红壤坡地农业景观(旱季)地表界面水分传输研究——Ⅱ．叶面冠层一大气界面水分传输

定位观测红壤坡地典型作物系统叶面冠层 大气界面水分传输结果表明 ,叶面冠层 大气界面水汽传输通量大小取决于景观植物群落的构建 ,稳定群落叶面冠层 大气界面水汽传输通量有明显日变化规律 ,除受植物生理机制影响外 ,还明显受土壤水分和气象条件的影响。植株叶片蒸腾速率有明显日变化规律且呈单峰型曲线及多峰态势。净辐射、空气饱和水汽压差、气温、地表温度、风速对蒸腾的影响均达极显著水平 (正相关 ) ,其中净辐射、气温为主要影响因子。叶片气孔导度可反映叶片蒸腾速率 ,叶片气孔阻力日变化规律是植物对气象条件的响应 ,且受土壤水分状况强烈影响。改善作物生长环境 ,调节气孔行为 ,进而协调作物蒸腾作用和光合作用耗水制约 ,可调控叶面冠层 大气界面水分传输 ,提高作物水分利用效率     

塔里木河下游胡杨气体交换对CO2加富和地下水埋深的响应

为了探讨CO2浓度增加对干旱荒漠区胡杨气体交换的影响,在塔里木河下游4个不同地下水埋深环境测定胡杨在CO2浓度分别为360,720μmol/mol条件下的光合速率、气孔导度、水分利用效率。结果表明,在地下水埋深4.12 m和4.74 m时,当CO2浓度由360μmol/mol增加到720μmol/mol时,胡杨的气孔导度略有减小;而在地下水埋深5.54 m和7.74 m环境下,CO2浓度的增加明显减小了胡杨的气孔导度。在CO2浓度为360μmol/mol时,胡杨的光合速率随着地下水埋深的增加而减少,然而当CO2浓度增加到720μmol/mol时,胡杨的光合速率不但没有因为地下水埋深的增加而减少,反而却因此而增加。当地下水埋深在4.12 m时,CO2浓度的增加对胡杨的水分利用效率没有产生明显的影响,但是随着地下水埋深近一步增加到4.74 m,5.54 m和7.74m时,胡杨的水分利用效率因CO2浓度的倍增分别增加了69%,18%和66%。地下水埋深最终控制着干旱荒漠区胡杨气体交换对CO2浓度升高的响应。     

开花灌浆期小麦叶片奢侈蒸腾发生的土壤水分阈值试验研究

奢侈蒸腾耗水对作物光合及产量形成贡献较低,而开花灌浆期是冬小麦产量形成的关键期,精准调控作物蒸腾耗水、明确影响奢侈蒸腾的土壤水分阈值,对提高冬小麦的水分利用效率至关重要。本研究以冬小麦品种‘石新828’为材料,在人工气候生长箱进行盆栽试验,定量研究土壤水分对作物气孔导度、光合速率和蒸腾速率的影响,明确开花灌浆期奢侈蒸腾产生的土壤水分阈值。结果表明：气孔导度与土壤水吸力关系密切,在土壤水吸力较低时,气孔导度随土壤水吸力增加而迅速降低,而土壤水吸力较高时,气孔导度降低速度变缓。光合速率随土壤水吸力增加以抛物线的形式递减,当土壤水吸力低于1.2 MPa时,光合速率接近最大值,随后土壤水吸力继续增加,光合速率逐渐降低。蒸腾速率随着土壤水吸力增加呈线性递减,降低速率为2.3 mmol·m^-2·s^-1·MPa^-1。光合速率与蒸腾速率的关系符合米氏方程,蒸腾速率低于2.179 mmol·m^-2·s^-1时,光合速率随蒸腾速率线性增加,当蒸腾速率高于此值时,单位光合速率的增加变缓,奢侈蒸腾开始产生,此值所对应的土壤水吸力为1.76 MPa,此时叶片光合速率处于较高（16 μmol·m^-2·s^-1左右）水平,叶片水平水分利用效率（WUE_L）达到最高7.3 μmol（CO₂）·mmol^-1（H₂O）。综上所述,小麦叶片奢侈蒸腾的发生始于水分利用效率从最高转向降低、光合速率处于较高水平而非最大。通过光合随蒸腾变化的米氏方程关系及蒸腾与土壤水吸力的线性关系,可以确定土壤水吸力1.76 MPa为小麦开花灌浆期叶片奢侈蒸腾发生的土壤水分阈值。     

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.     

