氮水添加对放牧背景下荒漠草原生产力的影响

水分与氮素作为干旱和半干旱草原生产力的共同限制性因子在退化草原的生态快速修复过程中备受关注。以不同放牧强度背景下的短花针茅荒漠草原为研究对象,开展围封模拟放牧利用实验,同时添加氮素和水分。通过分析历史放牧强度与年份对生产力的影响,以及添加氮素和水分对不同功能群植物生物量的作用,探讨放牧强度对短花针茅草原生产力的内在作用机制,以及如何实现荒漠草原资源合理开发和可持续利用。研究结果显示,降雨量与放牧强度决定着短花针茅草原的植物群落结构。氮素和水分添加可分别提升11%-29%和12%-32%的群落地上生物量,且二者存在显著的交互作用。不同功能群植物的地上生物量对氮素与水分添加的响应存在差异,多年生丛生禾草对氮素和水分添加响应最敏感。氮素与水分添加可显著提高多年生丛生禾草的地上生物量,但与自然降水量相关。氮素添加对地上生物量的影响在正常降雨和稍旱年份作用显著,而水分添加在干旱年份作用显著。在正常降雨年份,以半灌木植物为优势种的轻度放牧背景以添加水分对提升生产力最宜,以多年生丛生禾草和半灌木为共优种的中度放牧背景和以多年生丛生禾草为优势种的重度放牧以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜;在干旱年份不同放牧强度背景下均以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜。我们的结果表明了养分与资源的改善有利于退化短花针茅草原的快速恢复和可持续生产。     

不同肥力水平农田生态系统SPAC水分状态及能量特征

通过对农田生态系统土壤 -植物 -大气连续体系 (SPAC)水分、温度等昼夜观测 ,确定温度是影响 SPAC水分能量的重要因素 ,土壤水势呈现温度正效应 ,植物、大气水势呈现温度负效应。温度与土壤 -植物间水势差 (ψS- P)和植物 -大气间水势差 (ψP- A)呈正相关。农田生态系统 SPAC水分热力学函数研究得出 ,不论高、低肥区 ,冬小麦在不同生长发育时期 ,水分的相对偏摩尔自由能 (ΔG)均为土壤 >植物 >大气 ;水分相对偏摩尔熵 (ΔS)、焓 (ΔH)均为大气 >植物 >土壤 ;冬小麦在拔节期和扬花期 ,土壤水 ΔG皆为高肥区 <低肥区 ;植物水分 ΔG拔节期为高肥区 >低肥区 ,扬花期相反为高肥区 <低肥区 ;两个生育期大气水分 ΔG均为高肥区 >低肥区。在拔节期土壤 -植物间水分的 ΔG差值 (ΔGS- P=ΔGS-ΔGP)、植物 -大气间水分ΔG差值 (ΔGP- A=ΔGP-ΔGA)均为高肥区 <低肥区 ,扬花期ΔGS- P为高肥区 >低肥区 ,而ΔGP- A为高肥区 <低肥区。     

测墒补灌对冬小麦氮素积累与转运及籽粒产量的影响

2007-2009年,在田间条件下,以冬小麦品种济麦22为材料,以0-140 cm土层平均土壤相对含水量为指标设计4个测墒补灌试验处理:W0(土壤相对含水量为播种期80%+拔节期65%+开花期65%)、W1(土壤相对含水量为播种期80%+拔节期70%+开花期70%)、W2(土壤相对含水量为播种期80%+拔节期80%+开花期80%)和W3(土壤相对含水量为播种期90%+拔节期80%+开花期80%),研究不同水分处理对冬小麦氮素积累与转运、籽粒产量、水分利用效率及土壤硝态氮含量的影响。结果表明:(1)成熟期小麦植株氮素积累量为W1处理最高,W3处理次之,W0和W2处理最低,W0和W2处理间无显著差异;氮素向籽粒的分配比例为W2处理显著低于W1处理,W0、W1、W3处理间无显著差异。开花期和成熟期营养器官氮素积累量、营养器官氮素向籽粒中的转移量、成熟期籽粒氮素积累量均为W1>W3>W2>W0,各处理间差异显著。(2)随着小麦生育进程的推进,0-200 cm土层土壤硝态氮含量先降低后回升再降低,在拔节期最低。成熟期W0和W1处理0-200 cm土层土壤硝态氮含量较低,W2和W3处理120-200 cm土层土壤硝态氮含量较高。(3)W0处理小麦氮素吸收效率、利用效率和氮肥偏生产力最低;随灌水量的增加,氮素利用效率呈先升高后降低趋势;W1处理小麦对氮素的吸收效率和利用效率较高,氮肥偏生产力最高。W0处理水分利用效率较高,但籽粒产量最低;灌水处理籽粒产量、灌溉水利用效率和灌溉效益两年度均随测墒补灌量的增加而显著降低。在本试验条件下,综合氮素利用、籽粒产量、灌溉水利用效率及土壤中硝态氮的淋溶,W1是高产节水的最佳灌溉处理,在2007-2008年和2008-2009年度补灌量分别为43.83 mm和13.77 mm。     

