耕作和保墒措施对冬小麦生育时期光合特征及水分利用的影响

为探明不同耕作保墒措施下冬小麦生育期间光合生理特征及其增产机理,采用田间试验,以常规耕作为对照,采用深松、秸秆覆盖、免耕、施用有机肥及保水剂等措施,研究了不同耕作和保墒措施对冬小麦生育期间光合作用、产量及水分利用效率的影响。结果表明:冬小麦光合速率和叶片水分利用效率均以孕穗期最高,而灌浆期最低。蒸腾速率和气孔导度均以扬花期最高。对不同处理而言,在各生育时期均以深松处理的光合速率和叶片水分利用效率最高,其次为秸秆覆盖处理。在拔节期、孕穗期和扬花期以有机肥处理的蒸腾速率最高,而灌浆期以秸秆覆盖的蒸腾速率较高,在全生育期对照的蒸腾速率均较低。气孔导度与蒸腾速率表现规律基本一致。不同耕作、保墒措施均提高了小麦的穗数、穗粒数及千粒重,以及小麦籽粒产量和水分生产效率,降低了小麦总耗水量;各处理中以深松处理的效果最佳,其产量和水分生产效率分别较对照提高19.6%和38.3%。相关分析表明:各时期的小麦光合速率及叶片水分利用效率均与小麦产量和水分生产效率呈正相关,且随生育期的推进,其相关性增强,特别在扬花期,光合速率对于小麦产量和水分生产效率的影响更显著。     

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。     

微咸水灌溉对冬小麦叶片抗干热风能力的影响

干热风是华北地区冬小麦生产的主要气象灾害之一,同时该区农业用水资源严重短缺,为缓解灌溉水资源不足,华北地区开展了微咸水灌溉应用技术,而微咸水灌溉对冬小麦抗干热风能力的影响尚无定论。为此,在中国科学院禹城综合试验站设置1 g·L–1(淡水对照)、3 g·L–1和5 g·L–1 3个矿化度微咸水在返青—拔节期和开花—灌浆期分别对冬小麦进行灌溉处理,在灌浆期进行干热风模拟试验,观测冬小麦叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度等生理参数。综合4年(2016—2019年)4次试验结果,发现:1)与1 g·L–1矿化度微咸水灌溉相比, 3 g·L–1和5 g·L–1矿化度微咸水灌溉可以显著降低冬小麦叶片光合速率32.2%和59.3%、蒸腾速率29.2%和51.9%、气孔导度30.7%和54.8%。2)干热风可以显著降低叶片光合速率35.4%～86.6%、蒸腾速率35.6%～67.5%、气孔导度36.4%～69.4%。3)在1 g·L–1、3 g·L–1和5 g·L–1矿化度微咸水灌溉下,叶片光合速率干热风胁迫指数4年均值分别为0.55、0.45和0.74;叶片标准化蒸腾速率(蒸腾速率/水汽压饱和差)热风胁迫指数4年均值分别为0.54、0.26和0.41;气孔导度干热风胁迫指数4年均值分别为0.56、0.28和0.43。这些结果表明:1)微咸水灌溉的生理胁迫作用与干热风的生理胁迫作用对叶片光合蒸腾和气孔行为产生的影响具有相似性;2)3g·L–1矿化度微咸水灌溉比淡水提高了叶片对干热风的生理适应能力,证明适量微咸水灌溉可以提高冬小麦叶片适应干热风的能力。     

冬小麦叶片叶绿素含量及光合速率变化规律的研究

试验研究不同水分条件下冬小麦叶片叶绿素含量及光合速率的变化结果表明,随水分胁迫的加剧冬小麦叶片叶绿素含量降低,且叶绿素b比叶绿素a含量下降速度快,不同水分条件下冬小麦叶片叶绿素含量及光合速率季节变化趋势基本一致,拔节~抽穗期迅速上升,灌浆期后迅速下降,且叶绿素含量与光合速率呈显著正相关。随水分胁迫的加重冬小麦产量和经济系数均有所降低。     