根系吸水模型模拟覆膜旱作水稻气孔导度

为构建覆膜旱作水稻根系吸水模型,进一步改进气孔导度模型,该文在湖北十堰开展包含3个水分处理(淹水、覆膜湿润和覆膜旱作栽培)的田间试验,分析覆膜旱作水稻蒸腾(根系吸水)与根长之间的关系,在此基础上建立覆膜旱作水稻根系吸水模型,并将其代替彭曼(Penman-Monteith,PM)方程来估算蒸腾强度,进而与脱落酸(abscisic acid,ABA)参与调控的气孔导度模型耦合,模拟覆膜旱作条件下水稻气孔导度的日变化过程。结果表明,水稻蒸腾与根长呈线性正比关系(R~2=0.96,P0.05),据此建立的根系吸水模型可以较好地模拟覆膜旱作水稻的蒸腾(根系吸水)规律,使蒸腾强度模拟值和实测值间的相对误差基本控制在15%以内;经改进后的Tardieu-Davies气孔导度模型(TD模型)可有效描述不同土层根系吸水流中的ABA浓度及不同根系层ABA的合成对木质部蒸腾流中总ABA含量的贡献,可较好地模拟气孔导度的日变化过程。改进TD模型大大提高了模拟精度,使相对误差不超过7.0%。该研究可为覆膜旱作水稻生理节水机理和水分利用效率评估提供一定的理论依据。     

黄土丘陵区紫丁香叶片气体交换参数的日变化及光响应

 在半干旱黄土丘陵沟壑区,应用英国PPS公司生产的CIRAS2型光合作用系统,测定不同土壤水分下4年生紫丁香(SyringaoblataLindl.)叶片气体交换参数的日变化和光响应特性。结果表明:丁香光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率、气孔导度、胞间CO2浓度等气体交换参数,对土壤水分和光合有效辐射的变化,具有明显的阈值响应。有利于丁香光合作用和水分有效利用的适宜土壤质量含水量范围在15%～19.5%之间,土壤相对含水量为58.8%～76.6%;适宜的光合有效辐射强度范围在600～1000μmol/(m2·s)之间。在此土壤质量含水量和光合有效辐射强度范围内,丁香的光合作用和生长过程不会发生较大的水分胁迫和强光胁迫,也不会发生蒸腾速率过高造成的无效蒸腾耗水,因而能获得较高的光合速率和叶片水分利用率。维持丁香正常生理和生长过程所需的最低土壤质量含水量在11.6%(土壤相对含水量为45.7%)左右,相应的最高光合有效辐射强度在800μmol/(m2 ·s)左右,土壤质量含水量降低或光合有效辐射强度升高,会导致严重水分胁迫和。     

毛乌素沙地樟子松和油松人工林光合生理特性

利用Li-6400便携式气体分析系统,在自然条件下对毛乌素沙地腹地樟子松和油松人工林生长季叶片气体交换、水分利用效率及相关环境因子进行测定,同时探讨了影响樟子松、油松光合速率的内外因素。结果表明:生长季内毛乌素地区油松和樟子松的光合速率、蒸腾速率都表现出一定的日变化规律,都呈单峰型变化曲线;6月、7月、8月针叶树水分利用效率曲线呈下降趋势,上午时段的水分利用效率明显高于下午时段的水分利用效率。5月和9月针叶树水分利用效率日变化呈"W"型曲线,樟子松水分利用效率生长季均值为3.63μmolCO2/mmolH2O,油松水分利用效率生长季均值为3.22μmolCO2/mmolH2O,樟子松的水分利用效率始终高于油松。樟子松的净光合速率主要受光合有效辐射、气孔导度和胞间CO2浓度的影响,限制油松净光合速率的主要因子是光合有效辐射PAR和气孔导度。     

