伤根对玉米光合作用和水分利用效率的影响

1　引　　言在世界范围内 ,水资源的短缺日益受到人们的关注 ,农业水资源的高效利用已是世界农业亟待解决的主要问题 .因此 ,现代农业不应再单纯满足于高产 ,还应着眼于节约资源 ,提高水资源利用效率 .近年来 ,为了提高产量及水分利用效率 ,农业科技工作者在植物 水分方面做了大量的工作[1～ 3 ,5～ 7,9～ 12 ] .在人类的农业生产实践中 ,水稻插秧、幼苗移栽以及对作物的中耕等都可以使植株生长状况好转 ,作物产量提高 ,而这些措施都会对植物根系产生一定的影响 .对作物根系进行人为的伤害 ,也可能会改善作物生长状况 ,调节作物对有限土壤水…     

优质牧草水分利用效率提高技术研究综述

水资源短缺是干旱半干旱区草地牧草生长的核心限制因子。在有限的水资源基础上,研发提高牧草的水分利用效率和提高牧草生产力的技术,是牧区草业持续稳定发展的关键途径。本文综述了国内外相关进展,系统阐述了提高牧草水分利用效率的灌溉调控、地表覆盖、耕作调控、微生物调控和植物蒸腾抑制等措施和技术;对目前中国北方草地在牧草水分利用效率提高方法研究领域存在的问题、未来需要加强的研究方向进行了分析。未来研究需要从加强抗旱优质牧草品种的筛选和培育、重视牧草水分利用效率田间原位实验和加强抗旱机理与水分利用率提高机制研究、应用先进的研究技术和方法、建立水分高效利用的综合技术体系和复合管理模式等4个方面开展。     

土壤水分状况对长白山阔叶红松林主要树种叶片生理生态特性的影响

现在水资源缺乏已成为全球性问题 ,对植物产生极大的影响 ,水分亏缺影响植物的整个生长过程 ,不论是外部形态还是内部结构以及各种代谢过程均受到影响。一般认为 ,植物的不同程度水分亏缺都对其生长不利 ,但也有的研究表明 ,适度的水分亏缺能促进植物的生长[13 ,15] ,这主要是由于不同植物在不同程度水分亏缺条件下碳同化与水分利用机制间存在差异的结果[6,7,14 ] 。本研究以温带典型森林类型阔叶红松林主要树种为研究对象 ,通过观察不同树种光合能力、水分利用率等生理生态特性对不同土壤水分条件响应程度和耐干旱程度 ,为进一步分析未来气…     

间作系统的水分竞争互补机理

综合国内外间作复合群体水分高效利用的特征及其种间竞争互补机理,展望了未来间作研究的重点方向及领域。间作复合群体可提高作物水分利用效率,有利于创造适宜作物生长发育的土壤水分环境。竞争和互补是同一种间关系的两个方面,量化间作作物对土壤资源的竞争和互补效应是间作研究的重要问题。间作作物种间竞争互补的影响因素包括:作物种类、种植密度、空间布局、环境要素等。针对种间竞争互补主导间作水分利用,但协同调控二者理论依据薄弱问题,未来研究重点领域包括:(1)研究间作作物干物质累积、分配和水分生产力时空变化,早熟作物收获后晚熟作物的恢复效应,明确水分利用效率与种间竞争互补强弱消长的相关关系;(2)检测土壤水势和有效水分的时空动态,解析土壤水分迁移与种间竞争互补的关系,形成水分供给调控竞争互补的理论依据;(3)研究间作对作物水分生理生长指标的影响,揭示水分生理生态特性对种间竞争互补的响应机制;(4)探讨根冠协同发育与群体水分利用、种间竞争互补的相关关系,阐明根冠协同调控优化种间关系、提高水分利用效率的基本机理。集成不同尺度研究成果,形成间作水分高效利用的种间竞争互补调控理论,为深化种间关系研究,推动缺水地区间作发展提供理论和技术支撑。     

