黄土高原地区春小麦对有限灌溉的反应及其生理生态基础

从对黄土高原地区有限灌溉条件下作物生理生态反应的众多研究中得出：（1）水分轻度亏缺时,作物可通过根信号物质ABA调节叶片的气孔导度。非水力根信号作用太强,可因降低光合作用而减少干物质生产和影响干物质分配模式而影响产量和水分利用效率,故削弱非水力根信号的作用将有利于提高产量。（2）浅层根系占根系总量比值越高,对干旱越敏感,表现为根信号能力增强;深层根系所占比例越高,越有利于土壤深层水分利用,并可削弱根信号,同理,给土壤中下层补水或采用播种前灌溉,可因为减少了无效蒸发,且削弱根信号而提高水分利用率。（3）本地区有限灌溉的最佳时期由于降水变率较高而变得较为复杂,不同降水年型,最佳灌溉时期差异很大,对有限灌溉进行科学管理还需要做更多的研究工作。     

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。     

农业高效用水理论研究综述

农业高效用水包括节水灌溉和旱作农业,其核心是提高自然降水和灌溉水的利用效率和效益．农田蒸散的测定方法各有利弊．FAO先后建议用Penman修正式和Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量．Jensen乘法模型和Blank加法模型在作物水分生产函数研究中得到广泛应用．土壤适宜含水量和土壤干旱下限指标的最新研究成果,为低定额的农业供水提供了土壤物理学的重要依据．水分亏缺对与产量形成相关的各个生理过程影响的先后顺序为细胞扩张＞气孔运动＞蒸腾运动＞光合作用＞物质运输．不很严重的干旱反而对物质运输有促进作用．农田灌溉研究已由传统的充分灌溉,转向非充分灌溉、调亏灌溉和控制性分根交替灌溉．未来农业高效用水理论将在界面、土壤水动力学、生物节水、缺水逆境等方面深入开展研究。     

间作对旱地CO2和N2O排放影响的研究进展

农田温室气体排放是近年来科学界的研究热点,采用合适的种植模式是减少农田温室气体排放的有效途径之一.本文综述了作物间作对旱地土壤CO₂和N₂O排放的影响及机理.合理间作能够提高土壤有机碳(SOC)含量、促进不同作物秸秆向SOC转化、降低SOC矿化速率,从而减少CO₂排放.禾本科与豆科作物间作能够在维持作物产量的情况下,减少化学氮肥投入、土壤有效氮残留及还田秸秆产生的无机氮,降低N₂O排放.间作作物的互作、田间小气候环境的改善也是影响土壤温室气体排放的重要因素.今后,要增加土壤温室气体监测时长并对影响因子进行综合、全面的分析,尤其是从分子水平探究间作模式下土壤微生物对温室气体产生过程的作用机理,为构建环境友好型农业模式提供科学依据.     

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。     

间作对旱地CO2和N2O排放影响的研究进展

农田温室气体排放是近年来科学界的研究热点,采用合适的种植模式是减少农田温室气体排放的有效途径之一.本文综述了作物间作对旱地土壤CO₂和N₂O排放的影响及机理.合理间作能够提高土壤有机碳(SOC)含量、促进不同作物秸秆向SOC转化、降低SOC矿化速率,从而减少CO₂排放.禾本科与豆科作物间作能够在维持作物产量的情况下,减少化学氮肥投入、土壤有效氮残留及还田秸秆产生的无机氮,降低N₂O排放.间作作物的互作、田间小气候环境的改善也是影响土壤温室气体排放的重要因素.今后,要增加土壤温室气体监测时长并对影响因子进行综合、全面的分析,尤其是从分子水平探究间作模式下土壤微生物对温室气体产生过程的作用机理,为构建环境友好型农业模式提供科学依据.     