云雾山草地优势植物的光合生理特性对CO2浓度的响应

对云雾山自然保护区主要优势种的光合生理特性随CO2浓度升高的变化进行了研究.研究结果表明,随CO2浓度的升高,4种植物的胞间CO2浓度升高,气孔导度下降,蒸腾速率减少,水分利用效率提高,光合速率增加.然而不同生长期、不同植物之问光合特性存在明显差异.7月份4种植物的光合速率皆最大,8-9月份较小;不同植物之间光合速率和蒸腾速率顺序为大针茅>铁杆蒿>本氏针茅>厚穗冰草;水分利用效率的顺序为本氏针茅>铁杆蒿>大针茅>厚穗冰草.同时随 CO2浓度的升高,光系统Ⅱ的开放比例、实际光能捕获效率、电子传递速率、实际光化学效率和Phi CO2值均呈直线增加,而热耗散呈下降趋势.     

不同高度层冬小麦叶片水分利用效率对CO2浓度变化的响应

大气CO2浓度升高会给地球生态系统带来一系列环境问题,植物能够通过气孔调节光合作用和蒸腾作用,对环境变化做出响应。本研究以评价植物光合作用和蒸腾作用相互关系的指标水分利用效率为切入点,以冬小麦为研究对象,在灌浆期将冠层按距离地面高度分上、中、下三层,采用LI-6400便携式光合作用测量系统测定数据对各层叶片光合、蒸腾特性随CO2浓度变化的响应进行了对比分析。结果表明：随着CO2浓度的增加,（1）各层叶片净光合速率呈直角双曲线形式增加,不同层叶片之间净光合速率对CO2浓度响应的差异不显著（P〉0.05）,但各层羧化速率、光合能力、光呼吸表现不一致,均为上层〉中层〉下层;（2）各层叶片蒸腾速率总体下降,不同层叶片之间蒸腾速率对CO2浓度响应的差异显著（P〈0.01）,蒸腾速率的变化是气孔导度随CO2浓度变化的结果,两者呈显著正相关（P〈0.01）;（3）净光合速率提高与蒸腾速率降低,共同使叶片水平水分利用效率提高。研究工作有利于加深气候变化对农业影响的认识,也为农田生态系统碳、水耦合循环的多层模型研究奠定基础。     

火炬树蒸腾速率及其环境因子的影响研究

利用LI-6200便携式光合作用测定仪和美制LI-1600稳态气孔仪,对黄土半干旱区造林树种火炬树蒸腾速率及其环境因子进行测定。该研究的目的是为分析该地区火炬树蒸腾作用对环境因子的响应和火炬树最适的水分生态条件提供理论依据。结果表明:①火炬树蒸腾速率日变化的平均值为4.895μg.cm-2.s-1,呈双峰变化曲线。②光合有效辐射、CO2浓度和叶水势对蒸腾速率有相应的影响,但相对湿度对蒸腾速率的影响不是很明显。③火炬树能适应干旱环境是由于叶水势降低导致气孔导度的减少,从而通过减少蒸腾耗水来达到适应干旱的目的。     

镉胁迫对两个水稻品种幼苗光合参数、可溶性糖和植株生长的影响

以较耐镉(武育粳3号,WYJ)和镉敏感(汕优63,SY63)的2个不同耐性水稻品种为材料,采用溶液培养试验,研究了镉处理(Cd.1.0和5.0mol/L)对水稻幼苗光合作用、可溶性糖和生长的影响。结果表明,镉胁迫下,水稻幼苗的光合作用显著地受到抑制。与不加镉的对照相比,随镉水平的提高水稻幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、气孔限制值(Ls)逐步下降,尤其是在Cd.5.0mol/L处理下的植株,下降幅度武育粳3号显著小于汕优63。蒸腾效率(Te)也随镉浓度的增加而降低,但变化与净光合速率等不同,武育粳3号的下降速率要大于汕优63的。加镉处理使2个水稻品种幼苗叶片可溶性糖含量均显著升高,而叶绿素含量仅汕优63在Cd.5.0mol/L处理下与对照差异显著。加镉处理使汕优63根系生长(根长)显著受到抑制,而株高仅在Cd.5.0mol/L时显著降低。武育粳3号生长与对照差异不显著。本研究结果表明,随着镉处理水平的提高,镉对水稻幼苗的毒害作用增加,但是水稻对镉毒害的响应存在明显的基因型差异。     

