夏玉米苗期主要生长指标的土壤水分临界点确定方法

土壤水分不足是引起作物干旱的最主要因素。准确确定作物响应土壤水分的临界点对客观辨识、监测作物干旱的发生发展具有重要意义。本研究基于6个初始土壤水分的夏玉米持续干旱模拟试验,利用多元方差分析确定了较早响应土壤水分变化的玉米生长指标,并提出了基于正态总体统计容忍下限确定引起各指标发生显著性变化的临界土壤湿度的方法。结果表明:夏玉米苗期茎含水率、叶含水率、蒸腾速率、光合速率、气孔导度和叶面积较早响应土壤水分,其临界土壤水分(0~30 cm平均土壤相对湿度)分别为72%、65%、62%、60%、58%、46%,反映出随着土壤水分降低、干旱发生发展,玉米的茎含水率、叶含水率、蒸腾速率、光合速率、气孔导度和叶面积会依次受到影响。研究结果可为夏玉米苗期干旱发生发展的监测和定量评估提供依据,也为生态系统响应阈值的确定提供了思路。     

我国1950s～1990s推广的玉米品种叶片

自1950s以来,我国玉米（Zea maysL.）产量以年递增幅度为126kg.hm-2.a-1的速率迅速提高。在高肥力自然光照条件下,通过对我国1950s、1970s、1990s等3个年代玉米主要推广品种的光合特性研究表明：当代品种叶片光合速率高且高值持续期长,光合色素叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等的含量高且持续时间长,与光合有关的蒸腾速率（E）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、气孔导度（gs）等也有较大改良,中下部叶片尤其明显;在生育后期,当代品种具有更高的光合优势。在品种更替过程中光合色素的组成比率没有显著变化,随品种更替生育后期当代品种细胞间隙CO2浓度低的原因不是气孔限制,而是叶片同化CO2能力增强的结果。我国玉米产量的大幅度提高在很大程度上应归功于叶片光合性能的改良。     

C_3和C_4植物的水分利用效率

对C3植物黄豆（Glycinemax）和C4植物玉米（Zeamays）的光合、蒸腾以及水分利用效率（WUE）进行了比较研究。结果表明,玉米WUE水平约为黄豆的2倍,这与两种植物的光合速率水平相一致,说明植物叶片的WUE主要决定于其光合速率大小。通过环境条件对两种植物的影响分析可知,玉米WUE在0-1000μmol·m-2·s-1光强范围内与光合有效辐射（PAR）呈线形关系,最适温度为29℃左右;黄豆WUE在0-　1200mol·m-2·s-1光强范围内与PAR呈线形关系,最适温度为32℃左右。     

荒漠植物梭梭群体和叶片水平气体交换对不同土壤水分的响应

为揭示C4荒漠植物梭梭的抗旱性和适应环境的光合作用特征,在人工控制土壤水分条件下,选择代表性植株,使用改进同化箱和LI-8100土壤碳通量自动测量系统组成的群体光合作用测量系统进行测量.该系统能够自动、连续观测,在测量时光、温环境因子稳定,能够准确测定植物的群体水平光合作用.使用LI-6400测定叶片水平光合作用.在相同土壤水分条件下,群体与叶片水平光合速率存在极显著差异（P〈0.001）,当土壤水分为田间持水量的50%（土壤含水量约10%）左右时梭梭的光合能力最强,群体光合速率（CAP）日均值为6.22μmolCO2m-2s-1,叶片光合速率（Pn）日均值为20.18μmolCO2m-2s-1,群体为叶片水平的30.8%.升高或降低土壤水分,梭梭的光合能力都下降.CAP与Pn的线性回归关系为CAP=0.20Pn＋1.82（r2=0.89,P〈0.001）.结果表明,适宜的土壤含水量可显著提高梭梭群体和叶片的光合能力,过高的土壤含水量不利于梭梭生长发育.梭梭群体及叶片水平的气体交换对同一水分条件有近似的响应趋势,利用拟合公式,可从叶片水平推算出群体水平的光合速率.     

