二倍体、四倍体和六倍体小麦产量及水分利用效率

试验选用了6个不同染色体倍性的小麦进化材料（3个二倍体、2个四倍体和1个六倍体）,分别在不同水肥条件下研究其根系、地上生物量、产量、蒸腾耗水量和水分利用效率等指标,旨在阐明小麦进化材料产量及水分利用效率的差异及水肥条件对这些特性的影响。试验表明：不同倍性小麦进化材料的生物量、产量和水分利用存在显著的差异,而且水肥条件对其有显著影响。在染色体倍性由2n→4n→6n的进化过程中,小麦根系及地上生物量均先增加后降低,而产量却显著增加,这与收获指数的增加有关。小麦产量的大小顺序为：T.aestivum〉T.dicoccum〉T.dicoccoides〉Ae.squarrosa〉Ae.speltoides〉T.boeoticum。水分亏缺显著降低小麦的生物量、产量和收获指数;在不同水分条件下,增加施肥量有利于这些指标的增加。但是水分亏缺下,增加施肥却降低各小麦材料的根系生物量。随小麦的进化,蒸腾耗水量显著降低,这与其生育期缩短有关;而生物量水分利用效率和产量水分利用效率却显著升高,且后者的差异要大于前者。各小麦产量水分利用效率的大小排序与产量的完全一致。水分亏缺处理显著减少各小麦进化材料的蒸腾耗水量47％～52％,而显著增加生物量水分利用效率3％～40％;但水分亏缺对产量水分利用效率的促进作用却随染色体倍性的增加而降低,甚至降低六倍体小麦T.aestivum的产量水分利用效率19％。不同水分条件下,高肥处理均有利于蒸腾耗水量、生物量水分利用效率和产量水分利用效率的增加。     

灌浆期水分亏缺条件下二、四、六倍体小麦收获指数和水分利用效率的演化

为揭示不同倍性小麦生长发育、产量性状及水分利用对灌浆期水分亏缺响应的差异,选用二倍体野生一粒小麦(Triticum boeoticum)、栽培一粒小麦(T.monococcum),四倍体野生二粒小麦(T.dicoccoides)、栽培二粒小麦(T.dicoccon),和两个普通六倍体小麦(T.aestivum)品种‘长武134’和‘陕253’6个小麦品种作为供试材料。采用盆栽控水的方法,测定和分析了不同灌浆期土壤水分条件下小麦株高、旗叶叶面积、穗长、根干重、地上生物量、根冠比、千粒重、粒数、产量、收获指数、蒸腾耗水量和水分利用效率等性状的变化。在小麦染色体倍体由二倍体向六倍体进化的过程中,小麦地上生物量、千粒重、穗粒数、产量、收获指数和水分利用效率都显著增加。随着土壤水分从正常→中度亏缺→重度亏缺的减少,收获指数先增大后减小,分别为41.26%、42.48%和38.19%;生物量水分利用效率逐渐增大,分别为2.39、2.43和2.53g·kg–1;产量水分利用效率分别为1.05、1.10和1.04g·kg–1。在灌浆期水分条件是影响收获指数和水分利用效率的关键因素之一。灌浆期的水分亏缺有利于六倍体小麦的收获指数和四倍体的生物量水分利用效率的提高。中度的水分亏缺有利于四倍体和六倍体产量水分利用效率的提高。     

水分和种植密度对干热河谷车桑子生长性状及种内相互关系的影响

水分是干热河谷植物生长过程中最主要的限制因子,种植密度增加也会引起植物生长的资源限制,两者交互作用下植物生长性状及种内关系的变化特征还不清楚。以干热河谷优势植物——车桑子为研究对象,根据元谋干热河谷年均生长季降雨量设置3种水分梯度:高水分、中水分和低水分,同时在各水分梯度下设置4个种植密度:1、2、4、9株/盆,探究水分、种植密度及其交互作用对车桑子生长性状、生物量分配及种内相互作用的影响。结果表明:(1)低水分条件下,车桑子生长和水分生理受到抑制,但车桑子在较低的叶水势下依然能够保持较高的相对含水量;(2)干旱胁迫显著降低了车桑子总生物量和单株生物量,显著增加了枯叶生物量比例,低水分和中水分条件下,增加种植密度对总生物无显著影响;而高水分条件下,增加种植密度显著提高了车桑子总生物量;(3)低水分显著增加了茎、叶生物量的异速生长指数,将更多生物量分配到叶,而种植密度增加显著降低了茎、叶生物量的异速生长指数,增加了茎的生物量分配;(4)通过相对邻体效应的计算,各处理条件下,车桑子种内关系均表现为竞争作用,并且,这种竞争作用的强度随水分的减少和密度的增加而增加。在高密度条件下(9棵/盆),...     

