膜下滴灌水分亏缺下棉花开花后非叶绿色器官光合特性及其对产量的贡献

选用北疆棉区主栽品种新陆早33号和新陆早45号,设置常规滴灌量(CI)、轻度水分亏缺滴灌量(SDI)、中度水分亏缺滴灌量(MDI)3种处理,在田间条件下研究了不同滴灌量对棉花叶片和非叶绿色器官叶绿素(Chl)含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)和光合物质累积的影响,明确了水分亏缺下棉株非叶绿色器官光合作用对产量的贡献。结果表明,各滴灌量条件下棉花非叶绿色器官单位面积的Pn、Chl含量下降幅度较叶片小,且随棉花生育进程的变化较小。在棉铃生长发育后期,随滴灌量减少,棉花非叶绿色器官光合物质生产能力对产量起着更为重要的作用。中度水分亏缺条件下,棉铃(铃壳和苞叶)和茎秆光合作用对铃重的相对贡献率分别增加至16.8%~34.9%和7.6%~17.5%。因此,采用膜下滴灌植棉技术时适当控制滴水量,在保证叶片具有较高光合速率的同时,发挥棉花非叶绿色器官的光合抗逆能力,对挖掘滴灌棉花节水增产潜力具有重要意义。     

后期水分亏缺与增施氮肥对杂交稻叶片光合功能的影响

为了探讨以水肥调控延长水稻结实期叶片功能的可能性,研究了早衰型和非早衰型杂交稻组合后期衰老过程中叶片光合功能对适度水分亏缺和增施氮肥的响应。结果表明,水稻灌浆期水分亏缺促使叶绿素和叶面积衰减加剧,加速Rubisco羧化活性和叶片光合功能衰退,叶片ZR (玉米素核苷)含量下降。对缺水较敏感的中优838、天优998和隆平601其叶绿素衰减率提高了9%~12%;光合速率各下降了19.55%、19.12%、12.73%;ZR含量、Rubisco羧化活性的降幅相对高于其余组合。在限水的同时增施氮肥明显缓解了水分亏缺胁迫的影响,但增氮效果组合间存在较大差异。叶绿素衰减率降低6.14%~27.10%;光合速率,隆平601、天优998、汕优63和中优838提高9.30%~15.81%,两优6326和C两优396提高3%~5%;Rubisco羧化活性,隆平601提高18.94%,中优838提高12.16%,其他组合提高3%~9%;增施氮肥提高了叶片ZR含量,中优838叶片ZR平均含量提高16.05%,C两优396和汕优63分别提高8.31%和8.16%,两优6326和隆平601分别提高4.90%和1.13%。相关分析表明,叶片ZR含量与叶光合速率和Rubisco活性呈极显著正相关,Rubisco羧化活性与光合速率和叶绿素含量极显著相关,叶片总糖含量和稻谷产量与光合速率相关显著和极显著。水稻灌浆期水分不足加速叶片衰老和光合功能衰退,在干旱胁迫时适量增施氮肥,是降低干旱胁迫危害、增强叶片光合功能、延长叶片功能期,防御早衰的有效措施。     

棉花非叶绿色器官光合能力的差异及与物质生产的关系

在田间条件下,以3个杂交棉品种(鲁棉研25、石杂2号和新陆早43)和2个常规棉花品种(新陆早13和新陆早33)为试验材料,通过两年试验研究了不同类型品种冠层叶片和非叶绿色器官(苞叶、铃壳和茎秆)的群体光合速率、叶绿素含量、叶绿素荧光参数和光合机构电子传递特性,及其与光合物质生产的关系。结果表明,杂交棉石杂2号和新陆早43号非叶绿色器官的群体光合速率显著高于常规棉品种,其中果实(铃壳和苞叶)和茎秆的群体光合速率分别比2个常规棉平均高85.1%和197.6%。叶片的叶绿素含量和实际光化学效率最高,铃壳次之,苞叶和茎秆最小;与常规棉品种相比,杂交棉品种叶片和苞叶的实际光化学效率无显著差异,但铃壳和茎秆的实际光化学效率显著较高;非叶绿色器官光合物质生产能力的提高与其对强光的适应能力和抗光抑制能力关系密切。     