外源甜菜碱对冬小麦抗旱性生理指标的影响研究

在３种不同土壤水分条件下,研究外源甜菜碱对返青－拔节期小麦叶片光合作用的影响,结果表明：随着土壤水分下降,喷施２５￣５０ｍｇ／ｋｇ外源甜菜碱对提高光合速率、胞间ＣＯ２浓度、叶面积等生理指标越明显,有效地提高了小麦生物学产量。     

灌溉条件下藏北紫花针茅光合特性及其对温度和CO2浓度的短期响应

利用LI-6400便携式光合作用测定仪, 测定不同灌溉措施下紫花针茅(Stipa purpurea)的光合特性对CO₂浓度和温度的响应, 探讨了土壤水分、温度和CO₂浓度升高对藏北高寒草地紫花针茅光合作用的影响。结果表明: 1)紫花针茅各项光合特性参数对CO₂浓度、温度和土壤水分的变化响应显著, 并表现出明显的交互作用; 2) CO₂浓度升高促进光合速率, 但CO₂浓度过高时光合速率反而下降; 温度升高抑制光合速率, 土壤水分增加对高温条件下的光合作用具有补偿作用; 土壤水分增加促进紫花针茅光合速率的升高; 3)随着CO₂浓度的升高, 胞间CO₂浓度逐渐增大, 蒸腾速率降低, 水分利用效率升高, 气孔导度逐渐减小, 且温度升高加剧气孔导度下降的程度。各光合参数在不同温度水平和土壤水分下表现不同: 气孔导度在20 ℃时达到最大值, 且土壤水分增加利于气孔导度的增大; 温度上升抑制了胞间CO₂浓度, 且在土壤水分充足的条件下更显著; 蒸腾速率随着温度的上升而加快, 蒸腾速率与土壤水分的正相关关系明显; 叶片饱和水汽压亏缺与温度成正比, 充足的土壤水分会适当降低饱和水汽压亏缺; 水分利用效率随着温度上升和土壤水分增多而减小。不同土壤水分条件下光合参数对温度的响应结果表明, 土壤水分的增加对较高温度下光合及其生理参数与温度的关系具有一定的补偿作用。     

呼伦贝尔草原羊草(Leymus chinensis)光合速率的季节变化——以鄂温克旗牧业气象试验站为例

利用2005年和2006年5～9月对内蒙古呼伦贝尔草原鄂温克旗牧业气象试验站所在地羊草光合速率的系统观测数据,分析了羊草光合速率的季节变化和年际差异,及其与气象因子和土壤水分状况的关系.结果表明:(1)在整个生长季节内,羊草光合速率的变化大致呈三峰二谷的形式,峰值分别出现在返青期之后、夏季降水高峰期和秋季降水回升期.2005年光合速率的峰值明显大于2006年,前者夏季峰值的持续时间也明显长于后者,这与该年降水量较多、相对湿度和土壤含水率较高有关.(2)羊草的光合速率与测量当日前3～8d的累计降水量均呈显著正相关关系,2005年与测量当日前6d累计降水量的相关最显著,2006年与测量当日前3d累计降水量的相关最显著.与此相似,羊草光合速率与各层土壤含水率亦呈正相关关系,且2005年的相关程度一般明显优于2006年,其中,与0～20cm土壤含水率的相关系数最大,表明羊草光合速率主要受到20cm以上土壤水分的影响.(3)在水分条件较好、气温偏低的2005年,羊草光合速率与日平均气温之间呈微弱负相关关系,与相对湿度之间呈显著正相关关系,表明在水热组合满足羊草生长需要的情况下,相对湿度通过增加或降低气孔导度对光合速率产生显著的影响,而气温对光合速率的影响不大.在水分条件较差、气温偏高的2006年,羊草光合速率与日平均气温之间呈显著负相关关系,与相对湿度之间呈不显著正相关关系,这与水热组合失衡情况下气温升高加剧蒸发,使土壤水分亏缺有关.由此可见,土壤水分状况可能是羊草光合速率决定性的影响因素,而气温和相对湿度则是次生的影响因素.     

吉林省中部玉米出苗率和产量对播种-出苗期水分胁迫的反应及其气象评估

2010-2011年春季,在吉林省中部玉米主产区开展春玉米水分胁迫和分期播种双处理试验,分析玉米出苗率和产量对土壤水分胁迫的反应,建立基于气象条件的玉米出苗率和干旱减产评估模式.结果表明： 研究期间,研究区春玉米出苗率和单产与0～20 cm土壤湿度和土壤有效水含量的关系均呈显著的二次函数关系,耕层土壤水分越充足,玉米出苗率和产量越高,干旱明显降低玉米出苗率和产量.土壤湿度在22%～24%或土壤有效水量在50～65 mm,玉米出苗率和产量较高;土壤湿度<19%或土壤有效水量<35 mm,玉米出苗率和产量明显下降.土壤湿度每下降1%,出苗率下降约6%,产量降低约7%;耕层有效水量每减少10 mm,玉米出苗率降低约13%,减产约14%.本文所设指标和模式可用于玉米出苗率和干旱减产的评估与预测.     