盐胁迫对四种基因型冬小麦幼苗Na+、K+吸收和累积的影响

以4种不同基因型冬小麦品种为试验材料,研究了盐胁迫下小麦幼苗的生长及Na^＋、K^＋和Cl^-的吸收、累积规律。结果表明,盐胁迫下小麦吸水困难,幼苗生长受抑;幼苗含水量、生物量及干物质量明显下降;Na^＋、Cl^-含量和单株累积量显著增加。K^＋含量和单株累积量则明显降低。Na^＋／K^＋比值随介质中的盐浓度的增加而升高。盐胁迫下各基因型冬小麦幼苗Na^＋、K^＋和Cl^-的单株累积量及其在地上部分和根系中的含量变化较大,说明小麦根系对Na^＋、K^＋和Cl^-的吸收存在基因型差异。盐处理下,暖型小麦NR9405对K^＋的选择吸收能力强,对Na^＋的吸收和累积少,植株体内的K^＋浓度较高,Na^＋／K^＋比值小;幼苗的生物量较大,耐盐性强。冷型小麦RB6对K^＋的选择能力差,对Na^＋的吸收和累积量大,幼苗的Na^＋／K^＋比值大,生物量小,耐盐性较差。低盐浓度下,Na^＋可作为渗透调节物质维持植物体内渗透平衡。高盐浓度下,Na^＋的过度吸收和累积可能是盐害的主要原因。维持体内较低的Na^＋水平和Na^＋／K^＋比值是小麦耐盐性的一个重要特征。     

水分驱动下茵陈蒿(Artemisia capillaris Thunb.)地上生物量模型与异速生长特征

构建生物量预估模型,探究生物量在各器官中的分配策略和异速生长关系及其对环境因子的响应,对理解植物群落结构、功能、碳储存和分配机制具有重要意义。本研究以内蒙古荒漠草原常见种茵陈蒿(Artemisia capillaris Thunb.)为对象,在不同水分处理下,利用易测指标,如株高、基径、分枝数、冠幅和生物量等参数建立生物量模型,采用标准化主轴分析法分析其异速生长关系。结果表明:在不同水分处理下,茵陈蒿的最佳生物量预估模型的变量选择不同;不同水分处理下茵陈蒿各器官间、各器官与地上生物量间的异速生长关系不同,但相对于自然降水量,增水和减水50%下均为等速生长,这说明在不同水分条件下茵陈蒿对各器官间的资源配置存在权衡策略,符合最优分配假说;而在极端气候条件下,各器官对资源的竞争会变弱;在荒漠草原中,对草本植物进行生物量模拟,选择预测变量和方程模型时,应考虑生长季降水量。本研究可为荒漠草原草本植物生物量预估模型的建立和异速生长关系对环境因子适应的理解等提供方法支持及理论依据。     

温带森林乔木生物量估算:Logistic模型优于Allometric模型

作为研究森林生态系统结构与功能的基础要素,准确估算植被生物量关乎温室气体减排政策制定,以及区域气候稳定性评估,具有显著的科学意义和社会需求。Allometric模型提供了量化生物量与个体体型关系的简洁数学形式,但其幂函数结构描述了生物量持续加速且无限增长,与随植株增大而不断加剧的种内种间竞争和资源限制相悖。然而,当前严重缺失大体型植株的不合理样本结构部分掩盖了模型缺陷,是造成该模型获得重复验证的重要潜在原因。相较而言,通过引入限制因子,Logistic模型同时具备描述高速增长和后期渐趋收敛的模型特征,却鲜被用于植被生物量估算。因此,本研究搜集了典型植被类型--温带森林乔木生物量相关的197篇已发表文献（1945-2016年）,基于198种针阔叶乔木物种总计26402个叶、茎和地上部分生物量数据,采用Logistic模型分析了生物量随胸径增长的变化规律。结果表明,较之Allometric模型（R^2* 0.76、RMSE 0.44 g、AIC 7189.9）,Logistic模型呈现更好的拟合优度（R^2* 0.81、RMSE 0.39 g、AIC 5809.1）。此外,Logistic模型计算了平衡生物量与平衡生长率,以反映与生境资源相适应的植株生物量及其累积速率,通过识别生物量渐趋稳定的胸径阈值,发现超过该拐点的大体型样本占比不足0.71%,呈现显著的生态学意义。综上,Logistic模型估算温带森林乔木生物量具备统计效力和理论优势。研究显著改进了植被生物量估算模型,有助于揭示植物碳蓄积策略,了解森林能流规律和碳库动态,为制定气候变化应对政策提供依据。     