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。     

旱地冬小麦宽幅匀播光合效应研究

宽幅匀播技术优化了作物群体结构,使小麦显著增产。为了给大面积推广宽幅匀播技术提供理论支撑,以常规条播为对照,采用田间试验研究了旱地冬小麦宽幅匀播的光合效应。结果表明,从拔节期到灌浆期,旱地宽幅匀播冬小麦旗叶叶绿素SPAD值较常规条播高3.1～6.3;盛花期较常规条播小麦旗叶净光合速率(Pn)提高13.4%、气孔导度(Gs)增加34.84%、胞间CO₂浓度(Ci)降低16.05%、蒸腾速率(Tr)提高8.47%。宽幅匀播能显著提高小麦叶片叶绿素含量,改善冬小麦光合特性,使小麦叶片能更有效利用胞间CO₂,提高光合和运输能力,从而显著增加产量。     

蓝、紫粒小麦光合特性的研究

以西南地区的白粒小麦品种("绵阳26"和"川麦107")为对照,对新育成的蓝、紫粒小麦品种(系)在不同发育时期的光合色素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度(Ci)等光合特性进行比较分析。结果表明,蓝、紫粒小麦叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量和对照的白粒小麦一样,均随孕穗期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期的发育进程而下降,在孕穗期含量最高,成熟期含量最低;蓝粒小麦的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在各发育时期均最低;白粒小麦的叶绿素a和总叶绿素含量在除孕穗期外的各发育时期最高,成熟期的叶绿素b含量也最高。白粒小麦叶片中类胡萝卜素含量随发育进程一直下降,直至成熟,而紫粒和蓝粒小麦在开花期前逐渐下降,但开花期后又逐渐升高,成熟时达到最大值;灌浆期和成熟期类胡萝卜素含量最高的是蓝粒小麦,其次是紫粒小麦,白粒小麦最低。蓝、紫粒小麦和白粒小麦的净光合速率均随发育进程呈先升后降的变化趋势,开花期净光合速率最大;白粒小麦在除灌浆期外的其他生育期净光合速率最大,蓝粒小麦在开花期后净光合速率是最低的。蓝、紫粒小麦和白粒小麦的气孔导度和蒸腾强度均随发育进程呈单峰曲线变化,峰值出现在灌浆期。白粒小麦的气孔限制值在孕穗期到开花期低于紫粒和蓝粒小麦,而开花期后则高于紫粒和蓝粒小麦。新近育成的几个蓝、紫粒小麦的光合能力低于白粒小麦。     

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。     

地表臭氧胁迫对北方冬小麦光合及生理特征的影响

为进一步探明北方地区地表臭氧（O3）浓度增加对冬小麦光合日变化、光响应能力和气体交换的影响,通过开顶式气室（OTC）,利用LI-6400便携式光合仪,开展了4种O3熏气水平下光合作用的原位测定（碳滤空气,CF;自然空气,NF;100 nL.L-1,CF100;150 nL.L-1,CF150）。结果表明,在拔节初期,4个处理组间的净光合速率Pn、气孔限制值Ls及胞间CO2浓度Ci均无显著差异。在抽穗期,CF100、CF150处理的Pn较CF降低了37.0%~41.8%,气孔导度Cond下降了35.7%~38.9%,Ci上升了6.7%~10.5%。在灌浆期,CF100的最大光合速率Pm、半饱和光强Ik较CF降低了23.5%~46.7%,暗呼吸速率Rd增加了8.6%;CF150的Pm、表观量子产额AQY和Ik较CF下降了10.4%~26.1%,光补偿点LCP和Rd增加了51.2%~88.0%。随着O3浓度和熏蒸时间的增加,冬小麦叶片的叶绿素Chl和类胡萝卜素Car含量显著降低,而可溶性糖和丙二醛MDA含量明显增加,且均在灌浆期差异最显著。以上结果表明,O3对冬小麦光合作用的抑制作用具有明显的时间累积效应,且随熏气时间的延长,叶片光合作用的限制条件由气孔因素主导向非气孔因素主导转变;同时,O3胁迫使植株对强光的耐受性及对强、弱光的利用效率均下降。     

