半干旱区膜上覆土穴播对春小麦旗叶光合作用和水分利用的影响

在甘肃定西大田定位试验的基础上,2012—2013年连续2年比较了全膜覆土穴播(PMS)、覆膜穴播(PM)和露地穴播(CK)春小麦旗叶的SPAD值、叶绿素荧光参数、光合气体交换参数以及叶面积指数(LAI)、产量、耗水量和水分利用效率.结果表明: PMS提高了小麦旗叶SPAD值,扬花后显著高于PM,增加了10.0%～21.5%,较CK增加了3.2%～21.6%.PMS的旗叶最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)和光化学猝灭系数高于PM和CK,较PM最高分别提高了6.1%、9.6%和30.9%,并在灌浆期达到显著差异;而PMS的非光化学猝灭系数(q_N)值最低,并在抽穗期与PM达显著差异水平,2012和2013年分别降低了23.8%和15.4%.PMS的气孔导度(g_s)较PM和CK高,在灌浆期与PM达到显著差异,2012和2013年分别提高了17.1%和21.1%;PMS的蒸腾速率(T_r)较PM提高了5.4%～16.7%,光合速率(P_n)增加了11.2%～23.7%,旗叶瞬时水分利用效率(WUE_i)提高了5.6%～7.2%(除2013年抽穗期外),并在2012年扬花期达到显著差异.PMS的LAI高于PM和CK,尤其在季节性干旱的2013年达到显著差异.因此,PMS提高了叶片SPAD值,增强了旗叶对光合能量的同化能力和气体交换强度,使更多的光合能量进入光化学同化方向,降低了热耗散,使P_n增加,提高了旗叶WUE_i,基于较高的光合速率和群体LAI,最终提高小麦产量和水分利用效率.     

半干旱区旱地春小麦全膜覆土穴播对土壤水热效应及产量的影响

以春小麦"陇春27"为试材,研究半干旱区旱地全膜覆土穴播对土壤水热效应及小麦产量的影响。结果表明:与裸地平作(CK)相比,全膜覆土穴播(PM)和全沙覆盖平作(SM)增温效果呈"挂钩型",增温效果在小麦拔节期前最为明显,PM 0-25 cm土壤平均温度较CK提高1.8 ℃,全沙覆盖平作提高1.4 ℃,拔节后PM和SM的增温效果逐渐减弱直至消失,而在成熟期又呈现较弱的增温效果。PM和SM能提高小麦出苗后耗水速度并加大耗水量,其中,小麦拔节到扬花期耗水量增加最多,分别较CK平均增加54.93%和31.54%,且此阶段越是干旱,促进耗水作用越明显,PM促进作用大于SM。PM和SM能显著提高小麦阶段性水分利用效率(WUE_b),其中PM以苗期提高最多,2a平均较CK提高365.17%,SM拔节期提高最多,2年平均较CK提高119.00%。PM和SM在增温、促进耗水作用下使小麦各生育期提前并增加单株干重,产量较CK分别平均增加432.28%和375.82%, 水分利用效率(WUE)分别平均增加351.51%和338.29%,而且越干旱年份增产效应愈加明显。可见,PM和SM在越为干旱的年份促进耗水、增产和提高WUE的作用越显著,PM效果强于SM。     