不同耕作方式与氮肥类型对夏玉米光合性能的影响

为了探讨不同耕作方式与氮肥类型对夏玉米光合性能的影响及其作用机制,本试验以玉米杂交种郑单958为供试材料,通过快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP)及820 nm光吸收等技术,深入研究了玉米花后叶片叶绿素含量、含氮量、气体交换参数、光系统II(PSII)、光系统I(PSI)及二者间的协调性。两年研究结果表明,与常规尿素相比,施用控释尿素均可显著提高玉米花后穗位叶叶绿素含量、净光合速率(Pn)及后期气孔导度(Gs),明显改善光系统间协调性。与旋耕相比,深松可进一步加强施氮对玉米叶片光合性能的促进作用。控释尿素结合深松可显著提高叶绿素含量及Pn,明显改善叶片PSII反应中心供体侧和受体侧性能,增强电子由PSII向PSI的传递,使花后叶片PSII与PSI间协调性显著增加,有利于产量形成期光合性能稳定。光合性能的提高显著增加了穗粒数和单株籽粒产量,最终提高玉米产量。因此,深松与控释尿素结合可有效地协调PSII与PSI,提高夏玉米光合性能,促进玉米增产。     

液态有机肥对滴灌棉花光合特性及产量形成规律的影响

为优化滴灌棉花的施肥技术,探究液态有机肥对滴灌棉花生长发育的影响,笔者采取单因子随机区组试验设计,研究在滴灌棉花不同生育时期施用液态有机肥对棉花光和特性、干物质积累及产量的影响。结果表明:(1)施用液态有机肥能够促进植株生长发育,增大光合速率增加棉花产量,且随着液态有机肥施用量的增大,各处理叶面积指数、SPAD值均呈现先增后减的趋势,均于铃期达最大值,其中苗期与蕾期施液态肥的C处理最大值分别为3.25和62.63;(2)叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均以C处理最高,并于8月5日花铃期达到极值,而胞间二氧化碳浓度(Ci)表现为C处理最低,为188.67μmol/mol;(3)整个生育期内单株干物质积累量、伏前桃、伏桃、单株铃数及品质均以C处理最好,与其他处理达显著差异水平(P0.05),且增产幅度为27.01%~42.97%。研究表明,液态有机肥适宜的施用时期不仅可提高叶面积指数、叶绿素含量及光合速率,同时为后期干物质积累及产量的形成奠定基础。     

基于叶绿素荧光参数的滴灌棉花氮素营养估测模型

【目的】建立基于叶绿素荧光参数的棉花叶片氮素营养监测模型,为棉花高效施氮及植株生长状况的无损监测提供方法。【方法】在水肥一体化滴灌条件下,以新陆早58号为试验材料,设置4个施氮水平,测定了棉花生长关键时期顶2(从顶部数起)至顶5叶的叶绿素荧光参数和氮素含量,分析了棉花叶片氮素含量与荧光参数的关系。【结果】(1)棉花出苗70 d后,叶片氮素含量以及光系统II(PSII)潜在光化学活性(Fv/F0)、PSII潜在最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII实际光化学效率(ΦPSII)、PSII最大光化学效率(Fv'/Fm')均随着棉花生长呈逐渐下降趋势。(2)不同氮素处理下,各叶片氮素含量以及叶绿素荧光参数Fv/F0、Fv/Fm、ΦPSII和Fv'/Fm'均随施氮量的增加而上升,其中N2 (240 kg·hm-2)处理下各荧光参数值最大。(3)叶片氮含量与Fv、Fv/F0、Fv/Fm、ΦPSII都呈现极显著正相关关系,与荧光参数ΦPSII、Fv'/Fm'间呈现较好的指数函数关系,与荧光参数Fv、Fv/Fm、Fv/F0呈现良好的线性函数关系。顶5叶可变荧光(Fv)与叶片氮素含量建立的关系模型(y=0.0022x+1.6243)的模拟效果最好,决定系数达到0.928,相关系数达到0.963,呈极显著正相关。【结论】适量施氮(240 kg·hm-2)能够提高PSII的活性及PSII反应中心开放部分的比例,进而改善棉花叶片光合能力。顶5叶氮素含量与叶绿素荧光参数Fv构建的模型精确度和拟合效果较其他荧光参数好,因此可以选用荧光参数Fv来监测棉花叶片氮素含量,进而监测植株的氮素营养状况。     