硬覆盖对土壤水热传输及作物生长发育影响的试验研究

河北省盐渍区农业水资源非常紧缺 ,农业节水势在必行。覆盖保摘技术是农田节水管理的重要措施之一 ,国内外对此有过不少研究报道。但多集中在地膜、秸秆、砂砾和化学喷涂等覆盖材料上 ,这些覆盖材料在使用中有种种不理想之处 ,如地膜覆盖容易造成残膜的“白色污染” ,并且使用年限短 ,降水不易入渗 ,中耕、除草、施肥困难 ,使作物抗病力差等[1 ] ;秸秆覆盖容易使秸秆中的毒素物质与作物间发生生化它感现象 ,影响作物生长[2 ] 。化学喷涂除了不利于农事作业外 ,还可能造成土壤污染。为此 ,我们在中国科学院南皮试区盐渍土上试用了一种新型覆…     

水分胁迫下春小麦根系吸水功能效率的研究

对水分胁迫下不同根系大小的春小麦籽粒产量与水分利用效率、相对生长速度和根系功能效率之间的关系进行了研究。实验分为3个水分处理和3个根系大小处理,3个水分处理分别是土壤含水量保持在田间持水量的80％-90％(H),50％-60％(M)和30％-40％(L)。根系大小的处理是(1)大根系处理(B),(2)中根系处理(M)和(3)小根系处理(S)。实验结果表明,在中度和重度干旱条件下小根系处理(MS和LS)的作物具有较高的WEUg,WUEdm、相对生长速度、根系功能效率和籽粒产量;在高水分处理中,上述参数的数值在大根系处理中相对较高。根呼吸耗C量在作物的整个生育期中都占有十分重要的地位,尽管根呼吸耗C比例随作物的生长而呈同步增加的趋势,但实际耗C量却呈逐步下降的趋势,同一时期作物的根呼吸速率与土壤含水量之间存在正相关关系,说明适当降低土壤含水量可以有效地减少根呼吸耗C量,有利于提高作物的存活率。在干旱半干旱地区,春小麦的根功能效率尚未达到最高值,作物产量仍有潜力可挖,通过适时补灌和减少同化物向根系分配的比例和根系对同化产物的消耗量来达到提高春小麦籽粒产量的方法是可行的,但不是长久之计。     

气候变化对黄淮海平原冬小麦产量和耗水的影响及品种适应性评估

基于IPCC5 3种代表性温室气体浓度排放路径(RCP)的情景集成数据,采用VIP生态水文模型,模拟分析了黄淮海平原未来冬小麦产量、蒸散量的气候变化响应.模拟结果表明:未考虑CO2肥效时,3种典型排放路径下,冬小麦生育期都将因气温上升而缩短,其产量和蒸散量将呈下降趋势.CO2浓度增加对作物生长的有利影响强于气候变化带来的不利影响,是未来情景下冬小麦产量增加的主要原因.以RCP4.5为例,2050s黄淮海地区冬小麦平均产量将增加14.8%(无CO2肥效时产量下降2.5%),蒸散量降低2.1%.采用积温需求更高的品种将有利于冬小麦利用CO2肥效提高其产量,但耗水量将有所增加.因此,培育适应气候变化的作物品种、发展节水农业和管理技术是应对气候变化的关键.     

农业活动及转基因作物对农田生物多样性的影响

农田生物多样性是生态系统生物多样性的重要组成部分,但较少受到关注.近50年来,由于农业活动引起的环境污染、生境破碎和单一化种植等严重威胁着农田生物多样性.为了了解各因素对农田生物多样性的影响程度,优化农田管理措施,以提高农作物产量并降低环境影响,本文综述了种植方式、地膜覆盖、农药和化肥使用等农业活动及转基因作物对我国农田生物多样性的影响.农药和化肥的过度使用对农田生物多样性的影响最大;而转基因作物对农田生物多样性的影响受诸多因素影响,如携带的转基因性状等.需要加强转基因作物生态环境影响评价研究,特别是对农田生物多样性的潜在影响.农业生产活动应当与农田生物多样性保护密切结合,不仅有利于提高农作物产量,同时也可减少对环境的负面影响.     

