紫花苜蓿光合生产与干物质积累模拟模型研究

依据紫花苜蓿生物学特性，通过田间试验和广泛收集资料，构建了紫花苜蓿光合生产与干物质积累模拟模型。该模型包括光合作用、呼吸作用、叶面积消长、干物质积累、同化物分配和产量形成等过程，考虑了温度对光合作用的影响。计算得到紫花苜蓿不同生育时期的干物质转换系数( β )和同化物分配分配系数[C(d)_I]，确定了主要紫花苜蓿品种的光合参数(a 和P_max)。分别利用北京和太原不同年份和不同品种的试验资料对地上部生物量、产量和叶面积指数模型进行了检验。结果表明，模型对叶面积动态、地上部生物量和产量模拟效果较好，叶面积指数、地上部生物量、茎和叶生物量的决定系数分别为0.98、0.95、0.96和0.88（n=20），产量均方差(RMSE)为103 kg hm^-2，相对均方差(NRMSE)为2.1% (n=102)。模型不仅具有较强的机理性，而且有较好的拟合性。     

安徽省油菜主要发育期预报业务化模型研究

为了满足现代农业气象业务服务的需求,为各级政府决策部门和农业生产者及时、合理地开展田间管理和农业生产提供科学依据,在江苏省农科院研发的油菜发育期预报模型的基础上,利用安徽省1982~2005年甘蓝型油菜发育期资料和相对应的气象资料,运用数理统计方法,建立了安徽省油菜主要发育期区域预报模型;并依据天气预报,预测油菜开花期和成熟期。经模拟回代、试报和业务应用,结果显示：油菜开花期和成熟收获期实际观测值与模拟值的相关系数在0.8~0.9,平均绝对误差在2~3天;2006-2009年试报结果与实际值的绝对误差平均在3天左右。本研究对预测安徽省油菜的生育期进程提供了理论支持,并在2011年业务应用中效果较好,完全可以满足业务需求。     

基于春化效应的高山萝卜生育期模拟模型研究

为避免因抽薹而降低萝卜的食用性与商品性,有必要做好抽薹期预测。根据萝卜发育对低温春化的反应特点,2009—2013 年在鄂西南高山地区海拔400、800、1200、1600、1800 m高度对‘短叶13’、‘雪单一号’2 个萝卜品种进行了不同海拔、播期的田间试验及小气候对比观测;引入温度热效应、低温春化效应、光周期敏感性的作物发育速率影响函数,建立了萝卜抽薹生育期的数学模拟模型,并对所建模型进行了校正和检验。结果表明：播种至抽薹生育期所需天数的模拟值与实测值之间平均绝对误差(mean bsolute error,MAE）‘短叶13’与‘雪单一号’分别为2.4、2.7 天,平均相对误差（mean absolute percentage error,MAPE）分别为6.87%、3.26%;与有效积温法（MAE 分别16.9、16.0 天）和PAR日积分法（MAE 分别14.7、13.4 天）发育期模型相比,2 个品种的精度分别提高28%、14.6%以上;模型可以用于高山萝卜错季抽薹期实际预测。     

影响常规籼稻品种氮素籽粒生产效率的主要源库指标

在群体水培条件下，以国内外不同年代育成的籼稻代表品种（2001年为88个、2002年为122个）为材料，测定叶面积系数、库容量、干物重以及氮素含量等，采用组内最小平方和的动态聚类方法将供试品种的氮素籽粒生产效率从低到高依次分为A、B、C、D、E、F等6种类型，研究各类型籼稻品种有关源库指标的差异以及影响氮素籽粒生产效率的主要源库指标。结果表明，A、B、C、D、E、F类籼稻品种的平均氮素籽粒生产效率2001年分别为20.51、31.04、35.64、39.46、43.55和50.92 g g^-1，2002年分别为24.33、31.61、35.83、39.06、43.51和50.00 g g^-1；高氮素籽粒生产效率类型籼稻品种源、库的基本特点为抽穗期的叶面积系数较小、灌浆结实期叶面积下降速度慢、净同化率高、库容量大，抽穗期的单位叶面积、单位干物重和单位氮素所承担（形成）的库容量大。多元逐步回归分析表明，单位氮素库容量、单位干物质库容量、单位库容量形成的产量、抽穗期叶面积系数以及抽穗期至成熟期叶面积系数减少量对氮素籽粒生产效率有显著影响（R²=0.749～0.805）。通径分析表明，抽穗期的单位氮素库容量和单位干物质库容量以及单位库容量形成的产量对籼稻品种氮素籽粒生产效率的影响力明显大于抽穗期叶面积系数和抽穗期至成熟期叶面积系数减少量。     

