太阳辐射减弱对冬小麦旗叶光合速率的影响

以冬小麦扬麦13号为供试材料,设计了15%(T₁₅)、20%(T₂₀)、40%(T₄₀)、60%(T₆₀)和100%（CK）自然光5个处理,在大田条件下研究了模拟太阳辐射减弱对
冬小麦旗叶光合速率日变化及其影响因素的影响.结果表明：太阳辐射减弱显著提高了冬小麦叶绿素和叶黄素含量,降低了光合速率（P_n）.不同辐射减弱条件下冬小麦P_n日变化差异较大,日最高值表现为CK＞60%自然光＞40%自然光＞20%自然光＞15%自然光,其中CK呈双峰曲线变化,有明显的“午休”现象,其他各处理均呈单峰型曲线变化,“午休”现象不明显,但峰值出现时间滞后.相关分析表明,太阳辐射减弱是影响P_n日变化的主导因子,但其他因子也显著影响P_n.与CK相比,60%和40%自然光处理中光合有效辐射（PAR）、叶温（T_l）、气孔导度（G_s）和蒸腾速率（T_r）与P_n均呈显著正相关,表明上述因子对P_n有正效应;冬小麦叶片胞间二氧化碳浓度（C_i）和气孔导度限制值（L_s）在60%和40%自然光处理中与P_n呈显著负相关,但在20%和15%自然光处理中与P_n呈显著正相关,说明太阳辐射强度高于40%自然光时C_i和L_s对P_n有负效应,太阳辐射强度低于40%自然光时则为正效应.     

基于水分控制的切花百合生长预测模型

光合作用与干物质生产是观赏植物外观品质形成的基础。水分是影响植物光合作用与干物质生产的重要因子。为定量研究水分对切花百合光合作用与干物质生产的影响,以切花百合品种‘索邦’(Lilium‘Sorbonne’)为试验材料,于2009年3月至2010年1月在南京的连栋温室内开展了不同定植期和不同水分处理的栽培试验,以基于光温的温室花卉生长动态预测模型为基础,定量分析了不同定植期和不同水分处理条件下切花百合叶面积指数、光合速率和干物质生产的动态影响,并确定了切花百合正常生长的临界基质水势,建立了基质水势对切花百合光合速率和干物质生产影响的动态预测模型。结果表明,本文所建模型对切花百合叶片最大总光合速率和植株总干质量的预测效果较好,模型对叶面积指数、叶片最大总光合速率和植株干物质量的预测值与实测值之间的决定系数(r2)分别为0.97,0.96,0.94,相对根均方差(rRMSE)分别为7.12%、4.37%、11.14%。该模型能较好地预测水分对切花百合叶片最大总光合速率和植株总干质量的动态影响,可为进一步优化切花百合生产的水分管理提供决策支持。     

臭氧胁迫下冬小麦物质生产与分配的数值模拟

利用ML9810B型臭氧监测分析仪,测定了浙江嘉兴麦田空气O3浓度,并通过改进的开顶式气室实验确定O3浓度变化对冬小麦叶片光合速率的影响函数.在此基础上,加入O3对叶片生长和穗部光合影响的模拟函数,建立反映O3对冬小麦生长和产量形成影响的作物模型.模型的检验结果表明,该模型较好地反映了O3对冬小麦生长的影响,生物量平均相对误差为10.3%.对冬小麦春后生育期(3—5月)的研究表明,水肥适宜时,由O3影响造成的该地区冬小麦干物质累积总损失量为11.4%,产量损失为17.8%.     