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。     

西北旱地春小麦不同覆盖措施的温度和产量效应

在西北半干旱雨养条件下,以春小麦为材料,研究了夏季覆膜(T1)、秋季覆膜(T2)、春季覆膜(T3)、小麦碎秆覆盖(T4)、小麦整秆覆盖(T5)、夏季覆膜+麦秆还田(T6)和无覆盖对照(CK)7个处理间0—20 cm土壤温度、产量和重要农艺指标的差异。结果表明:处理间在不同生育时期、不同土层的土壤温度存在显著差异。生育时期间比较,处理间土壤温度差异以播种期—分蘖期最大、蜡熟期—成熟期次之、拔节期—灌浆中期较小;土层间比较,处理间土壤5 cm处的温度差异依次大于10 cm、15 cm、20 cm处。T6在各时期、各土层均表现出突出的增温效应,全生育期土壤平均温度较CK高0.57℃,以成熟期、播种期及分蘖期增温效果较大;其它覆盖处理存在增温和降温的双重效应,增温效应覆膜秸秆覆盖,而降温效应则秸秆覆盖覆膜,各处理的32个土壤温度测试点中,增温点次以T4最少(仅有9个),降温点次为23个,且T4降温幅度最大,全生育期0—20 cm土壤平均温度较CK低0.63℃,降温效果在播种期和分蘖期尤为突出。覆盖处理全生育期土壤平均温度表现为覆膜CK秸秆覆盖。温差最高值出现在分蘖期土壤5 cm处的T6与T4间,T6高出T44.23℃。T6可以平抑生育期间土壤温度的变化,其它5个覆盖处理则加剧土壤温度的波动,以T4处理的土壤温度波动最明显(CV为32.4%)。处理间产量、单位面积穗数、穗粒数间差异显著,而千粒重差异不显著。无论覆膜还是秸秆覆盖,都较CK穗粒数显著增加(17.4%—36.3%)。除T5较CK显著减产14.1%外,其它覆盖处理均较CK显著增产21.7%—37.3%,其中以全膜覆土穴播基础上的秋季覆膜(T2)增产最显著,适宜在西北旱地春小麦产区推广应用。土壤温度主要影响营养生长,拔节—开花期0—20 cm的土壤温度与株高高度正相关(0.77*—0.92**),但覆盖引起土壤温度的变化最终对西北旱地春小麦产量没有关键影响。     

不同耕作方式对旱地全膜双垄沟播玉米产量和水分利用的影响

为明确新型耕作技术--立式深旋耕作对西北黄土高原半干旱区土壤水分含量、玉米产量和水分利用效率的影响,采用随机区组设计,于2016和2017年设置立式深旋耕作40 cm （VRT）、深松40 cm （SS）、旋耕15 cm （TT）和免耕（ZT）4种耕作方式,测定0-300 cm土层土壤含水量、地上生物量、叶面积指数（LAI）和SPAD、产量等指标,计算阶段耗水量、水分利用效率（WUE）等。结果表明,VRT在2017年播前0-40 cm土层的土壤贮水量分别较SS、TT、ZT增加了7.7、8.6、6.6 mm,在0-100 cm土层增加了18.2、22.8、20.2 mm,均达到显著差异。VRT显著促进干旱年的花前耗水和平水年的花后耗水,提高玉米地上生物量、LAI和SPAD,其中地上生物量较SS、TT、ZT分别增加了14.7%-18.3%、12.7%-18.8%和22.8%-29.1%。基于较为优势的植株生长,VRT籽粒产量较SS、TT和ZT分别增加了12.0%-13.0%、13.7%-33.6%、24.0%-47.4%。因此,虽然VRT提高了玉米耗水,并与ZT达到显著差异水平,导致收获后土壤贮水量低于其他三种耕作方式,但2017年播前0-100 cm土层土壤贮水量显著高于其他3种耕作处理;尽管0-300 cm土层土壤贮水量较SS、TT和ZT下降了11.4、14.8、20.5 mm,但它们之间无显著差异。以上结果表明,VRT能够同时促进玉米耗水和降水入渗,维持土壤水分平衡,是一种有效的抗旱增墒耕作方法,可在半干旱区玉米生产中推广应用。     

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     

干旱、CO2和温度升高对春小麦光合、蒸发蒸腾及水分利用效率的影响

研究了干旱、CO2 浓度和温度升高对春小麦生育期、光合速率 (Pn)、蒸发蒸腾 (ET)及水分利用效率 (WUE)的影响 .结果表明 ,大气CO2 浓度升高 (5 5 0、70 0 μmol·mol-1)虽可延长抽穗 成熟期 ,但高温 (日平均温度高于正常日平均温度约 4 .8℃ )对生育期的影响远大于高CO2 影响 ,使得高CO2 、高温下抽穗 成熟期缩短 ,且种子提前萌发 ;CO2 浓度升高和高温共同作用使各水分处理的小麦光合增强、气孔阻力增加、叶片水平的水分利用效率 (WUEl)和群体水平的水分利用效率 (WUE)增大 ,但对蒸腾速率影响不显著 .对蒸发蒸腾的影响因不同的土壤水分而不同 ,在高 (田间持水量的 75 %～ 85 % )、中 (田间持水量的 5 5 %～6 5 % )水分条件下 ,高温和高CO2 使蒸发蒸腾增加 ,而在低水分条件 (田间持水量的 35 %～ 4 5 % )下 ,高温和高CO2 使蒸发蒸腾减少     

