土壤水分光辐射对白榆生理因子影响的研究

在山西省方山县,采用人工控制土壤水分方法,利用模拟光源研究了白榆苗6个土壤水分水平的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和瞬时水分利用率随光辐射(I)增强的变化规律。结果表明:白榆叶片的Pn、水分利用率在I较低时〔大约0~1500μmol/(m2.s)〕,随I的增强而增大,当I进一步增强,白榆的Pn和水分利用率呈下降趋势;而白榆叶片的Tr在无水分胁迫情况下,始终随I的增强而增大。通过6个土壤梯度水分的比较得出:随土壤水分增加,白榆Pn、Tr和水分利用率的变化趋势先增大后减小。在土壤含水量为5.34%~21.76%时,白榆的光饱和点为750~1542μmol/(m2.s),光补偿点为85~35μmol/(m2.s),由光饱和点对应最大净光合速率为1.28~12.80μmol(CO2)/(m2.s)。     

黄土丘陵区翻白草光合特性的研究

运用开放式气体交换LI-6400便携式光合作用测定系统,测定了自然条件下黄土丘陵区翻白草(Potentilladiscolor Bunge)的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Cs)及其光响应曲线.(1)翻白草净Pn日进程呈"单谷"型曲线,在早晨800,Pn为全天最大值14.91μmol/(m2·s);至1400,Pn降到最小值0.13 μmol/(m2·s),植物进入"午休"状态.(2)翻白草的光补偿点为51.4μmol/(m2·s),光饱和点为527μmol/(m2·s),表观量子效率为0.056 6,说明翻白草属于典型的阳生植物.(3)在光响应过程中,随着有效光辐射强度(RPA)的增强,翻白草的蒸腾速率(Tr)一直处于上升趋势,与Gs变化趋势完全一致,二者呈指数关系.翻白草WUE随RPA的增强呈抛物线状变化,在初始阶段,WUE增加较快,RPA为800 μmol/(m2·s)时,WUE达到最大值4.68 mmol/mol之后,WUE开始逐渐降低,但是变化较小.     

不同土壤水分对赤松光合作用与水分利用效率的影响研究

在不同土壤水分条件下研究了赤松光合特征及其水分利用效率的变化。结果表明,不同土壤水分处理对赤松幼苗净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率等生理指标及其日变化均产生明显影响;中度水分胁迫时赤松幼苗的光合午休比对照提前1h且午休时间长,其净光合速率和气孔导度的下降平行进行,而且,日平均水分利用效率的下降幅度比日平均净光合速率的下降幅度小。     

滴灌冬小麦不同施氮量下光合-气孔导度耦合模拟和验证

针对华北平原冬小麦田过量施氮(N)现象,构建和参数化不同施N量下光合-气孔导度耦合模型有利于理解降低施N量对作物产量影响的生理基础。该文于2013—2014年连续2个生长季在滴灌冬小麦田设置3种施N量:290、190和110 kg/hm2,开展了光合及相关生理因子的测定,确定了光合-气孔导度耦合模型关键参数。结果表明:最大羧化速率V_(cmax)在84.5~153.3μmol/(m2·s)之间变化,V_(cmax)与叶片N含量之间的可用线性关系来量化;最大电子传递速率J_(max)在156.5~236.2μmol/(m2·s)之间变化,二者比值在处理间差异不显著;推导光合模型和气孔导度Ball-Berry模型联立的解析解来求解耦合模型,能较好模拟光合速率日进程,对2次测定模拟的平均绝对误差分别为2.11和2.23μmol/(m2·s)。通过对环境因子及生理因子差异的综合分析,模型可用于模拟施N条件下的光合速率变化,从而为较准确地预测小麦产量奠定基础。     