非充分灌溉及其生理基础

介绍了非充分灌溉的概念及内涵,主要阐述了在非充分灌溉条件下,作物体内产生的适应性生理反应,经非充分灌溉及轻度干旱处理,作物气孔阻力增加,蒸腾失水减少,作物水分散失对气孔开度的依赖性大于光合对其的依赖性。可通过气孔调节作物光合与水分的关系,最终提高作物的水分利用效率;有限度的水分亏缺,有利于同化物向籽粒调运,利用^14CO2标记研究表明,生长后期水分亏缺下,小麦体内存在对花前营养器官“临时库”同化物的再动员和对产量的补偿机制;适度水分亏缺促进了小麦等作物初生根的生长发育,增加深层土壤中的根系与根系活性,防止后期根系早衰。总之,在非充分灌溉条件下,作物能够在营养生长,物质运输和产量形成等方面产生有效的补偿机制,可作为非充分灌溉的重要理论基础。     

交替灌溉的节水调质机理及同位素技术在作物水分利用研究中的应用

基于节水灌溉技术原理与作物感知缺水的根源信号理论而提出的根系分区交替灌溉,是交替对作物部分根区进行正常的灌溉,其余根区受到适度水分胁迫的灌溉方式。应用同位素示踪技术追溯分根区交替供水条件下土壤-作物系统水分运转途径并揭示其节水调质机理是一个重要的研究方向。本文对根系分区交替灌溉的节水调质效应、节水机理、稳定性氢氧同位素在植物水分运移中的应用以及稳定性碳同位素在植物水分利用效率中的应用研究进展及应用前景作了简要介绍,并对将来需要重点研究的方向作了展望。以期为充分挖掘作物生理节水潜力,大幅度提高作物水分利用效率和实现节水、丰产、优质、高效的综合目标提供有效的调控途径。     

农田水氮关系及其协同管理

作物施氮反应及其氮肥利用率不仅取决于氮肥管理,还与水资源管理有关,并且受到地区气候因素的影响。针对中国灌溉农区氮肥环境污染问题日益突出,协调农田水氮管理,如通过改善水资源管理,发挥水氮协同效应,以提高水分利用效率来改善氮肥利用率,实现水氮利用率双赢,是当前农业水氮管理中亟待探讨和回答的问题。通过对农田水氮协同相关研究文献资料的综述,以华北平原集约种植体系水氮管理为例,根据历年统计数据,分析了该区年水热条件下粮食产量与水、氮及水氮利用效率之间的关系。研究表明,水和氮与作物产量在一定范围表现为水氮的协同效应。水分利用效率一般随灌溉水量减少及氮肥用量增加而提高;氮肥利用效率随氮用量增加而下降。适量节水和减氮分别有助水分利用效率和氮肥利用效率的改善。在气候变暖、变干条件下,适量施氮成为改善水氮利用效率的关键对策。     

辽西地区农田水分状况的研究Ⅰ.旱地作物的水分平衡估算及其调控

本文对辽西地区主要作物田间水平衡分量进行了估算。系统研究了4种处理对水平衡方程各分量及水分调控效果的影响。分析了不同处理的作物生长、产量反应及水分利用效率。结果表明秋翻冬灌处理的储水能力分别高于秋翻不灌、秋翻春灌及深松冬灌3个处理。秋翻冬灌可使1m褐土土体增加有效储水约100mm,占该土体总有效水的2/3,使该区主要作物足以抗御春旱和夏旱,并明显提高水分利用效率。秋翻冬灌且每隔2—3年深松1次为最好的组合措施。     

密度、施肥对旱地春小麦产量、水分利用效率和籽粒养分含量的补偿效应

为了探明旱作条件下无机营养对作物产量和水分利用效率的补偿效应,我们在宁南黄土高原半干旱地区开展了为期两年的春小麦密度与肥料试验。通过4种播种密度和5种肥力水平的综合研究结果表明,在不同处理的籽粒产量和水分利用效率排序中,播种密度为500粒／m^2时,以施肥量90kg／hm^2N和135kg／hm^2P2O5处理的产量和水分利用效率为最大。与不施肥的对照相比,增施肥料与籽粒产量和水分利用效率的提高成显著的正相关关系,相关系数分别达到0．959和0．894,而播种密度则与产量和水分利用效率的相关性不显著。增施肥料虽然能够提高可育小花数,但随着播种密度的增大,穗粒数和千粒重反而呈下降趋势,表明可育小花数对肥料水平反应敏感,而穗粒数和千粒重主要受播种密度的影响。施肥能够促进春小麦根系的生长发育,特别是促进浅层根量的增加,增强了作物的水分养分吸收。另外,不同种类肥料配施的结果表明,单施P肥或者N、P、K配合施用,可使春小麦产量分别提高44．6％和55．4％。N、P、K配合施肥还能够提高品质,使籽粒中的P、N、K含量分别提高18．5％、18．4％和8．1％。上述研究结果说明,控制播种密度、改善土壤肥力对于促进旱地春小麦高效利用有限水分具有明显的补偿效应。     