氮肥运筹对弱筋小麦群体指标与产量和品质形成的影响

以弱筋小麦品种扬麦9号和宁麦9号为材，研究了不同施氮水平及基追比对群体指标、产量和品质的影响。结果表明，孕穗期叶面积指数（LAI）随施氮量的增加而提高；小麦籽粒产量及成熟期生物产量、花后干物质积累量与施氮量均呈二次曲线关系；籽粒蛋白质含量、湿面筋含量与施氮量呈极显著正相关。增加后期追氮比例及同比例2次追氮均提高了成熟期生物产量、花后干物质积累量、茎蘖成穗率、孕穗期LAI、籽粒产量、蛋白质含量和湿面筋含量。花后干物质积累量、成熟期生物产量、成穗数、茎蘖成穗率与产量呈显著或极显著正相关，拔节期、孕穗期、开花期和灌浆期LAI与产量呈显著或极显著二次曲线关系。弱筋小麦实现优质和产量7 000 kg hm^-2的氮肥运筹技术以施氮量200 kg hm^-2和基肥∶拔节肥∶孕穗肥为7∶2∶1，其高产优质协调的关键群体调控指标，最适LAI为6.9，花后干物质积累量和成熟期生物产量分别为5 300和16 500 kg hm^-2，成穗数为466×104 hm^-2，茎蘖成穗率为50%。     

不同氮素籽粒生产效率类型籼稻品种产量及其构成的基本特点

在群体水培条件下，以国内、外不同年代育成的常规籼稻代表品种（2001年为88个、2002年为122个）为材料，测定叶面积系数、干物重（包括根系）、氮素含量、产量及其构成因素等，采用组内最小平方和的动态聚类方法将供试品种按氮素籽粒生产效率(NUEg)从低到高依次分为A、B、C、D、E、F等6类，研究各类品种产量构成的基本特点。结果表明，（1）供试品种间NUEg的差异很大（344%、425%），A、B、C、D、E、F类品种的平均NUEg 2001年分别为20.51、31.04、35.64、39.46、43.55、50.92 g·g^-1，2002年分别为24.33、31.61、35.83、39.06、43.51、50.00 g·g^-1；（2）随着NUEg水平的提高，籼稻品种的产量水平显著提高，两年结果一致；多元回归分析表明，氮素总吸收量（包括根）和NUEg对产量均有显著影响，改良二者均可提高籼稻品种的产量水平；（3）高NUEg类品种的基本特点为单位面积穗数较多、库容量大、结实率高、抽穗期叶面积系数较小、抽穗期单位叶面积籽粒产量高、经济系数高，而每穗颖花数、千粒重以及生物产量等与籼稻品种的NUEg水平关系不密切。     

光合特性的研究

 为了研究四川桤木不同品系对光的响应,为其引种和扩大栽培提供理论依据,对模拟光条件下H1、H12、J5、J10品系光合特性进行了研究,结果表明：（1）4个桤木品系具有较低的LCP（介于3.16~50.61μmol/<m^-2·s^-1>之间）和较高的LSP（＞800μmol/<m^-2·S^-1>）,其LCP、LSP的大小排序均为J10＞H12＞J5＞H1;4个品系能适应多种光照环境。H12、J10强光利用效率高,其生长速度高于H1、J5品系,H1、J5品系利用弱光能力较强;（2）表观量子效率为0.0303~0.0495mol/mol,与自然条件下一般植物的表观量子效率（0.03~0.05mol/mol）基本一致;（3）影响其净光合速率（Pn）主要生理生态因子是气孔导度、胞间CO2浓度和光照强度等,J5、J10品系Pn还受到CO₂R较大的影响;而Tleaf、Vpdl对H1、H12品系的Pn影响比较明显。     