不同水分条件下CO2浓度升高对植物生长及水分利用效率的影响

研究分析了不同水分条件下CO_2浓度升高对植物生长、生理和水分利用效率等影响,指出水分亏缺下CO_2浓度升高有利于植物生长,植物叶面积增大,生物量增加,根/冠值增加,且改善植物气孔生理,减少水分蒸腾,提高叶水势,维持植物水分胁迫下正常光合作用,提高植物经济产量和水分利用效率。CO_2浓度升高一定程度补偿了水分亏缺对植物产生的负面影响,对农业节水增产有重要意义。     

CO2浓度和温度对玉米光合性能及水分利用效率的影响

利用可精准控制CO2浓度的大型人工气候室,探讨提高CO2浓度和温度对玉米生长、气体交换参数、荧光参数及水分利用效率的影响。结果表明,温度显著影响玉米的生长过程,但CO2浓度对玉米的生物量、叶面积和株高的变化均未产生显著影响。另外,在25/19℃和31/25℃温度条件下,净光合速率(Pn)对温度的响应并没有受到CO2浓度的影响,但在37/31℃高温环境下,CO2浓度升高导致玉米的Pn显著提高16.4%(P<0.05),表明在高温条件下,升高CO2浓度能增加玉米的净光合速率。此外,玉米叶片的水分利用效率(water use efficiency,WUE)随温度升高而显著下降,但CO2浓度升高条件下的玉米叶片WUE明显高于自然CO2浓度,表明CO2浓度升高可以降低升温对玉米叶片WUE的影响。但在不同环境温度条件下,CO2浓度升高缓解高温对叶片WUE产生影响的机理存在差异,较低温度时CO2浓度升高通过降低叶片的蒸腾速率提高WUE,而在高温条件下主要是由于CO2浓度升高能有效缓解高温对Pn的伤害,进而促进叶片WUE的提升。研究结果可为深入理解未来气候变化对玉米生长及水分利用效率产生的影响提供参考,为应对气候变化的农田管理策略制定提供数据支撑和理论依据。     

高CO2浓度和遮荫对小麦叶片光能利用特性及产量构成因子的影响

CO2和光能是植物光合作用的动力和底物,它们的变化必然引起植物光合特性和生长的变化。研究大气CO2浓度和光强变化对植物光合生理的影响,有利于认识作物对全球生态变化的生理响应机制。试验以高大气CO2浓度和遮荫为处理手段,通过测定小麦(Triticum aestivum)旗叶的光合气体交换参数、光强光合速率响应曲线和产量构成因子,分析光强光能利用效率之间的关系,研究高大气CO2浓度(760μmol.mol 1)和遮荫对小麦叶片光合特性及产量构成因子的影响。结果表明,高大气CO2浓度下,小麦叶片的净光合速率(Pn)增加;同时最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)显著升高;遮荫处理使小麦叶片的Pnmax、LSP、LCP降低。正常光照下大气CO2浓度升高使小麦叶片呼吸速率(Rd)显著下降,遮荫后大气CO2浓度升高对Rd无显著影响。大气CO2浓度升高能显著提高小麦叶片表观量子效率(AQY),而遮荫对AQY的影响因大气CO2浓度而异,高大气CO2浓度下遮荫使AQY显著提高,正常大气CO2浓度下遮荫则使AQY明显下降。高大气CO2浓度下遮荫使小麦株高、穗长增加,而穗粒数、单株穗粒重、千粒重减小。受光合特性的变化和光强限制,高大气CO2浓度下遮荫使小麦叶片呼吸增强,导致Pn下降,不利于干物质积累和籽粒产量的形成。     

CO_2浓度升高对万寿菊生长发育与光合生理的影响

为探究经济花卉万寿菊响应CO_2浓度升高的生理机制,以万寿菊金币品种为试材,利用OTC(open top chamber)系统进行CO_2浓度控制试验,测定了万寿菊形态特征、叶片组织结构、光合色素含量、光合作用及糖类代谢物的变化。结果表明,本试验种植的万寿菊维管束中无"花环状"结构,是菊科中的C_3植物。CO_2浓度升高后,万寿菊叶片栅栏组织增多,栅栏组织内的叶绿体数量增加,光合色素含量增加,净光合速率增强,气孔导度和蒸腾速率在现蕾期和初花期下降,而在盛花期增加,水分利用率在各生育时期均增加。此外,CO_2浓度升高后,万寿菊叶片中还原糖含量、可溶性总糖含量、淀粉含量、纤维素含量均增加。植株的株高、茎粗、单株茎秆重、单株总生物量均有增加,花朵总产量增加27.46%。综上可知,CO_2浓度升高促进了万寿菊叶片光合作用和碳代谢,有利于万寿菊的生长发育。本研究结果有助于揭示万寿菊响应CO_2浓度升高的生理机制,为未来的万寿菊生产开发提供了依据。     

