水分胁迫下春小麦根系吸水功能效率的研究

对水分胁迫下不同根系大小的春小麦籽粒产量与水分利用效率、相对生长速度和根系功能效率之间的关系进行了研究。实验分为3个水分处理和3个根系大小处理,3个水分处理分别是土壤含水量保持在田间持水量的80％-90％(H),50％-60％(M)和30％-40％(L)。根系大小的处理是(1)大根系处理(B),(2)中根系处理(M)和(3)小根系处理(S)。实验结果表明,在中度和重度干旱条件下小根系处理(MS和LS)的作物具有较高的WEUg,WUEdm、相对生长速度、根系功能效率和籽粒产量;在高水分处理中,上述参数的数值在大根系处理中相对较高。根呼吸耗C量在作物的整个生育期中都占有十分重要的地位,尽管根呼吸耗C比例随作物的生长而呈同步增加的趋势,但实际耗C量却呈逐步下降的趋势,同一时期作物的根呼吸速率与土壤含水量之间存在正相关关系,说明适当降低土壤含水量可以有效地减少根呼吸耗C量,有利于提高作物的存活率。在干旱半干旱地区,春小麦的根功能效率尚未达到最高值,作物产量仍有潜力可挖,通过适时补灌和减少同化物向根系分配的比例和根系对同化产物的消耗量来达到提高春小麦籽粒产量的方法是可行的,但不是长久之计。     

干旱胁迫下紫花苜蓿根系形态变化及与水分利用的关系

采用盆栽实验方法研究了紫花苜蓿(品种:陇东和阿尔冈金)根系形态、生物量、蒸腾耗水量等对持续干旱的反应及与水分利用效率(WUE)间的关系,以期揭示紫花苜蓿对干旱胁迫的适应机制。结果表明:干旱胁迫使得紫花苜蓿根系形态特征在年季间、茬次间和品种间发生了显著变化,主要表现为主根伸长生长受到抑制、主根直径变细、侧根和根系总长度伸长生长则被促进、根系表面积和直径≥1mm的侧根数目显著增加、根系生物量下降,这是紫花苜蓿对干旱逆境的适应策略,但这种适应性存在限度。另一方面,干旱胁迫条件下紫花苜蓿草产量和蒸腾耗水量也因生长年限、茬次和品种的不同而呈现不同程度的降低。紫花苜蓿根系形态性状(总根长、根系生物量与根冠比)与植株水分利用效率间具有显著的相关性,其中根重对水分效率的影响是第一位的。WUE在根系形态与冠层水分消耗的协同变化下得到有限提高。对干旱的耐性最终表现为第2年第1年、第1茬和第2茬第3茬、陇东阿尔冈金。     

不同抗旱性冬小麦幼苗根系对水分胁迫的反应

抗旱性不同的小麦根系含水量、水势、渗透势均随水分胁迫强度增加而逐渐下降。其中以水势变化最为灵敏。恢复正常供水72h后,三项指标均有不同程度的回升,抗旱品种恢复能力强。根系渗透调节能力随胁迫强度的加剧而提高,抗旱品种渗透调节的效果好于敏感品种。随着胁迫强度的增加,根中ATP相对含量减少,恢复正常供水72h后,含量可部分恢复,恢复能力与品种的抗旱性一致。     

水分胁迫下秸秆还田对玉米产量和根系空间分布的影响

为了探究水分胁迫条件下秸秆还田对玉米产量和根系空间分布的影响,自2016年起连续2年在沈阳农业大学试验田设置了秸秆还田控水试验.于大型遮雨棚内采用滴灌控水的方法,设置行间秸秆翻埋(T₁)与混拌(T₂)两种还田方式,15 cm (D₁)、30 cm (D₂)、45 cm (D₃) 3个还田深度,以秸秆不还田3个翻埋深度为对照,在玉米苗期和吐丝期分别进行旱、涝处理,分析水分胁迫条件下玉米产量和根系空间分布特征. 结果表明: 2016年S₁T₁D₂(秸秆翻埋还田30 cm)产量显著高于对照处理,增产幅度为5.7%～7.1%;侧根和深层根系根干质量较其他处理分别高67.3%～149.9%和17.9%～116.4%;植株地上部干物质积累量显著低于其他处理,降低幅度为2.1%～35.8%. S₁T₁D₂可以提高玉米根系生长量,扩展根长的空间分布范围,缓解了旱涝危害,实现降雨不均条件下的增产和稳产. 因此,在东北地区先旱后涝的气候条件下,春玉米生产推荐行间翻埋30 cm的秸秆还田方式.     

