黄淮海地区冬小麦品种进化过程中叶片农业气象指标演化分析

利用Licor-6200便携式光合作用测定仪，对建国以来黄淮海地区不同年代有代表性的12个冬小麦品种光合速率进行了测定，确定了相应的最大光合速率，此外，利用Licor-188B辐射量子照度仪测定了不同年代冬小麦品种的叶片光学特性和比叶重。研究表明国外参数与中国实际情况存在一定差异；即使国内同一作物，不同年代不同品种导致参数差异十分明显。因此作物模型输入参数不宜直接引用国外文献结论。文中给出了中国不同年代冬小麦叶片最大光合速率等农业气象指标，为农业气象数值模式提出了多种模型参数。     

华北平原冬小麦品种演化过程中叶片光合作用模型关键参数的变化分析

CO2光合作用响应参数是作物生长模式的一个关键敏感参数。本文利用Licor-6200便携式光合作用测定仪,对华北平原不同年代冬小麦主要品种叶片光合作用进行了系统测定。在此基础上,建立了一个包含CO2直接影响的叶片光合作用简易模型。利用模型确定了新中国成立以来不同年代华北冬小麦主要品种光合作用中CO2响应参数μ值,并对其进行了初步分析。结果表明：新中国成立以来10个主要冬小麦品种CO2响应参数值变化在0.57-1.02,不同冬小麦品种CO2响应参数存在明显差异,但总体并没有明显时间变化趋势。统计结果表明CO2响应参数与初始量子效率及最大光合速率间相关并不显著,这为建立简易阶乘模型提供了实验支持,并为进一步建立适用于华北平原包含CO2影响因子的冬小麦生长模型奠定了基础。     

黄土丘陵区不同土壤水分下核桃叶片水分利用效率的光响应

 为给黄土丘陵区建立节水高效的核桃栽培模式提供科学依据,应用英国PPS公司生产的CIRAS2型光合作用系统,在半干旱黄土丘陵沟壑区,测定了 3年生核桃树在不同土壤水分条件下,叶片气体交换参数的光响应特性。结果表明:核桃光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率,对土壤水分和光合有效辐射强度的变化具有明显的阈值响应。依据叶片水分利用率、光合速率和蒸腾速率与土壤水分的定量关系,核桃具有最高光合速率和叶片水分利用率的土壤体积含水量,大约在186%(相对含水量为604%)左右;维持核桃正常光合作用和较高叶片水分利用率的土壤体积含水量,大约在125%(相对含水量为406%)左右。即核桃土壤水分管理适宜的土壤体积含水量范围在125%～186%(相对含水量为406%～604%)之间,超出此范围时,核桃的光合速率与叶片水分利用率都会明显下降。依据叶片水分利用率、光合速率和蒸腾速率与光合有效辐射强度的定量关系,在适宜的土壤体积含水量范围内,维持核桃具有较高光合有效辐射和叶片水分利用率的适宜光合有效辐射强度范围,在500～1000μmol/(m2 ·s)之间,光合有效辐射强度过高或过低,都会导致叶片水分利用率的明显降低。核桃并非是抗干旱能力和耐强光胁迫能力很强的树种,在干旱缺水和强光、高温为突岀环境胁迫因子的半干旱黄土丘陵区核桃栽培于水分状况相对较好、光照强度相对较低的阴坡,会比阳坡获得更大的生产力。     

开花后水分胁迫对冬小麦旗叶光合作用和保护酶活性的影响

为了解干旱对冬小麦光能利用与耗散机制的影响,研究了花后水分胁迫对冬小麦光合作用参数、叶绿素荧光参数及保护酶与光合作用相关酶活性的影响.结果表明,水分胁迫增加了旗叶可溶性糖和丙二醛含量,提高了叶片的渗透调节和抗氧化能力.中度水分胁迫下旗叶的光合速率和蒸腾速率与充分供水处理的相近,而重度胁迫处理的光合速率和蒸腾速率则降低较为明显.适度的水分胁迫可诱导叶片保护酶活性升高,从而减轻干旱伤害.适度的水分胁迫可增强PSⅡ反应中心的电子捕获效率,增强光呼吸作用,较好的保护光合机构.水分胁迫促进了冬小麦灌浆前期的蔗糖合成能力,但同时也导致灌浆中后期旗叶衰老的加剧,使得叶片的蔗糖合成能力急剧下降.水分胁迫降低了旗叶的RuBP羧化酶活性,除非受旱严重,否则RuBP羧化酶活性的降低不会限制叶片的光合作用.     