臭氧胁迫对冬小麦灌浆期光合日变化的影响

利用开顶式气室(OTC)开展了大田实验条件下地表臭氧浓度增加对灌浆期冬小麦光合日变化影响的实验研究.结果表明:13:00-15:00大田环境变量(光合有效辐射、温度、水气压差)对冬小麦光合作用产生了胁迫;与对照组相比,100和150 nl·L-1臭氧熏气下净光合速率平均下降了6.3%和11.1%(P＜O.05);100 nl·L-1臭氧熏气下气孔限制值、蒸腾速率、气孔导度、水分利用率变化趋势与对照组基本一致,但在150 nl·L-1臭氧熏气下,11:00之前蒸腾速率和气孔导度均显著增加,水分利用率显著下降,13:00-15:00,水分利用率显著增高;在无环境胁迫条件下,100和150 nl·L-1臭氧熏气分别对冬小麦光合作用产生了气孔限制和非气孔限制,导致光合速率下降.环境变量胁迫下,100和150nl·L-1臭氧熏气均显著提高了冬小麦的水分利用率,且150 nl·L-1臭氧熏气显著提高了进入气孔用于光合作用的二氧化碳比例.     

耕作方式对冬小麦灌浆期光合性能日变化和籽粒产量的影响

研究耕作方式对冬小麦灌浆期光合性能日变化的影响,对灌浆期干物质积累、转运以及产量形成具有重要的理论意义.本研究以中国农业大学吴桥实验站2008年设置的长期耕作定位试验为基础,分析了免耕秸秆不还田(NT)、免耕秸秆还田(NTS)、旋耕秸秆不还田(RT)、旋耕秸秆还田(RTS)、深松秸秆不还田(DT)、深松秸秆还田(DTS)、翻耕秸秆不还田(CT)和翻耕秸秆还田(CTS)耕作处理对冬小麦灌浆期旗叶光合特性日变化、光响应曲线和产量的影响.结果表明: 不同耕作方式对冬小麦灌浆期旗叶净光合速率日变化和气孔导度日变化的影响均呈双峰曲线变化趋势,秸秆还田下不同耕作方式的冬小麦旗叶净光合速率高于相应的秸秆不还田处理;各耕作方式对冬小麦旗叶胞间CO₂浓度日变化的影响均呈“广口V型”双峰曲线变化趋势;除DTS、RTS和RT处理冬小麦旗叶的蒸腾速率日变化规律呈单峰曲线变化外,其他各处理冬小麦旗叶的蒸腾速率日变化均呈“双峰曲线”变化趋势.模拟的最大净光合速率以DTS处理最大,分别比NT、DT、RT、CT、NTS、RTS和CTS处理增加了20.0%、21.7%、19.7%、21.5%、0.8%、12.1%和4.2%;秸秆还田条件下各处理的光响应曲线拟合程度均优于秸秆不还田处理.DTS籽粒产量最高,RTS次之,CTS再次,CT处理最小,DTS处理的籽粒产量分别比NTS、RTS、CTS、NT、DT、RT和CT处理高10.8%、1.3%、2.1%、5.4%、11.9%、12.4%和12.6%.通过光合速率和气孔导度日变化趋势可得,不同耕作方式下秸秆还田技术,特别是DTS和NTS处理可减缓光合午休现象,使冬小麦维持较高的光合速率,有利于干物质积累和产量的提高.     

冬小麦对不同海拔气候条件的反应 Ⅲ.植株光合作用特征

我们在原地测量了840米和2150米两地种植的冬小麦“凤麦13”苗期、拔节期、抽穗期和灌浆初期的光合作用速率的日变化,光合作用速率对光量子通量密度的反应和CO_2补偿点。结果表明生育前期(苗期和拔节期)和后期(抽穗期和灌浆初期)光合作用速率的一日内变化形式相反,而且低地种植的冬小麦其光合速率在前期高于高地种植的,后期高地种植的冬小麦有比低地高的光合速率。光饱和点基本相同。光补偿点在生育前期高地小麦比低地小麦低,而后期低地小麦的的光补偿点减低,并低于高地小麦的。高地小麦的光补偿点比较稳定。CO_2补偿点高地小麦比低地的较低。并就两地气候条件讨论了上述差异。     