干旱、CO2和温度升高对春小麦光合、蒸发蒸腾及水分利用效率的影响

研究了干旱、CO₂浓度和温度升高对春小麦生育期、光合速率(P_n)、蒸发蒸腾(ET)及水分利用效率(WUE)的影响.结果表明,大气CO₂浓度升高(550、700μmol·mol^-1)虽可延长抽穗成熟期,但高温(日平均温度高于正常日平均温度约4.8℃)对生育期的影响远大于高CO₂影响,使得高CO₂、高温下抽穗成熟期缩短,且种子提前萌发;CO₂浓度升高和高温共同作用使各水分处理的小麦光合增强、气孔阻力增加、叶片水平的水分利用效率(WUEl)和群体水平的水分利用效率(WUE)增大,但对蒸腾速率影响不显著.对蒸发蒸腾的影响因不同的土壤水分而不同,在高(田间持水量的75%～85%)、中(田间持水量的55%～65%)水分条件下,高温和高CO₂使蒸发蒸腾增加,而在低水分条件(田间持水量的35%～45%)下,高温和高CO₂使蒸发蒸腾减少.     

CO2浓度增加对半干旱区春小麦生产和水分利用效率的影响

为了解CO₂浓度升高条件下春小麦生产和水分利用效率(WUE)的响应特征,在典型半干旱区定西,利用开顶式气室(OTC)试验平台开展了CO₂浓度增加模拟试验.试验设对照(390 μmol·mol^-1)、480 μmol·mol^-1和570 μmol·mol^-1 3个CO₂浓度.结果表明: CO₂浓度升高使春小麦冠层空气温度小幅上升,10 cm深处的土壤环境温度下降;CO₂浓度增加对春小麦各器官生物量和总生物量都有明显促进作用,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,地上干物质量平均增长20.6%和41.5%,总干物质量平均增长19.3%和39.6%.生物量增加主要是由茎叶干物质量增加所致,与生育中期物质生产能力明显增强有关;在两种CO₂浓度处理下,植株根冠比分别降低7.3%和11.8%,CO₂浓度增加对春小麦地上部分干物质积累的贡献大于地下部分;CO₂浓度升高主要通过影响穗粒数来影响最终产量,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,小麦产量分别增加了8.9%和19.9%;大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用影响的长期效应不明显,随CO₂浓度升高,光合速率显著提高,蒸腾速率降低,蒸发蒸腾量减小.随CO₂浓度升高,叶片、群体和产量3个水平的WUE都增加,其中群体水平的WUE增幅最大,产量水平的WUE增幅最小.     

水分胁迫对2种科尔沁沙地植物光合和水分利用特性的影响

选用内蒙古科尔沁沙地1年生植物狗尾草(Setaria viridis)和沙米(Agriophyllum squarrosum)为材料,采用盆栽方法研究了它们在不同土壤水分处理下的光合参数和水分利用效率的日变化特征及其与环境因子的相关关系。结果表明,狗尾草和沙米的净光合速率日变化曲线在充分供水条件下均呈单峰型,在轻度干旱胁迫下均呈双峰型,而在重度干旱胁迫下分别呈双峰型和左偏单峰型。狗尾草和沙米的蒸腾速率在不同水分处理下都近似呈双峰型曲线,然而变化程度却不相同。重度干旱胁迫下,狗尾草日平均净光合速率(11.52μmol.m-2.s-1)和蒸腾速率(3.62 mmol.m-2.s-1)分别比相应充分供水处理增加7%和43%,而沙米的日平均净光合速率(7.07μmol.m-2.s-1)和蒸腾速率(5.56 mmol.m-2.s-1)则分别较相应充分供水处理降低13%和36%。重度干旱胁迫下,狗尾草水分利用效率(2.84 mmol.mol-1)比相应充分供水处理降低3.1%,而沙米水分利用效率(1.14mmol.mol-1)则较充分供水处理提高了34%。光合速率下降在充分供水条件下主要是由气孔调节,但在轻度干旱胁迫和重度干旱胁迫处理下非气孔因素调节却起到十分重要的作用。在重度干旱胁迫下,狗尾草仍具有显著高于沙米的的净光合速率和水分利用效率,这可能是其仍然能够在固定沙地分布的原因之一。     