自然条件下半干旱雨养春小麦生育后期旗叶光合的气孔和非气孔限制

为探究半干旱地区雨养春小麦旗叶的光合作用限制因素、不同生育期差异及其适应策略,分析了大田条件下春小麦旗叶在抽穗期和灌浆期光合生理特征的动态变化规律,探讨了自然条件下光合作用的气孔与非气孔限制特征。结果表明:净光合速率日变化趋势在抽穗期和灌浆期分别为单峰型和双峰型,峰值相当,为18.5μmol(CO2)·m-2·s-1左右。气孔导度具有与净光合作用几乎相似的日变化规律,胞间CO2浓度大致为上午下降、下午回升。胞间CO2浓度变化除受光合作用消耗和气孔限制共同作用外,下午时段叶肉导度增大,也影响胞间CO2浓度变化。在抽穗期和灌浆期,春小麦旗叶光合作用速率与气孔导度相关性十分显著,相关系数分别达0.916(P=0.000)和0.945(P=0.000)。并且2个生育期均出现明显的光合气孔限制,抽穗期达0.64,灌浆期为0.53。其中,抽穗期气孔导度对饱和水汽压差响应十分敏感,下午出现较为明显的气孔限制;灌浆期中午出现较为明显的光合"午休"现象,其主要原因是半干旱区较大饱和水汽压差和强烈辐射致使气孔关闭,气孔限制达到极大值,并且非气孔限制因素也较为突出。抽穗期至灌浆期,由于气孔对饱和水汽压差敏感性的下降以及"午休"策略,光合气孔限制逐渐减小,是春小麦在半干旱地区维持较高光合速率和保证产量的重要自适应机制。     

UV-B增强下施钾对大麦抽穗期生理特性日变化的影响

通过大田试验,研究在UV-B增强条件下,不同施钾量对大麦抽穗期叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度和水分利用率等生理指标日变化的影响。UV-B辐射设2水平,即对照(CK,自然光,辐射强度1.5 KJ/(m2·h))和增强120%(1.8 KJ/(m2·h));施钾量设2水平,即低钾(K1,K2O 73 kg/hm2)和高钾(K2,K2O 150 kg/hm2)。结果表明,UV-B增强降低大麦的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用率。增施钾肥可提高叶片中叶绿素的含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾效率,但对大麦胞间CO2浓度和水分利用效率的影响不明显。增施钾肥可减缓UV-B增强对大麦净光合速率的抑制作用,但不能减缓UV-B增强对大麦气孔导度和蒸腾速率的抑制作用。     

不同土壤水分下侧柏苗木光合特性和水分利用效率的研究

在黄土半干旱区,采用人工控制土壤水分的方法,使用Li-6400便携式光合作用测定系统,对侧柏苗木净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度及其相应的环境因子进行了测定。结果表明:不同土壤水分状况下侧柏苗木光合速率日变化曲线呈“双峰”型,均有不同程度的“午休”现象,且上午的光合速率明显高于下午;气孔导度受水分和光热胁迫的影响,日变化曲线呈凹型;胞间CO2浓度受空气CO2浓度和气孔导度的双重影响,呈现出早晚高,正午低的日变化进程;水分利用效最高值出现在上午较早的时分,且上午的水分利用效率明显高于下午;随着土壤水分的增加,净光合速率和蒸腾速率升高,而水分利用效率降低。根据Farquhar和Sharkey的观点,造成净光合速率下降的原因既有气孔限制又有非气孔限制因素,上午净光合速率下降的主要是由气孔限制因素造成的,午间和下午光合速率的降低则主要归因于叶肉细胞羧化效率的降低。     