中国西南岩溶区水分利用效率变化及其对气象要素的响应

水分利用效率（WUE,Water use efficiency）是衡量水资源利用率的重要指标,对气候变化有明显响应,中国西南岩溶区生态缺水严重,水资源利用问题亟需解决,但该区域水分利用效率对气象要素的响应仍不明晰。利用MODIS总初级生产力（Gross primary productivity,GPP）和蒸散发（Evapotranspiration,ET）数据集计算中国西南岩溶区的水分利用效率,结合气象数据和归一化植被指数（NDVI,Normalized difference vegetation index）数据,采用Theil-Sen Median趋势分析和Pearson相关分析,揭示了其水分利用效率的时空变化特征及对气象要素的响应。结果表明：2000-2014年中国西南岩溶区年水分利用效率与植被生长期水分利用效率（AGS-WUE）时间序列变化趋势相近,春、秋季水分利用效率呈上升趋势,夏季呈下降趋势;年水分利用效率呈上升趋势,与降水呈负相关,喀斯特地区与气温呈正相关,非喀斯特地区呈负相关,NDVI增长是主要驱动因素;年水分利用效率和AGS-WUE从东南到西北逐渐升高;非喀斯特地区水分利用效率高于大部分喀斯特地区;总体上高海拔地区水分利用效率高于低海拔地区。气温、海拔及喀斯特发育程度综合影响喀斯特地区水分利用效率。本研究结果能为提高喀斯特生态系统水分利用效率提供理论参考。     

水分胁迫对冬小麦叶片CO2／H2O交换参数的影响

Changes of CO2/H2O exchange parameters were continually measuredin winter wheat under different water stress stages.The results showed that photosynthesis rate and transpiration rate of winter wheat in water stress conditions were obviously lower than that in non-stress conditions.After water stress,both of them slowly increased and even overtook that on sufficient irrigation treatment. Responses of winter wheat to water stress in different growth stages were different.To some extent, water stress can improve crop water use efficiency,speed up the process of milking.Under water stress condition,stomatal conductance limited diurnal changes of photosynthesis and transpiration in the morning but not in the afternoon.Transpiration is more sensitive to water stress than photosynthesis.     

不同施肥水平对旱地冬小麦水分利用效率的影响

1987—1988年,研究了旱地施肥对冬小麦(Triticum aestivum cv．Shanhe No．6)水分利用效率的影响,初步探讨了“以肥调水”的生理机制。施肥不仅提高了旱地土壤含水量,更重要的是提高了土壤水势和土壤水的有效性,从而增加了有效水分利用。施肥增大旱地冬小麦绿叶面积,延缓叶片衰老,从而降低土壤蒸发,增加蒸腾用水潜势和光合潜势,但净同化率不一定提高。施肥增加旱地冬小麦总的水分利用(ET,即蒸散量)和蒸腾(T)用水,增加地上部生物产量,提高了经济产量和水分利用效率。施肥使冬小麦同时具有耗水和节水以抵御干旱的能力,对植株具有调节作用,使之更好地适应干旱环境。     

Leaf gas exchange of upland and lowland rice cultivars

Leaf gas exchange of upland and lowland rice cultivars were measured during late vegetative and during grain filling stages in the field under upland and lowland growth conditions. The rate of photosynthesis and water use efficiency (the rate of photosynthesis/the rate of transpiration) under upland conditions decreased with ageing, but generally varied little among four cultivars. At mid-grain filling under lowland conditions, upland cultivars showed lower rates of photosynthesis and transpiration than the lowland cultivars with concomitant reduction in whole plant conductance. At this stage, water use efficiency was higher under upland conditions than under lowland conditions, particularly in the upland cultivars. Water stress reduced the rate of photosynthesis without altering water use efficiency.     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