少免耕模式对冬小麦生育后期光合特性的影响

小麦开花后光合性能对产量具有十分重要的作用。为了研究少免耕耕作体系对冬小麦光合作用的影响，采用了4种土壤耕作模式(常规耕作秸秆还田、旋耕秸秆还田、缺口圆盘耙耕秸秆还田、免耕秸秆覆盖)在山东龙口进行了田间试验，测定了小麦开花后旗叶的光合参数、荧光动力学参数和叶绿素含量的变化。结果表明：开花后常规耕作模式的光合速率(P_n)高于旋耕还田和耙耕还田两种少耕模式，但两种少耕模式特别是耙耕还田模式的旗叶叶片衰老晚于常规还田模式，在籽粒灌浆末期仍然保持较高的叶绿素含量、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(q_P)，叶片有效光合时间和光合功能持续期长，有利于籽粒的充实。研究表明旋耕还田模式和耙耕还田模式可以在该地区应用，而免耕覆盖模式则不适宜。     

冬小麦光合作用的光响应曲线的拟合

测定了田间冬小麦叶片光合作用速度及其相应的气象要素，分别用直角双曲线和非直角双曲线方程拟合了光合作用对光强的响应。指出在田间条件下，用直角双曲线拟合得到的初始量子效率（α）偏高。由于非直角双曲线中引入了反映光合曲线弯曲程度的参数（凸度），使得α值政党，在高光强下光合作用趋于光饱和，拟合结果更加符合生理意义。     

土壤湿度对冬小麦光合速率的影响

本文通过盆栽及大田试验,对冬小麦开花灌浆期不同土壤湿度的小麦叶片光合速率测定得出:(1)土壤湿度在田间持水量的70%-85%时小麦光合速率最高,光合对土壤湿度的反应低湿较高湿更敏感;(2)土壤干旱可使小麦光合午休加重,适当灌溉可减小光合速率中午降低的程度;(3)土壤干旱后灌水,可明显提高小麦光合速率,以适宜土壤湿度下限时灌水效果最好.     

黄淮海地区冬小麦光合作用参数的取值范围

叶片初始量子效率α和最大光合速率Pmax是作物模型中计算光合作用的两个关键的敏感参数。这两个参数的确定一直是作物模型研究的难点。本文利用Li-6400便携式光合作用测定仪在山东农业大学实验基地进行了为期7a的大量田间观测实验。在获取大量实验数据的基础上,拟合了光合作用的光响应曲线,并确定了冬小麦初始量子效率α和最大光合速率Pmax。则结果表明,这两个参数依冬小麦品种的不同而变化,即存在较大的不稳定性,但当把各品种7a的实验数据进行综合拟合时,变化范围则较稳定。在本研究中,α变化范围为0．053—0．107mol·mol^-1,Pmax的变化范围为10．1～49．2μmol·m^-2·s^-1。确定的初始光量子效率α和最大光合速率Pmax的取值范围,可为作物模型关键参数的确定提供参考。     

红光对玉米叶片气孔形成和光合特性及叶绿素荧光的影响分析

光质是调节植物光合作用器官发育的重要因素,气孔作为玉米光合作用的关键结构,显著受到光质的调节。研究光质转换对气孔形态和光合特性的影响,对提高玉米的光合作用能力具有重要的意义。试验以玉米杂交种先玉335为试验材料,开展了红光对玉米气孔形成和光合特性的影响研究,试验设置了8种光处理,测定在8种光处理下生长的玉米叶片的光合参数、叶绿素荧光参数、气孔密度和气孔指数。结果表明:在红光环境下,玉米叶片光合速率下降,光合电子传递效率下降,光合作用减弱;单位面积内的气孔数量减少,气孔导度变小,叶片蒸腾速率减弱,胞间CO_2浓度降低。     

叶片氮浓度对温室黄瓜花后叶片最大总光合速率影响的模拟

光合作用是作物产量和品质形成的基础,直接受到叶片含氮量的影响.该文通过不同定植期不同氮素处理试验,建立了不同光温条件下温室黄瓜叶片适宜氮浓度的求算方程,并定量分析了不同光温条件下黄瓜叶片最大总光合速率与叶片氮浓度的关系.在此基础上,进一步建立了适合不同光温条件的温室黄瓜花后叶片最大总光合速率与叶片氮浓度关系的通用模型,并用与建模相独立的试验数据对模型进行了检验.结果表明,建立的模型能较好地预测不同定植期黄瓜叶片氮浓度对叶片最大总光合速率的影响.模型对温室黄瓜叶片最大总光合速率的预测结果与实测结果之间基于1:1直线的决定系数和均方根差分别为0.83和1.56 μmol·m-2·s-1.建立的模型可以为温室黄瓜周年生产的氮素精确管理提供理论依据与决策支持.     