Large altitudinal increase in tree root/shoot ratio in tropical mountain forests of Ecuador

Tropical rain forests decrease in tree height and aboveground biomass (AGB) with increasing elevation. The causes of this phenomenon remain insufficiently understood despite a number of explanations proposed including direct or indirect effects of low temperature on carbon acquisition and carbon investment, adverse soil conditions and impaired nutrient supply. For analysing altitudinal patterns of aboveground/belowground carbon partitioning, we measured fine (<2 mm in diameter) and coarse root (2–5 mm) biomass and necromass and leaf area index (LAI), and estimated AGB from stand structural parameters in five tropical mountain rain forests at 1050, 1540, 1890, 2380 and 3060 m along an altitudinal transect in the South Ecuadorian Andes. Average tree height and AGB were reduced to less than 50% between 1050 and 3060 m, LAI decreased from 5.1 to 2.9. The leaf area reduction must have resulted in a lowered canopy carbon gain and thus may partly explain the reduced tree growth in the high-elevation stands. In contrast, both fine and coarse root biomass significantly increased with elevation across this transect. The ratio of root biomass (fine and coarse) to AGB increased more than ten-fold from 0.04 at 1050 m to 0.43 at 3060 m. Under the assumption that fine root biomass does reflect root productivity, our data indicate a marked belowground shift in C allocation with increasing elevation. Possible explanations for this allocation shift are discussed including reduced N supply due to low temperatures, water logging or adverse soil chemical conditions. We conclude that the fine root system and its activity may hold the key for understanding the impressive reduction in tree size along tropical mountain slopes in Ecuador. Analyses of fine root turnover and longevity in relation to environmental factors along altitudinal transects in tropical mountains are urgently needed.     

盐胁迫对黄瓜幼苗根系生长和水分利用的影响

采用营养液水培法,研究了NaCl胁迫对两个耐盐性不同的黄瓜品种幼苗根系生长、活力、质膜透性和叶片生长、蒸腾速率（T_r）、相对含水量（RWC）及水分利用率（WUE）的影响.结果表明,盐胁迫下黄瓜植株根系吸收面积下降,质膜透性升高,叶片数减少,叶片T_r和RWC在盐胁迫2 d后明显下降,根系活力和叶片WUE均先升后降,50、75和100 mmol·L^-1NaCl胁迫9 d时,耐盐性较弱的津春2号根系活力降低幅度分别比耐盐性较强的长春密刺高18.01%、12.17%和10.95%,胁迫8 d时WUE下降幅度分别比长春密刺高2.74%、5.27%和0.23%.短期盐胁迫下,黄瓜植株通过提高根系吸收能力来补偿根系吸收面积的下降,通过降低叶片T_r和提高WUE来减少水分散失,在一定程度上有利于缓解水分失衡,提高植株耐盐性;盐胁迫5 d后,根系活力和WUE的下降导致水分失衡加剧,表明根系吸收能力的下降是导致水分失衡的重要原因,叶片WUE的下降是水分失衡的反应,两者均与品种的耐盐性关系密切.     

塑料大棚渗灌灌水下限对番茄生长和产量的影响

利用土壤水分张力计监测土壤水分吸力的变化,以灌水时30cm土层的土壤水分吸力表示渗灌灌水下限,研究灌水下限为10、16、25、40和63kPa时对塑料大棚番茄生长和产量的影响．结果表明,番茄株高、生物量分别随灌水下限的增大而减小．番茄的产量和水分利用率与灌水下限间的关系曲线为抛物线,而茎粗／株高比与灌水下限间的关系曲线为三次多项式曲线．灌水下限不同,番茄的根／冠比(R／S)动态不同,番茄根系与株冠的生长状况不同．灌水下限在25～33kPa时,番茄植株生长健壮,根冠比例协调,产量大,水分利用率高．此指标作为渗灌灌水下限,灌水时土壤水分的含量比常规灌水低,灌水次数少,有利于提高保护地番茄栽培的水分利用率和劳动生产率．     

Physiological responses of potato (Solanum tuberosum L.) to partial root-zone drying: ABA signalling, leaf gas exchange, and water use efficiency

The physiological responses of potato (Solanum tuberosum L. cv. Folva) to partial root-zone drying (PRD) were investigated in potted plants in a greenhouse (GH) and in plants grown in the field under an automatic rain-out-shelter. In the GH, irrigation was applied daily to the whole root system (FI), or to one-half of the root system while the other half was dried, for 9 d. In the field, the plants were drip irrigated either to the whole root system near field capacity (FI) or using 70% water of FI to one side of the roots, and shifted to the other side every 5-10 d (PRD). PRD plants had a similar midday leaf water potential to that of FI, whereas in the GH their root water potential (Psi(r)) was significantly lowered after 5 d. Stomatal conductance (g(s)) was more sensitive to PRD than photosynthesis (A) particularly in the field, leading to greater intrinsic water use efficiency (WUE) (i.e. A/g(s)) in PRD than in FI plants on several days. In PRD, the xylem sap abscisic acid concentration ([ABA](xylem)) increased exponentially with decreasing Psi(r); and the relative [ABA](xylem) (PRD/FI) increased exponentially as the fraction of transpirable soil water (FTSW) in the drying side decreased. In the field, the leaf area index was slightly less in PRD than in FI treatment, while tuber biomass was similar for the two treatments. Compared with FI, PRD treatment saved 30% water and increased crop water use efficiency (WUE) by 59%. Restrictions on leaf area expansion and g(s) by PRD-induced ABA signals might have contributed to reduced water use and increased WUE.     

