干湿变化与作物补偿效应规律研究

干湿变化是作物生产的水分环境,利用植物旱后复水所产生的补偿效应是农业抗旱节水的新途径。论述了农业干湿变化类型和补偿效应的内涵、干湿变化对作物生态补偿和生长发育阶段间补偿及生理代谢功能间补偿性。通过土壤大气湿度组合的玉米实验,研究了大气湿度提高补偿土壤干旱作物生长与水分利用效应的规律。     

土壤干湿交替对玉米耗水特性及水分利用的影响

旱地农业与灌溉农业中作物经常面临的土壤干旱与湿润交替变化是实际田间环境［1］。作物在生长发育的不同时期可能会遇上各不相同的土壤缺水胁迫，这些不同胁迫会对作物诱导出适应性的生理反应和伤害性影响［2,3］，对此进行研究和认识，可以在节水灌溉中控制作物生长发育不同阶段土壤水分来调节作物生理过程，避免伤害性变化的发生，而促进适应性变化的产生，以改善作物发育后期籽粒形成阶段根系和叶片的功能来提高作物产量、品质和水分利用效率，达到高效、优质的目的。本文主要研究玉米在土壤干湿交替过程中的耗水特性和叶水分状况的关系，探讨提高水分利用效率的机制，为节水农业提供优化供水模式。     

作物缺水补偿节水的分子生理机制研究进展

作物缺水补偿节水理论及其技术具有重要理论意义和农业应用潜力, 受到国内外专家的重视并取得一系列重要研究成果, 然而作物适度胁迫缺水产生补偿节水效应的分子生理机制却仍是一个尚待研究的问题。在系统总结近年来的相关进展基础上, 对引起作物适度缺水反弹补偿节水的分子生理过程进行了初步分析探索。作物在发生水分胁迫和复水后, 在根、茎、叶等营养器官生长、渗透调节、蒸腾速率、光合作用等生理活动以及蛋白质活性、生化代谢、分子和基因调节等方面都有相关适应变化。水分亏缺补偿存在阈值范围, 如果控制适当, 在一定水分亏缺强度范围内可提高作物水分利用效率并使作物不减产甚至增产。这种缺水补偿节水技术如能在农业生产上推广应用, 可有效节约水资源, 提高作物经济效益和粮食安全。     

红壤坡地农业景观(旱季)地表界面水分传输研究——I．土壤-大气界面水分传输

定位观测研究红壤坡地土壤 大气界面水分传输结果证明 ,不同地表植被群落构建和不同农业利用景观土壤蒸发量有差异 ,但水汽传输通量的动态变化规律一致 ,土壤蒸发量日变化为典型单峰曲线。界面水分传输通量受诸多因素影响 ,当地表植被群落稳定、作物因素影响较小时 ,水汽通量除受气候条件影响外还明显受土壤含水量特别是表层土壤含水量的影响。界面水汽传输通量与净辐射能呈显著正相关 ,与环境温度有很好的相关性 ,温度越高其蒸发越强 ,与空气湿度呈极显著负相关。界面水汽传输通量主要受 0～ 2 0cm表层土壤水分控制 ,二者间存在线性关系。土壤蒸发量占系统蒸散量的 1/ 3 ,该部分非生产性水分消耗有控制降低的可能 ,可通过土壤培肥、灌溉控制、物理障碍等手段抑制土壤蒸发。     

乐都县干旱山区集雨补灌高效农业研究

通过对乐都干旱山区实施集水高效农业气候学基础的分析,结合现有工作基础,重点讨论了集水区表面处理、蓄水窖建造及田间供水设施为主的雨水集蓄工程技术.以提高水资源利用率和水分生产效率为目的,进行集雨补灌试验研究.对地膜油籽、温棚蔬菜、马铃薯的有限补偿供应效应和农艺学节水技术进行研究,结果表明,在作物需水关键期进行补灌,可以达到水分供应的补偿或超补偿效应,提高作物水分利用率,促进旱区农业持续稳定发展.     

作物生长对土壤水分变动的双重效应

阐述了植物对水分胁迫后复水的双重效应－－滞后作用和补偿效应。水分胁迫对植物造成的不利影响，可以通过复水完全或者部分补偿，这取决于水分胁迫的程度和胁迫持续时间。植物在水分胁迫后是否存在补偿效应是目前国际上生物学研究与争论的热点。从植物整体出发，利用对作物生长和水分关系已有的认识及作物生长对水分变动响应的2种效应，建立作物生长对水分经历反应的时间滞后模拟模型，是今后研究的一个重要方向。     

作物生长对土壤水分变动的双重效应

阐述了植物对水分胁迫后复水的双重响应－滞后作用和补偿效应。水分胁迫对植物造成的不利影响，可以通过复水完全或者部分补偿，这取决于水分胁迫的程度和胁迫持续时间。植物在水分胁迫后是否存在补偿效应是目前国际上生物学研究与争论的热点。从植物整体出发，利用对作物生长和水分关系已有的认识及作物生长对水分变动响应的２种效应，建立作物生长对水分经历反应的时间滞后模拟模型，是今后研究的一个重要方向。     

