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.     

覆盖对西北旱地春小麦旗叶光合特性和水分利用的调控

2015—2016年在西北黄土高原半干旱区进行大田定位试验,以‘陇春35号’为试验材料,设全膜覆土穴播(PMS)、全砂覆盖穴播(SM)和露地穴播(CK)3个处理,分析旗叶光合特性、春小麦耗水特性和产量构成因子之间的关系.结果表明: PMS和SM 在0～300 cm土层的土壤贮水量在灌浆前分别较CK提高47.8和31.6 mm,灌浆期均较CK降低15.6 mm.PMS和SM提高春小麦挑旗-抽穗期和扬花-灌浆期的土壤耗水.PMS和SM的叶面积指数分别较CK提高59.0%～73.7%和40.1%～52.7%,叶片SPAD值分别较CK提高3.5%～28.4%和2.9%～23.9%.PMS的光合速率和气孔导度在春小麦挑旗、抽穗、扬花期分别较CK提高23.5%、33.0%、17.7%和32.6%、76.4%、66.9%,灌浆期分别较CK降低26.2%和16.4%;PMS和SM的气孔限制值在抽穗、扬花、灌浆期分别较CK降低14.6%、23.9%、22.3%和25.7%、29.8%、17.4%.叶片瞬时水分利用效率PMS在挑旗期较CK提高57.8%,扬花期降低11.2%.PMS的表观量子效率在抽穗、扬花期分别较SM和CK增加22.6%、18.7%和26.8%、14.3%.PMS和SM春小麦的株高和产量构成因子均显著高于CK,且在干旱年份增幅较大;PMS的产量较CK和SM分别提高36.2%和8.7%,水分利用效率分别提高9.4%和3.4%.因此,PMS和SM提高了小麦灌浆前土壤贮水,加剧了挑旗到抽穗和扬花到灌浆期的耗水,提高了小麦叶片SPAD值和叶面积指数,增强了小麦灌浆前旗叶光合功能,促进 “库”的建成和同化物的转运,实现增产和水分高效利用.PMS在丰水年份的增产潜力和干旱年份的适应能力比SM更强.     

NO对植物生长发育的调控机制

一氧化氮(NO)是具有生物活性和信号转导作用的易扩散分子,它不仅对植物的许多生命活动如种子萌发、叶片扩展、根系生长、逆境生理以及细胞的程序性死亡等具有直接的生理调节功能,而且作为防御反应中的关键信使．参与了植物对外界环境胁迫的应答。近期研究表明,NO与激素在调节植物的生理活动与信号转导方面有明显的协同作用,通过激素起作用可能是植物内源NO作用的机理之一。本文主要通过对NO的产生及其对生理活动的调节机制和在代谢中的信号转导作用等方面来阐述NO在植物生长发育中的作用。     

黑色地膜覆盖的土壤水热效应及其对马铃薯产量的影响

以马铃薯为研究材料,采用随机区组设计,设全膜覆盖垄沟种植(PM)和裸地平作(CK)两个处理,研究西北半干旱区黑色地膜覆盖的土壤水热效应及其对马铃薯产量的影响。结果表明:PM能增加马铃薯全生育期0—25 cm土壤温度1.5℃左右,增温效应呈"抛物线型";盛花期PM增温效果主要在8:00,14:00和20:00具有降温和稳定地温作用;同时,在平水年和欠水年,PM能促进马铃薯盛花期和薯块膨大期耗水,盛花期PM耗水量增加21.2%—50.5%,块茎膨大期增加5.4%—57.9%,但全生育期耗水量PM与CK差异不显著;PM在调节地温、促进关键生育期耗水作用下,产量较CK提高13.6%—64.5%,WUE提高24.1%—69.5%,差异均达显著水平。在年均降水391.4 mm条件下,连续4a地膜覆盖高产种植的0—200 cm土层土壤贮水量增加了123.4 mm,优化了土壤水分状况。     

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。     

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。     

抗旱性不同品种的小麦叶片中光合电子传递和分配对氮素水平的响应

在大田控制条件下,以植物叶片气体交换和叶绿素荧光测定相结合的方法,研究抗旱性不同品种冬小麦拔节期叶片的光合电子传递及激发能利用分配对氮素响应的结果表明,施氮可提高抗旱性不同品种小麦叶片天线色素吸收光能的能力,虽然氮素不能改变激发能在光合碳还原（PCR）和光合碳氧化（PCO）之间的分配比例,但可提高PSⅡ总电子传递速率（JF）和Pn。低氮下不同品种小麦叶片的热耗散比例有差异,但中高氛下叶片之间无显著差异。旱地品种的鼻值随氮素水平的提高而先增加后下降,而水地品种则表现为持续升高：2个小麦品种的叶片J0值随氮素水平的提高而呈持续升高的变化趋势。氮素对叶片PSⅡ反应中心活性有影响．而不同抗旱性品种之间亦有差别,说明施氮可改善小麦叶片热耗散和光化学反应对激发能的竞争关系,从而增强光合机构的自我保护能力。     

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。     

半干旱区周年全膜覆盖对玉米田土壤冻融特性和水热分布的影响

依托3年大田定位试验(2015—2017),设置周年全膜覆盖(PM)和裸地(CK)2个处理,分析半干旱冷凉区土壤温湿度梯度和水热运动的关系。结果表明: PM和CK冻融过程均为单向冻结、双向融通。与CK相比,PM冻结期滞后,冻结速率减慢,冻结深度浅20 cm,但融化速率加快,融化期缩短6～7 d。冻结期PM和CK土壤温度梯度均为正值,热量向上层土壤传导,但PM传导强度大于CK;融化期PM温度梯度为正值,热量向上层传导,而CK则相反。土壤水分运移表现为:PM在整个冻结期向上运动,CK则表现为“向下-向上-向下”的运动方式;融化期PM水分向上层运移,而CK融化初期向上层运移,融化中后期则向下层运移。在冻结期PM和CK的土壤温度梯度与湿度梯度均呈正相关,但PM相关性大于CK,融化期PM土壤温度梯度与湿度梯度间呈正相关,土壤热量、水分同时向上层运动,CK呈负相关,土壤热量、水分同时向下层运动。在土壤温、湿度梯度驱动下,融通-播前PM 0～10、10～20和20～30 cm土壤温度分别较CK平均提高1.13～1.34、0.96～1.24和0.89～1.32 ℃,土壤含水量分别平均提高3.4%～5.6%、1.4%～2.2%和6.7%～7.8%。可见,PM可为半干旱冷凉区越冬作物返青和春播作物播种、出苗和保苗提供水热保障。