黄土高原不同降水类型区旱作玉米田土壤干燥化效应与土壤水分承载力模拟研究

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原不同降水类型区1960～2000年期间不同肥力水平下连作春玉米的产量变化和土壤水分效应.模拟结果表明:(1)洛川、延安、寿阳、榆林连作春玉米产量地区间差异显著,其年平均值分别为4.40、3.75、 2.50、 1.75 t/hm2.施肥增产率和水分利用效率地区间差异均显著,均表现为洛川>延安>寿阳>榆林;同一地区水分利用效率随施肥量的增加而提高,不同地区施肥增产率最大值范围不同.(2)0～7m土层逐月土壤有效含水量地区间差异显著,洛川>延安>寿阳>榆林;同一地区内肥力水平越高,春玉米耗水量越大,逐月土壤有效含水量平均值越低.在春玉米生育期内0～7m土层年度土壤有效水分增减量地区间差异显著,洛川<延安<寿阳<榆林;不同肥力处理间的差异在模拟前期为显著,在模拟后期为不显著.(3)所有地区的春玉米在连作期间0～7m土层土壤湿度剖面分布,在经历了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程后,均出现了稳定的土壤干层.土壤干燥化速度地区间差异显著,洛川<延安<寿阳<榆林;不同肥力处理间随着施肥水平的提高土壤干燥化速度加快.(4)洛川、延安、寿阳、榆林连作春玉米的适宜产量水平分别为5.25～5.54、4.26～4.58、2.34～2.74、1.37～1.62 t/hm2,相应的施肥水平分别为N240(N 240 kg/hm2,P 120 kg/hm2)～N300(N 300 kg/hm2,P 150kg/hm2)、N180(N 180 kg/hm2,P 90kg/hm2)～N240(N 240 kg/hm2,P 120 kg/hm2)、N120(N 120 kg/hm2,P 60kg/hm2)～N180(N 180 kg/hm2,P 90kg/hm2)、N60(N 60 kg/hm2,P 30kg/hm2)～N120(N 120 kg/hm2,P 60kg/hm2).     

不同有机肥量对旱地玉米光合特性和产量的影响

在渭北旱塬合阳试验基地进行了4年的旱地有机培肥试验, 研究不同有机肥施用量对旱地玉米光合特性和产量的影响.结果表明： 与单施化肥相比,施有机肥处理的玉米各生育时期的叶片光合速率和气孔导度显著增大,胞间CO2浓度显著减小;随着有机肥施用量的增加,玉米叶片各生育时期的叶片光合速率和气孔导度逐渐增大,胞间CO2浓度逐渐减小.玉米各生育时期的光合作用主要受非气孔因素限制,施用有机肥显著降低了非气孔因素对光合的限制.连续4年施用有机肥,改善了土壤养分状况,使养分不再是玉米光合速率和产量的主要限制因子.     

水分亏缺对蚕豆光合特性影响的初步研究

本文报道了蚕豆现蕾至饱荚期不同时间土壤水分亏缺情况下的光合特性、光合产量及蚕豆水分亏缺敏感期。蚕豆现蕾后给予土壤干旱处理,光合速率、叶绿素含量、叶面积、气孔开度、生物产量及籽粒产量下降,但气孔密度和呼吸速率增加。水分亏缺使叶片光饱和点由50kLx降至30kLx,气孔开度日变化呈单峰(9—11时)曲线。始荚至盛荚期对土壤干旱最敏感,此期是蚕豆灌水的关键时期。     

微波辐射菘蓝种子的生物学效应研究

以菘蓝(Isatis indigotica Fort)为实验材料,研究了微波辐照中药菘蓝种子对幼苗光合色素含量、净光合速率、气孔导度与水分利用率、可溶性糖含量及幼苗生长发育的影响。研究结果表明：与对照相比,4种处理均能不同程度提高菘蓝幼苗光合色素含量、净光合速率水平、气孔导度与水分利用率,可溶性糖含量以及促进幼苗生长发育,比较而言8s微波预处理效果最好。并在此基础上讨论了微波的作用机理及影响幼苗光合作用的机理。     