黄土高原南部作物水肥产量效应的田间研究

本文采用田间试验和统计分析方法定量地研究了黄土高原南部典型旱作农田的水肥效应,得出了小麦和玉米在试验年份的水分满足程度和农田水分供需平衡过程。指出,影响该区当前作物产量提高的主要限制因素是肥力,而不是水分。本文再次明确指出土壤水库在旱农条件下作物供水调节中的不可替代作用。根据全生育期中土水势剖面的变化再次提出低土水势水分的较高有效性问题。本工作所取得的结论对发展黄土高原南部旱作农业是极为重要的。     

土壤与大气环境中硫行为及其对植物的影响

阐述了土壤的含硫状况、硫素主要形态、农业生态系统中硫肥的增产效应，大气中含硫化合物的主要来源及行为，对生态系统补偿以及浓度过高对植物的危害等。指出土壤含硫状况因区域和土壤类型而异，土壤硫素形态对植物的有效性明显不同，植物对土壤硫的需求量存在很大差异。在大气环境中硫的主要来源是火山喷发等自然源和含硫燃料（如煤炭）燃烧释放的人为源，植物生态系统与大气环境间存在着硫的交换与平衡，大气SO2在一定浓度下对生态系统具有重要的补偿效应，浓度过高则对植物生长与生理反应产生一系列的不利影响。     

农田土壤N2O排放的影响因素

氧化亚氮是大气湿室效应气体之一。本文概括论述影响农田土壤Ｎ２Ｏ排放的氧气、温度、土壤湿度和水分、有机质、土壤ｐＨ、微生物、土壤质地以及施肥等因素。     

沈阳棕壤氧化还原电位动态变化的研究

2013年9月到次年9月间每隔7天,在沈阳农业大学后山棕壤(简育湿润淋溶土)每间隔10 cm观测0~100 cm土体内土壤温度,并用土钻采集新鲜土样,立即测定土壤氧化还原电位,室内测定土壤水分含量和土壤pH,研究其动态变化规律。结果表明:①9-11月,各土层Eh均在300~400 mv范围内呈平稳状态;12月到次年3月,土壤处于冻融时期,各土层Eh明显升高;4—6月干湿交替时期,各土层Eh呈波动变化趋势;与往年不同,7—8月沈阳地区降水量明显减少,土壤Eh呈现先升高后趋于平稳的变化趋势,且随着土壤深度的增加而减小。其中有机质较多的土壤表层Eh变化幅度较小。②9-11月以及次年4—8月间,土壤Eh变化主要受含水量影响,二者呈负相关关系(P0.05)。12月到次年3月间,二者呈现正相关关系(P0.05)。温度较低、水分含量较多的冻融时期,土壤Eh变化趋势为先升高后降低,温度较高、水分较多的干湿交替期,土壤Eh波动变化则尤为明显。③非冻融时期,各层土壤Eh受pH影响不显著。冻融时期,各层土壤Eh受土壤pH影响较大,且二者呈正相关关系(P0.05)。     

大气CO_2浓度和温度升高影响作物产量的光合生理及分子生物学机制

全球气候变化下,大气CO_2浓度升高产生的"肥料效应"因温度的升高对作物产量的影响产生了不确定性,关键在于相关光合生理和分子机制对两因子互作的响应程度。本文综述了不同作物的光合速率、气孔导度、Rubisco酶活性等关键生理指标及产量对大气CO_2浓度和温度升高的响应,并从代谢组角度总结了大气CO_2浓度和温度升高对作物光合相关基因表达的影响。提出了从转录组、代谢组及蛋白组学角度探讨不同农业生态区作物对气候变化的响应,展望了作物关键光合基因表达与其区域气候变化的未来研究方向,以期为不同生态区作物对气候变化适应性及调控途径提供理论参考。     

沟灌夏玉米棵间土壤蒸发规律的试验研究

棵间土壤蒸发是农田土壤耗水的重要组成部分。该文采用两种规格的微型棵间蒸发皿(Micro-Lysimeter)分别测定沟灌夏玉米田沟、垄土面蒸发量,并对沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发与作物蒸腾变化规律进行了试验研究,分析了相对棵间土壤蒸发强度与土壤含水率的关系以及棵间土壤蒸发强度与作物叶面积指数的关系。结果表明,沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发量占全生育总耗水量的33.06%～34.35%,棵间土壤相对蒸发强度与表层土壤含水率和作物叶面积指数之间均呈现良好的指数函数关系,灌溉或降雨后2～3 d内土壤蒸发强度较大,受大气蒸发力影响明显。因此,在不影响作物蒸腾的条件下减少表层土壤的湿润面积和湿润次数是减少棵间土壤蒸发、提高作物水分利用效率的主要技术途径与措施。     