高浓度O3及太阳辐射减弱对冬小麦PSⅡ光合活性及光能耗散的影响

为给地表太阳辐射减弱和O3浓度增加等大气环境变化条件下我国粮食生产和安全提供安全评估依据,利用开顶式气室(OTC)和黑色遮光网开展了1种熏气水平和2种辐射减弱程度的大田试验(野外CK,T1:遮光20%,T2:遮光40%,T3:O3浓度100 nL/L,T4:O3浓度100 nL/L与遮光20%复合,T5:O3浓度100 nL/L与遮光40%复合)。结果表明:T1、T2和T4组的Fv/Fm、L(PFD)与CK均相似且变化不明显,Yield、qP、Y(NO)、(1-qP)/NPQ分别较CK不同程度下降,而NPQ和Y(NPQ)较CK分别较大程度升高;T3—T5组的Fv/Fm,L(PFD)、Yield、qP、Y(NO)和(1-qP)/NPQ较CK不同程度降低,而NPQ和Y(NPQ)较CK分别显著升高且T5增幅显著大于T1—T4组。综上表明,复合胁迫下,冬小麦光能更多地向调节性热耗散途径分配,辐射减弱效应能使臭氧胁迫下冬小麦较好地自我调节以更好地适应逆境环境。尽管冬小麦对复合胁迫具有一定的适应能力,地表臭氧浓度升高和辐射减弱仍然是我国粮食生产中面临的一个重要问题。     

种植方式对夏玉米光合生产特征和光温资源利用的影响

为研究套种与直播两种种植方式对夏玉米光合生产特征和光温资源利用的影响,选取郑单958和登海661为研究对象,设置3个播期,密度为67500株·hm^-2,以地上干物质积累量和作物生长速率、叶面积指数、穗位叶的单叶光合速率来评价夏玉米的光合生产特征;以Richards模型拟合籽粒灌浆过程;结合气象数据计算夏玉米光能利用率.结果表明：直播处理比套种处理籽粒产量增加1.17%～3.33%（P<0.05）,但千粒重显著降低;生育期随播期提前而延长;直播条件下叶面积指数和单叶光合速率在灌浆前期显著高于套种,但灌浆后期下降较快;与套种相比,直播开花前和开花后具有较高的干物质积累量和较快的作物生长速率.Richards模型解析表明,直播处理达到最大灌浆速率的时间明显早于套种,起始势较套种高,但灌浆期、活跃灌浆期和灌浆速率最大时的生长量均低于套种;与套种相比,直播处理生育期间总积温和总辐射量分别减少150～350 ℃·d和200～400 MJ·m^-2,但籽粒光能利用率较套种提高10.5%～24.7%.因此,直播较套种有优势,在夏玉米大田生产条件下,重视叶片的光合生产特征,延缓叶片衰老,有利于提高夏玉米的光能利用率,进一步挖掘增产潜力.     

温度变化对藻类光合电子传递与光合放氧关系的影响

由于直接测定藻类的光合速率耗时且不方便,研究者们常通过测定藻类光合电子传递速率的方式来间接反映其光合速率,理论上,以氧气产生来度量的总光合速率（PGross）与电子传递速率(ETR)之间应该存在很好的线性关系。然而,由于温度的变化会影响藻类的光呼吸等耗氧的生理过程从而影响光合作用中的氧气释放,因此温度可能会对PGross与ETR之间的线性关系产生影响。研究了温度变化对蛋白核小球藻（Cholorella pyrenoidosa）、菱形藻（Nitzschia sp.）和水生集胞藻（Synechocystis aquetilis Sauv.）的总光合放氧速率（PGross）与电子传递速率(ETR)之间比率的影响,结果表明PGross/ETR随温度的升高而降低,低温条件下PGross/ETR比值较高,说明在相同的电子传递速率的情况下水的光裂解产生的氧有更多的可以释放出来;在高温条件下PGross/ETR比值相对较低,说明高温条件下可能有相对更多的水光裂解产生的氧被用于耗氧的生理过程而没有释放出来。研究表明当温度发生变化时,光合放氧与电子传递之间并不呈线性关系,这说明将ETR作为实际光合生产的评价指标时要谨慎,不能不加分析地直接应用。     