夏玉米水分胁迫效应的试验研究

利用光合测定系统对夏玉米灌浆前期叶片水汽交换的参数进行了系统测定,得出叶片净光合速率、蒸腾速率、叶片温度、气孔导度与水分利用效率的关系.结果表明,3种水分处理的净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率都有大体一致的日变化过程,但又体现了不同水分处理的差异性.胁迫处理的水分利用效率大于湿润处理和干旱处理.水分利用效率与净光合速率、蒸腾速率的关系有很大的相似性,当净光合速率＜20μmol/m2@s时,水分利用效率基本无变化,当20μmol/m2@s＜净光合速率＜26μmol/m2@s时,水分利用效率增长最快;当蒸腾速率＜5mmol/m2@s时,水分利用效率变化不大,在5mmol/m2@s＜蒸腾速率＜7mmol/m2@s时,水分利用效率增长最快;当净光合速率＞26μmol/m2@s和蒸腾速率＞75mmol/m2@s时,水分利用效率均呈现下降趋势.水分利用效率对叶片温度有很强的敏感性,在40℃＜叶片温度＜42℃时,水分利用效率迅速增加.随气孔导度的增大,水分利用效率呈上升趋势,在140mmol/m2@s＜气孔导度＜200mmol/m2@s时,水分利用效率上升最快,气孔导度再增大时,水分利用效率趋于稳定甚或下降.     

向家坝工程扰动区6种先锋草本植物的光合生理特性比较

研究了向家坝工程扰动区退化生态系统中的鬼针草(Bidens pilosa)、狗牙根(Cynodon dactylon)、黑麦草(Loliumperenne)、狼尾草(Pennisetum alopecuroides)、葎草(Humulus scandens)和竹叶草(Oplismenus compositus)等6种先锋草本植物的光合与水分生理特性,以求为了解这些物种的生长与适应能力以及研判先锋群落的稳定性提供科学依据。结果显示,6种草本植物的光饱和点和光补偿点分别在800~1 200μmol/(m2.s)和30~80μmol/(m2.s)的范围内,黑麦草、狼尾草为偏中生植物,而其他4种为喜阳植物;在固定光强为1 000μmol/(m2.s)的光照条件下,6种先锋草本植物均表现出较强的光合能力,其中黑麦草5月净光合速率低于10月,而其他5种草本植物5月净光合速率均高于10月,表明黑麦草为冷季型草种,其他5种草本植物为暖季型草种,具有比较旺盛的生长能力;6种先锋草本植物的CO2补偿点在50~80μmol/mol之间,其中黑麦草的羧化效率显著高于其他5种,有较强的同化效率;鬼针草及狼尾草的水分利用率较高,说明其对干旱环境的适应能力较强。     

土壤水分对柿树光合光响应特性的影响

采用CIRAS-2便携式光合仪测定不同土壤水分条件下2年生柿树叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度等光合生理参数的光响应过程,探讨柿树光合光响应特性对土壤水分的响应规律。结果表明：土壤水分对柿树的光合生理参数影响显著,随着土壤水分的降低,净光合速率、表观量子效率先升后降,光补偿点先降后升,光饱和点呈下降趋势;维持柿树高光合作用和高水分利用效率的适宜土壤相对含水量为48.8%～76.7%,适宜的光照强度为800～2 000μmol/（m2·s）;柿树对强光利用能力较强,而对弱光的利用效率较低;在土壤相对含水量为48.8%时,柿树光合作用主要受气孔限制,而土壤相对含水量降低到25.5%时,柿树光合作用转变为非气孔限制,通过对气孔、非气孔因素的判定,可知柿树是一种抗旱性非常强的植物。研究结果可为柿树的节水高产栽培提供理论依据。     

土壤干湿交替对玉米生长速度及其耗水量的影响

在盆栽条件下研究了干湿交替对玉米生长速率、叶片水势、渗透势、气孔导度、相对生长速率和耗水量的影响。结果表明玉米在3～7叶期经历土壤水分缓慢亏缺,再进行复水的干湿交替后玉米叶片渗透调节能力明显增加,叶片生长表现出补偿效应,每次干湿交替后生长速率迅速下降的叶水势趋于下降,气孔导度对土壤水分变化非常敏感,并在干旱—复水过程中具有后效作用,蒸腾耗水量随干—湿交替而具有下降趋势,初步证明可在节水灌溉条件下人为控制不同生育时期的供水时间形成干湿交替,促进渗透调节能力增强和补偿生长来实现作物高产、高效、优质的目的     