黄土高原退耕草地植被根系动态分布特征

采用土钻法研究了黄土高原不同退耕年限和天然草地植被根系的垂直分布特征.结果表明,样地上不同采样点间的根系分布不存在显著差异,根系指标的合并计算结果可以代表立地上植被根系的分布特征.植被根系生物量、根系长度等指标的垂直分布特征均表现出随着深度增加而减少的趋势;随着退耕年限的增加,植被根系的生物量、根系长度等指标逐渐增加,一般在退耕年限超过20年后,植被根系的分布特征接近天然草地的根系分布特征.随着退耕年限的增加,根系消失系数从0.98逐渐降低到0.96,说明植被在深层土壤中的相对含量逐渐减少,根系逐渐集中在0～40cm的表层土壤中.退耕植被根系分布特征的改善提高了土壤理化性质,有利于新物种入侵和植被演替进行.     

Root Caps and Rhizosphere

In this paper we discuss recent work on the physiological, molecular, and mechanical mechanisms that underlie the capacity of root caps to modulate the properties of the rhizosphere and thereby foster plant growth and development. The root cap initially defines the rhizosphere by its direction of growth, which in turn occurs in response to gradients in soil conditions and gravity. The ability of the root cap to modulate its environment is largely a result of the release of exudates and border cells, and so provides a potential method to engineer the rhizosphere. Factors affecting the release of border cells from the outer surface of the root cap, and function of these cells and their exudates in the rhizosphere, are considered in detail. Release of border cells into the rhizosphere depends on soil matric potential and mechanical impedance, in addition to a host of other environmental conditions. There is good evidence of unidentified feedback signals between border cells and the root cap meristem, and some potential mechanisms are discussed. Root border cells play a significant mechanical role in decreasing frictional resistance to root penetration, and a conceptual model for this function is discussed. Root and border cell exudates influence specific interactions between plant hosts and soil organisms, including pathogenic fungi. The area of exudates and border cell function in soil is an exciting and developing one that awaits the production of appropriate mutant and transgenic lines for further study in the soil environment.     

施肥对旱地全膜覆盖垄沟种植马铃薯耗水特征及产量的影响

用化肥减量和分期施肥、增施有机肥来替代化肥是提高半干旱区全膜覆盖垄沟种植马铃薯水、肥利用效率的有效途径.在4年大田定位试验基础上,设置传统施肥(F)、化肥减量25%花期追施(DF)、化肥减量50%花期追施并增施有机肥(OF)3种养分管理模式,通过测定马铃薯不同生育期的土壤含水量和产量,计算阶段耗水量和水分利用效率,研究施肥方式对半干旱区马铃薯耗水过程的调控及其对产量和水分利用效率的影响.结果表明: 马铃薯花期的土壤贮水量DF最高,但处理间差异不显著;花后DF和OF的耗水深度较F有明显增加趋势.与F相比,2011—2014年DF花前耗水量显著下降,花后耗水量分别增加了36.2%、23.0%、24.8%和19.0%;OF未显著降低马铃薯花前耗水,但2011、2012年花后耗水量增加了20.7%和16.3%.DF的马铃薯块茎产量在2012—2014年较F平均增加2595.1 kg·hm^-2,水分利用效率(WUE)在2013、2014年分别显著增加14.4%和6.3%,达到显著差异;OF在2011—2014年平均马铃薯块茎产量较F增加了2945 kg·hm^-2,且WUE在2012—2014年显著高于F.DF和OF均能显著调节马铃薯花前花后耗水量,使马铃薯块茎产量、水分利用效率增加,但OF的增加幅度更大.