滴灌量对冬小麦田间小气候及产量的影响研究

为优化北疆滴灌冬小麦灌溉定额,探究不同滴灌量与冬小麦田间小气候及产量的关系,大田试验滴灌条件下,采用单因子随机区组试验设计,研究了3 000 m~3×hm~(-2)(处理TA)、3 750 m~3×hm~(-2)(处理TB)、4 500 m~3×hm~(-2)(处理TC)3个不同灌水量对冬小麦地下15 cm处土壤温度、冠层温度、湿度、旗叶胞间CO_2浓度(Ci)、大气CO_2浓度(Ca)、棵间蒸发量及产量的影响。结果表明:随着灌水量的增大,冬小麦生育后期灌水的土壤温度降温效应增强,不同处理间地温差异分别达1.09℃(处理TA与处理TB)、1.61℃(处理TA与处理TC)、0.52℃(处理TB与处理TC)。随灌水量增大,冠层温度减小,湿度增大,处理间最高冠层温差达3.68℃,棵间蒸发、Ci均随灌水量增大先减小后增大。整个生育期内Ca则随滴灌量的增大基本呈逐渐降低趋势,产量则先升后降,在3 750 m~3×hm~(-2)灌水量时最高,达8 971.66 kg×hm~(-2),较低灌水量(处理TA)、高灌水量(处理TC)分别增产20.55%和6.86%。进一步将上述各要素分别与产量、灌水量进行相关性分析可知,地温、冠层温度均与产量、灌水量之间存在显著性负相关关系,冠层湿度与灌水量呈极显著性正相关,胞间CO_2浓度与产量呈极显著负相关性。本试验条件下,北疆冬小麦滴灌定额为3 750 m~3×hm~(-2)时,麦田冠层温、湿度适宜,棵间蒸发量小,产量最高,可供大田生产实践参考。     

不同氮营养冬小麦冠层光谱红边特征分析

利用FieldSpec FR2500光谱仪测定了不同氮素处理冬小麦冠层光谱,分析其红边特征变化规律及与农学成分的相关关系。结果表明,波长550 nm、680 nm、980 nm、1100 nm与350～680 nm和750～1100 nm可作为氮素营养诊断的敏感特征点与波段范围。随着施氮量的提高,拔节期、抽穗期以及灌浆期的红边位置（REP）、红谷位置（Lo）与光谱反射率一阶微分极大值（FD_Max）均增大,红边宽度（Lwidth）则有减小的趋势。总体上看,施氮与无氮处理在整个生育期均存在较大差异,施氮处理之间差异较小。冠层反射光谱的红边位置、红谷位置、随生育期向长波方向移动,呈现红移现象;从抽穗期开始逐渐减小,呈现蓝移现象。冬小麦红边参数中红边位置与农学组分之间的相关性优于其他参数,除与地上部生物量正相关显著外,与叶面积指数、叶含水率、叶绿素含量、叶可溶性蛋白含量、叶鲜重、叶含氮量均呈正相关且达到极显著水平。红谷位置则与叶面积指数、叶含水率、叶绿素含量、叶鲜重以及SPAD值呈极显著正相关;与可溶性蛋白呈显著正相关。红边宽度与叶面积指数、叶含水率、叶氮含量、叶绿素含量以及叶鲜重均呈极显著正相关;与可溶性蛋白含量呈显著正相关。反射率一阶导数极大值与叶面积指数、叶含水率、叶鲜重呈极显著正相关,与叶含氮量极显著负相关。通过红边参数与农学组分稳定良好的数学关系,可以对农学组分进行预测估算。     

水氮互作对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响

采用完全随机裂区设计,研究不同水氮处理对田间冬小麦耗水特性和水分利用的影响。结果表明:冬小麦成熟期0-200cm土壤剖面水分含量均以0-20cm土层最低,在60-120cm土层内出现峰值,且随着灌水量的增加,各施氮处理的峰值逐渐增加;随灌水量的增加,耗水量增加,降水和土壤供水量占耗水量的比例降低;随施氮量的增加,降雨量和灌水量占耗水量的比例降低,土壤供水占耗水量的比例增加;生育阶段耗水量和耗水模系数均表现为开花-成熟期>播种-拔节期>拔节-开花期;随着灌水量增加,冬小麦水分利用效率、降水利用效率和土壤水利用效率逐渐增加,灌溉水利用效率降低;随着施氮量的增加,水分利用率、降水利用效率、土壤水利用效率和灌水生产效率呈先增加后降低变化,且均在施氮处理N150、N210和N270间无显著差异(P<0.05)。     