观赏狼尾草光合特性的研究

用Li-6400便携式光合分析仪测定了观赏狼尾草(Pennisetum alopecuroides L.Spreng)的光合特性。试验结果显示:狼尾草的光合日进程呈“单峰型”,无“午休”现象,最大净光合速率为21.8μmol CO2m-2s-1,出现在13:00。狼尾草的光饱和点为1200μmolm-2s-1,光补偿点为15μmolm-2s-1,表观量子效率为0.05743;CO2饱和点为600μmolmol-1,补偿点在5μmolmol-1左右,羧化效率CE=0.2349。所有数据表明该狼尾草具有典型的C4植物的特性。     

水氮条件对温室黄瓜光合日变化及产量的影响

为研究温室内主要环境因子变化规律和黄瓜叶片光合日变化特征及其与产量的关系,在华北平原日光温室内设置了习惯和减量2个灌水处理,每个灌水处理下设3个施氮水平,共6个处理组合。结果表明：温室条件下光合有效辐射、温度、湿度等环境因子日变化均为单峰曲线;不同水氮条件下叶片净光合速率、气孔导度日变化曲线均呈双峰型,光合“午休”现象明显,气孔因素是主要限制因子;温室黄瓜光合速率与产量间呈二次曲线关系;适量的减水、减氮,黄瓜净光合速率下降不显著,而叶片瞬时水分利用效率则明显提高。当季的黄瓜以灌水5190 m3/hm2,施氮600 kg/hm2时（W2N40）具有较高的产量,这与习惯水氮处理相比,可增产4.21%。综合分析,优化的水氮处理（W2N40）不仅具有较高的净光合速率,瞬时水分利用效率,而且黄瓜产量高,是一种较为合理的水肥管理方式。     

基于MOPSO和TOPSIS的多目标优化温室黄瓜光环境调控模型

针对在现有温室光环境调控模型中,未考虑光质-光强的协同影响以及净光合速率与光能利用率双优化的问题。该研究面向温室黄瓜的高效补光,提出一种基于多目标优化思想的光质-光强协同调控方法。通过设计多因子耦合的净光合速率试验,获取叶片的净光合速率数据,建立净光合速率模型,并计算叶片尺度的光能利用率;构建光能利用率与净光合速率双优化的多目标优化模型,利用多目标粒子群算法获取非劣解集,基于理想解逼近算法得到光质-光强的调控单点,从而建立设施黄瓜红、蓝光模型。理论验证试验表明,与光合最大补光法相比,净光合速率降低21.39%,需光量降低59.40%;与固定光质0.5和0.8相比,在相同光强下净光合速率依次提升3.66%和9.69%。在此基础上开展实际验证试验,结果表明与固定光质法相比,在耗电量相近的前提下,生理指标均优于固定光质补光法,且在茎粗、干质量以及壮苗指数上存在显著差异;与光合最大补光法相比,生理指标不存在显著差异,且耗电量节省27.43%,表明本研究方法在保证生理指标高水平的前提下,有效节省了光电资源的消耗。本研究方法为设施农业调控提供了新型补光策略,保障了农业生产资源的高效利用。     

晋西黄土区刺槐蒸腾、光合与水分利用的试验研究

针对黄土地区造林成活率不高,保存率低的情况,就黄土高原的主要造林树种—刺槐的各种生理过程（如蒸腾、光合、气孔导度）的内在规律与环境因子的影响（如光合有效辐射）进行分析研究,以水分合理高效利用为切入点,通过研究气孔行为与蒸腾和光合之间的关系,得到一系列的临界值:从光合有效辐射入手,蒸腾与光合和光合有效辐射之间均呈抛物线关系,在光合有效辐射大于882 umol/（m²·s）时实施措施,既可大大减小蒸腾,又可改善光合;光合与蒸腾的非线性关系可用抛物线方程表述,其中光合速率最高时的蒸腾速率为临界值,超出此值即为奢侈蒸腾;综合分析光合速率、蒸腾速率与气孔导度之间的关系,当气孔导度大于0.35 umol/（m²·s）时,适时提高气孔阻力并抑制蒸腾的措施,既节约水分又促进光合。通过对临界值的分析的,得到黄土高原地区抗旱造林的一些新的方法。     