培养液NO3－/NH4+比对甜菜幼苗NO3－、NH4+吸收特性的影响

采用标准偏高糖型甜研7号与标准偏丰产型甜研8号2个二倍体纯系品种及水培方法，研究了子叶期（11 d）甜菜对NO₃^－和NH₄⁺ 的吸收特性以及不同NO₃^－/NH₄⁺ 比对苗期（31 d）甜菜吸收特性的影响。发现了子叶期甜研7号较甜研8号对NH₄^＋有较大的Vmax，有利于NH₄⁺的吸收。低NH₄⁺浓度比促进甜菜对NO₃^－的吸收。而且甜研7号受到的影响相对大于甜研8号。不同NO₃^－/NH₄⁺ 也影响甜菜对NH₄⁺ 的吸收速率，2品种所受的影响并不相同。2品种遗传特性不同导致了甜研7号对NH₄⁺ 的吸收较甜研8号敏感。高浓度NH₄⁺ 的存在促进了甜研7号与甜研8号对NH₄⁺ 的吸收。说明可以通过调节甜菜对NO₃^－与NH₄⁺ 的吸收与同化关系来调控甜菜的氮代谢，以提高甜菜的产量与质量。     

中黄35超高产群体的生理参数

为探索新疆绿洲农田生态条件下大豆超高产(≥5 625 kg hm^-2)栽培的产量形成机理,在2006和2007年超高产栽培试验中测定了中黄35的群体生理指标和生态参数,分析了品种群体结构。结果表明,中黄35和新大豆1号(对照)的最大叶面积指数(LAI_max)分别为4.31和3.64,LAI＞3的天数分别持续50 d和36 d;全生育期的总光合势(LAD)分别为2 766 375 m² d和2 385 645 m² d;中黄35生育前期(出苗后第16~58天群体的光合生产率为3.3~5.2 g m^-2 d^-1,而后期(出苗后第72~114天)则为2.52~5.0 g m^-2 d^-1,对照分别为3.8~6.0和0.6~3.5 g m^-2 d^-1;中黄35的生物产量、籽粒产量和经济系数为13 943.2 kg hm^-2、5 521.5 kg hm^-2和39.6%,对照则为13 108.1 kg hm^-2、4 666.5 kg hm^-2和35.63%。和对照相比,中黄35最大叶面积指数持续时间长,全生育期的总光合势高,后期群体的光合生产率大,经济系数高是达到超高产目标的基础。中黄35在新疆绿洲农田栽培,具有良好的适应性。     

Glu-B1位点亚基色谱鉴定及7OE对面团强度的影响

准准确鉴定高分子量谷蛋白亚基（HMW-GS）及探讨其对面团特性的影响是小麦品质研究的重要内容。用聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和反相高效液相色谱（RP-HPLC）对62份品种（系）的HMW-GS组成进行鉴定。结果表明，结合SDS-PAGE和RP-HPLC两种方法可以对Glu-B1位点，尤其是Glu-B1（7+8）进行有效鉴定。选用13份姊妹系为材料，使用RP-HPLC和凝胶色谱（SE-HPLC）方法，研究了Glu-B1al（7^OE+8*）以及贮藏蛋白组分含量对面团强度的影响。结果表明，Glu-B1al（7^OE+8*）可显著提高HWM-GS总量和面团强度，7OE可作为优质亚基用于强筋小麦育种。相关性分析表明，谷蛋白总量、HWM-GS、LMW-GS以及x-HMW含量与最大抗阻力呈1%显著正相关，相关系数分别为0.76、0.76、0.77和0.72。SDS-不溶性谷蛋白大聚体（UPP）占谷蛋白聚合体总量的百分比与揉面仪峰值时间、粉质仪形成时间和稳定时间以及最大抗阻呈1%或0.1%显著正相关，相关系数分别为0.77、0.90、0.89和0.87。醇溶蛋白与谷蛋白含量的比值与揉面仪峰值时间呈1%显著负相关，相关系数为－0.69；与粉质仪稳定时间和最大抗阻呈5%显著负相关，相关系数分别为－0.58和－0.64。HPLC可有效分离和量化HWM-GS，并作为小麦品质育种有效的辅助手段。     