干旱高温及高浓度CO2复合胁迫对冬小麦生长的影响

研究了不同CO₂浓度、不同温度和水分条件及其组合对冬小麦产量、光合及水分的影响,以阐明气候变化对冬小麦的影响.结果表明: CO₂浓度升高对冬小麦光合速率没有影响,而升温和干旱均使光合速率显著下降.升高CO₂浓度与温度对冬小麦旗叶水分条件没有影响,干旱胁迫下旗叶相对含水量显著降低,而升温与干旱同时发生可降低旗叶水势.气温、CO₂浓度升高以及干旱胁迫共同作用下,冬小麦光合速率和旗叶水分条件显著降低,产量下降41.4%.CO₂浓度升高使冬小麦增产21.2%,温度升高使产量降低12.3%,CO₂浓度和温度同时升高对产量没有影响,干旱胁迫下产量下降程度更大.未来气候变化情景下,保持较高的土壤水分含量是减少气候变暖危害的重要手段.
     

光强对苗期烤烟光合作用及干物质生产的影响

以烤烟云烟87为材料,研究了不同光照强度(100%、88%、72%、62%自然光强)对苗期烤烟光合作用及干物质生产的影响.结果表明:烟苗在晴天中午100%自然光强下会产生光合抑制现象,适度遮光(88%自然光强)会消除光抑制,其日光合总量显著高于其他处理.遮光降低了烟苗光饱和点和光补偿点,增加了表观量子效率和弱光时的净光合速率,提高了叶绿素a和叶绿素b含量,降低了叶绿素a/b和类胡萝卜素含量.在88%自然光强下,烟苗具有较高的光饱和点和较低的光补偿点,对光照变化的适应性较强,其光合同化潜力有所提高.100%自然光强处理更有利于干物质和可溶性总糖向茎部转移,88%自然光强处理更有利于干物质和可溶性总糖向根部转移.在本试验条件下,苗期适当遮光(88%自然光强)可以提高烟苗的成苗素质.     

The Effect of Elevated Ozone Concentrations with Varying Shading on Dry Matter Loss in a Winter Wheat-Producing Region in China

Surface-level ozone pollution causes crop production loss by directly reducing healthy green leaf area available for carbon fixation. Ozone and its precursors also affect crop photosynthesis indirectly by decreasing solar irradiance. Pollutants are reported to have become even more severe in Eastern China over the last ten years. In this study, we investigated the effect of a combination of elevated ozone concentrations and reduced solar irradiance on a popular winter wheat Yangmai13 (Triticum aestivum L.) at field and regional levels in China. Winter wheat was grown in artificial shading and open-top-chamber environments. Treatment 1 (T1, i.e., 60% shading with an enhanced ozone of 100±9 ppb), Treatment 2 (T2, i.e., 20% shading with an enhanced ozone of 100±9 ppb), and Control Check Treatment (CK, i.e., no shading with an enhanced ozone of 100±9 ppb), with two plots under each, were established to investigate the response of winter wheat under elevated ozone concentrations and varying solar irradiance. At the field level, linear temporal relationships between dry matter loss and cumulative stomatal ozone uptake were first established through a parameterized stomatal-flux model. At the regional level, ozone concentrations and meteorological variables, including solar irradiance, were simulated using the WRF-CMAQ model (i.e., a meteorology and air quality modeling system). These variables were then used to estimate cumulative stomatal ozone uptake for the four major winter wheat-growing provinces. The regional-level cumulative ozone uptake was then used as the independent variable in field data-based regression models to predict dry matter loss over space and time. Field-level results showed that over 85% (T1: R² = 0.85 & T2: R² = 0.89) of variation in dry matter loss was explained by cumulative ozone uptake. Dry matter was reduced by 3.8% in T1 and 2.2% in T2 for each mmol O₃·m^-2 of cumulative ozone uptake. At the regional level, dry matter loss in winter wheat would reach 50% under elevated ozone concentrations and reduced solar irradiance as determined in T1, and 30% under conditions as determined in T2. Results from this study suggest that a combination of elevated ozone concentrations and reduced solar irradiance could result in substantial dry matter loss in the Chinese wheat-growing regions.     

