增温对青藏高原冬小麦干物质积累转运及氮吸收利用的影响

青藏高原是气候变化的敏感区,该区域作物生产受气候变暖的影响较大,但至今仍缺乏相关的田间实证研究。探讨青藏高原作物生长发育对气候变暖的响应特征,对该区域作物生产技术的创新具有重要意义。该研究以高产优质冬小麦(Triticum aestivum)品种‘山冬6号’为试验材料,在拉萨市农业科学研究所科研基地进行田间远红外增温试验,研究了日平均气温升高1.1℃对冬小麦物质分配和转运的影响。研究表明:增温处理下,播种至开花阶段群体水平的干物质积累速率、籽粒干物质分配比例和开花前贮藏同化物转运量对籽粒产量的贡献率分别比对照提高了27.5%、5.6%和68.6%,但是开花至成熟期群体水平的干物质积累速率和籽粒干物质分配量无显著差异;增温提高了冬小麦的氮积累能力,成熟期氮向籽粒的分配比例及开花期营养器官中贮存的氮向籽粒的转运率均高于对照处理,分别高6.0%和5.5%;与对照相比,增温处理的收获指数无显著差异,但籽粒产量、氮吸收效率、氮肥偏生产力和氮收获指数均显著高于对照。该试验预期升温1.1℃将促进高海拔地区冬小麦干物质向籽粒分配和转运,有利于冬小麦高产和氮高效利用。     

干旱胁迫下冬小麦光合产物分配格局及其与产量的关系

研究于2005-2006年在中国科学院封丘农田生态试验站防雨棚下进行,在充足供水(W1)、轻度干旱(W2)和严重干旱(W3)条件下,研究冬小麦周麦18(Zhoumai18)和济麦20(Jimai20)干物质积累和分配、可溶性碳水化合物(WSC)含量及其与产量形成的关系。结果显示,随着干旱胁迫程度加重,两个品种冬小麦干物质积累下降,光合产物分配格局改变。干旱胁迫导致花前叶片分配指数下降、茎和叶鞘分配指数上升,花后穗分配指数上升。干旱胁迫下冬小麦拔节期茎WSC减少,但孕穗期、开花期各器官WSC均增加。相关分析表明,冬小麦千粒重与孕穗期、开花期茎和根WSC,与开花期叶片干重显著正相关(P0.05);穗粒数与拔节期茎WSC极显著正相关(P0.01),与开花期茎和叶片干重显著正相关(P0.05)。研究认为拔节期是冬小麦需水关键期,干旱胁迫能促进光合产物向当时生长中心分配,不同生育期茎WSC是冬小麦抗旱育种的重要生理生态指标之一。     

太阳辐射减弱条件下冬小麦光合作用和干物质生产的模拟

为了深入了解太阳辐射减弱对冬小麦光合作用及产量的影响,在大田试验条件下设置了自然太阳总辐射(CK)、60%CK、40%CK、20%CK和15%CK5个太阳辐射处理组,同时测定了太阳辐射变化对不同生育期冬小麦光合作用及干物质生产的影响。在此基础上,对单叶光合速率、生理年龄、温度、CO2和叶面积指数等因子的影响函数进行了修订,建立了反映太阳辐射变化对冬小麦光合作用和干物质生产影响的作物生长模型。结果表明:该模型能较好地反映太阳辐射减弱条件下冬小麦光合速率和干物质生产的变化,其中光合速率和总干物质质量的平均相对误差分别为4.1%和8.3%,在水肥充足条件下,与对照CK相比,60%～15%CK处理的冬小麦光合速率和总干物质质量分别下降了23%～48%和35%～57%。     