水稻地上部生物量及净初级生产力的定量分析

目前国内有关水稻的生物量和净初级生产力的定量研究未见报道,而水稻为中国最主要的粮食作物,因此,很有必要了解它的净初级生产力和生物量,通过利用1996~2005年的农业气象观测资料统计水稻的净初级生产力表明,播种至三叶期的NPP为3.65±1.36g/m²·d,三叶期至移栽前的NPP上升到14.34±15.18g/m²·d。移栽至分蘖期的NPP为2.98±1.79g/m²·d,分蘖至拔节期的NPP为12.11±4.37g/m²·d,拔节至抽穗期的NPP为19.35±4.66g/m²·d,抽穗至乳熟的NPP达到最大为29.89±13.71g/m²·d,乳熟期至成熟期的NPP有所下降,为8.81±11.51g/m²·d。与大多数植被相比,水稻的净初级生产力较高。三叶期的生物量为75.14±31.49g/m²,移栽前为156.84±48.99g/m²,移栽后为5.48±2.50g/m²,分蘖期为45.53±29.39g/m²,拔节期的生物量为213.11±54.78g/m²,抽穗期的生物量为567.83±117.87g/m²,乳熟期的生物量为889.70±173.99g/m²,至成熟期为1018.00±147.60g/m²。水稻的净初级生产力与叶面积指数有着极显著的直线正相关性。     

施氮水平对冬小麦旗叶光合特性的调控效应

在大田试验条件下,对大穗型小麦品种兰考矮早八旗叶光合特性及氮素调控效应进行了研究。结果表明,旗叶叶绿素含量随籽粒灌浆进程呈逐渐降低的趋势。PSⅡ潜在活性、PSⅡ光化学的最大效率、荧光光化学猝灭系数等随生育进程呈先升高后降低的变化趋势,且均在开花期达到最大值,之后逐渐下降;荧光非光化学猝灭系数则在成熟期达到最大值。氮肥对旗叶光合特性有一定的调控效应,Chl,F_v/F_o,F_v/F_m及qP均随施氮水平的增加呈增加的趋势,其中Chl和F_v/F_o以N3（180 kg hm^-2）处理最大,F_v/F_m和qP（除孕穗期外）以N4（360 kg hm^-2）处理最大;qN则随施氮水平增加呈降低的趋势,以N4处理最小。适宜的施氮量（180 kg hm^-2）改善了兰考矮早八的光合色素性状,提高PSⅡ潜在活性及PSⅡ光化学的最大效率,减少荧光非光化学猝灭系数,从而有助于籽粒产量的提高。     

不同供肥条件下水分分配对旱地玉米产量的影响

以盆栽试验和田间试验研究了不同供肥条件下不同生育期水分状况对玉米产量的影响。结果表明，任何生育期的土壤干旱胁迫均会导致玉米减产，肥料供应充足时减产幅度较小；干旱胁迫越严重，肥料的这一作用越显著。无论正常供肥还是低肥，玉米对抽雄期土壤水分最敏感，防止这一时期干旱胁迫对保证玉米产量具有重要意义。拔节期是旱地玉米有限灌溉的另一个关键时期，水分的增产潜力很大，低肥时增加拔节期土壤水分供应效果更显著。玉米苗期并不耐旱，尤其是低肥时苗期干旱显著影响玉米的籽粒产量。在相对含水量45%~90%范围内，玉米产量随土壤含水量的增加而增加，但增加幅度与肥料供应和生育期有关。玉米获得最高产量的土壤水分条件与肥料供应密切相关，与正常供肥相比，低肥时所需土壤含水量较低。玉米增产的肥效大于水效，产量随肥料投入的增加显著提高，水分胁迫条件下增加肥料供应同样具有增产作用。肥料供应不足时水分的增产作用会受到限制。在现有的水资源条件下，提高肥料供应水平是旱地玉米增产的主要途径。     