有机肥与化肥配施对菠萝蜜幼苗光合及养分吸收的影响

为探究有机肥与化肥配施对菠萝蜜幼苗光合及养分吸收的影响,以马来西亚1号菠萝蜜嫁接苗为试验材料,共设CK(不施肥)、100CF(100%化肥)、30OM(30%有机肥+70%化肥)、50OM(50%有机肥+50%化肥)、70OM(70%有机肥+30%化肥)、100OM(100%有机肥)6个处理,比较不同施肥方式下菠萝蜜幼苗光合及养分吸收累积差异。结果表明:随着有机肥施用比例的增加,净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率呈先增加后降低的趋势,气孔限制值变化趋势相反,其中70OM处理的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率最高,气孔限制值最低。与不施肥和施纯化肥相比,增施有机肥整体上促进了菠萝蜜幼苗生物量积累及氮磷钾养分的吸收积累,其中叶片氮磷钾含量在30OM处理时达到最大值,随着有机肥施用比例的增加出现下降趋势。氮磷钾养分累积量与菠萝蜜幼苗生物量积累呈显著正相关。有机-无机配施能够促进养分的吸收利用,增强光合作用,从而促进菠萝蜜生长。     

土壤水分对冬小麦气孔导度及光合速率的影响与模拟*1

为了更精确掌握水分在作物模型中的贡献,通过田间设置5种不同程度的水分控制试验,分别选择冬小麦抽穗期（2011年4月18日）和开花后期（5月5日）两个典型日,利用Li-6400光合作用仪测定冬小麦叶片气孔导度和光合速率的日变化及其光响应过程,并利用SPSS软件进行分析;考虑土壤湿度因子,对气孔导度模型（Jarvis 模型）和光合模型（非直角双曲线模型）进行修订,利用实测资料拟合得到各项参数,并分析其模拟效果。结果表明,气孔导度、光合速率的日变化与土壤水分含量间呈正相关关系,土壤含水量越少,气孔导度、光合速率越小。加入土壤湿度因子的气孔导度和光合作用模型,两个指标均具有更好的模拟效果,实测值与模拟值之间的相关系数由修订前的0.907、0.769分别提高至0.967、0.987,实测值与模型回代值之间的相关系数也由修订前的0.572、0.316分别提高至0.768、0.874,且均方差均显著降低。因此,土壤湿度对调节冬小麦叶片气孔导度和光合作用非常重要,在气孔导度模拟和光合作用模拟中不能忽略土壤湿度的影响。     

土壤水分对冬小麦气孔导度及光合速率的影响与模拟

为了更精确掌握水分在作物模型中的贡献,通过田间设置5种不同程度的水分控制试验,分别选择冬小麦抽穗期（2011年4月18日）和开花后期（5月5日）两个典型日,利用Li-6400光合作用仪测定冬小麦叶片气孔导度和光合速率的日变化及其光响应过程,并利用SPSS软件进行分析;考虑土壤湿度因子,对气孔导度模型（Jarvis模型）和光合模型（非直角双曲线模型）进行修订,利用实测资料拟合得到各项参数,并分析其模拟效果。结果表明,气孔导度、光合速率的日变化与土壤水分含量间呈正相关关系,土壤含水量越少,气孔导度、光合速率越小。加入土壤湿度因子的气孔导度和光合作用模型,两个指标均具有更好的模拟效果,实测值与模拟值之间的相关系数由修订前的0.907、0.769分别提高至0.967、0.987,实测值与模型回代值之间的相关系数也由修订前的0.572、0.316分别提高至0.768、0.874,且均方差均显著降低。因此,土壤湿度对调节冬小麦叶片气孔导度和光合作用非常重要,在气孔导度模拟和光合作用模拟中不能忽略土壤湿度的影响。     