冬小麦冠层降雨截留过程及其模拟研究

冬小麦冠层截留直接影响冬小麦对降雨的有效利用,通过模拟降雨试验和统计分析,系统研究了降雨量、降雨强度对冬小麦冠层截留特征的影响,建立了适于降雨冬小麦冠层截留的模型。结果表明:棵间雨量与降雨量呈显著的正相关关系(P<0.01);冠层截留量与降雨量呈显著的幂函数关系(P<0.01)。降雨强度与棵间雨量百分比呈负指数函数关系(P<0.01),与冠层截留量百分比呈负幂函数关系(P<0.01)。不同降雨强度下冬小麦冠层截留过程趋势一致,降雨强度越小,其达到冠层截留容量时所需时间越长。降雨强度对冠层截留容量没有明显影响。在雨量恒定条件下,冠层截留量随雨强的增加而减小,呈明显的负相关关系。叶面积指数(leaf area index,LAI)与冬小麦冠层截留容量呈正相关关系(P<0.01)。构建了具有较好截留机制的冬小麦冠层降雨截留过程模型,并基于模拟降雨和天然降雨的数据拟合了模型参数,表征冬小麦降雨蒸发能力的参数α为0.008。模拟值和实测值有较好的一致性,显示了修正模型适用于冬小麦冠层截留计算。     

喷灌均匀性和灌水量对冬小麦冠层下水量分配的影响

为研究冬小麦冠层对喷灌水量的再分配规律,探讨不同灌水量下喷灌均匀性对土壤含水率空间分布、冬小麦生长状况及产量的影响,于2020-2021年在常州市金坛区开展了冬小麦田间喷灌试验。该试验依据作物需水量设置3个灌水量（充分灌溉、2/3需水量、1/3需水量）处理和2个喷灌均匀性（高：75%、低：55%）处理,通过冠层上、下雨量筒和自制的茎流收集器测量喷灌水量分布,并对喷灌后的土壤含水率（Soil Water Content,SWC）、冬小麦生长状况及产量的空间分布进行了监测。结果表明,冠层上喷灌均匀性比冠层下高约1.5%。喷灌水经冬小麦冠层再分配后所形成的棵间穿透流量、茎秆流量以及冠下喷灌损失分别占冠层上部水量的56.0%～73.9%、25.0%～37.0%和2.5%～12.7%。冠下穿透流率和茎秆流率与冬小麦的冠层特征（叶面积指数、株高）极显著相关（P<0.01）,而受喷灌均匀性和灌水量的影响较小。茎秆流率变异系数高于穿透流率变异系数。喷灌后24 h,0～20 cm深度土壤水分的变化与冬小麦产量及产量变异系数显著相关（P<0.05）。低喷灌均匀性会导致区域性缺水（SWC<65%田间持水量）,引发小范围减产,产量变异系数增大,减少灌水量则会加剧这一现象,冬小麦显著减产,灌水量对产量的影响占主导作用。该研究可为冬小麦的喷灌设计提供理论依据。     

