能提高其光合生产力,以维持正常的生理代谢功能,从而减少可孕小花的退化和败育以促进穗花成粒,最终达到缓解干旱胁迫危害以实现高产稳产的目的。研究结果为小麦生产中合理施用磷肥缓解干旱胁迫提供理论依据和技术支撑。     

Effects of iron on growth and reflectance spectrum of the bloom‐forming cyanobacterium Microcystis viridis

Iron is an important factor in algal blooms because it is involved in cyanobacterial pigment biosynthesis and therefore has the ability to influence the pigment status of algal cells. This role in pigment biosynthesis offers the opportunity for rapid monitoring of iron availability to cyanobacteria through spectral reflectance characterization. In the present study, the freshwater cyanobacterium Microcystis viridis was cultured with different levels of iron. Cell density, cellular content of iron and photosynthetic pigments, and spectral reflectivity of M. viridis were determined daily during the course of the culture experiment. The results showed that at the lowest iron concentration (0.01 μM) the growth of M. viridis was seriously limited, and the maximal cell density was only approximately 6.4% of the density observed with an iron concentration of 18 μM. Iron availability dramatically affected chlorophyll a, carotenoid and phycocyanin content, with the greatest impact on chlorophyll a. The iron‐induced changes in content and ratios of pigments were detectable through spectral reflectance. Eleven spectral indices previously developed for the estimation of concentrations and/or ratios of pigments and a newly proposed chlorophyll a/phycocyanin index were found to be suitable for generating sensitive regression models between cellular iron content and spectral parameters. The comprehensive application of key sensitive spectral indices and regression equations should help to support monitoring and diagnosis of iron availability to cyanobacteria via remote sensing.     

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。     

Effects of temperature on the development and growth of winter wheat roots

Winter wheat was sown on 2 dates with 3 levels of nitrogen fiertiliser (0, 50 and 200 kg N ha⁻¹) in one year and on 2 sites in a followign season. Shoot and root development and growth were measured between emergence and anthesis in the first season and emergence and 7 mainstem leaves in the second. Differences in temperature and light regime led to significant differences in shoot and root development and growth between sowing dates. A thermal time-scale, based on soil surface or air temperatures, with a base of 0°C, adequately described the production of mainstem leaves and nodal root axes over all treatments. Autumn applied nitrogen had little effect on development. Shoot growth and green area index increased exponentially with thermal time prior to spring nitrogen application and the completion of canopy development. Early-sown crops had larger root systems than late-sown crops prior to winter and this divergence was retained until anthesis. The relationship between root growth and thermal time was little better than with days after sowing and was not improved by either varying the site of temperature measurement or the base temperature used for calculation. Differences in soil texture and drainage, between sites, led to significant changes in root length distribution. Although spring applied nitrogen generally increased root length, its effects were inconsistent. There was a curvilinear relation between root length and the amount of photosynthetically active radiation (PAR) intercepted; this relation was unaffected by sowing date or nitrogen treatment. The amount of root produced per unit PAR decreased as the season progressed, reflecting the decrease in the proportion of total dry matter partitioned to the root system.     

不同水分条件对人参榕生长和生理的影响

以3年生人参榕(Ficus microcarpa)为试材,采用盆栽调控水分的方法,研究5种不同的水分处理(基质最大含水量的90%～100%,70%～80%,50%～60%,30% ～ 40%和10%～20%)对人参榕生长和生理的影响,为栽培生产提供理论依据.结果表明:随着浇水量的减少,人参榕的株高、冠幅、块根增量均显著下降(P＜0.05);人参榕叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性显著增高(P＜0.05),细胞膜相对透性显著增强,脯氨酸和丙二醛(MDA)含量也显著增加;叶片净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)呈随浇水量的减少而显著降低;但叶片水分利用效率(WUE)呈显著增加趋势;各处理的叶片初始荧光(F0)和最大光量子效率(Fv/Fm)差异不显著.在各处理中,70%～80%的最大基质含水量的处理,其人参榕叶片的细胞膜相对透性最低,保护酶活性最弱,脯氨酸和丙二醛含量最低,净光合速率高,从而导致了人参榕具有生长最快、株高、冠幅和最大块根直径增量最大的特点.可见,70%～80%的最大基质含水量为是人参榕种植效果最好的水分管理模式.     

野外土壤增温对胡桃楸幼苗生长和生理特性的影响

全球气候变化将增加地表土壤温度,从而影响植物幼苗生长和种群动态。本研究以温带地带性顶极植被——阔叶红松林的优势树种胡桃楸为对象,研究野外土壤增温2 ℃对1年生和2年生胡桃楸幼苗生长与生理特性的影响。结果表明: 与对照相比,土壤增温使1年生胡桃楸幼苗的基径、根长、总叶面积、叶干重、根干重、总生物量、表观光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)和表观光合电光化学淬灭系数(q_P)分别显著增加18.3%、66.7%、 94.4%、105.9%、 95.8%、37.8%、89.5%、100.0%和71.4%;土壤增温使2年生幼苗的基径、总叶面积、叶干重、总生物量、叶片超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性和游离脯氨酸含量、ETR、Φ_PSⅡ和q_P分别显著增加12.5%、180.5%、97.3%、42.5%、23.9%、20.4%、14.9%、20.7%、66.7%、283.3%和284.6%。苗龄和增温对幼苗的根冠比以及叶绿素荧光参数中的Φ_PSⅡ、q_P存在交互作用,表现为土壤增温显著降低了2年生幼苗的根冠比,2年生幼苗叶绿素荧光参数的增幅(4.1～4.6倍)远高于1年生幼苗(1.5～1.8倍)。野外土壤增温2 ℃有利于1年生和2年生胡桃楸幼苗生长,提高胡桃楸幼苗的更新潜力,尤其是2年生胡桃楸幼苗通过大幅增大叶面积、提高叶片光化学效率和提升体内的保护酶活性产生抗逆性来应对土壤增温。