施氮量对冬小麦灌浆期光合产物积累、转运及分配的影响

采用花前¹⁴C-同位素标记旗叶的方法, 研究了盆栽条件下不同施氮量对两种穗型冬小麦品种光合产物转运及¹⁴C同化物积累、分配的影响。结果表明, 冬小麦成熟期¹⁴C-同化物主要分配在茎鞘中, 其分配率为44.31%~60.96%; 其次在籽粒中, 分配率为31.81%~40.67%; 其中大穗型品种兰考矮早八茎鞘、叶片中的分配率高于多穗型品种豫麦49-198, 表明成熟时大穗型品种有更多的同化物滞留在茎鞘和叶片中。施氮量对¹⁴C-同化物分配率有影响, 在施氮量36 g m^-2处理的茎鞘中分配率下降, 而籽粒中的分配率增加, 表明增施氮肥促进花前同化物向籽粒中分配。随着籽粒灌浆进程, 光合产物在营养器官中的分配率逐渐下降, 在籽粒中的分配率逐渐增加, 表明营养器官的同化物逐渐向籽粒转运。小麦籽粒的同化物有34.94%来自花前贮藏物质的转运, 65.06%来自开花后同化量, 但不同品种、不同氮素水平处理之间有较大差异。施氮量36 g m^-2处理的花前转运量、转运率、花前贮藏物质对籽粒贡献率均下降, 但花后同化量、对籽粒贡献率以及单穗粒重均增加; 其中兰考矮早八和豫麦49-198的花后贡献率分别为77.84%和56.29%, 表明兰考矮早八花后同化量对籽粒的贡献大于豫麦49-198。两品种籽粒产量均表现为施氮量36 g m^-2处理高于18 g m^-2处理, 并且大穗型品种的增产幅度大于多穗型品种, 表明增施氮肥对不同冬小麦品种的增产效应存在差异。     

施氮量对强筋小麦品种济麦20氮硫积累与再分配及籽粒品质的影响

为了探讨施氮量对小麦籽粒加工品质调控的生理基础,选用强筋品种济麦20,在山东省龙口市前诸留村和中村(在中村进行了连续两年定位试验),研究了田间高产条件下,小麦氮与硫积累和再分配与籽粒品质的关系及施氮量对其调控的效应。结果表明,随施氮量由0增加至195~204 kg hm^-2,开花期营养器官中氮和硫的积累量及开花后吸收分配至籽粒的氮量和硫量增加,开花后各营养器官中的氮向籽粒的再分配量及叶片和穗轴+颖壳中的硫向籽粒的再分配量增加,籽粒中氮和硫含量提高,氮、硫含量比（N/S比）由16.38~16.98降至14.22~14.48,谷蛋白含量比例提高,籽粒品质改善;施氮量为276~285 kg hm^-2时,植株氮积累量无显著变化,茎秆+叶鞘中氮转移量减少,残留量增多,抑制了硫向籽粒的转移,导致籽粒硫积累量和含量降低,N/S比升高至15.20~15.27,谷蛋白含量占总蛋白质含量的比例减少,籽粒品质下降。说明施氮量影响了植株氮、硫积累量及向籽粒再分配的数量,调节了籽粒氮和硫含量及N/S比,导致籽粒蛋白质组分比例的差异,进而影响了籽粒的加工品质。使品质改善的适宜籽粒N/S比为14.22~15.27。兼顾高产和优质的适宜施氮量为195~204 kg hm^-2。     

不同灌水处理对强筋小麦籽粒产量和蛋白质组分含量的影响

在小麦全生育期降水47.9 mm的条件下,对7个强筋小麦品种,采用二因素裂区设计,研究了不同灌水处理对籽粒产量、蛋白质组分和沉降值的影响。结果表明,籽粒产量和千粒重均以春季灌3水(春2叶露尖、春5叶露尖和开花期分别灌水40 m³)处理最高,与灌1水（春5叶露尖灌水40 m³）处理差异显著。烟农19的产量最高,与其他品种差异显著。不同灌水处理对醇溶蛋白含量的影响较大,以灌3水处理最高,与灌1水和2水（春5叶露尖和开花期分别灌水40 m³）处理差异显著。不同品种各蛋白质组分差异均显著,品种间谷蛋白含量的变异系数最大。不同品种在不同灌水条件下均表现为谷蛋白含量>醇溶蛋白>清蛋白>球蛋白,其比例约为3.6∶2.7∶1.7∶1。不同灌水处理间沉降值差异不显著,品种间差异极显著。综合考虑小麦产量和品质,在本试验条件下,以春季灌3次水为宜。     