缩节胺（DPC）对干旱区杂交棉冠层结构及群体光合生产的调节

 在干旱气候生态条件下,设置常规化调和轻量化调2种方式,以常规棉品种为对照,研究了不同剂量缩节胺（DPC）对杂交棉品种冠层结构及群体光合生产的影响。结果表明,轻量化调下,杂交种标杂A₁和石杂2号棉株主茎第6及以上节间长度明显增加,叶面积指数增大且生育后期下降较缓,光截获量增加;植株叶倾角增大,叶片较直立,冠层开度较大,透光良好,群体光合速率峰值高且高值持续期较长,光合物质积累量明显增加,皮棉产量显著提高。常规棉花品种新陆早13号和新陆早36号第6及以上节间长度变化不大,叶面积指数峰值高但生育后期下降较快,生育后期漏光损失严重,群体光合速率下降,产量显著降低。因此,采用轻量化调,有助于杂交种形成高光效冠层结构,增强群体光合生产能力,发挥其生长优势,提高产量。     

施肥对不同种植模式下春玉米光合特性的影响

建立了一种密度与单作相同的超大宽窄行种植模式。通过小区试验,研究了该模式下施肥对春玉米单株叶面积、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)及光响应曲线的影响,比较了该模式与单作模式玉米光合特性的异同。结果表明,随着施肥量的增加,Pn、Gs、Ci和单株叶面积都有增加趋势。间作玉米与单作玉米相比,玉米的单株叶面积表现为间作在生育前期小于单作,但在灌浆期及以后的生育时期单作下降较快,表现出间作明显大于单作;玉米叶片Pn生育前期单作较高,但生育后期间作明显高于单作。叶片光响应曲线及其拟合结果也表明,间作前期的最大净光合速率和表观量子效率均小于单作,生育后期大于单作。本试验表明,超大宽窄行种植模式有助于玉米生育后期光合条件的改善。     

不同生育时期玉米苞叶叶绿素荧光特性差异分析

以郑单958和农大364两个玉米品种为研究材料,对大田条件下不同生育时期玉米苞叶的叶绿素含量和叶绿素荧光动力学进行了比较分析.结果表明,不同生育时期玉米苞叶叶绿素含量呈先升后降的变化趋势,并在灌浆期达到最高值,且农大364苞叶的叶绿素降低速率要低于郑单958,这样有利于其保持更为持久的光合能力.不同生育时期玉米品种间苞叶叶绿素荧光参数(Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo等)的变化规律基本一致,郑单958高于农大364,说明郑单958苞叶反应中心活性较高,具有较高的电子传递速率,并且苞叶叶片开放的PSⅡ反应中心捕获激发能的效率高于后者.     

滴灌频次对化学脱叶棉花产量和品质影响机制的研究

为了明确脱叶效果较好且产量较高的滴灌频次,研究了不同滴灌频次对化学脱叶棉花土壤含水率、叶绿素荧光参数、脱叶效果及产量品质的影响。试验结果表明,滴灌频次7次（D7）处理为棉花生育后期提供较适宜的土壤含水量且有效调节20~40cm土层的土壤水分,调节化学脱叶棉花叶片荧光参数和产量,适当降低光合活性,促进棉花脱叶率与吐絮率增长,且降低挂枝率16.12%~24.95%,从而使产量增加7.61%~15.99%,同时纤维长度和纺织一致性分别增加了1.91%~3.87%、4.58%~14.72%。因此,滴灌频次为7次（D7）更适宜南疆化学脱叶的等行距机采棉种植。     

弱光条件下不同穗型小麦品种旗叶光合特性和抗氧化代谢

在大田试验条件下,比较了大穗穗型小麦品种泰农18和多穗型品种济南17的叶绿素含量、净光合速率(P_n)、可溶性蛋白和总糖含量、抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量对不同程度弱光响应的差异,为黄淮麦区小麦高产稳产栽培及品种选用提供理论依据。从开花期至成熟期分别对两品种进行25%(S1)、50%(S2)和90%(S3)的弱光处理,以正常光照(S0)为对照。结果表明,S1和S2处理提高了小麦灌浆期内旗叶叶绿素含量和最大光化学效率(F_v/F_m),而S3处理提高了花后0~6 d旗叶叶绿素含量和F_v/F_m,之后显著低于对照;随弱光程度增强旗叶花后实际光化学效率(Φ_PSII)升高,而叶绿素a/b比降低。S2和S3处理显著抑制了旗叶抗氧化酶活性,降低了旗叶P_n、可溶性蛋白和可溶性总糖含量;而S1处理增强了旗叶超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,提高了小麦旗叶P_n、可溶性蛋白和可溶性总糖含量。相同处理条件下,与泰农18相比,济南17的旗叶叶绿素含量较高,光系统II (PSII)活性较强,同时抗氧化酶活性下降较慢,膜脂过氧化程度低,使叶片功能免受破坏,保证了光合作用的进行。75%光照条件下(S1)的小麦抗氧化酶具有较高活性,叶片膜脂化程度低,抗逆性较强,旗叶P_n高值持续期长,有利于光合产物的积累。多穗型品种比大穗型品种更能适应黄淮麦区小麦生育后期光照不足的生产条件。     