夏玉米农田SPAC系统水分传输势能及其变化规律研究

试验测定华北平原夏玉米农田SPAC系统不同界面的水势,并计算水流传输阻力结果表明,大气水势和叶水势均呈明显日变化,最大值出现在日出前;大气水势日变幅最大,土壤水势主要受土壤含水量的影响而日变化较平缓。夏玉米植株由下部至上部呈逐渐降低的水势梯度,水流在SPAC系统传输过程中不同界面间存在明显的水势梯度和较大的阻力,从叶片至大气的阻力远大于由土壤至叶片的传输阻力,证明从叶片至大气阻力对限制与调节作物水分散失强度和数量具有关键作用。     

黄土高原生物利用型土壤干层的水文生态效应研究

对黄土高原高产农、林、草、灌、果5种植被1000cm土层土壤剖面含水量多点测定结果表明,各植被类型均存在不同程度的生物利用型土壤干层,该土壤干层的水文作用表现为增强土壤-植被-大气间垂直水分交换,阻碍入渗降雨转化为地下径流,削弱植被对枯水季节低径流量的补偿能力,其生态效应是恶化植物生长的土壤水分环境,削弱土壤水库对年际干旱的调节能力。     

基于两层土壤计算模式的农业干旱风险评估模型

在分析总结当前农业干旱评估模型的基础上,利用“土壤-作物-大气连续体”理论,建立起水分运动的两层土壤计算模式,对作物蒸散量的变化规律进行描述。在此基础上,从作物受旱程度和产量损失关系出发,借助作物水分生产函数,并综合考虑各作物的权重,建立起农业干旱风险评估的静态、动态模型。实例表明,这些模型与传统模型相比,不仅适用于未来各种时间尺度下的干旱程度风险评估,而且能够提供出产量损失的信息,有较高的推广应用价值。     

免耕秸秆覆盖对旱作农田土壤水分的影响

通过20012004年的田间试验研究了免耕秸秆覆盖旱作农田的土壤水分效应。结果表明,免耕秸秆覆盖对表层土壤水分含量影响较大,在作物播种期可以减少表层水分蒸发,显著增加表层土壤含水量,但随着生育进程的推进,秸秆覆盖的抑蒸效果逐渐减弱。免耕秸秆覆盖对各个时期0200 cm土壤剖面上水分总量的影响不大,但年际间变化较大。采用免耕秸秆覆盖可以提高小麦-豌豆轮作系统作物产量以及水分利用效率、促进农田生态系统的良性循环,持续提高土壤肥力。     

干湿交替条件下稻田土壤氧气和水分变化规律研究

在水稻高产栽培技术中,为合理利用水资源,改良土壤通气性,干湿交替灌溉技术已广泛应用。干湿交替灌溉技术的核心是协调土壤水分与氧气之间的平衡。本研究采用大田试验,在水稻生育后期进行干湿交替处理,同步监测稻田5 cm土层土壤氧气、水分及温度的变化,以探讨稻田土壤氧气和水分运移变化规律及其互作关系,为进一步揭示干湿交替灌溉技术的内在生理机制奠定基础。研究结果表明,干湿交替条件下,稻田土壤含水量处于饱和状态时,基本监测不到土壤含氧量;而稻田土壤在慢慢变干的过程中,5 cm土层土壤体积水分含量逐渐降低,土壤氧气含量逐渐升高。在花后19 d、24 d、29 d,当5 cm土层土壤体积含水量分别下降为25.4%、25.1%、24.7%时,土壤含氧量则分别上升到17.5%、17.4%、17.4%。在水稻生育后期不同阶段,土壤氧气含量的日变化呈现先降低再升高的趋势,谷值一般出现在14:00—15:00之间;土壤含水量随时间呈波动式逐渐降低的变化趋势;土壤温度呈现先升高后降低的趋势,峰值一般出现在15:00—16:00之间。从上午8:00到下午17:59,当土壤温度升至峰值时,土壤水分含量较低,而土壤含氧量开始升高。水稻开花期、灌浆期和成熟期的土壤氧气含量与土壤含水量均表现出极显著负相关关系,土壤温度与土壤水分间呈显著负相关关系,而土壤氧气与土壤温度之间无显著相关关系。说明干湿交替条件下,水稻生育后期稻田土壤中的水分和氧气含量存在一定的此消彼长的关系。因此,通过适度的干湿交替管理措施,可在一定程度上调节水稻根系周围的土壤水分和氧气的平衡。     

大气对流对土壤内热和水分迁移影响的数值模拟

对土壤中热和水分迁移过程进行了数值模拟及实验验证。理论上,通过对土壤内热和水分迁移机理分析,根据质量守恒和能量守恒原理,建立了土壤非饱和区热和水分迁移的理论模型。并对大气对流条件下土壤内热和水分迁移进行了数值模拟。实验上,对大气对流环境条件下土壤内热、水分迁移过程进行了研究。通过数值计算和实验测量,获得了不同大气对流速度作用下土壤中温度、含水率分布。     

冬小麦、夏玉米水分胁迫监测系统

根据冬小麦、夏玉米田间试验结果分析了作物水分胁迫判别指标叶水势、冠层温度-气温差变化规律,在充分考虑判别指标随作物发育期变化的特征基础上,提出了叶水势、冠层温度-气温差反映土壤相对含水量的指标,并建立了作物水分胁迫监测系统,对指导生产实践具有一定作用。