两个品种转基因抗虫棉光合生理的CO2响应

栽培环境条件的改变会对转基因作物产生深远影响。以2种不同转基因棉花及其亲本对照为材料,研究了盆栽种植条件下不同棉花品种在蕾期和吐絮期光合生理特性CO2响应特征。结果表明,与各自的常规棉对照比较,两种转基因抗虫棉单叶净光合速率CO2响应的特征参数表观初始羧化效率(CE)、表观暗呼吸速率(Rd)和最大净光合速率(Pmax,c)虽有一定程度的变化,但其差异均未达到显著水平。在高CO2浓度范围内(700μmol.mol-1),转基因抗虫棉单叶净光合速率和水分利用率(WUE)的CO2响应曲线特征发生变化,且与品种及生育时期有关。两种转基因抗虫棉在不同生育时期的气孔导度(Gs)对CO2浓度的响应特征与其常规棉对照相似,短期CO2浓度增高对转基因抗虫棉的气孔导度没有显著性影响。     

人工控制有限供水对冬小麦根系生长及土壤水分利用的影响

试验在中国气象局固城农业气象试验基地的大型人工控制农田水分试验场进行。在底墒充足的条件下采用3种供水处理：拔节期一次性供水75mm(I1);返青供水37．5mm和拔节期供水37．5mm(I2);返青后生长期内无水分供给(Ick)。全生育期内用电动防雨棚遮去自然降水。试验结果表明,表层土壤(0～30cm)水多根多,根系反应敏感。上层干旱促使根系向深层发育,利用下层水量较多。I1处理减少表土层(0～30cm)的根量和根长密度,促进根系下扎,较多地利用深层土壤水分,并减少无效分蘖。虽然总穗数减少,但同I2、Ick相比籽粒数和籽粒重有较大幅度增加,提高了产量和水分利用率。根系吸水效率随土层深度增加呈下降趋势,I1在30cm以下其根系吸水效率超过了I2处理,并在100～200cm土层表现最为明显。Ick除0～30cm土层外,其余土层有效底墒供水率均较低;I1和I2两处理30～100cm有效底墒供水率均在84％以上,1～2m土层内I。大于I2。Ick由于土壤水分不足并未造成千粒重的明显下降,相反,3个处理中最高;土壤水分不足导致穗数、穗粒重、籽粒重和籽粒数的显著降低,从而造成了最终产量的降低。产量水平上的水分利用效率I1比其余处理提高了将近14％,其次为Ick,最低的是I2。在灌溉效率上,I1比I2提高了将近19％;在相同灌溉量的前提下,蒸腾效率I1比I2提高约7％。I1水分利用效率高于I2和Ick处理。可以认为：配合充足底墒,前期控水,有限的一定量的水分拔节期(关键期)一次供给比在返青和拔节分别供给,更为有效科学。     

不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响

为探明土壤水分对水稻生长发育的影响机理,以武香粳14和两优培九为试验材料,分析了不同土壤水分处理下(W1、W2、W3和CK分别表示土壤体积含水量为20%、30%、40%和5cm水层灌溉)的水稻光合特性、产量及水分生产率等。结果表明,轻度水分胁迫(W3)具有处理间最大的叶片气孔导度、蒸腾速率和净光合速率,其他处理规律不显著。灌浆初期各水分处理下叶位间光合指标均表现为:剑叶＞顶2叶＞顶3叶>顶4叶,其他生育期规律不显著。与对照处理(CK)相比,武香粳14的W1、W2和W3处理的产量分别减少61.14%和29.13%、增加0.96%,水分生产率分别减少10.69%、增加1.53%和20.61%;两优培九的产量分别减少64.11%和28.76%,增加2.08%,水分生产率分别减少16.39%,增加2.46%和22.13%。研究结果为水稻精确灌溉和节水生产提供了技术支撑。     

底墒与磷肥互作对春小麦产量形成的影响

研究了浇底墒水和施磷肥对春小麦产量形成的影响.实验设4个处理对照(CK);耕作层施磷(P);浇30 nm底墒水(W);施磷加浇30mm底墒水(PW).测定土壤含水量、根系生物量、地上生物量和测产等.结果表明,WP处理根重和中下层分配比例均较高.与W处理相比,WP处理利用底墒并没有增加,但水分利用效率和产量均增加.决定产量的主要因素是小麦早期小穗和小花形成的数量和质量.W和WP两个浇底墒水的处理,其土壤水分利用量平均为34.6 mm,略高于所浇的底墒水的量(30 mm).CK、P、W、WP等4个处理的籽粒产量分别为91 7.7,1191.1,2516.5,2734.1 kg/hrm2,水分利用效率分别为0.186,0.192,0.172,0.207 g/(mm.m2).     

