土壤大气湿度组合对玉米生长和WUE效应研究

采用人工气候生长箱盆栽试验,模拟土壤和大气湿度不同组合处理,发现土壤干旱和大气干旱显著抑制玉米生长。大气湿度提高,在一定程度能改善作物的水分状况,降低蒸腾,解除土壤干旱危害,产生生长和生理补偿效应,明显提高水分利用效率。     

内蒙古半干旱地区空气和土壤加湿对幼龄樟子松生长的影响

干旱半干旱区约占全球陆地总面积的30%, 植物生长对于水分变化的响应在此区域更为敏感。大气干旱和土壤干旱都会对植物生长产生影响, 目前关于这两者对植物生长的影响已有不少实验研究, 但具体的影响机制尚不清楚。该研究以幼龄樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)为研究对象, 通过设计改变空气湿度与土壤湿度的野外控制实验, 探究空气加湿与土壤加湿对幼龄樟子松生长特性的影响。 结果表明: 1)与对照相比, 空气加湿使饱和水汽压亏缺(VPD)降低了20.5%, 空气加湿和土壤加湿使土壤湿度分别增加了23.4%和21.3%。2)空气加湿显著增加了叶片密度, 土壤加湿显著加粗了枝条直径, 空气与土壤共同加湿对叶片和枝条的生长均有显著的促进作用。3)结合加湿处理对径向生长的影响及结构方程模型的结果发现, 土壤加湿可直接促进树干的径向生长, 空气加湿对径向生长的显著促进作用一方面是由于VPD降低的直接影响, 另一方面是由于空气加湿显著提高了土壤湿度。该研究揭示了半干旱地区幼龄樟子松生长对大气水分和土壤水分改变的响应差异。     

内蒙古半干旱草原区沙地植物群落光合特征的动态研究

沙蒿(Artemisia intramongolica)群落是半干旱草原地区沙地的重要植被类型,分别在植物的生长前期、中期、盛期和后期采用便携式光合测定仪和大型同化分析仪测定了沙蒿叶片和沙蒿群落的光合动态。单叶和群落的光合速率日进程类型随气候的不同而异,瞬时光合速率主要决定于光合有效辐射强度(PAR)。土壤干旱大大降低了单叶和群落的光合能力,晴天土壤湿润时气温和空气湿度控制着叶片的光合速率,午间大气湿度降低是光合午休的主要外因。叶片的蒸腾速率与气温呈显著线性相关,植物的光能和水分利用效率也主要取决于PAR和气温,随着PAR和气温的升高利用效率下降。沙蒿叶片光能利用效率在后期也能保持较高水平。沙蒿对土壤干旱和高温具有一定的适应性,在土壤湿润时能迅速提高光合速率,形成较大的生物量。但是沙蒿的蒸腾速率高,水分利用效率低。研究认为,沙蒿通过对土壤干旱和高温的忍耐机制而保持长时间较高的光能利用效率,并在土壤湿润时迅速提高光合能力和积累干物质来适应半干旱的沙地环境,而且依靠高蒸腾速率和强的水分吸收能力来竞争性抑制其他植物的生长。     

云南干热河谷水库气候效应对车桑子幼苗生长发育的影响及其作用机制

干热河谷地区水电站建设对当地植被的潜在影响是一个值得关注的生态学问题。车桑子是当地植被灌木层的主要成分,开展水库气候效应对车桑子生长、发育影响的研究具有现实价值。以车桑子的实生幼苗为材料,将土壤含水量控制为13%、7%和1.5%,空气湿度控制为50%、65%和75%,从幼苗生长、构件发育、根系发育、生物量分配等方面研究了降水减少和大气湿度增加的气候效应对车桑子的影响,通过叶绿素含量、Fv/Fm、丙二醛(MDA)含量和叶片可溶性糖含量等指标,从光合系统特性、膜质过氧化和渗透调节3个方面研究了车桑子的受损与适应机制。结果表明,土壤干旱能够抑制车桑子幼苗高生长和根系发育的各项指标,并促进生物量向根系分配;当大气湿度增加时,幼苗高生长和根长虽呈增加趋势,但生物量积累、根系发育指标及RMR却具有单峰效应,显示空气湿度过高时对其生长发育具有抑制作用。综合而言,由于大气湿度增加能够部分补偿土壤的干旱效应,干热河谷区水库建设的气候效应不会对车桑子幼苗的生长和发育产生重要影响。结果还表明,土壤干旱和大气湿度变化对叶绿素含量无影响,土壤水分胁迫和空气湿度下降导致Fv/Fm显著下降,说明光合电子传递链受损是车桑子光合抑制的主要原因;土壤水分胁迫导致MDA含量升高,说明细胞膜质过氧化是车桑子幼苗受损的重要机制;而土壤干旱导致叶片可溶性糖含量升高,说明车桑子幼苗具有较好的渗透调节机制。研究结果对评估干热河谷区水电站建设对植被的影响具有参考价值。     