不同产量水平旱地冬小麦品种干物质累积和转移的差异分析

旱地小麦高产栽培中品种起着重要作用,研究不同产量水平旱地冬小麦品种干物质累积和转移的差异,对黄土高原旱区作物高产稳产有重要意义。以9个旱地冬小麦品种为材料,通过田间试验研究了不同产量水平旱地冬小麦品种的生物量、花前花后干物质累积量、干物质转移量、转移率及转移干物质对籽粒的贡献率、叶面积、SPAD值以及光合速率的差异。结果表明,不同小麦品种的生物量、花前花后干物质累积量、干物质转移量、转移率及转移干物质对籽粒的贡献率均存在明显差异。与不施肥相比,高、中、低3个产量水平小麦品种在低养分投入时,成熟期生物量分别提高29%,22%和6%,高水平时分别提高46%,39%和23%,高产品种的生物量及其对养分投入的敏感程度明显高于低产品种。不同品种的花后干物质累积量随养分投入水平提高而增加,但花前营养器官中储存物质的转移量、转移率和对籽粒的贡献率却明显随之下降。功能叶(旗叶)在灌浆期高、中、低3个产量水平品种的SPAD值在低养分投入条件下分别为20.7、17.5和13.7;高养分投入时,分别为35、26.1和16.8。高产品种西农88的光合速率为6.0μmolCO.2m-.2s-1),中产和低产品种的平均光合速率分别为4.3μmolCO.2m-.2s-1和4.0μmolCO.2m-.2s-1,高产品种功能叶(旗叶)在灌浆期能保持较高的SPAD值和光合速率,因而花后能生产较多的干物质,但其花前干物质转移量、转移率及转移干物质对籽粒的贡献率均没有明显优势。可见,花后较高的叶绿素水平、光合速率和干物质累积是旱地小麦品种高产的重要原因。选择优良品种,采取合理的栽培措施,特别是通过养分调控保持花后具较高的干物质累积量是西北旱地进一步提高冬小麦产量的重要途径。     

亚高温下不同空气湿度对番茄光合作用和物质积累的影响

为了研究亚高温下不同空气湿度对番茄植株光合作用及物质积累的影响,本试验利用人工气候室,在11:00—15:00平均温度为33℃的亚高温条件下,设置3个空气相对湿度处理,分别为70%～80%(高湿)、50%～60%(中湿)和不加湿的30%～40%(低湿)。结果表明:在处理25d时,高湿处理番茄叶片叶绿素含量、净光合速率显著高于低湿处理,而低湿处理果实空洞率比高湿处理高18.4%(P<0.05);在33℃亚高温条件下,70%～80%的相对湿度有利于光合作用的增强和果实品质的提高。     