旱农区春小麦根系生长冗余与碳平衡关系的研究

利用McCree(1986)测定整株植物碳平衡的方法,研究了半干旱区3个春小麦品种的籽实产量、根量、根冠比与碳平衡的关系。结果表明在开花期地方品种和尚头较之现代品种有更大的根量和根冠比。同一品种不同水分条件下根和茎叶CO2交换率(CER)波动幅度与水分条件正相关;在相同水分条件下不同品种间,品种和尚头波动幅度最大,品种定西-24次之,品种陇春-8139最小。从根和茎叶呼吸及日净碳获得量随水分供给条件的变化来看,品种和尚头和品种定西-24与品种陇春-8139相比在资源获取器官上存在着生长冗余,而且这种冗余也表现在生理代谢上,随水分条件的改善而增加。说明大根系品种在根系上存在着冗余,减少根系冗余可望成为半干旱区小麦高产育种的一条有效途径。     

不同抗旱性玉米幼苗根系抗氧化系统对水分胁迫的反应

以抗旱性不同的2个玉米品种为材料,研究不同程度水分胁迫下玉米根系活性氧清除系统的变化及膜脂过氧化水平。明确了轻度水分胁迫下玉米根系POD、CAT、APX等保护酶活性明显提高;中、重度胁迫下其活性急剧下降,但几种酶对水分胁迫的敏感程度不同。SOD对水分胁迫表现最不敏感,在中度水分胁迫下仍保持上升趋势;抗氧化剂GSH含量变化趋势与保护酶相似;而AsA含量在不同程度水分胁迫下持续下降;MDA含量随水分胁迫程度加剧而增加。其中抗旱性强的鲁玉14与抗旱性弱的掖单13相比具有较高的保护酶活性和抗氧化剂含量,膜脂过氧化程度较轻,除POD外,品种间抗氧化酶活性（抗氧化剂含量）呈极显著差异,说明抗氧化能力强是抗旱性品种具有较强抗旱性的重要原因之一。     

草地植物根系碳储量和碳流转对CO2浓度升高的响应

植物根系是陆地生态系统重要的碳汇和矿质养分库,也是土壤中碳及养分的主要来源,只有深入认识CO2浓度升高下根系的碳汇功能和根系周转对土壤碳库的影响,才能准确预测生态系统对全球变化的响应与反馈调节作用.介绍了CO2浓度升高对草地植物根系生物量、根系凋落物的数量和品质以及根系周转速率的影响,指出研究植物体内碳向根分配格局的变化趋势必须考虑CO2浓度升高的直接和间接两方面作用;在预测根系碳库储量的动态变化时,需要区分不同功能根系组分的生物量;为更准确估算根系周转速率,有必要确立草地植物根系直径与其寿命之间的关系;CO2浓度升高普遍提高根系凋落物的C/N,但以此判定其在土壤中的分解速率快慢并不可靠,需要进一步从机理上探究根系凋落物分解的控制因素.     