半干旱黄土高原地区春小麦地膜覆盖研究概述

在黄土高原半干旱地区春小麦上进行的地膜覆盖试验表明,地膜覆盖通过改善耕层土壤生态环境条件,即通过改善水,热状况,活化土壤养分,对提高水分和养分利用效率,实现粮食增产具有重要作用,但近年来在生产实践和科学实验中发现,不合理的长期全生育期地膜覆盖,因在作物生长前期和中期覆膜作物较不覆膜作物生长好,覆膜作物在生长期水分蒸腾损失严重,土壤水分的蒸散（蒸发＋蒸腾）损失远比不覆膜土壤严重,在作物生长后期降水少或没有补充灌溉时,会产生严重的水分肋迫现象,显著抑制小穗分化和灌浆,最终导致收获得指数和产量下降,同时,地膜覆盖的增产作用在一定程度上是以耗竭土壤肥力,特别是在有机物质为代 的,因此,不正确的地膜覆盖（如全生育期的地膜覆盖）,不仅有时起不到显著的增产作用,而且易造成土壤养分,特别是土壤中硝态氮的累积和损失,肥料利用效率降低,土壤生态条件恶化,下降,难以持续高产,因此在确定地膜覆盖范式时,必须要考虑底墒,作物生育期降水,地膜覆盖的阶段性和氮肥的施用等。     

半干旱黄土高原地区地膜覆盖和底墒对春小麦生长及产量的影响

在年均降水量为415mm的半干旱地区黄绵土旱地上,以春小麦为供试作物进行大田实验,研究不同底墒(包括低底墒、中底墒和高底墒)下．地膜覆盖(包括不覆膜、播种后覆膜30d、覆膜60d和覆膜120d即全程覆膜)进程对作物生产的影响。结果表明．增加底墒和合理的覆膜进程均会显著增加作物的生长和产量,但底墒不同,其最佳覆膜进程不同：在低底墒时,覆膜处理反而使产量低于不覆膜处理;在中底墒时．覆膜30d产量最高,随着覆膜时间延长．产量呈下降趋势,甚至全程覆膜产量低于不覆膜处理;高底墒以覆膜60d产量最高。综合作物生长和产量,全程覆膜并没有多少实际意义。在同种覆膜处理下,随着底墒的增加,根生物量、地上干物质、叶面积及产量也增加显著,高底墒覆膜60d处理的产量在所有处理中为最高。     

黄土区地膜覆盖对麦田土壤微生物体碳的影响

研究了1999年(丰水年)和2000年(干旱年)旱地条件下不同时间覆膜(不覆膜、覆膜30d、覆膜60d和全程覆膜)对春小麦(Triticum aestivum)农田土壤微生物体碳的影响．结果表明,1999年土壤微生物体碳平均为335．3mg·kg^-1干土,2000年平均为259．3mg·kg^-1干土,前者高出后者29．37％．2年中最高微生物体碳均出现在全程覆膜处理．1999年。土壤微生物体碳在覆膜60d时即接近最高值。该处理籽粒产量也最高．2000年。由于春小麦生育后期降水丰富。在整个生育期中,微生物体碳增长表现为“增长-平稳甚至出现下降-再增长”的梯形方式,到生育后期,各处理之间才出现显著差异。全程覆膜处理的微生物体碳后期大幅度增加。与1999年接近．2年中各处理的C／N处于7．732～9．042之间。远低于11．3的临界值,C／P处于300．8～719．6之间,均高于300的临界值,不利于土壤微生物体碳的增加．微生物和作物对土壤有效态氮和磷的吸收处于竞争状态,表明该农田生态系统有机质严重不足。已经构成了限制作物生产力发挥的雷耍因素．长期地膜覆蔫和大量伸用化肥将加剧这一问题的严重性。     