夏玉米冠层叶片表观自由空间的差异研究

叶片自由空间在环境与冠层养分交换间具有重要作用,是目前植物营养学研究的重要领域之一。通过盆栽试验,以不同株型夏玉米为试材,研究了不同施氮水平（N 0、0.15和0.30 g /kg）下玉米冠层叶片表观自由空间（AFS）的差异。结果表明,不同生育期叶片AFS差异极显著（P0.01）,表现为随生育期推进,叶片AFS、生物量和全氮含量均逐渐降低;除成熟期,其它各生育期品种与施氮水平对叶片AFS的影响均存在显著的交互作用。施氮对叶片生物量的影响不显著,但施氮后叶片全氮含量显著增加。不同施氮水平下,植株冠层叶片AFS也存在显著差异,中量施氮处理（即N 0.15 g /kg）植株叶片AFS值（9.49 %）明显高于与不施氮处理（9.03 %）,但随施氮量进一步增加,叶片AFS下降,施氮量为N 0.30 g /kg时,叶片AFS为8.62 %;不同施氮水平各生育期不同叶层间叶片AFS、生物量和全氮含量差异显著（P0.05）。不同品种间叶片全氮含量和AFS存在显著差异（P0.05）,以紧凑型品种陕单902叶片AFS最大,平均为9.24 %,显著高于其它品种;中间型品种农大108与平展型品种陕单9号间差异不显著,二者平均分别为9.06 %和8.85 %;不同株型品种各生育期不同叶层间叶片全氮含量和AFS缺乏规律性。相关分析表明,叶片全氮与叶片AFS存在极显著正相关（R=0.9481）,说明植物冠层叶片AFS大小除受遗传特性影响外,植物体和介质氮素营养水平不同,AFS也存在差异,且这些差异随生育期变化而不同。     

不同灌水条件下施硫对冬小麦碳、氮、硫物质积累及产量的影响

2009～2010年在河南农业大学科教示范园区,以2个中筋小麦品种多穗型豫农949和大穗型兰考矮早8为供试材料,设置不同灌水次数和施硫试验,研究不同灌水条件下施硫对冬小麦碳、氮、硫物质积累及产量的影响。结果表明,随灌水次数的增加,两品种小麦干物质积累量逐渐升高,且在开花期和成熟期干物质积累量表现为S60显著高于S0;施硫结合灌水1～2次可提高小麦干物质在各器官的积累量,以子粒干物质积累量最多,茎+叶、穗轴+颖壳次之,而各器官分配无显著差异;补施硫肥提高了子粒中氮和硫的含量,但随灌水次数的增加子粒和营养器官中氮含量呈下降趋势,以W0处理含量最高。随着灌水次数的增加,两品种穗粒数、千粒重和产量呈升高趋势,且以S60W2处理达到最大值,较S0W0处理增幅达34.29%,品种间达显著差异,豫农949表现优于兰考矮早8。综上所述,本试验条件下,施用硫肥60 kg/hm2结合灌水1～2次有利于冬小麦干物质和碳氮硫积累分配及产量的提高,品种间对硫的响应有差异。     

施氮量对冬小麦氮素吸收、转运及产量的影响

2004至2005年在田间条件下,研究了施氮量0、105、2103、15.kg/hm2对冬小麦氮素吸收、累积、转运、产量及氮肥利用率的影响。结果表明,施用氮肥可显著提高冬小麦的子粒、秸秆产量及成熟期地上部总吸氮量,但过量施用氮肥对子粒和秸秆增产不显著;各施氮处理的氮肥利用率在34.2%～38.3%之间,随施氮量增加而略有降低。植株中氮素含量随生育期的延长而降低,氮素累积量总体呈增加趋势。施氮量对冬小麦氮素吸收有显著影响,同一生育时期,氮素含量和累积量都随着施氮量增加而提高。施氮可显著地促进氮素在子粒中累积,其中69%～87%的氮素是靠营养体的转运而来的。施氮量影响氮素的转运效率,随施氮量增加,转运效率降低。本试验条件下,冬小麦的合理施氮量应控制在105～210.kg/hm2之间。     

水氮互作对冬小麦氮素吸收分配及土壤硝态氮积累的影响

试验采用完全随机裂区设计,研究不同灌水和施氮处理对田间冬小麦氮素吸收转运分配以及成熟期土壤剖面硝态氮分布积累的影响.结果表明:冬小麦氮素吸收速率在拔节-开花期达到最大;阶段氮素吸收量、籽粒氮素积累量和氮收获指数均随灌水量的增加而增加,表现为W1500＞W1200＞W900＞W0;施氮量超过150 kg/hm2时,籽粒氮素积累量、氮收获指数,拔节-成熟期的氮素吸收量不再显著增加;灌水和施氮均能增加冬小麦营养器官氮素转移量,氮素转运率随施氮量增加而增加,氮素转运贡献率随灌水量的增加而降低;冬小麦成熟期表层(0-20 cm)土壤硝态氮含量随着灌水量增加而降低,表现为W0＞W900＞W1200＞W1500;相同灌水处理下,各土层硝态氮含量随施氮量的增加而增加,施氮处理能显著增加0-120 cm土层硝态氮含量,当施氮量超过150 kg/hm2时,随灌水量增加,土壤剖面中的硝态氮由上层向下层移动.     