短期深旋松对黄淮海沙姜黑土耕层结构及小麦生长的影响

针对黄淮海平原由于连年旋耕所导致的犁底层加厚上移、耕层变浅的问题,引入一种全新的耕作技术——深旋松耕,以改良耕层障碍因素,提高冬小麦产量.设置深松20 cm(SS₂₀)、深旋松30 cm(DVR₃₀)两个处理,以深松20 cm为对照,研究深旋松耕作对土壤物理特性及小麦开花期光合特性的影响.结果表明: DVR₃₀处理能够充分破除犁底层,DVR₃₀处理10～20和20～30 cm土层容重分别较SS₂₀处理降低了9.5%和11.2%,DVR₃₀处理20～30 cm穿透阻力较SS₂₀处理降低了42.3%.DVR₃₀能够增强水分入渗能力,提高土壤深层贮水量.随着深度的增加,DVR₃₀处理土壤含水量显著增加,30～40和40～50 cm土层含水量分别较SS₂₀处理提高16.9%和10.6%,且差异达到显著水平,0～50 cm土壤贮水量提高3.3%.DVR₃₀处理创造了良好的耕层环境,促进了小麦开花期光合能力的提高,与SS₂₀处理相比,DVR₃₀处理小麦开花期叶片相对叶绿素含量(SPAD)及净光合速率分别提高1.3%和15.5%,小麦地上部、地下部干物质累积量亦有显著增加,同时DVR₃₀处理通过提高小麦有效穗数,提高了产量,实际增产12.4%.综上,短期深旋松耕作能够充分破除犁底层、深松活土,为构建合理耕层结构、充分挖掘耕层潜力提供了一种新的技术手段.     

增施有机肥对冬小麦同化物积累与分配的影响

基于¹³CO₂脉冲标记法,设置单施化肥(CF)和有机肥+化肥(OF)两个处理,通过分析不同施肥模式对麦田土壤和小麦植株中的有机碳含量、光合特性和同化物转化的影响,探讨增施有机肥对冬小麦同化物积累与分配的影响.结果表明: OF处理有利于提高麦田土壤有机碳含量和小麦光合特性,从而提高了小麦植株有机碳含量和干物质积累总量.同一时期标记至成熟与标记后第7天相比,两个施肥处理下叶和茎鞘中的¹³C含量与¹³C分配率均减少;穗部¹³C含量在拔节期和灌浆期均增加,开花期均减少,¹³C分配率各时期均增加.两个施肥处理相比,OF处理有利于灌浆期光合碳向穗部转运与积累,提高小麦穗部的¹³C分配率.相关分析结果表明,干物质积累量与净输入¹³C含量、净输入¹³C分配率呈极显著正相关关系,与植株中有机碳含量呈负相关关系;净输入¹³C含量与净输入¹³C分配率呈极显著正相关关系,与光系统II的最大光能转化效率(F_v/F_m)和净光合速率(P_n)呈负相关关系.综上,增施有机肥能增加麦田土壤有机碳含量,提高小麦的光合能力和光合产物向穗部的转运,最终有利于小麦穗部的同化物积累.     

Effect of Pre-Anthesis Drought Hardening on Post-Anthesis Physiological Characteristics,Yield and WUE in Winter Wheat

A drought event can cause yield loss or entire crops to fail. In order to study the effects of continuous drought on physiological characteristics, yield, and water use efficiency (WUE) of winter wheat (Triticum aestivum L.), the variety “Zhoumai 22” was grown in controlled water conditions of the pot-planted winter wheat under a mobile rainout shelter. Foot planting and safe wintering were used to evaluate, winter wheat under different drought conditions, including light, moderate and severe drought at the jointing, heading, and filling stages. The soil water content was controlled at 60–70%, 50–60%, or 40–50% of field capacity. Experimental trials included 3 pre-anthesis drought hardening, 3 three-stage continuous drought, and 1 test control conditions. Under drought stress conditions, winter wheat leaf water potential, soil plant analysis development (SPAD), photosynthesis parameters, and yield declined due to pre-anthesis drought hardening. And the degree of decline: continuous drought > pre-anthesis drought hardening. Changes in the post-anthesis photosynthetic capacity of winter wheat were mainly related to the pre-anthesis drought level, rather than post-anthesis rehydration. The threshold of non-stomata limiting factors caused by photosynthesis at the filling stage is 40–50%FC, while comprehensive yield and WUE affected, the yield in severe drought treatments was the most significant, B3C3 and B3C3G3 decreased by 55.68% and 55.88%, respectively. Pre-anthesis drought was the main reason for the decreased crop yield. Thus, severe drought should be avoided during planting, while pre-anthesis light drought is a suitable choice for water-saving and crop production, as proper pre-anthesis drought hardening (60–70% FC) is feasible and effective.