硫加树脂包膜尿素控释肥对小麦干物质积累分配及产量的影响

在田间高产条件下,设置硫加树脂包膜尿素控释肥(SRCU)、树脂包膜尿素控释肥(RCU)、普通尿素加硫磺粉(SU)、普通尿素(U)处理,研究硫和SRCU对冬小麦干物质积累与分配及产量的影响.结果表明:施用RCU处理的植株干物质积累量和籽粒产量与分期施氮不施硫处理相比无显著差异.在土壤有效硫含量为43.2 mg·kg-1的条件下,施硫量为91.4 kg·hm-2的SRCU处理与相同施硫量分期施氮处理相比,花后干物质积累与分配及产量无显著差异;与无硫的RCU处理相比,花后同化物输入籽粒量、籽粒灌浆中期的灌浆速率、千粒重和产量均显著提高.在土壤有效硫含量为105.1 mg·kg-1的条件下,施硫量为120kg·hm-2的SRCU处理籽粒产量显著高于相同施硫量分期施氮处理,与不施硫分期施氮处理和RCU处理无显著差异.说明SRCU释放的氮素对冬小麦干物质积累、分配和产量的调节作用与速效氮素分期施用的效果一致.SRCU释放的硫素对冬小麦的调节作用受土壤有效硫含量高低的影响,在有效硫含量为43.2 mg·kg-1的条件下,能促进花后干物质积累和籽粒灌浆,显著提高籽粒产量;在有效硫含量为105.1 mg·kg-1的条件下,则无显著增产作用,过多施用硫磺粉还可导致产量显著降低.     

冬小麦对不同海拔气候条件的反应——Ⅱ.地上部干物质的积累及分配

本文比较了云南巧家县海拔分别为840m和2150m的两地种植的冬小麦“凤麦13”的单株总干物重的累积和干物质在各器官的分配,表明高海拔地区的低温使该处生长的冬小麦前期干物质累积速度比低地的慢,总量因之也低,而灌浆开始后积累较多的干物质。前期低地叶子的干物质占总干物重的比例比高地的大。灌浆至收获期间,低地小麦的叶和颖壳减重比高地的显著,收获时茎,鞘的干重也略低。最后就高海拔地区的较低的地温对小麦“源—库”关系的影响,讨论了高海拔地区小麦高产的可能性。     

冬小麦籽粒增重过程的动态优化研究

通过研究冬小麦籽粒增重过程。对籽粒干物质积累过程中的阶段性和层次性给以划分,获取各阶段的动态特征参数,运用全息协调的方法对其动态特征参数进行研究。找出了其内在的协调关系。并给以定量优化。结果表明,小麦籽粒干物质积累量在快速增长期主要决定于持续天数,在渐增期和缓增期主要决定于灌浆的速率。     

华北夏玉米干物质分配系数对干旱胁迫的响应

干物质分配系数反映作物各器官干物质的分配与积累,研究干物质分配系数对干旱胁迫的响应,是研究干旱胁迫对作物生长发育影响的基础.本文基于华北夏玉米主产省山东、河北和山西3个试验点2013—2015年田间水分控制试验资料,建立了夏玉米苗期、抽雄期、灌浆期3个主要发育阶段叶、茎、穗的干物质分配系数与土壤相对湿度的定量关系模型,分析了叶、茎、穗干物质分配系数对不同程度干旱胁迫的响应.结果表明: 3个阶段叶、茎、穗的干物质分配系数与土壤相对湿度均呈显著的一元二次关系.干旱胁迫下,叶片向外转运的干物质相对减少,叶干物质分配比例增加,并且在轻、中度干旱胁迫时的灌浆期(叶干物质分配系数增加0.04~0.09)以及重度干旱胁迫时的抽雄期(叶干物质分配系数增加0.17)响应最敏感.穗干物质分配系数对干旱胁迫表现为负响应,干旱胁迫越严重,分配系数越小,轻-重度干旱胁迫使穗干物质分配系数减小0.08~0.34.茎干物质分配系数对干旱胁迫的响应总体表现为灌浆期(正响应)＞抽雄期(负响应)＞苗期(负响应).     