包含CO2因子的冬小麦叶片光合作用农业气象简化模型研究

利用LI-6200便携式光合作用测定仪在山东农业大学实验基地对冬小麦叶片光合作用进行了大量观测,在此基础上,结合前人研究成果,建立了包含CO2浓度和温度因子的两个冬小麦叶片光合作用农业气象简易模型。利用50组观测数据对模型进行拟合,确定了两个模型各自相关的参数,回代拟合相关系数分别为0.796和0.793。进而利用所建立的模型对另外77组实测数据进行了模拟,结果表明:两个模型在0.01%的误差概率水平下模拟能力十分接近,模拟结果与实测数据相关系数分别为0.9613和0.9609,其中等轴双曲线型模型的模拟效果稍好于渐进指数型模型。因此,两个模型都具有较好的实用性,且等轴双曲线具有结构更加简单的特点,可作为农业气象作物模型中光合作用子模型。本研究为评估全球变化背景下CO2浓度增加对光合作用速率的影响提供了适用于华北地区的冬小麦叶片光合作用模型。     

FACE条件下冬小麦的光合适应

利用开放式CO2浓度升高（Free Air Carbon dioxide Enrichment）系统平台,于冬小麦开花期、乳熟期对旗叶进行气体交换测量,根据光合模型计算光合参数,研究550μL·L^-1CO2对冬小麦旗叶光合能力的影响。结果表明,无论是在冬小麦开花期还是乳熟期,FACE圈内的小麦叶片在短时间高CO2浓度下初始出现的光合速率增强逐渐减弱或消失,即FACE圈内的小麦叶片表现出对高CO2浓度的光合适应现象。低氮、常规施氮水平下均发现了小麦旗叶的光合适应现象,但是光合适应现象与施氮量没有显著的线性关系。另外,研究发现,FACE系统中,冬小麦旗叶的SPAD值和叶绿素含量降低,这可能是导致FACE系统中小麦叶片出现光合适应现象的原因。     

作物冠层表面温度诊断冬小麦水分胁迫的试验研究

利用红外测温装置能够观测获得作物的冠层表面温度,从而诊断作物是否遭受水分胁迫。基于这种技术,使用作物水分胁迫指数CWSI反映我国华北平原地区冬小麦的水分胁迫状况。研究比较了作物水分胁迫指数CWSI的经验模式和理论模式,根据它们的波动特征,可以看出用CWSI经验模式反映华北地区冬小麦水分胁迫不很理想。研究分析了作物水分胁迫指数理论模式与其他一些反映作物水分状况的指标,包括叶水势、叶片气孔阻力,叶片最大净光合速率以及土壤水分含量之间的关系,结果表面理论模式与上述这些指标关系良好,表明其很好地反映了作物的水分胁迫特征。该研究给出了适合于我国华北平原地区冬小麦的作物水分胁迫指数计算的主要参数。研究从实际田间应用的可能性出发,分析并提出了作物水分胁迫指数经验模式和理论模式应用的改进方向     

ASTER卫星遥感影像在冬小麦品质监测方面的初步应用

该文利用ASTER遥感数据在冬小麦品质监测方面进行了初步的应用。根据2004年搭载ASTER传感器的Terra卫星的过境周期，对北京郊区21个冬小麦试验点进行田间取样试验，通过分析试验点冬小麦叶片生化组分(叶绿素a)与氮素间的关系、冬小麦叶片氮素含量与籽粒品质(蛋白质含量)间的关系、以及冬小麦ASTER影像冠层光谱信息与叶片生化组分和籽粒品质之间的关系，发现：冬小麦灌浆期小麦叶片叶绿素含量与同期ASTER影像的光谱信息－NDVI之间有良好的相关性，而冬小麦籽粒蛋白质含量也与ASTER影像波段2之间有很好的相关性；利用ASTER遥感影像对冬小麦灌浆期叶绿素以及籽粒蛋白质含量进行建模并反演，能够在较大的范围里了解冬小麦的品质信息，并能够在一定程度上对作物的籽粒蛋白质含量等品质进行预测；研究还表明，利用遥感技术来进行小麦籽粒蛋白质等主要品质指标的预测是可行的。研究成果为利用遥感技术监测冬小麦长势和籽粒品质提供了理论依据，开辟了遥感应用的新途径。     