冬小麦冠层温度及其影响因素探析

采用涡度相关法测定冬小麦农田潜热通量和显热通量 ,研究农田热量平衡各分量及风速对冠层温度和冠层 大气温差的影响结果表明 ,净辐射通量是影响冠层温度高低的主要能量因子 ,二者呈极显著线性相关关系 (α =0 .0 1) ,潜热通量、显热通量和土壤热通量对冠层温度的影响与天气状况有关 ,风速变化对冠层温度的影响作用不显著 ,而与冠层 大气温差间有较好的负相关关系     

树冠微域环境对茶树碳氮代谢的影响

【目的】树冠微域环境对植物的生长有着显著影响,改善植物树冠环境可提升收获对象的品质。因此茶树的生长特别是其碳氮代谢及茶叶品质可能会受到树冠微域环境影响,本文拟通过覆盖遮荫的方式人为改变茶树树冠微域环境,以探明树冠微域环境对茶树碳氮代谢等的影响。【方法】采用田间小区试验,通过在茶树树冠面上分别覆盖光热透过性能不同的三种遮荫材料,人为改变茶树树冠面的微域环境,以不覆盖为对照,比较不同树冠微域环境条件下树冠面空气温度、空气湿度、光照等环境因子的变化及光合速率等的差异,并通过氨基酸组分分析及高效液相色谱等方法对不同季节茶树新梢中碳氮初级代谢产物进行分析,以比较树冠微域环境变化对茶树碳氮代谢及茶鲜叶品质等的影响。【结果】茶树树冠面经三种光热透过性能不同的遮阳网在蓬面直接覆盖后,茶树新梢的生长小环境及碳氮代谢均发生了变化: 1）树冠面的光照强度、空气温度及叶片温度均得到了不同程度的降低,空气相对湿度得到了不同程度的提高。其中覆盖隔热网的降温效果最好,降温幅度最高可达3.1℃;覆盖银色网在早晚有较好的降温效果,降温幅度可达1.6℃,但在12时、14时和16时未有明显的降温效果。而覆盖黑网后早晨的树冠面空气温度与叶片温度却显著高于其他各处理,且随着外界温度的升高,黑网下的两种温度与不覆盖比表现出了波动现象。2）茶树被覆盖后,其净光合速率表现出显著的降低趋势,其中黑网覆盖处理与不覆盖处理均在中午12点左右出现一个低谷,出现了午睡现象,而银色网与隔热网覆盖处理没有表现出午睡现象;覆盖后茶树叶片胞间CO2浓度较不覆盖表现出升高趋势,其中以隔热网处理为最高。3）在高温强光季节对茶树进行适度遮荫覆盖,能在一定程度上促进茶树氮代谢,减弱茶树碳代谢,改善各季茶树新梢的品质。主要表现为茶新梢的叶绿素含量、氮磷钾等养分含量、游离氨基酸总量显著增加;氨基酸组分如茶氨酸、谷氨酸、天冬氨酸等也均表现出显著增加趋势;茶新梢中总碳含量及茶多酚等碳水化合物含量降低;总碳、C/N、茶多酚含量等显著降低,儿茶素组分降低但儿茶素品质指数增加、苦涩味指数降低;三种茶树微域环境中,隔热网覆盖的树冠环境对茶叶品质提升方面效果最明显。4）与不覆盖相比,茶树新梢产量表现出了降低的趋势。【结论】通过遮荫覆盖等方式调控茶树树冠微域环境会影响茶树碳氮代谢等生理活动、提高茶鲜叶品质,但茶鲜叶的产量表现出降低的趋势。     

夏玉米水分胁迫判别指标的研究

通过定点实验，研究了夏玉米不同水分胁迫条件下叶水势、冠层温度的变化特征，结果表明，土壤水分胁迫使夏玉米的叶水势降低，冠层温度升高，冠气温差增大。通过与良好供水的田块对照表明，叶水势和冠层温度可以作为作物水分胁迫的判别指标。     