氮肥运筹对晚播冬小麦氮素和干物质积累与转运的影响

氮素平衡对干物质积累与分配的影响是农业生态系统研究的重要内容,在保障产量前提下减少氮肥施用量可减少环境污染与温室气体排放。以晚播冬小麦为研究对象,设置4个施氮量水平:0 kg/hm2(N0)、168.75 kg/hm2(N1)、225 kg/hm2(N2)、281.25 kg/hm2(N3),每个施氮量水平下设置2个追氮时期处理:拔节期(S1)、拔节期+开花期(S2),研究了氮肥运筹对晚播冬小麦氮素和干物质积累与转运及氮肥利用率的影响。结果表明:拔节期追施氮肥(S1)条件下,在225 kg/hm2(N2)基础上增施25%氮肥(N3)对开花期氮素积累总量和营养器官氮素转运量无显著影响;拔节期+开花期追施氮肥(S2)条件下,随施氮量增加,开花期氮素积累总量和花后营养器官氮素转运量升高;S2较S1显著提高成熟期籽粒及营养器官氮素积累量、花后籽粒氮素积累量及其对籽粒氮素积累的贡献率。同一施氮量条件下,S2较S1提高了成熟期的干物质积累量、开花至成熟阶段干物质积累强度和花后籽粒干物质积累量。同一追氮时期条件下,籽粒产量N2与N3无显著差异,氮肥偏生产力随施氮量增加而降低;同一施氮量条件下,S2较S1提高了晚播冬小麦的籽粒产量和氮肥吸收利用率。拔节期+开花期追施氮肥,总施氮量225kg/hm2为有利于实现晚播冬小麦高产和高效的最优氮肥运筹模式。     

油菜地上部干物质分配与产量形成模拟模型

利用油菜器官生长与发育进程及环境因子之间的定量关系,构建了基于分配指数的油菜地上部器官干物质分配动态模拟模型.各器官干物质分配指数随着生理发育时间而变化,基因型、播期、氮素及水分水平影响各器官干物质在地上部分配的大小.其中,氮素营养水平对绿色叶片干物质分配影响最大,氮素营养水平越高,绿色叶片分配指数越大;播期影响角果分配指数,晚播的角果分配指数高于早播.模型引入氮素营养指数、水分及播期影响因子来定量油菜各器官在实际生产条件下的分配强度,同时考虑了品种遗传特性的影响.通过不同品种氮肥处理试验建立模型,利用不同品种播期试验资料对模型进行了初步检验,表明模型具有较好的预测性和适用性.     

基于气孔导度和臭氧吸收模型的冬小麦干物质累积损失评估

为深入了解地表臭氧(O3)增加对冬小麦的伤害,利用开顶式气室(OTC)开展了大田试验,综合分析了不同生育期温度、光照、水汽压差等环境变量的变化,以及生育期差异和O3胁迫的影响,利用Pleijel等2007年修正的Jarvis型气孔导度阶乘模型,计算了冬小麦气孔导度的变化,并与冬小麦扬花期测定的日气孔导度变化进行了比较,表明该模型适用于本地O3增加对冬小麦影响的评估。同时,根据O3吸收通量模型,计算冬小麦的O3日吸收通量大于6nmol.m-2全生育期的累积吸收通量AFst06,并建立其与冬小麦全生育期干物质累积损失响应的关系模型,分析结果表明,在整个O3熏期期间的150nL.L-1和100 nL.L-1处理的AFst06与冬小麦不同生育期的干物质累积相对值的决定系数分别为0.91和0.93(P0.01),存在显著的相关关系,当AFst06增加10mmol.m-2,150nL.L-1和100nL.L-1处理组与对照相比,其干物质累积分别损失16.41%和13.23%。此外,讨论了O3胁迫下不同评估方法的优劣和通量响应评估模型的优势,以及不同水汽压差(VPD)等环境条件对气孔导度和O3吸收通量的影响。     