水氮运筹对棉花花后生物量和氮素利用率的影响

在池栽和大田条件下,以‘美棉33B’为材料,研究不同水分(自然降水、自然降水 灌水)和氮素(0、240、480kgN/hm2)运筹下棉花花后生物量和养分累积及氮素利用率动态变化特征。结果表明:施氮使棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率增大且出现时间提前、累积量及皮棉产量增加。灌水使240 kgN/hm2处理棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率出现时间提前、最大累积速率和累积量增大、氮素累积利用率和产量提高;而使480 kgN/hm2处理棉花营养器官生物量和养分快速累积期持续时间延长、最大累积速率出现时间推迟、生物量和养分最大累积速率及累积量增大、氮素累积利用率提高,而生殖器官相应指标呈降低趋势;灌水对不施氮处理棉花生物量和养分累积各项特征参数影响较小。营养器官生物量和氮磷钾最大累积速率出现时间较生殖器官早23 d左右,而快速累积期持续时间长于生殖器官11 d左右。研究发现,水分和氮素运筹可通过影响棉花生物量和养分累积的动态特征参数来影响棉花生长,进而影响最终产量品质形成;在本实验条件下,以灌水的240 kgN/hm2处理棉花的生长特征参数最为协调,皮棉产量和氮素利用率最高,品质较优。     

川西云杉幼苗非结构性碳水化合物对土壤温度和水分变化的响应

选取5年生川西云杉（Picea balfouriana）幼苗作为试验材料,于生长季模拟土壤温度和水分变化,研究不同土壤温度和水分处理对幼苗各器官生物量和非结构性碳水化合物（NSC）浓度的影响,以期加深对高海拔树木碳水化合物生理的理解,并为全球气候变化下植物的生理生态响应和动态变迁研究提供基础数据。于人工气候室内采用嵌套设计,设置5个土壤温度梯度（2、7、12、17、22℃）,每个温度处理下3个土壤水分处理（干旱处理、正常水分含量处理、饱和水分含量处理）。每9株幼苗为同一个处理,共135株幼苗。试验处理4个月后,测定幼苗各器官生物量、可溶性糖、淀粉和NSC浓度。土壤温度对幼苗总生物量无显著影响,但土壤低温显著降低了根生物量和根冠比;干旱和饱和水分胁迫在较高的土壤温度处理下显著降低了根生物量和根冠比。随着土壤温度降低,各器官可溶性糖、淀粉和NSC浓度并未降低,反而呈现出升高或不变的趋势。。在土壤低温处理下（2和7℃）干旱显著降低了当年生叶的淀粉和NSC浓度以及当年生枝的淀粉浓度;在2和7℃时,干旱和饱和水分胁迫显著降低了根中淀粉和NSC浓度。土壤低温和水分胁迫对幼苗地上地下生物量分配影响显著,分配给光合器官的生物量相对增多。土壤低温并没有导致碳受限,甚至各器官NSC浓度随着土壤温度降低有升高的趋势,因此,土壤低温下非结构性碳水化合物的不足不是限制川西云杉幼苗存活和生长的原因,从侧面支持了林线形成的"生长抑制"假说。此外,干旱胁迫在土壤低温下很可能会导致川西云杉的"碳饥饿"。     

考虑土壤水分限制的春小麦生长简化模型

建立了以日长（Ｌ）和日总辐射（ＴＤＲ）为自变量的春小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ．）碳同化和干物质累积（ＤＭＡ）的简化模型,考虑了水分限制下光能利用效率（ａ）,碳传输导度（ｇｃ）均被降低的设定,将反映春小麦水分状况的叶水热（Ψ）作为参数纳一模型,Ψ则通过多元回旭由８０ｃｍ土层相对含水量（θＲ,８０＿,气温（Ｔａ）水汽压差（ＶＰＤ）,低于－１．５ＭＰａ叶水势之和（Ψｃ,１．５）给出。讨     