结合SPA和PLS法提高冬小麦冠层全氮高光谱估算的精确度

【目的】 冠层高光谱全波段信息可以在小麦拔节期快速无损地估算叶片的氮含量。本研究结合连续投影算法 (SPA) 和偏最小二乘 (PLS) 技术,筛选了冬小麦拔节期冠层光谱对叶片氮含量的敏感特征波段,以期为冬小麦关键生育期氮素含量的遥感估算提供理论依据和技术支持。 【方法】 以陕西关中地区2015—2016年冬小麦小区试验为基础,基于连续投影算法 (SPA) 提取冬小麦叶片全氮含量的冠层光谱敏感波段,并结合偏最小二乘 (PLS) 回归法建立基于敏感特征波段的冬小麦拔节期叶片氮含量估算模型。 【结果】 SPA算法从冬小麦338～2510 nm的冠层光谱中优选出了1985 nm、2474 nm、1751 nm、1916 nm、2507 nm、1955 nm、2465 nm和344 nm共计8个叶片全氮含量的敏感特征波段,波段数目下降了98.9%,有效降低了光谱信息的冗余;基于敏感特征波段构建的叶片氮含量偏最小二乘回归模型的决定系数和均方根误差分别为0.82和0.28,模型验证方程的决定系数和均方根误差分别为0.84和0.21,模型的相对预测偏差大于2,具有较高的精度和良好的预测能力。 【结论】 与常用植被指数的叶片氮含量估算模型相比,连续投影算法 (SPA) 结合偏最小二乘 (PLS) 方法的叶片氮含量估算精度更高,稳定性更强,可以作为冬小麦拔节期叶片氮含量的高光谱估算方法。      

水分调亏对冬小麦生理生态的影响

通过冬小麦盆栽试验，在不同时期给以不同的调亏灌溉处理，以研究不同生长时期水分亏缺和亏缺程度对冬小麦生理及生长特性的影响，为农田节水提供指导。冬小麦生长发育过程划分为4个阶段：返青—拔节初期，拔节—孕穗，孕穗—抽穗，开花—灌浆成熟。每个生育时期设置4个水分水平，结果表明：土壤水分调控对株高、叶面积、叶绿素含量、光合、蒸腾、水分利用效率等指标均有影响；水分胁迫使作物光合速率的峰值提前出现，这有助于胁迫处理的作物利用有限的土壤水分；蒸腾速率比光合速率对水分胁迫的反应更为敏感，更易受气孔调节的影响。     

基于赤池信息量准则的冬小麦叶面积指数高光谱估测

冬小麦叶面积指数(leaf area index,LAI)是描述冠层结构的重要参数之一,对评价其长势和预测产量具有重要意义。该文利用灰色关联分析(grey relational analysis,GRA)对植被指数进行排序,用偏最小二乘法(partial least squares regression,PLS)选择不同的植被指数个数作为自变量进行回归建模,通过赤池信息量准则(Akaike’s information criterion,AIC)选择AIC值最小的模型作为冬小麦LAI最优估算模型,即GRA、PLS和AIC 3种方法整合建立冬小麦LAI最优估算模型。使用2008-2009年在中国北京通州区和顺义区获取的整个生育期冬小麦LAI和配套的光谱数据进行建模,利用2009-2010相关数据进行验证。研究表明:采用GRA评价标准与冬小麦LAI关联度最大的植被指数是VOG1,关联度最小的植被指数是SR;通过AIC建立的以8个植被指数作为自变量的冬小麦LAI模型效果最优,建模集的决定系数R2和标准误SE分别为0.76和0.009,验证集的R2和相对均方根误差RRMSE分别为0.63和0.004,预测模型和验证模型均具有较高的精度和可靠性。结果表明采用GRA-PLS-AIC方法进行冬小麦LAI反演是可行的,为提高冬小麦LAI遥感预测精度提供了一种有效的方法。     

增强紫外线-B辐射冬小麦产量和光合特性的影响

为了研究紫外线-B（ultraviolet-B UV-B, 280-320nm）辐射增强20%对保护性耕作冬小麦产量及光合特性的影响,在中国南京开展了2 a的田间试验研究。试验采用常规耕作（耕深25 cm）、少耕（耕深10 cm）和免耕（土壤不耕作）3种耕作处理种植冬小麦,采用人工增加紫外辐射的方法模拟UV-B辐射增强。试验测定了冬小麦旗叶的光合速率、光合-光响应曲线、叶绿素质量分数、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）活性、丙二醛（malonaldehyde, MDA）质量分数和可溶性蛋白质量分数等指标。结果表明：在UV-B辐射增强20%条件下,与常规耕作相比,少耕和免耕2种保护性耕作处理可显著提高冬小麦的产量,分别比常规耕处理作高1632.12和952.15 kg/hm2。从叶片光合生理特性来看,在UV-B辐射增强20%条件下,从冬小麦籽粒灌浆中期开始,少耕和免耕处理旗叶的光合速率、表观量子效率（apparent quantum yield, AQY）、最大净光合速率（Pmax）、叶绿素质量分数、SOD活性、可溶性蛋白质的质量分数显著高于常规耕作处理,MDA质量分数显著低于常规耕作处理,2种处理冬小麦的叶片衰老显著低于常规耕作处理。在UV-B辐射增强20%条件下,少耕和免耕2种保护性耕作处理冬小麦旗叶在籽粒灌浆中期及以后保持高的光合能力和低的衰老程度,是其产量高于常规耕作处理的原因。该文可为制定UV-B辐射增强条件下的冬小麦栽培措施提供参考。