施氮对半湿润农田生态系统不同冬小麦品种灌浆期物质转移的影响

在年均降水量632 mm的黄土高原南部半湿润红油土上,以NR9405、9430、偃师9号、小偃6号、陕229、西农2208、矮丰3号和商188为供试材料,进行大田试验,研究在不施氮和施氮(90 kg.hm-2)条件下不同品种冬小麦灌浆特性及物质转移效率。结果表明,冬小麦干物质生产及物质转移效率共同受品种和氮肥的影响。开花期老叶、茎鞘和成熟期茎鞘、籽粒干重间存在显著差异。施氮对开花期、成熟期地上部各部位干重均有明显的促进作用。各部位干物质转移量、转移效率和转移量对籽粒的贡献率既与品种有关,也与施氮有关;氮肥的影响又因品种不同而异。干物质转移量、转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率在8个供试品种中,最高的是NR9405,最低的是偃师9号,除NR9405和西农2208籽粒中50%以上干物质来自于开花前贮存光合产物的再转移外,其余6个品种籽粒中50%以上的干物质来自于开花后新合成的同化产物。干物质转移量对籽粒的贡献率以穗轴+颖壳部位最低,且多数处理为负值,以茎秆为最大,叶片居中。从总体看,干物质转移量、干物质转移率和干物质转移量对粒重的贡献率在不同品种之间的差异大于施氮处理间的差异,施氮后降低了干物质向籽粒中的转移。     

利用APSIM模型分析不同播期和耕作方式对旱地小麦籽粒干物质积累的影响

黄土丘陵区旱地小麦籽粒干物质积累的准确模拟可为调控小麦生产提供重要的技术支持。本研究利用甘肃省定西市安定区1971—2017年的气象资料和甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2017年的大田试验数据,基于APSIM模型对旱地小麦籽粒干物质积累与分配进行模拟,并在模型验证的基础上,定量分析了播期和耕作方式对小麦籽粒干物质积累的影响。结果表明: 3个播期(早播、正常播、晚播)和4种耕作方式(传统耕作、传统耕作+覆盖、免耕、免耕+覆盖)下,籽粒干物质模拟值与实测值间的均方根误差(RMSE)为57.5～143.1 kg·hm^-2,归一化均方根误差(NRMSE)为1.4%～9.9%,模型模拟精度较高。不同播期下,耕作方式对籽粒干物质积累的促进效果排序均表现为: 免耕+覆盖>传统耕作+覆盖>免耕>传统耕作,免耕+覆盖最有利于小麦籽粒干物质积累,而免耕与传统耕作差异不显著。不同耕作方式下,小麦干物质积累过程均表现为早播好于正常播和晚播,晚播对干物质积累的影响较大,积累过程最不理想。     

Integrating Remote Sensing and GIS for Prediction of Winter Wheat (Triticum aestivum) Protein Contents in Linfen (Shanxi), China

In this study, relationships between normalized difference vegetation index (NDVI) and plant (winter wheat) nitrogen content (PNC) and between PNC and grain protein content (GPC) were investigated using multi-temporal moderate-resolution imaging spectroradiometer (MODIS) data at the different stages of winter wheat in Linfen (Shanxi, P. R. China). The anticipating model for GPC of winter wheat was also established by the approach of NDVI at the different stages of winter wheat. The results showed that the spectrum models of PNC passed F test. The NDVI_4.14 regression effect of PNC model of irrigated winter wheat was the best, and that in dry land was NDVI_4.30. The PNC of irrigated and dry land winter wheat were significantly (P<0.01) and positively correlated to GPC. Both of protein spectral anticipating model of irrigated and dry land winter wheat passed a significance test (P<0.01). Multiple anticipating models (MAM) were established by NDVI from two periods of irrigated and dry land winter wheat and PNC to link GPC anticipating model. The coefficient of determination R² (R) of MAM was greater than that of the other two single-factor models. The relative root mean square error (R_RMSE) and relative error (RE) of MAM were lower than those of the other two single-factor models. Therefore, test effects of multiple proteins anticipating model were better than those of single-factor models. The application of multiple anticipating models for predication of protein content (PC) of irrigated and dry land winter wheat was more accurate and reliable. The regionalization analysis of GPC was performed using inverse distance weighted function of GIS, which is likely to provide the scientific basis for the reasonable winter wheat planting in Linfen city, China.     