氯离子在土壤水分与作物生长关系研究中的指示作用

以小麦为试材,采用盆栽试验和氯离子指示技术,研究了不同土壤水分条件下,小麦在苗期对氯离子的吸收与累积特性和同期土壤中氯离子迁移特征。结果表明:(1)氯离子在小麦体内的累积与土壤含水量的关系密切,小麦苗期根系中氯离子累积量决定于根系与氯离子的接触几率,在植物地上部分的分配依赖于蒸腾强度;(2)在土壤含水量较低条件下,氯离子在根部累积明显,向地上部分移动不强,而在高含水量(18%)情况下,向地上部移动累积较为明显,氯离子在植物体中累积与分配关系很好地指示了土壤水分条件与植物生长之间关系;(3)在生长发育期间,当土壤含水量低于18%时小麦根系以伸长主动觅水,满足蒸腾需要为主;高于18%时,土壤水分移动以补偿根际蒸腾为主,土壤水分强烈的液态迁移存在着明显的临界含水量,可以用土壤剖面上氯离子含量的变化过程确定小麦根系水分利用的有效土层深度,以便准确地计算水分生产效率。因此,氯离子作为指示元素,在研究旱地土壤水分条件、水分移动能力等与作物生长的关系方面具有一定的可行性。     

虑土壤水分限制的春小麦生长简化模型

The authors constructed a simplified model of spring wheat (Triticum aestivum L.) carbon assimilation and dry matter accumulation (DMA) process which consisted of two independent variables, day length　(L) and total daily radiation　(TDR). Leaf water potential (Ψ) was incorporated into the simplified growth model based on the assumption that both light use efficiency　(α) and CO2 conductance of assimilation (gc) were depressed by water limitation. Finally,Ψ was estimated from a regression equation in which the independent variables were relative soil water content in the upper 80 cm (θR,80), ambient temperature (Ta), vapor pressure deficit (VPD), the cumulative leaf water potential below thresholds of -1.5 MPa　(Ψc,1.5). Some applications in research program of field experiment of atmosphere-land surface processes in Heihe River region were tested. The simulated data agreed well with the data observed at Linze oasis in 1989 for various levels of water supply and at Zhangye oasis in 1992 in the field. The analysis and simulation using the model demonstrated that the simplified growth model could describe very well the DMA process of spring wheat with and without water limitation in the region of HEIFE (Heihe field experiment).     

不同土壤水分条件下无机营养对小麦物质生产和水分利用的影响

本文通过讨论不同土壤水分条件下,无机营养对春小麦净光合率、叶片导度、干物质生产、水分消耗等的影响,表明施肥使营养缺乏的春小麦的光合物质生产,水分消耗及水分利用效率(WUE)都明显增大,无机营养对春小麦物质同化和生长的促进要远大于其因增加水分散失而带来的不利影响;在土壤干旱时,施肥春小麦的光合物质生产、水分消耗下降幅度都大于不施肥春小麦,干旱削弱了无机营养在提高春小麦光合物质生产和产量方面的作用。据此,对旱地的合理施肥技术提出了建议。     

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。     

青藏高原地区的光质对高原春小麦生长发育、光合速率和干物质含量影响的研究

本文模拟研究了高原地区的不同光质对春小麦的生长发育、光合速率和干物质含量等方面的影响。实验结果表明:(1)蓝光和蓝紫光的照射能使春小麦植株趋于矮壮。提高总叶绿素含量,增加叶绿素b值,并能延迟春小麦的生育期和干物质积累的时间。(2)红光和蓝紫光对春小麦品种的光合速率都比对照有提高效应,其中红光最显著,蓝紫光次之,而蓝光下最低。(3)红光和蓝紫光下积累的干物质含量均大于对照,蓝光下的较低。从而论证了青藏高原地区较好的光质,尤其丰富的蓝紫光是高原春小麦屡出高产的重要生态因素之一。为在这一地区充分利用这一得天独厚的有利条件挖掘更大的高产潜力提供了科学依据。     

水分胁迫与光照条件对棉花干物质和产量形成影响的数学模型

从作物冠层净同化速率入手,通过引入对CO2浓度、空气湿度、光照强度和土壤含水量反映较敏感的光能利用系数（β）,建立了考虑水分胁迫和光照条件对作物干物质积累与产量形成影响的数学模型,模型考虑了水分胁迫与低光照下冠层阻力增加的设定,将反映作物冠层水分状况的功能叶水势（Ψl）作为参数纳入本模型,通过对土壤相对含水量（Aw)、气温（Ta）、水汽压差（VPD）的多元回归估算出Ψl,并将空气动力学阻力（Ra）简化为风速（u）的函数,盆载试验应用实例和敏感性分析表明,该模型在诊断环境因子特别是土壤水分与光照因子对作物生长和产量构成的影响具有一定的实用性。     