土壤水分充足条件下羊草和大针茅光合速率午间降低的原因

本文研究了典型草原地带两个主要建群种,羊草和大针茅在没有土壤水分胁迫情况下的光合作用日进程,并分析了光合午间降低的原因。光合作用日进程为午前高峰型;午间,光合速率有所下降。光合午间降低的主要原因是大气湿度减小,引起叶片含水量和气孔传导率下降所致。午间温度和光强升高,导致光呼吸速率增大是次要原因。CO2浓度降低和光合产物积累对光合午间降低也起一定作用。而生物节律与光合午间降低没有关系。     

青海高原小麦叶片净光合速率日变化的中午降低现象对环境中生态因素的响应

以土培盆栽和大田栽培小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍ）为研究材料,探讨了青海高原小麦在正常生长的自然条件下,出现的土壤水分含量（ＳＷＣ）的变化所引起的植物叶片相对含水量（ＲＷＣ）和叶水势（ｗｌ）的变化以及自然强光（ＰＦＤ;Ｑ）导致的高温（Ｔａ）所产生较低的空气相对温度（ＲＨ）对小麦叶片净光合速率（Ｐｎ）日变化的中午降低现象的影响。结果表明,在大田小麦正常生长的自然条件下,当ＳＷＣ等于或低干３０％时,小麦叶片的ＲＷＣ和ｗｌ下降,气孔导度（Ｇｓ）变小,气孔阻力增大,ＣＯ＿２的供给受到了限制,从而也引起了小麦叶肉细胞进行光合作用的能力下降,Ｐｎ日变化就出现了明显的中午降低现象。当ＳＷＣ在８０％左右时,小麦叶片的ＲＷＣ和ｗｌ升高,Ｇｓ增大,气孔阻力变小,ＣＯ＿２供应充分,小麦叶肉细胞进行光合作用的能力增强,Ｐｎ日变化就没有出现中午降低现象（图１）,而青海高原偶然出现的自然强光（ＰＦＤ）导致较高的Ｔａ所产生较低的ＲＨ％和较低的ＳＷＣ一样也是晴天中午,小麦叶片Ｐｎ日变化产生中午降低现象的直接原因。所以说,晴天中午,青海高原大田ＳＷＣ的高低和ＲＨ％的大小是引起小麦叶片Ｐｎ日变化出现中午降低现象轻重与否的主要生态因素     

土壤水分亏缺对春小麦根系干物质累积和分配的影响

在人工气候室中进行实验,实施光、温自动控制,研究了土壤水分对春小麦根系干物质积累和分配的影响,３个处理是春小科整个生长发育期内土壤水分分别控制在田间持水量的３０％,６０％,９０％,实验结果表明,在四叶一心－抽穗开花期间,３个处理气孔阻力逐渐降低,光合速率蒸腾速度逐渐上升,其中,中等水分条件下蒸腾速率明显低于充分供水,而光合速率则接近或显著高于是。抽一开花期,下层以根长,根竽中等水分处理显著高于其余     

采煤塌陷影响下土壤含水量变化对柠条气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响

采煤塌陷引起的土壤环境因子的变化对矿区植物生长的影响越来越受到人们的关注,气孔导度、蒸腾与光合作用作为环境变化响应的敏感因子,研究植物气孔导度、蒸腾与光合作用的变化是揭示荒漠矿区自然环境变化及其规律的重要手段之一。研究采煤塌陷条件下植物光合生理的变化是探究煤炭开采对植物叶片水分蒸腾散失和CO_2同化速率影响的关键环节,是探讨采煤塌陷影响下植物能量与水分交换动态的基础,而采煤矿区植物叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率对采煤塌陷影响下土壤含水量变化的响应如何尚不清楚。选取神东煤田大柳塔矿区52302工作面为实验场地,以生态修复物种柠条为研究对象,对采煤塌陷区和对照区柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率以及土壤体积含水量进行监测,分析了采煤塌陷条件下土壤含水量的变化以及其对柠条叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响。结果显示:(1)煤炭井工开采在地表形成大量裂缝,破坏了土体结构,潜水位埋深降低,土壤含水量均低于沉陷初期,相对于对照区,硬梁和风沙塌陷区土壤含水量分别降低了18.61%、21.12%;(2)柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率均与土壤含水量呈正相关关系;煤炭开采沉陷增加了地表水分散失,加剧了土壤水分胁迫程度,为了减少蒸腾导致的水分散失,柠条叶片气孔阻力增加,从而气孔导度降低,阻碍了光合作用CO_2的供应,从而导致柠条叶片光合作用速率的降低,蒸腾速率也显著降低。     