氮肥底追比例及施硫对小麦氮素吸收利用的调控

为明确氮肥底追比例与施硫间的互作效应,采用盆栽方式,以京冬8号和济麦20为供试材料,设置氮肥底追比例为3∶7(N_1)、5∶5(N_2)和7∶3(N_3)3个处理水平,每个底追比例下设置2个硫肥施用量:0kg·hm~(-2)(S0)和45kg·hm~(-2)(S_1),运用15N示踪技术研究开花期、成熟期营养器官及籽粒中氮素积累、分配以及对不同来源氮素利用的情况,同时对花后营养器官贮藏氮素的转运、对籽粒的贡献率及氮素利用效率进行分析比较。结果表明,2个小麦品种植株中积累氮素主要来自肥料氮,京冬8号成熟期来自肥料氮的积累量达60%~70%,而济麦20则达70%~80%。氮肥底追比例及硫肥互作对2个品种氮素吸收、转运和分配的影响存在差异,其中京冬8号成熟期籽粒氮素积累量、营养器官贮藏氮素花后的转运量、转运率、对籽粒的贡献率、籽粒产量以及氮肥的利用效率均在N_1S_0时较高;济麦20营养器官贮藏氮素花后的转运量、转运率、对籽粒的贡献率在N1S0时较高,而在N3S1时,成熟期籽粒氮素积累量、籽粒产量、氮肥的利用效率均较高。综上所述,本试验栽培环境下,氮肥底追比例为N1时能够提高花前贮藏氮素的转运量、转运率、对籽粒的贡献率、籽粒蛋白质含量及氮素收获指数;氮肥底追比例为N3时有利于提高籽粒产量、氮肥生产效率。综合考虑籽粒产量、氮肥生产效率、氮肥利用效率和氮素收获指数,京冬8号最优肥料组合为N_1S_0,济麦20最优肥料组合为N_3S_1。本研究结果为冬小麦大田生产中合理的肥料运筹提供了理论参考。     

冠层温度-气温差与作物水分亏缺关系的研究

试验研究了冬小麦在不同土壤水分条件下拔节～抽穗期冠层温度-气温差变化规律及其随作物生长发育期的变化状况。结果表明,作物在充分供水条件下冠层温度-气温差变化较平缓;缺水时变化较大。冠层温度-气温差随作物生长发育期的变化趋势为低水分处理高于高水分处理。冠层温度-气温差可较合理反映土壤水分变化状况和作物水分亏缺程度。     

不同水源灌溉对水稻高温热害影响的微气象学分析

高温热害是长江中下游地区水稻常见的农业气象灾害,井水和池塘水灌溉是水稻高温热害过程中常用的农业措施。为研究高温热害下不同灌溉水源对稻田微气象的影响,以两优培九为研究对象,在高温热害期间（2016年8月12-18日）开展田间试验。试验分3个处理,T1：用池塘水每日8：00灌溉,田间水层达10cm后停止,18：00排干,灌溉水温平均30.5℃;T2：用井水每日8：00灌溉,田间水层达10cm后停止,18：00排干,灌溉水温平均18.2℃;CK：试验开始当天用池塘水灌溉至田间水深达10cm后停止,夜晚不排放,当田间水深低于5cm时补充灌溉至10cm,试验期间每日8：00田间平均水温27.2℃。对稻田不同层次的土温和水温、水稻冠层不同层次温湿度、冠层顶部（120cm）叶温、冠层上方太阳辐射等指标进行测定,用Penman-Monteith分层模式计算稻田能量平衡各分量的日变化。结果表明：白天（8：00-18：00）,所有处理各层次冠层内气温和地温均为T1>CK>T2,随着冠层高度增加,处理间气温差异逐渐减小;随着土壤深度增加各处理间地温差异逐渐减小。夜间（18：00-次日8：00）,各处理间5cm地温差异最大,其次为冠层40cm处。不同灌溉水温改变了各处理的能量平衡分量,水体含热量的变化（Q）表现为T2>CK>T1,土壤热通量（G）、显热通量（H）和潜热通量（LE）均表现为T1>CK>T2。说明较高温度的池塘水灌溉加重了水稻的高温热害,而较低温度的井水灌溉对抵御高温热害有良好效果。     