不同油松种源光合和荧光参数对水分胁迫的响应特征

采用盆栽控水试验方法,设置正常水分(T1,田间持水量的70％-80％)、轻度胁迫(T2,田间持水量的50％-60％)和严重胁迫(T3,田间持水量的30％-40％)3个水分梯度,对6个油松(Pinus tabulaeformis Carr.)种源(陕西洛南LN,陕西桥山 QO,山西灵空山LK,辽宁千山QN,河北雾灵山WL和山西芦芽山LY)的光合参数和叶绿素荧光参数进行比较,探讨种源间光合和水分利用特征的差异及其与气孔导度和荧光参数的关系.结果表明,3个水分梯度下6个种源的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、水分利用效率(WUE)、原初光能转换效率(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)差异均极显著(P＜0.01),在T1和T3下,各种源的实际光量子效率φPSⅡ和电子传递速率ETR差异显著(P＜0.05).在T2下,LK和WL的Pn达到最大,具有轻度胁迫下提高光合生产力的倾向.在T3下,QN种源的Pn和WUE较高(除LK的WUE最高外),而WL的Pn和WUE较低(除LK的Pn最低外);6个种源中QN的Pn、φPSⅡ和ETR最大,LY和QO的光合生产力仅次于QN,而LN、LK和WL的Pn、Gs、φPSⅡ和ETR比较低,其光合生产力及光量子产量受干旱胁迫影响较大.LK的WUE在各个水分梯度下均显著高于其它种源(P＜0.05).在T3下,各种源通过降低Tr提高WUE.在T1下,气孔限制是影响油松Pn的主要因素;在T2和T3下,Pn和WUE均与气孔导度、PSⅡ反应中心的光量子产量和电子传递速率密切相关.     

水分和温度对春玉米出苗速度和出苗率的影响

在东北地区中部开展春玉米春季水分胁迫和分期播种试验。试验在人工防雨棚内进行,设4个水分处理和3个播种期处理。结果表明,春玉米(Zea mays )播种出苗期间土壤含水量与出苗期和出苗率的关系均呈显著的二次函数关系。在田间持水量以下,耕层土壤湿度越大,玉米出苗越快,出苗率越高;干旱推迟出苗期,降低出苗率。气温低出苗慢,但温度对出苗率无明显影响。播种出苗期间0～20cm深平均土壤湿度（S）、土壤有效水量（H）和平均气温(T)对出苗速度的组合影响指标是：25 %>S>21%（或70mm >H>45mm）、T>18℃玉米出苗快;21% >S>18%(或45mm >H>35mm)、18℃>T>16.5℃ 玉米出苗比较快;18%>S>16%（或35mm >H>25mm）、16.5℃>T>15.5℃玉米出苗较慢;S<16%（或H< 25）、T<15.5℃出苗很慢,出苗期明显推迟。玉米出苗率主要取决于水分,0～20cm深土壤相对湿度在85%以上（或H>50mm）出苗率最高（95%以上）;相对湿度80%左右（或50>H>40mm）出苗率较高（90% 左右）;相对湿度70%以下(或H<40mm)出苗率明显降低, 60%以下(或H<30mm)为严重干旱,出苗率低至65%以下。     

叶脉结构与功能及其对叶片经济谱的影响

叶脉由贯穿于叶肉内部的维管组织及其外围机械组织构成,多样化的脉序及网络结构使叶脉系统发生变异和功能分化。该文综述了叶脉系统结构与功能的最新研究进展。通过聚焦叶脉分级系统的结构与功能及其在叶片经济谱(LES)中的重要性,解释叶脉性状与其它叶片功能性状之间的关系及机制。不同等级叶脉在机械支撑与水分运输方面存在功能分化,其中1–3级粗脉在维持叶片形状和叶表面积以及物理支撑方面发挥重要作用,有利于维持叶片最大受光面积;4级及以上细脉具有水分调节功能,它们与气孔相互协调,影响叶片水分运输、蒸腾散热和光合作用速率。叶片生长过程与叶脉发育的动态变化模式决定叶脉密度,并影响叶脉密度与叶片大小之间的关系:叶面积与粗脉密度呈显著负相关,与粗脉直径呈显著正相关,而与细脉密度无关。与叶脉性状相关的叶片经济谱框架模型预测,叶脉密度较高的叶片寿命短、比叶重较小,叶片最大碳同化速率、代谢速率以及资源获取策略潜力较高。