水分和氮磷水平对小麦碳同位素分辨率和水分利用效率的影响

 依据盆栽试验数据,利用植物稳定性碳同位素分辨率的理论模型,研究了水分和氮磷营养对小麦叶片碳同位素分辨率(Carbon-isotope discrimination △)的影响。结果表明：水分差异引起碳同位素分辨率较大变异,碳同位素分辨率随土壤相对含水量(Soil relative water content)的提高而提高,在土壤相对含水量为60％～70％条件下碳同位素分辨率最高。缺水时磷水平提高,碳同位素分辨率提高。水分利用效率(Water use efficiency)与碳同位素分辨率关系受土壤水分和养分水平的影响。缺水条件下水分利用效率与碳同位素分辨率之间为负相关,充分供水下为正相关;在低氮水平下的关系不明显,施氮150kg·hm-2时相关性显著。     

黄土旱塬冬小麦返青期断根对根冠比、水分利用及产量的影响

采用适当的农艺措施来影响根系生长以提高作物水分利用效率是节水农业研究的一项重要内容。通过田间试验研究了旱作冬小麦‘长武135’(Triticum aestivum cv. Changwu135)返青期切断部分侧生根对根冠比、水分利用效率及产量的影响。与不断根处理相比,冬小麦切断部分侧根后,极显著地减少了表层的根量,花期时断根和不断根小麦在0~20 cm土层根量分别249.70和307.52 g·m^-2,100 cm以上总根量分别为305.53和368.73 g·m^-2。断根比不断根处理根呼吸速率下降了25.57%。断根也抑制了小麦的群体数量,断根和不断根处理单位面积的穗数分别为590.33和646.33 m^-2,但断根显著增加了千粒重,断根和不断根分别为45.99和41.47 g,收获指数也有一定提高。断根对籽粒产量没有显著影响,但断根后土壤含水量显著增加,水分消耗减少。以生物量计算的水分利用效率和以产量计算的水分利用效率分别提高了32.52%和29.98%。因此,在旱地农业中,通过返青期人工断根措施削减根系降低根系对同化产物的消耗和减少耗水量来达到提高冬小麦水分利用效率的方法,是可行的。但今后还需对断根措施作进一步研究,以期实现产量和水分利用效率的同步提高。     

羊草叶片气体交换参数对温度和土壤水分的响应

 采用生长箱控制的方法研究了羊草(Leymus chinensis)幼苗叶片光合参数对5个温度和5个水分梯度的响应和适应。结果表明：轻度、中度土壤干旱并没有限制羊草叶片的生长,对气体交换参数亦无显著影响,反映了羊草幼苗对土壤水分胁迫的较高耐性。叶片生物量以26 ℃时最大,其它依次为23 ℃、20 ℃、29 ℃和32 ℃。温度升高使气孔导度和蒸腾速率增加, 却使光合速率和水分利用效率降低。水分和温度对叶片生物量、光合速率、气孔导度和蒸腾速率存在显著的交互作用,表明高温加强了干旱对叶片生长和气体交换的影响, 降低了羊草对土壤干旱的适应能力。高温和干旱的交互作用将显著减少我国半干旱地区草原的羊草生产力。     

沿土壤水分梯度黄囊苔草碳同位素组成及其适应策略的变化

 选取了内蒙古锡林河流域6个水分条件不同的典型植物群落,测定了各群落中黄囊苔草 (Carex korshinskyi) 叶片δ13C值、叶片含水量（LWC）及其种群特征的变化。结果表明：1）不同生境下,黄囊苔草叶片的碳同位素组成发生明显变化（变幅为1.8‰）。沿土壤水分梯度,随着土壤含水量的降低,黄囊苔草叶片δ13C值显著增大,水分利用方式更加保守。2）虽然不同生境下,黄囊苔草叶片含水量变化不大,但其叶片δ13C值与LWC表现出显著的负相关关系(p=0.051)。这表明黄囊苔草水分利用效率对其叶片水分状况变化的反应非常敏感。3）在不同生境下,黄囊苔草种群的植株高度、密度、地上生物量及其在群落中的出现频度明显不同。具有较高δ13C值的黄囊苔草种群在群落中出现的频度和地上生物量所占比例都显著增加。以上结果表明,生长在不同生境下的黄囊苔草种群能够通过改变其水分利用效率适应不同的土壤水分状况,使其在植物群落中表现出更强的竞争能力和生态适应性。