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。     

南方东部丘陵区季节性干旱成因及其对策研究

本文着重从气候和土壤两方面探讨红壤丘陵区土壤季节性干旱的成因。研究结果表明,红壤特殊的水分物理性质和该区特定的大气－土壤－植物系统水分运动模式的综合作用是红壤季节性干旱的主要成因。认为丘陵红壤的土壤水分管理应从土壤结构改良和协调气候－土壤关系两方面入手,通过合理的耕作技术和建立合理的利用方式体系,改良土壤结构,利用深层土壤水分,从而达到提高土壤水分利用率和抗旱、避旱的目的。复合农林业和免耕覆盖技术对红壤水分具有显著的调节作用。     

草甸草原土壤碳/氮矿化潜力及土壤微生物水分敏感性对极端干旱的响应

土壤碳、氮矿化是生态系统养分循环的关键过程,受到水分供给的强烈影响。本研究对极端干旱处理(连续3年生长季减少66%降水)的内蒙古草甸草原野外取土,采用超低温冻干后再调节土壤水分至3%、8%、13%、18%、25%和35% 6个水平进行室内培养,研究极端干旱处理后土壤碳/氮矿化潜力以及土壤微生物对水分变化的敏感性。结果表明: 与对照(自然降雨)相比,极端干旱处理后,6个培养水平的平均土壤氮矿化潜力显著提高14.2%,但未显著影响土壤碳矿化潜力。极端干旱显著提高土壤微生物生物量氮和土壤可溶性有机碳26.8%和26.9%。无论是对照还是极端干旱处理,土壤氮矿化潜力、碳矿化潜力和微生物生物量碳和氮均随着土壤含水量增加而增加,而可溶性有机碳从较低水分的培养水平(3%和8%)到较高水分的培养水平(>13%)显著降低,表明底物的扩散起到重要作用。极端干旱处理显著提高了碳矿化初始脉冲强度,表明极端干旱提高了土壤微生物对水分的敏感性。极端干旱显著降低了土壤碳矿化潜力/氮矿化潜力的比值,表明长期干旱可能会降低土壤碳、氮循环过程的耦合作用。极端干旱对土壤碳矿化和氮矿化过程的影响存在差异,激发了土壤微生物对水分的敏感性,弱化了碳、氮循环过程的耦合关系,并进一步影响中国北方草甸草原生态系统的生物地球化学循环过程及草地生产力。     

西藏林芝地区农田土壤蒸发对大气温湿度的响应

蒸发是土-气界面上水分损失和水循环的重要组成因子,受到环境温湿度条件的强烈影响。为阐明高原背景条件下土壤蒸发速率对大气温湿度因子的响应,以西藏林芝农田裸地为研究对象,采用土壤H₂O/CO₂通量仪自动测定土壤表面水分蒸发速率、近地层气温、大气湿度等因子,并通过相关性分析研究变量间的相关关系。结果表明,土壤水分蒸发速率表现为单峰型日变化特征,最大值出现在午后14:00-15:00时,最小值出现在夜间,气温和大气湿度也表现相似的变化特征。土壤蒸发速率与气温之间呈极显著正相关关系(R>0.9, P<0.001),近地层大气湿度对土壤蒸发速率有极显著的正响应关系(R>0.7, P<0.001)。     