土壤干旱条件下磷素营养对春小麦水分状况和光合作用的影响

研究了土壤干旱条件下磷素营养对春小麦水分状况和光合作用的影响。结果表明：土壤干旱下,磷素营养明显改善了春小麦的水分状况,维持了较高的ψｗ和ＲＷＣ,并因而导致了较高的净光合速率和较大的气孔开度。不同干旱程度下,限制春小麦光合的因子并不相同,轻度干旱下,光合降低主要是气孔的作用,而严重干旱下则主要是非气孔因子的作用。无论何种水分水平下,施磷处理的净光合速率皆高于不施磷处理,与其较大的气孔导度和叶肉光合     

春小麦对骤旱的响应特征及其阈值分析

与缓慢发展的干旱过程不同,骤旱具有发生速度快,短期内可致害的特点。目前,关于作物骤旱致害的临界阈值及其调控机制尚不清楚。以春小麦为供试作物,通过桶栽试验,模拟研究骤旱过程中小麦受旱致害的过程特征及其控制因素。结果发现,发生骤旱时土壤含水量下降呈先快后慢的变化趋势,叶片水分和叶水势则呈先慢后快的指数变化趋势。叶片光合生理指标对土壤水分的下降存在明显的阈值响应,且不同生理指标的阈值并不完全相同,其中净光合速率与表征叶片光合能力的指标（最大羧化速率）对土壤有效含水量的响应阈值为0.4,气孔导度和蒸腾速率对土壤有效含水量的响应阈值分别为0.5和0.4。而小麦光合生理指标对叶片水分和叶水势的阈值响应并不明显。同时依据各生理指标相关和通径分析结果得出,骤旱发生时引起小麦叶片净光合速率快速降低的主导因子为非气孔因素,而并不是以往作物受旱研究中的气孔因素。本研究结果有望丰富干旱影响认知,并可为科学应对干旱提供依据。     

几种作物的生理指标对土壤水分变动的阈值反应

 在生长盛期,谷子、高梁、冬小麦的气孔导度、叶水势和光合速率在一定土壤含水量范围内并不随着土壤含水量的降低而发生明显变化,只有当土壤含水量低于一定程度时,才随着土壤湿度的降低而减少,表现为对土壤水分有明显的阈值反应。不同作物此阈值下限存在差异,高粱在大于田间持水量42％～45％的根层土壤湿度条件下,气孔阻力和叶水势基本维持恒定;谷子的这个指标在50％左右,冬小麦在60％左右。而夏玉米在所试土壤湿度范围内(20％～30％土壤体积含水量),气孔阻力和叶水势基本维持不变,而光合作用随着土壤含水量的增高而出现增加趋势。表明在这4种作物中,只有玉米需要充足的水分供应才能维持其良好的生长发育,而高粱具有比其它3种作物更强的适应土壤水分变动能力,从而比其它作物更抗旱和耐旱。     

全膜覆土下施有机肥对春小麦旗叶碳氮比、光合特性和产量的影响

于2016和2017年,以春小麦品种‘陇春27'为试验材料,在甘肃省中部半干旱雨养农业区设置定位试验,分析全膜覆土平作穴播(PMS)、全膜覆土平作穴播+有机肥(PMO)、裸地平作穴播(CK)3个处理春小麦抽穗至灌浆阶段土壤水分与群体冠层温度、净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)、旗叶C/N、旗叶全氮之间的相互关系,探讨不同处理对产量及其构成要素的影响。结果表明: 施用有机肥可提高小麦生育中后期土壤含水量,PMO抽穗至灌浆阶段0～300 cm土层土壤贮水量较PMS和CK分别提高4.6%和8.5%,群体冠层温度分别降低0.1～1.3 ℃和1.4～4.9 ℃,P_n分别提高9.3%和29.7%,g_s分别提高30.9%和103.8%,T_r分别提高5.1%和55.0%,全氮含量分别提高6.6%和18.9%,C/N分别降低6.4%和22.8%。收获后,PMO较PMS和CK显著促进穗粒数和千粒重增加,籽粒产量分别提高9.1%和53.7%。抽穗至灌浆阶段旗叶P_n和g_s与C/N呈负相关性;C/N与籽粒产量呈显著负相关。因此,半干旱区全膜覆土穴播条件下施有机肥可提高春小麦抽穗至灌浆阶段土壤含水量,促进旗叶光合作用,有利于降低生理干旱胁迫强度和旗叶氮吸收同化限制,促进穗粒数和粒重增加,使产量提升。