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。     

春小麦拔节期有限供水的产量和生理效应研究初报

本文研究了春小麦在中度水分亏缺（４０％土壤毛管持水量,ＣＷ）生长下,拔节期不同水平供水处理（３０─１００％ＣＷ,１０天）下的植株生长发育、水分代谢及产量组成方面的变化,初步发现,拔节期保持４０％ＣＷ是水分利用的效率（ＷＵＥ）与产量同步增加的下限,６０％ＣＷ是达到较高ＷＵＥ和较高产量的下限;春小麦拔节期增加限量供水能有效增加籽粒产量。产量增加又同植株干物质积累、株高、根系生长、旗叶面积及单株穗粒数紧密正相关。此外,拔节期有限供水的增加,蒸腾速度、叶水势和渗透势等生理指标也有一定程度的效应变化。     

播期对春小麦生长发育及产量的影响

为了给陇中半干旱区春小麦高产栽培提供依据,2010年在甘肃定西进行了春小麦分期播种试验,并对不同播期条件下春小麦生长发育及产量形成进行了分析。结果表明:随着播期的推迟,春小麦播种-抽穗期日数减少、全生育期明显缩短;5月下旬之前,越早播种的春小麦LAI越大,5月下旬之后,播种愈晚春小麦LAI越大。早播春小麦LAI峰值靠前,晚播峰值滞后;6月下旬之前,播期早的春小麦叶绿素含量高于播期晚的,6月下旬之后播期愈早叶绿素含量下降愈快;不同播期春小麦群体生长率和净同化率在孕穗-抽穗期后差异显著,表现为3月18日播期最大,4月7日播期最小。各播期干物质累积在拔节期后表现为快速递增趋势。在拔节期前,早播处理的干物质积累速率较慢。随着播期的推迟,单株干物质最大积累速率出现时间提前,籽粒最大灌浆速率出现时间推迟,千粒重表现为先升后降;灌浆3个阶段各参数受播期影响比较显著;早播春小麦产量最高。     

Modelling crop growth and biomass partitioning to shoots and roots in relation to nitrogen and water availability,using a maximization principle

Many crop models relate the allocation of dry matter between shoots and roots exclusively to the crop development stage. Such models may not take into account the effects of changes in environment on allocation, unless the allocation parameters are altered. In this paper a crop model with a dynamic allocation parameter for dry matter between shoots and roots is described. The basis of the model is that a plant allocates dry matter such that its growth is maximized. Consequently, the demand and supply of carbon, nitrogen, and water is maintained in balance. This model supports the hypothesis that a functional equilibrium exists between shoots and roots.This paper explains the mathematical computation procedure of the crop model. Moreover, an analysis was made of the ability of a crop model to simulate plant dry matter production and allocation of dry matter between plant organs. The model was tested using data from a greenhouse experiment in which spring wheat (Triticum aestivum L.) was grown under different soil moisture and nitrogen (N) levels.Generally, the model simulations agreed well with data recorded for total plant dry matter. For validation data the coefficient of determination (r²) between simulated and measured shoot dry weight was 0.96. For the validation treatments r² was slightly lower, 0.94. In addition to dry matter production the model succeeded satisfactorily in simulating the dry weight of different plant organs. The response of simulated root to shoot ratio to the level of soil moisture was mainly in accordance with the measured data. In contrast, the simulated ratio seemed to be insensitive to the changes in the levels soil N concentration used in the experiment.The data used in the present study were not extensive, and more data are needed to validate the model. However, the results showed that the model responses to the changes in soil N and water level were realistic and mostly agreed with the data. Thus, we suggest that the model and the method employed to allocate dry matter between roots and shoots are useful when modelling the growth of crops under N and water limited conditions.     

冬小麦干物质在各器官中的累积和分配规律研究

为修正冬小麦生长模型中的干物质分配,通过田间试验,对冬小麦干物质累积和在不同器官中的分配进行了描述。并且在此基础上结合文献资料,对冬小麦光合产物在各器官中的分配和转移系数的计算方法进行了探讨,分析了两者随相对发育阶段（RDS）的变化规律,并建立了函数表。同时运用试验资料进行了实地验证,取得较好的效果。