不同灌溉条件下冠菌素对大豆光合特性与产量的调控效应

干旱是限制大豆丰产稳产的重要因素之一,利用生物调节剂提高大豆耐旱性是生产中一种新型的生物节水管理模式。本研究在常规灌溉与无灌溉条件下,采用生物调节剂冠菌素(COR)于大豆初花期进行叶面喷施处理,研究COR对植株农艺性状、叶片水势和光合特征、产量及其构成因素的调控效应。试验结果表明:在正常灌溉条件下, COR处理对大豆叶片水势、叶绿素含量、光合速率、叶绿素荧光参数、RuBP羧化酶和SPS活性等影响较小,与对照相比其产量和生物量差异不显著。但在生长季无灌溉的雨养条件下,COR处理会显著提高大豆开花后叶片水势、叶绿素含量、光合速率和叶绿素荧光参数,增加叶片RuBP羧化酶和SPS活性,改善大豆产量构成因素,最终导致籽粒产量增加。总之,在雨养条件下, COR对大豆光合特征和产量形成具有积极的调控效应。     

Hyperspectral Estimation Model of Chlorophyll Content in Cotton Canopy Leaves under Drip Irrigation at Different Growth Stages

[Objective] This article is aimed to estimate the chlorophyll content of cotton canopy leaves in drip irrigation fields at different growth stages in northern Xinjiang and establish a model for estimating chlorophyll content in growth time series by using hyperspectral. [Method] Using Xinluzao 45 as the experimental material, the chlorophyll content and the corresponding spectral reflectance of cotton canopy leaves at different nitrogen levels and growing stages were measured, and the relationship between 12 indices and the chlorophyll content was analyzed. The estimation models of the chlorophyll content in cotton canopy leaves under drip irrigation were established. [Result] The correlation coefficient between the chlorophyll content of canopy leaves and Vogelmann red edge index was high in the four growing periods of cotton, and the correlation coefficient was 0.944, 0.907, 0.895, 0.930, respectively. And the spectral reflectivity was the highest at the flowering and boll period. The precision of the model established by the multivariate regression method is higher than that of the single exponential linear model with the determination coefficient more than 0.8 and the root mean square error smaller than that of the single exponential linear model. The model of the budding stage (y＝82.509_x1＋89.937_x2－94.438) has the best precision. [Conclusion] The chlorophyll content can be estimated by the models established at different growth stages, and the budding stage model has the best monitoring effect.     

膜下滴灌条件下根区水分对棉花根系生长及产量的调节

在新疆气候生态条件下,选用对土壤水分敏感性不同的棉花品种为试材,采用土柱栽培法,探讨膜下滴灌条件下根区水分对棉花根系生长与活性及产量的调节作用。结果表明:滴水前耕层土壤相对含水量在50%～55%、滴水后可保持在70%～75%的根区水分环境下,棉花根系的生长发育进程受到了一定程度的抑制,根系生物量降低,但提高了40～100cm土层根系分布的比例和根系活力,降低了根冠比,提高了经济系数,最终产量增加。不同品种对滴水量的反应差异较大,新陆早8号在常规滴灌和充分滴灌量下,子棉产量高于新陆早6号;在限量滴灌量下则显著低于新陆早6号。因此,依据不同品种对水分反应的差异,在滴水周期为7～8d、滴水定额为375～450m3.hm-2的条件下,结合滴灌棉田土壤水分可控性强的特点,制定相应的灌溉制度,可实现膜下滴灌棉田节水高产高效。     