人参不同生育期叶片光合作用变化的研究

田间栽培和植物生长室培养试验结果表明,净光合速率（P_n）在尚未形成生殖器官的一年生人参叶片完全展开后即达最大值,此后缓慢下降;2~6年生人参叶片完全展开后达第1个高峰,开花期略有下降,绿果期出现第2高峰,此后持续下降。去掉花蕾的人参植株叶片在对照植株的绿果期没有出现第2高峰,但在红果期和黄叶期净光合速率下降缓慢。弱光（10%透光荫棚）和适宜光（30%透光荫棚）下人参叶片绿果期后P_n下降缓慢,强光（50%透光荫棚）下下降较快,过早出现变黄早衰。强光和高温可使植株生育期缩短、叶片早衰、Pn快速下降,而弱光和低温使植株生育期延长,P_n下降时间推迟。叶片表观量子效率(AQY)、气孔导度(G_s)和蒸腾作用(T_r)自展叶期至绿果期变化不大,红果期和黄叶期持续下降。胞间CO₂浓度(C_i)在展叶期至绿果期较低,红果期和黄叶期持续增加,说明生育后期P_n下降是由非气孔限制因子引起。叶片P_n与比叶重呈负相关,推测叶片光合产物的积累和消耗与P_n的生育期变化有关。绿果期C_i最低,同时水分利用效率(WUE)较高,是人参叶片光合作用对水分需求的关键时期。     

大豆不同品种光合速率与产量关系的研究

不同大豆品种叶子的光合速率,随生育时期、叶位和年份不同而变化。其变化幅度在15～30毫克 CO₂·分米^-2·小时^-1。按早期到近期品种顺序依次增高。单叶的光合速率和产量很少相关。但每类群体,每个品种的主要生育时期的平均光合速率和产量都呈正相关,其相关系数 r=0.8592。在不同年份也保持相同趋势。大豆鼓粒时期的群体光合速度和产量是密切相关的,其相关系数r=0.9239。     

稻–麦轮作下9000kg hm~(–2)产量水平扬麦20的群体质量及花后光合特征

在稻麦两熟制条件下,于2010—2011和2011—2012年度,通过氮肥施用量、施用时期及比例的调控,建立了扬麦20不同产量水平群体,比较≥9000 kg hm–2群体(P1)与9000 kg hm–2群体(P2)的产量构成、群体质量及花后光合特征,为稻茬小麦大面积高产提供理论依据和技术支撑。P1较P2群体产量高约10%,每穗粒数高约5.5%,差异显著,但两群体的穗数和千粒重差异不显著。P1群体的穗数、穗粒数和千粒重分别为482~538万hm–2、47~49粒和34~39 g。籽粒产量与孕穗和开花期叶面积指数(LAI)及花后LAI衰减率和光合势呈抛物线关系,与乳熟期LAI、粒(重)/叶比和群体生长率呈显著线性正相关。两年度试验结果表明P1群体具有以下特征,孕穗期、开花期和乳熟期的LAI分别为6.5~7.0、5.0~6.0和4.0~4.5;粒(数)/叶比为0.37~0.39,粒(重)/叶比为13.5~14.5;花后LAI衰减率、群体生长率、光合势和净同化率分别为0.13~0.15 d–1、19~20 g m–2 d–1、103×104~118×104 m2 d hm–2和9~11 g m–2 d–1。花后21d和28 d,剑叶SPAD值、净光合速率、丙二醛(MDA)含量及3种抗氧化酶(CAT、POD和SOD)活性与产量相关性均达极显著水平。研究表明,稻–麦轮作体系中,扬麦20达到9000 kg hm–2产量水平的栽培技术关键点是获得适宜穗数的基础上,主攻每穗粒数与千粒重的协调增加,使群体在花前具有较高的光合面积和光合速率,花后光合面积衰减速率低,维持较高的光合面积,从而充分积累花后光合物质,在适宜库容基础上保障对库充实的需求。