大气CO_2浓度升高对谷子生长发育与光合生理的影响

研究大气CO2浓度升高对谷子的影响,有助于人们了解未来气候变化后,谷子生产的变化,以提前采取必要的应对措施趋利避害。本研究利用FACE(FreeAirCO2Enrichment)系统首次在大田条件进行了谷子生长发育受CO2浓度升高影响的试验。结果表明,大气CO2浓度升高后,谷子的株高、茎粗、叶面积增加,叶片叶绿素含量下降。在相同CO2浓度下,抽穗期FACE圈内谷子叶片气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度与环境CO2浓度的比值(Ci/Ca)会下降,叶片光合能力有所下降,出现光适应,但水分利用效率(WUE)会提高。     

大气CO2浓度升高条件下稻稗共生系统中稗草对水稻光合生理的影响

稗草是水稻田的恶性杂草之一，严重影响水稻的生长发育和产量形成。为明确CO2浓度升高条件下稗草和水稻的光合生理响应及其竞争关系变化，以吉粳88为研究对象，利用开放式CO2浓度富集系统（FACE系统）开展模拟试验。试验设置2个CO2浓度，分别为自然大气CO2浓度（400µmol·mol−1）和高CO2浓度（550µmol·mol−1），高CO2浓度环境应用FACE系统进行调控；每种CO2浓度处理中设2种种植方式，分别为清种水稻和水稻与稗草混种，稗草与水稻种植密度比为1:5，在水稻各生育期测定相应的光合生理指标并进行分析。结果表明：CO2浓度升高使水稻每穴穗数显著增加，结实率也有所提高，最终使水稻产量显著提高；稗草与水稻混种使水稻结实率显著降低，水稻千粒重显著增加，最终使水稻产量显著降低；CO2浓度升高和稗草互作使水稻千粒重显著提高，但对产量影响并不显著。CO2浓度升高使水稻干物质量显著提高，稗草使水稻干物质量显著降低；而CO2浓度升高和稗草互作对水稻干物质影响不显著。CO2浓度升高使水稻剑叶净光合速率、胞间CO2浓度及SPAD值显著升高，使水稻剑叶气孔导度和蒸腾速率显著降低，稗草显著降低了水稻剑叶净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率、瞬时水分利用效率及SPAD值；CO2浓度和稗草互作使水稻剑叶净光合速率先降低后升高。水稻抽穗后CO2浓度升高对水稻光合作用的影响大于稗草对水稻光合作用的影响。     

Physiological responses of lupinus mutabilis to phosphorus nutrition and season of growth

The response to phosphorus (P) concentration in the nutrient solution (0–0.5 mol P m^‐3) was studied in Lupinus mutabilis Sweet cv. Potosi in two different seasons (winter and spring). Phosphorus deficiency was more severe on growth than on photosynthesis and the season of growth dramatically influenced the optimal concentration of P for plant growth; root biomass was proportionally less affected than shoot biomass. During winter, growth and photosynthesis of plants supplied with 0.02–0.5 mol P m^‐3 were not significantly different, whereas in spring, rates of growth and photosynthesis were faster at the 0.5 mol P m^‐3 level. Stomatal conductance decreased with deficient P independently of leaf water relations. Severe P deficiency limited carbon (C) assimilation rates due to reduction in stomatal conductance and mesophyll photosynthetic capacity. Decreased sucrose/starch in P‐deficient leaves was a consequence of the observed source/sink imbalance which was more marked in winter. Hydraulic conductance was not a limiting factor for leaf expansion under low P. In conclusion, growth and metabolic changes observed in lupins grown at low P supply can be ascribed to an adjustment at the whole plant level, preventing a large drop in leaf P, reducing shoot growth and facilitating P uptake through higher root biomass.