旱涝交替胁迫条件下粳稻叶片光合特性

为研究分蘖期和拔节期旱涝交替胁迫对粳稻叶片光合特性和产量的影响,于2013年进行盆栽试验,分别在粳稻分蘖期(tillering stage,T)和拔节期(jointing stage,S)设置涝-轻旱(light drought,LD)和涝-重旱(sever drought,HD)共4个旱涝交替胁迫处理,其中分蘖期涝保持水深10 cm,拔节期涝保持水深15 cm,同时以浅水勤灌(CK)为对照,测定叶片净光合速率、气孔导度、潜在水分利用效率和胞间二氧化碳浓度以及最终产量等。结果表明,胁迫结束时,T-HD处理净光合速率极显著低于CK和T-LD处理(P0.01);T-LD和T-HD处理气孔导度和胞间二氧化碳浓度均极显著低于CK(P0.01);S-HD处理净光合速率极显著低于CK(P0.01),且气孔导度比CK低62.73%(P0.01);S-LD和S-HD处理胞间二氧化碳浓度呈升高趋势,且S-LD和S-HD处理潜在水分利用效率均低于CK。复水至10月10日,各处理净光合速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度均显著高于CK(P0.05)。相同光强下,各处理净光合速率低于CK,但光补偿点、光饱和点和暗呼吸速率均高于CK,并且提高了水稻CO_2响应曲线的净光合速率。但各处理最终产量均显著低于CK(P0.05)。研究结果可为分析水稻干物质积累、灌溉水利用效率等提供依据。     

土壤水分对山杏光合作用日变化过程的影响

在半干旱黄土丘陵区,应用CIRAS -2型光合作用测定系统,通过测定8个土壤水分梯度下山杏(Prunus sibirica L.)叶片光合生理参数的日变化过程,探讨土壤水分变化对山杏光合作用日变化过程的影响.结果表明:1)山杏光合作用日变化过程和光合午休的原因,随土壤水分的变化而明显不同,当土壤相对含水量(WT)在56.1％～66.1％之同时,山杏没有发生光合作用午休现象,但超出此土壤水分范围会发生不同程度的光合午休现象,当Wr在93.2％ ～77.0％之间时,山杏光合午休的主要原因是气孔因素限制,当Wr在49.3％ ～37.3％之间时,光合午休的主要原因开始由气孔因素向非气孔因素转变,当Wr小于37.3％后,光合午休的主要原因为非气孔因素限制,即叶肉细胞光合能力下降;2)当Wr在49.3％～77.0％之间时,山杏同时具有较高的光合速率和水分利用效率.     

镧浸种处理对玉米光合特性的影响

为了探索镧对玉米光合特性的影响,采用露天盆栽方法,以氯化镧（LaCl3）溶液浸种处理玉米种子,测定大喇叭口期玉米叶片光合日变化、光响应曲线和CO2响应曲线及PEP羧化酶（PEPCase）活性。结果表明,高（120 mg.L-1）低（60 mg.L-1）两个La3＋溶液浓度条件下,玉米叶片光合午休现象得到缓解,气孔因素是主要原因;La3＋溶液浸种处理后,表观量子效率（AQY）和光饱和点（LSP）显著提高,羧化效率（CE）降低,La3＋对PEPCase有明显的抑制作用。说明La3＋溶液浸种预处理主要是通过提高植株对光能的利用来提高玉米叶片的光合效率。