干旱与复水对小麦光合和产量的影响

通过不同生育期变水处理,研究干旱胁迫和复水处理分别对不同基因型小麦光合和产量影响。结果表明：拔节期为亏缺敏感期,该期胁迫引起产量显著降低,相比充分供水处理普通小麦减产25．93％,同时光合速率、水分利用效率、收获指数均下降,蒸腾增强;灌浆期为复水高效期,对比胁迫处理普通小麦增产38．78％,光合增强,水分利用效率和收获指数增加,蒸腾减弱。     

冬小麦对有限水分高效利用的生理机制

通过对不同土壤供水条件下的孕穗开花期的冬小麦叶片CO₂/H₂O气体交换参数的系统测定,研究了光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO₂浓度(Ci)、叶温(Tl)与水分利用效率(WUE)间的关系。结果表明,WUE并不随Pn的增长直线增长,而是呈现出二次曲线的变化趋势;只有当蒸腾达到一定程度时,Tr才对WUE产生影响,而Tr过大时WUE则有下降的趋势;WUE与Ci呈负相关,随Ci的增加WUE呈递减趋势;叶温升高对光合和蒸腾都有促进作用,当超过了某种限度则表现为抑制作用,表明在一定温度范围内,Tl升高对水分利用不利;随Gs的增大,WUE增大到一定程度则不再增加,甚至出现一种回落趋势.     

不同年代推出的冬小麦品种叶片气体交换日变化的差异

选择 6 0年来北京地区广泛种植的 3个冬小麦 (TriticumaestivumL .)品种 ,在相同的环境条件下种植。为了研究它们的产量与单位叶面积的净光合速率 (Pn)的关系 ,测定了不同生育期Pn、蒸腾速率 (Tr)的日变化 ,并用Pn/Tr计算叶片瞬时的水分利用率 (WUE)。结果表明 :单位叶面积净光合速率与产量之间的关系随生育期不同而变化。在拔节期高产品种“京冬 8号”(九十年代推出 )的光合速率和蒸腾速率在一天中总是最高 ,一天中差异最大时 ,分别比低产品种“燕大 1817”(四十年代推出 )高 77%和 6 9%。而其水分利用率却小于低产品种。这种差异随小麦的生长发育而变化 ,一般上午 10 :0 0前“京冬 8号”的光合速率较高 ,而 10 :0 0后“燕大 1817”的光合速率较高。到腊熟期 ,低产品种“燕大 1817”的光合速率在一天中始终最高。蒸腾速率的变化规律与光合速率相似 ,然而“燕大1817”叶片的水分利用率一般最高。与现代推出的品种不同 ,老品种“燕大 1817”叶片的光合作用午休现象不明显 ,说明它可能具有一定的抗光氧化性。我们认为 ,在品种改良的过程中 ,叶片光合作用的潜力可能有所提高 ,但它的抗光氧化性可能减弱。     

CO2浓度升高对干旱胁迫下小麦光合作用和抗氧化酶活性的影响

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灌溉和种植方式对冬小麦生育后期旗叶光合特性及产量的影响

于2009—2011年通过田间试验,以高产中筋冬小麦品种济麦22为材料,设等行距平作、宽窄行平作、沟播3种种植方式,每种种植方式下设不灌水(W₀)、灌拔节水(W₁)、灌拔节水+开花水(W₂)、灌拔节水+开花水+灌浆水(W₃)4种灌溉处理(每次灌水量为60 mm),研究不同灌溉和种植方式对冬小麦生育后期旗叶光合特性和产量的影响.结果表明: 随冬小麦灌水量的增加,3种种植方式下小麦花后旗叶叶面积和光合速率均增加,光系统Ⅱ最大光化学效率和实际光化学效率也增加;与W₀处理相比,各灌水处理提高了小麦籽粒产量,但水分利用效率(WUE)降低.同一灌溉条件下,与其他两种种植方式相比,沟播方式小麦花后旗叶光合速率、光系统Ⅱ最大光能转化效率和实际光化学效率均较高,且W₂处理籽粒产量显著高于其他处理.统筹考虑冬小麦的籽粒产量和WUE,沟播结合灌拔节水+开花水是华北平原冬麦区较适宜的节水种植方式.     

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.