土壤水分和磷营养对小麦根系生长生理特性的影响

采用小偃６号小麦品种,在模拟田间原状土容重的条件下土培,研究了土壤水分和磷营养对小麦根系生长生理特性的效应。结果表明：在土壤相对含水量为４０％─７０％范围内,土壤水分亏缺,小麦根系生长受到限制,根系比表面积（ＲＡ）、根呼吸速率（Ｒｐ）、根水势（Ｒψｗ）和叶片蒸腾强度（ＥＩ）明显降低,根系干物重（ＲＤＷ）减少;轻度干旱有利于根系的延伸生长;在土壤干旱条件下,磷营养可以提高根系ＲＡ,降低根系Ｒｐ,提高Ｒψｗ、增加叶面ＥＩ,促进根系延伸生长,扩大小麦根系对土壤深层水分的吸收和利用,进而促进地下部生长,提高ＲＤＷ。磷除作为一种营养物质促进作物根系生长发育外,在水分胁迫条件下,磷营养可明显改善植株体内的水分关系,增强对干旱缺水环境的适应能力,提高作物抗旱性。促进根系生长,提高水分利用的有效方法是根据土壤水分状况调节磷的用量。     

辽东栎(Quercus liaotungensis)幼苗对土壤干旱的生理生态适应性研究

用盆栽方法人工模拟土壤干旱条件,研究辽东栎天然萌生幼苗对土壤干旱的生理生态反应。结果表明:随土壤含水量的减少,辽东栎幼苗的耗水量明显下降,耗水高峰期提前,在重度干旱下耗水峰形由单峰变为双峰。在干旱胁迫前期辽东栎叶水势变化较平缓,后期则急剧下降,尤其在严重干旱下,水势变化趋势呈"M"形,叶片含水量较稳定,对土壤水分含量变化不敏感。在中度干旱下辽东栎叶片的持水力有所增加。辽东栎属低蒸腾速率树种,平均仅为2.98μg cm^-2·s^-1。不同生长季节蒸腾速率日进程不同, 8月份的蒸腾速率日进程在适宜水分下是双峰曲线,在中度干旱下是单峰曲线,重度干旱下蒸腾速率一直维持在较低水平,呈波状起伏;9月份的蒸腾速率下降近50%,仍有明显的单峰(适宜水分下)和双峰(中度干旱下)。对蒸腾速率与环境因子的简单相关分析表明:在适宜水分和中度干旱下,光照强度对辽东栎幼苗蒸腾速率影响最大,在重度干旱下,大气温度对辽东栎的蒸腾速率影响较大。随土壤含水量减少,辽东栎幼苗的蒸腾速率在中度干旱时上升,重度干旱时急剧下降,光合速率、瞬时水分利用效率、羧化效率均下降;地上部生长受抑,根冠比加大, WUE₁下降,而WUE₂在中度干旱下升高,在重度干旱下下降。其幼苗不耐高温强光,高温强光对其光合和蒸腾有抑制作用,特别是在土壤严重干旱下表现更明显。     

植物角质蒸腾的几个方面

角质蒸腾速率和植物生态型有密切关系,与普通品种相比抗旱的高粱和玉米品种角质蒸腾较弱,或差异不明显,但节水途径不同。强光促进角质层腊质的形成,使角质蒸腾减弱。高湿度下生长的植物移到湿度较低处后,其角质蒸腾与总蒸腾速率都明显增大。土壤干旱对角质蒸腾的影响因植物种类和水分胁迫的具体情况而异。角质层腊质含量和角质蒸腾速率一般呈反相关。     

杨柴对高CO2浓度和土壤干旱胁迫的响应

毛乌素优势植物杨柴 (HedysarummongolicumTurcz.)对高CO2 浓度和土壤干旱胁迫响应的研究结果表明 :干旱胁迫可使杨柴根系伸长 ,根生物量、地径、主茎高和茎生物量下降 ;高CO2 浓度使杨柴根和茎生物量明显增加 ,CO2 的“施肥效应”显著 ,干旱使CO2 的“施肥效应”减弱。同时 ,土壤干旱胁迫使杨柴的根 /冠比增加 ,说明在土壤干旱胁迫情况下根的生长比地上部分 (茎 )的生长更活跃 ,有利于提高杨柴在干旱沙漠地区的固沙作用 ;CO2 浓度升高和土壤干旱胁迫均使杨柴叶片的水势下降 ,叶片水势的下降使叶片细胞对水分的束缚力增强 ,从而减少植物蒸腾耗水 ,有利于提高水资源的利用效率     