全膜微垄沟穴播对春小麦土壤水热环境的影响及其光合和产量效应

减弱春季寒旱生境限制是提高甘肃中东部旱地春小麦产量的关键要素之一。本研究于2016—2018年在甘肃中部半干旱旱作区开展大田试验,以‘陇春35号’为供试品种,设置全膜微垄沟穴播(PRF)、全膜覆土穴播(PMS)和露地穴播(CK)3个处理,测定春小麦不同生育期0～300 cm土层的土壤含水量、0～25 cm土壤温度、叶片生物量、叶片叶绿素(SPAD)、光合速率、蒸腾速率和作物产量,从土壤水热-冠层发育-产量角度揭示PRF处理对土壤水热环境、水分利用效率(WUE)和产量的影响。结果表明: 与CK相比,PRF和PMS处理0～25 cm土层的土壤温度在苗期分别提高2.8和2.5 ℃,灌浆-成熟期分别降低1.4和0.9 ℃;0～300 cm土壤贮水量在播前-苗期分别增加59.7和41.8 mm;0～300 cm耗水量在苗期-灌浆期分别提高46.1和39.8 mm。与PMS处理相比,PRF处理的小麦苗期温度提高0.3 ℃,灌浆-成熟期降低0.5 ℃;播前-苗期0～300 cm土壤贮水量增加18.0 mm,拔节-成熟期耗水量提高13.0 mm。基于对土壤水热条件的优化,PRF和PMS处理的叶片生物量、SPAD值、苗期-灌浆期叶片净光合速率、蒸腾速率均显著高于CK,且PRF处理均显著高于PMS处理。PRF处理比PMS处理和CK分别增产9.1%和36.5%,WUE分别提高5.9%和30.8%。因此,PRF处理能提高苗期地温,降低灌浆-成熟期地温,促进春小麦苗期-灌浆期的耗水,提高了春小麦叶片SPAD值和生物量,增强春小麦苗期-灌浆期旗叶的光合功能,从而实现增产和水分高效利用,而且这一优势在欠水年份(2016和2017年)更加明显。     

西北黄土高原半干旱区全膜覆土穴播对土壤水热环境和小麦产量的影响

全膜覆土穴播是西北黄土高原旱作区大面积应用于密植作物栽培的关键增产技术,可显著提高降水利用率和作物生产力,但目前对其增产机制和环境效应缺乏系统研究分析。在2011—2013年以春小麦陇春27号为试验材料,设全膜覆土穴播(FMS)、地膜覆盖穴播(FM)和露地穴播(CK)3个处理,研究半干旱旱作区全膜覆土穴播的土壤水热效应及其对小麦产量的影响。结果表明,小麦苗期FMS在0—25 cm土层的平均地温比CK提高1.4—3.5℃,但孕穗到灌浆期正午地表地温比FM和CK分别降低5.3—6.4℃和3.1—4.3℃。FMS和FM使小麦拔节前0—200 cm土层土壤贮水量分别增加33.1和29.3 mm,且可促进小麦对深层水分(100—200 cm)的利用,FMS成熟期100—200 cm土层土壤贮水量比播前下降44.4—69.6 mm,较CK高8.4—145.5%,但FMS在休闲期补充土壤水分77—127 mm,分别较FM和CK增加4.5%—40.9%和12.8%—109.5%;FMS的休闲效率为30.5%—52.6%,比CK高12.8%—109.5%,比FM高4.5%—40.9%。基于对土壤水热环境和作物耗水的影响,FMS的产量达1750—3180 kg/hm2,水分利用效率为5.5—11.5 kg hm-2mm-1,分别比CK增加40%—220%和27%—239%,而且干旱年份的增加幅度更高。因此,FMS改善了小麦生长前期的土壤水热条件,调节作物不同生育期的耗水强度,显著提高作物水分利用效率和产量,并提高降水休闲效率,使小麦生育期耗散的土壤水分在休闲期得到有效补充。     

黄土高原半干旱区土壤干层水分恢复研究

黄土高原土壤干层是一个重要的生态环境问题,研究干层土壤水分的恢复对正确指导黄土高原退耕还林还草,实现该区土地的可持续利用具有重要意义。研究在黄土高原半干旱区的固原县,选择了将紫花苜蓿翻耕后3a、12a的坡耕地,对其土壤干层的水分恢复状况进行了分析。发现二者土壤干层水分最大恢复深度分别为3m、4．8m,但土壤水分含量在中效水及其之上的主要恢复层深度分别为2m、2．2m。苜蓿翻耕3a和12a后2m以上土层土壤平均湿度都能恢复到易效水或极易效水的水平,可以满足1年生农作物的生长需求而不会进一步恶化土壤水分生态环境。但即使苜蓿翻耕12a后土壤水分,也不能满足林木和多年牛豆科牧草正常生长的水分需求。