氮肥对非充分灌溉下棉花花铃期光合特性及产量的补偿作用

研究氮肥对非充分灌溉下棉花花铃期光合特性及产量的补偿作用及其机制, 以期为干旱地区棉花水肥高效利用提供理论依据。以“新陆中54号”为试材, 采用裂区试验设计, 主区为总灌溉量2800 m ³ hm ^-2(非充分灌溉)和3800 m ³ hm ^-2(常规灌溉), 副区为4个施氮(纯N)水平(0、150、300和450 kg hm ^-2)。同一氮肥处理下, 非充分灌溉处理棉花花铃期叶面积指数(LAI)、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、单株光合产物积累与分配、单株结铃数、单铃重及籽棉产量均低于常规灌溉处理, 但籽棉增产率和灌溉水生产力高于常规灌溉处理; 同一灌溉量下, 随着氮肥施用量的增加, 棉花花铃期LAI和单株光合产物积累量先增后降, 且表现为N450>N300>N150>N0, T_r、P_n、单株光合产物向生殖器官分配比例、单株结铃数、单铃重、籽棉产量、籽棉增产率及灌溉水生产力均表现为N300>N450>N150>N0; 非充分灌溉下增施氮肥的补偿效果随着氮肥用量的增加呈先增加后下降的趋势, N300处理补偿效果最显著, 与常规灌溉处理相比, 补偿效应主要表现在棉花花铃期P_n平均提高10.9%, 单株光合产物积累向生殖积累器官分配比例提高10.7%, 单株结铃数、单铃重、籽棉增产率及灌溉水生产力分别提高5.0%、8.0%、7.1%和7.5%; 氮肥对棉花花铃期光合特性及产量构成因素的影响大于水分。非充分灌溉下氮肥施用量为300 kg hm ^-2时补偿效应最大, 虽然在产量上有所下降, 但从干旱地区农业缺水的现实考虑, 可准确灌溉施肥, 且籽棉产量较常规灌溉处理仅下降1.3%。因此, 在南疆自然生态条件下, 非充分灌溉下施氮300 kg hm ^-2时棉花花铃期LAI、T_r、P_n及单株光合产物积累量适宜, 向生殖器官转运补偿效果显著, 具有最大的产量补偿作用, 且节水26.3%。     

玉米叶片光合作用和渗透调节对干旱胁迫的响应

以2个不同抗旱性玉米品种郑单958 (抗旱性强)和陕单902 (抗旱性弱)为材料,采用盆栽控水试验,设置3个干旱处理(轻度干旱、中度干旱、重度干旱)和正常灌水,研究了干旱胁迫对2个玉米品种气体交换、叶绿素荧光参数和渗透调节物质的影响。结果显示, 重度干旱造成2个玉米品种叶片光合机构紊乱,破坏细胞膜完整性;同时增加了渗透调节物质,这对增强叶片的保水能力,维持光合速率有重要的作用。但与陕单902相比,干旱胁迫下郑单958表现出较高的最大净光合速率(P_nmax),表观量子效率(AQY),光饱和点(LSP),最大电子传递速率(J_max),最大羧化速率(V_cmax),PSII的实际量子产量(Φ_PSII)和光化学猝灭系数(q_P);较高的脯氨酸(Pro)和可溶性糖含量(SS);较低的丙二醛含量(MDA)。这些结果表明,干旱胁迫下抗旱品种郑单958具有较强的渗透物质能力,减轻细胞膜质过氧化程度,维持较高的光合性能是其适应干旱环境的生理基础。     

不同土壤水分条件下棉花库源比变化对产量形成的调节效应

在新疆气候生态条件下,以不同叶型棉花品种为材料,设置不同土壤水分处理,采用人工减源疏库的方法,研究不同土壤水分条件下库源比变化对棉花产量形成的影响。结果表明,中叶型品种新陆早13号在中水(控制0～60 cm土壤相对含水量的下限为田间持水量的70%～75%)条件下,叶源轻度胁迫显著增强剩余叶片光合能力,但光合物质累积量及向生殖器官的分配率和单株结铃数、铃重均未发生明显变化,子棉产量与对照无明显差异;鸡脚叶型品种标杂A1在高水(控制0～60 cm土壤相对含水量的下限为田间持水量的85%～90%)条件下,库容轻度胁迫后叶片光合速率和光合物质累积量与对照无明显差异,但光合产物向蕾铃的分配加快,铃重增大,子棉产量有所增加;小叶型品种新陆早10号减源或疏库后子棉产量均显著低于对照。因此,依据不同类型棉花源库关系对土壤水分的响应不同,通过棉田水分管理对源库进行调节,建立合理的库源比,可进一步提高水分利用效率和棉花产量。     

棉花冠层对不同灌水量的反应

讨论了北疆棉区推广棉种新陆早6号与新陆早8号在不同灌水量条件下的冠层结构特征的差异性,得出新陆早6号对限量滴灌反应不敏感,而新陆早8号对限量滴灌反应较敏感。因此在限量滴灌条件下选择新陆早6号种植较适宜。叶面积指数降低,叶片平均倾斜角度大,则群体散射辐射透过系数和群体直射辐射透过系数增加,对光能的截获率降低。由此得出了不同品种对灌水量的反应表现及理想群体冠层结构的合理指标,为增加棉花产量和提高水分利用率提供了理论依据。