基于稳定同位素的干旱半干旱区SPAC水分运移过程研究进展

土壤-植物-大气连续体(SPAC)是生态水文学的重点研究对象,其水分运移过程对于干旱半干旱区生态植被建设和水资源综合管理具有重要意义。氢氧稳定同位素较高的灵敏性和准确度有助于揭示这一过程。介绍了氢氧稳定同位素在土壤-大气界面、土壤-地下水界面、土壤-植物界面和植物-大气界面水分补给传输过程中的应用,包括土壤水分来源和蒸发;水分补给入渗机制和滞留时间;植物水分来源和水力再分配;蒸散发分割和叶片吸水的相关研究,同时明确了氢氧稳定同位素技术在应用过程中存在的一些不确定性以及未来亟需加强的方面,以期为利用稳定同位素技术对生态水文过程的研究提供参考依据。     

干旱下植物气孔运动的调控

概述了植物气孔对大气干旱和土壤干旱的反应,认为植物气孔对大气干旱的反应并不是一种反馈机制;并就干旱条件下植物气孔运动的水力学和化学信号调控机制进行了简要论述,认为虽然化学信号调控干旱下气孔运动更为广泛,但ABA不是唯一的化学信号,水分关系影响了信号的产生、运转和气孔对信号的敏感性,干旱条件下水力学和化学信号共同调控着植物的气孔运动。     

CO2浓度升高对干旱胁迫下谷子细胞结构和抗逆生理的影响

在未来气候进一步变暖的背景下干旱发生的频率也将增加,而CO₂浓度升高和干旱均会对作物生长造成影响。本研究对不同CO₂浓度(环境大气CO₂浓度、环境大气CO₂浓度+200μmol·mol^-1)和水分处理(土壤含水量为45%～55%和70%～80%的田间土壤最大持水量,分别为适宜土壤含水量和轻度干旱)下谷子叶片细胞结构、光合生理、抗氧化酶、渗透调节物质和产量的变化进行分析。结果表明：CO₂浓度升高增加了谷子叶肉细胞叶绿体内淀粉粒个数、单个淀粉粒面积和淀粉粒总面积。与仅轻度干旱处理相比,轻度干旱条件下CO₂浓度升高处理孕穗期谷子叶片净光合速率增加37.9%,但对该时期水分利用效率无显著影响,灌浆期谷子叶片净光合速率和水分利用效率分别增加15.0%和44.2%;孕穗期谷子叶片过氧化物酶(POD)活性和可溶性糖含量分别增加39.3%和8.0%,脯氨酸含量下降31.5%,灌浆期谷子叶片POD活性增加26.5%,丙二醛(MDA)和脯氨酸含量分别下降...     

水分胁迫对茅苍术根茎生长及挥发油含量的影响

通过控制茅苍术[Atractylodes lancea（Thunb．）DC．]不同生长期的土壤含水量,研究了轻度和重度干旱胁迫与涝渍胁迫对茅苍术根茎生长及挥发油含量的影响。结果表明,在不同生长期,茅苍术根茎生长和挥发油成分含量对不同土壤水分条件的反应不同,其中生殖生长期对水分胁迫较敏感,干旱和涝渍胁迫均会导致根茎生长量和挥发油含量下降。水分胁迫对茅苍术根茎生长量和挥发油含量的影响效应是一致的,导致根茎生长量显著下降的水分条件可使挥发油含量下降,对根茎生长量影响不显著的水分条件则有利于挥发油成分的积累。在果后期进行适当的涝渍胁迫（土壤含水量35．5％～38．5％）有利于茅苍术根茎生长和挥发油含量的提高。     