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。     

基于归一化法的小麦干物质积累动态预测模型

为探讨基于归一化法的不同分蘖力小麦品种干物质积累动态预测模型和参数特征,实现不同小麦品种干物质积累的有效预测,以3个分蘖力不同的小麦品种(豫麦49-198、兰考矮早8和偃展4110)为材料,对3个密度(75、225和375万株/hm2)下的干物质积累动态进行了研究。结果表明,高成穗率小麦品种(豫麦49-198和偃展4110)的干物质重均以375万株/hm2密度最高,而分蘖力高成穗率低的小麦品种(兰考矮早8)以225万株/hm2最高。建立的基于相对干物质积累量和相对积温的干物质积累预测模型中最佳模型方程式为y=1.1435/(1+e0.2776-4.6558 x)1/0.1130,r=0.9927,可较好地对小麦干物质积累动态进行模拟。通过对小麦干物质积累模型的特征参数分析发现,干物质积累过程可划分为前、中和后期3个阶段,且干物质积累平均速率与最终干物质重呈极显著正相关,较高的干物质积累平均速率对小麦干物质重的稳定和提高都有十分重要的作用。     

冬小麦高产高效群体的年际间稳产性能

以冬小麦品种‘泰农18’为试验材料,设置传统农民管理习惯的农户模式(T₁)、不计肥水和人工等投入以获得高产的高产模式(T₂)和优化种植密度、播期、肥水管理运筹的高产高效模式(T₃)3种种植模式,于2012年10月—2016年7月连续4个小麦生育季,研究了不同种植模式小麦主茎与分蘖成穗特性、不同年份的光合有效辐射截获、利用、光合产物分配等光能利用特性和产量差异,结合年际间的光、温、水等生态因子分布差异,分析了高产高效群体的稳产性能.结果表明: 冬小麦不同生育时期内的光、温、降雨等生态因子的总量和各生育时期分布存在较大变异.T₁、T₂、T₃模式主茎穗的比例分别为38.9%、58.7%、66.9%,表明T₁、T₂、T₃模式在群体结构构建上分别是以分蘖穗为主、主茎穗和分蘖穗并重、主茎穗为主.T₂模式的生物量和产量最高,T₁最低,T₃模式自孕穗期之后,尤其是在开花14 d后仍能维持较高的叶面积指数、光能截获率和截获量、群体光合速率,并具有较高的干物质分配能力,使其在干物质积累相对偏低的情况下仍可获得高产.T₃模式花后的叶面积指数、光能截获率和截获量以及光合速率等的年际间极差、标准差、变异系数均小于T₁和T₂模式,由此也保证了T₃模式生物产量的稳定.相关分析表明,以主茎成穗为主的T₃种植模式能够有效应对年际间气候变化并实现稳产,关键是具有年际间稳定的生物产量.     

土壤水分对返青期断根冬小麦补偿效应的影响

通过盆栽试验研究了不同土壤水分条件下返青期断根冬小麦的补偿效应.结果表明,断根小麦的早期生长受到抑制,叶面积在返青 拔节期间显著下降,到开花期能恢复至对照水平.高水分条件下断根小麦拔节期的叶绿素荧光参数包括表观光合电子传递速率、实际光化量子产量、光化学淬灭系数、非光化学淬灭值均显著大于对照,开花后单茎干物质积累为0.81 g,显著大于对照（0.56 g）,花后干物质积累系数比对照提高了38.79%,断根小麦根量虽有所下降但差异不显著;低水分条件下断根小麦的叶绿素荧光参数和花后干物质积累与对照之间没有显著差异,但断根小麦的根系生物量（7.83 g·pot^-1）显著小于对照（9.77 g·pot^-1）.土壤水分对断根小麦的地上生物量和籽粒产量的补偿效应没有显著影响.断根处理的冬小麦在两种土壤水分条件下均显著降低了耗水量,在整个生育期,高水分条件下冬小麦断根处理可节水2 000 ml左右,水分利用效率为1.97 g·kg ^-1,显著大于对照的1.70 g·kg ^-1;低水分条件下也可节水1 500 ml左右,水分利用效率虽有所提高,但未达到显著性差异.