水肥耦合对玉米化学计量学特征及其生长性状的影响

为了探讨不同水肥条件下玉米C、N、P化学计量学特征及其影响因素,设置土壤不同含水量和全氮含量的盆栽试验,分析了不同水肥对玉米生长性状和碳氮磷化学计量学特征的影响,并对两者进行了相关分析。试验设置田间持水量的90%,70%,50%(W1、W2、W3),田间正常施氮量的150%,100%,50%,(N1、N2、N3),共9个处理。结果表明:玉米根、茎、叶不同器官干物质量均随着施氮量的减少而减少,随着土壤含水量的增加而增加。高、中水分时玉米株高随着施氮量的增加而增加,当玉米处于干旱胁迫时施氮量对玉米株高影响不大。低水分下的茎粗显著低于高、中水分。玉米根、茎、叶的C含量差异不显著。低氮施肥处理下玉米根、茎和叶的N含量均显著低于中、高氮处理,而后两者对根、茎和叶的N含量的影响表现不一,其中对茎氮含量差异达到显著水平,对叶氮含量在抽雄期以后才显著。玉米C∶N∶P生态化学计量特征随水肥因素的变化表现不一,其中N/P平均为6.01,随着施氮量的增加而升高,随土壤含水量的增加而降低;C/N为0.31,随着施氮量的增加而降低,对水分因素不敏感;C/P为1.62,表现出强烈的内稳性,不随外界生物与非生物环境的变化而变化。     

喷灌对冬小麦生长环境的调节及其对水分利用效率影响的研究

研究了在不同气候条件下喷灌对近地面空气温湿度和农田蒸发能力（冠层顶部20 cm蒸发皿水面蒸发量）的影响，在干热风天气条件下微量喷水对冠层温度和农田蒸发能力的影响，以及喷灌对冬小麦产量和水分利用效率的影响。试验结果表明，如果4～5月份降水量较少、空气相对湿度较低，则喷灌会明显降低近地面空气日最高温度和日平均温度，增加日平均相对湿度特别是最低相对湿度。喷灌条件下农田蒸发能力明显低于地面灌溉。微量喷水明显降低冠层温度和降低农田蒸发能力。农田蒸发能力变化与喷水量和日最高温度成正比，与日最低相对湿度和风速成反比。喷     

旱稻叶片含氮量与水分含量的定量关系

在池栽条件下研究了不同水分处理对早稻叶片氮素含量以及叶片组织水势、自由水和束缚水含量的影响。结果表明：在不同土壤水分条件下，植株全氮含量基本上表现为先下降而后升高再下降的变化趋势，随土壤含水量增加叶片中全氮含量逐渐减少，叶片的组织水势和自由水含量逐渐增大，束缚水含量逐渐下降。叶片氮素含量与分蘖高峰期（播种后40～46d）的组织水势呈显著负相关。叶片氮素含量（y）与叶片组织水势（z）间存在y=-0．6999x＋2．3764的显著直线回归定量关系。     

基于无人机遥感影像的玉米冠层温度提取及作物水分胁迫监测

针对当前无人机热红外遥感提取冠层温度不准确、监测作物水分胁迫状况精度不高的问题,该研究以不同水分处理的拔节期夏玉米为研究对象,利用无人机获取试验区域热红外和可见光图像资料,分别采用Otsu算法、EXG-Kmeans算法和Otsu-EXG-Kmeans算法获取冠层区域图像,并对提取结果进行精度评价,而后采用最优算法求得对应作物水分胁迫指数（Crop Water Stress Index,CWSI）,通过分析CWSI同土壤含水率相关关系以及CWSI日平均变化趋势来监测玉米水分亏缺状况。结果表明：1）相比于其他方法,Otsu-EXG-Kmeans算法对冠层温度提取精度更高（用户精度为95.9%）,提取的冠层温度更接近实测温度（r=0.788）,可以准确获取图像冠层温度。2）相比于冠层温度,CWSI与土壤含水率的相关性更高（r= -0.738）,CWSI日平均变化趋势更符合实际情况,可更加精确地监测玉米缺水状况。该研究为无人机遥感精准监测作物水分胁迫状况提供参考。