干旱胁迫下覆膜和接种微生物对玉米生长与水分利用效率的影响

针对西北干旱半干旱地区土壤贫瘠与水分缺乏的问题,利用微生物与作物形成互惠互利的共生关系,本研究设置两个水分梯度:干旱胁迫(供试土壤最大持水量的35%)和正常水分(供试土壤最大持水量的75%),两个覆膜方式:无覆膜(NM)和覆膜(FM),4个接种微生物水平:单接AM真菌(AM)、单接解磷细菌(PSB)、联合接种AM真菌与解磷细菌(AM+PSB)以及对照(CK),研究不同水分和覆膜条件下4个接种微生物对玉米生长特性、地上养分吸收与水分利用效率的影响.结果表明: 与正常水分处理相比,干旱胁迫能够显著提高接种AM真菌处理的侵染率,但正常水分处理下土壤根外菌丝密度、总球囊霉素(T-GRSP)与易提取球囊霉素(EE-GRSP)含量明显提高.干旱胁迫下,单接AM真菌处理的促生作用和菌根效应表现最好,能够提高玉米生物量、水分利用效率和土壤有机碳含量,促进土壤N、P、K的吸收与运输,从而增加玉米地上部分N、P、K吸收量;而正常水分下,联合接种AM+PSB处理表现要好于单接AM和PSB处理,且其与覆膜的互作效果最好.相关分析结果表明,玉米生物量、叶片SPAD值和地上部分N、P、K吸收量均与土壤根外菌丝密度呈显著正相关,玉米水分利用效率与其呈显著负相关.     

羊草叶片气体交换参数对温度和土壤水分的响应

 采用生长箱控制的方法研究了羊草(Leymus chinensis)幼苗叶片光合参数对5个温度和5个水分梯度的响应和适应。结果表明：轻度、中度土壤干旱并没有限制羊草叶片的生长,对气体交换参数亦无显著影响,反映了羊草幼苗对土壤水分胁迫的较高耐性。叶片生物量以26 ℃时最大,其它依次为23 ℃、20 ℃、29 ℃和32 ℃。温度升高使气孔导度和蒸腾速率增加, 却使光合速率和水分利用效率降低。水分和温度对叶片生物量、光合速率、气孔导度和蒸腾速率存在显著的交互作用,表明高温加强了干旱对叶片生长和气体交换的影响, 降低了羊草对土壤干旱的适应能力。高温和干旱的交互作用将显著减少我国半干旱地区草原的羊草生产力。     

环境因子对冬小麦水分利用效率的影响

对干湿两种水分处理下农田冬小麦群体水分利用效率与环境因子的关系进行分析。结果表明：（１）各环境因子以综合复杂的方式影响水分利用效率。（２）由土壤干旱和大气高蒸发势迭加而成的水分亏缺所引起的气阻阻力上升有利于提高水分利用效率,但水分亏缺同时引起的叶－气水汽压梯度增大则会降低水分利用效率。在水分亏缺最强的午后１２：００￣１６：００时,水分利用效率最低。     

干旱及复水条件下接种AMF和根瘤菌对疏叶骆驼刺根系生长的影响北大核心CSCD

疏叶骆驼刺为塔里木河下游优势草本植物,对下游地区防风固沙,涵养水源具有重要的生态价值。该试验以疏叶骆驼刺为研究对象,设定正常水分(土壤相对含水量70%±5%)、干旱胁迫(土壤相对含水量20%±5%)和复水处理(干旱胁迫60 d后恢复至正常水分)3个水分梯度,以及单接种丛枝菌根真菌、单接种根瘤菌、双接种丛枝菌根真菌+根瘤菌和不接种4组接种处理,分析不同水分条件下各接种处理对疏叶骆驼刺根系生长的影响。结果表明:(1)双接种丛枝菌根真菌+根瘤菌处理的疏叶骆驼刺根系AMF侵染率在干旱胁迫、复水条件下均显著降低,且低于单接种AMF处理。(2)随着正常水分→干旱胁迫→复水的水分变化,双接种处理疏叶骆驼刺根系根瘤数量先降低后增加,复水后显著高于单接种根瘤菌处理。(3)双接种处理扩大了疏叶骆驼刺的根系吸收范围,提高了根系的吸收能力,并随着正常水分→干旱胁迫→复水的水分变化,呈现先降低后增加的变化趋势。(4)双接种处理显著提高了疏叶骆驼刺根系SOD和POD活性,并随着正常水分→干旱胁迫→复水的水分变化而逐渐升高。研究发现,双接种AMF+根瘤菌处理可以显著促进疏叶骆驼刺根系的生长,增强其抗逆性,而干旱胁迫会降低AMF和根瘤菌的协同促进作用,复水后双接种AMF+根瘤菌处理的疏叶骆驼刺能及早地做出响应,对其根系生长表现出一定的补偿效应。