微咸水灌溉对土壤盐分平衡与作物产量的影响

河北低平原淡水资源短缺,微咸水资源丰富,合理开发利用微咸水已经成为缓解水资源供需矛盾的重要途径之一。本研究于2011—2015年在河北省沧州市中国科学院南皮生态农业试验站进行,以冬小麦和夏玉米一年两熟种植体系为研究对象,开展了河北低平原区实施微咸水灌溉对冬小麦及下茬作物夏玉米产量及灌溉对土壤盐分周年平衡的影响。2013—2014年冬小麦灌溉处理设雨养旱作处理(CK)、拔节期淡水灌溉1水(F1)、拔节期用2 g·L~(-1)、3 g·L~(-1)、4 g·L~(-1)、5 g·L~(-1)的微咸水灌溉1次(B21、B31、B41、B51)、拔节期和灌浆期用淡水灌溉(F2)、拔节期用3 g·L~(-1)的微咸水+灌浆期用淡水灌溉(B31F1)、拔节期用淡水+灌浆期用3 g·L~(-1)微咸水灌溉(F1B31)、拔节期和灌浆期都用3 g·L~(-1)的微咸水灌溉(B32)、拔节期、抽穗期和灌浆期都用淡水灌溉(F3)。2014—2015年根据上年度的试验结果对试验处理进行了精简,冬小麦灌溉处理设CK、F1、B31、B41、B51、B42(拔节期和灌浆期都用4 g·L~(-1)的微咸水灌溉)。结果表明,一般年型下冬小麦生育期灌溉2水就能获得高产和稳产,平均产量为6 593.4 kg·hm~(-2)。利用小于5 g·L~(-1)的微咸水灌溉,与淡水灌溉相比,不会造成冬小麦产量降低,灌溉1次微咸水比雨养旱作处理增产10%~30%,可用微咸水替代1次淡水。微咸水灌溉条件下冬小麦收获时土壤盐分有所积累,表层土壤含盐量大于1 g·L~(-1),影响下茬玉米的出苗和生长,但夏玉米播种后用675~750 m3·hm-2淡水灌溉可满足耕层淋盐需求,达到玉米生长的安全阈值,与淡水灌溉处理的玉米产量相比不减产。利用夏季降雨,可使土壤盐分得到淋洗,当夏季降雨量大于300 mm时,冬小麦微咸水灌溉下土壤盐分达到周年平衡。沧州地区73%以上的年份,夏季降雨量大于300 mm,为土壤淋盐创造了条件,保证了微咸水替代一次淡水灌溉的安全性。     

新型有机无机复合肥对冬小麦产量及关键期生长的影响

合理灌溉和施用肥料是实现冬小麦节水增产增效的关键,本研究选用"小偃22号"小麦品种,通过田间试验,于2009~2010年研究了不同施用量新型有机无机复合肥(SAF)对冬小麦农田关键期土壤剖面含水量以及作物生长与产量的影响。结果表明:1)各SAF处理较常规施肥(NF)增产在10%~30%之间;随着灌水量的增大,SAF最佳施肥量也随之增大,3种灌水处理中,理论最大产量出现在灌1水处理中,为8 894.11 kg·hm-2,此时对应的SAF施肥水平为1 350 kg·hm-2。2)小麦拔节初期,SAF处理土壤剖面含水量从表层到深层呈现缓慢减小再持续增大的"V"型分布,而常规施肥处理则呈现为减小增大再减小再增大的"W"型分布;在小麦灌浆期,SAF处理土壤剖面含水率的峰、谷值的深度均深于常规施肥处理。3)小麦分蘖期,SAF处理使小麦植株相对低矮,根相对粗短,这种趋势随着肥料施量的增大越发明显。在灌浆期,中SAF处理植株最为低矮,而穗重及地上干物质量最大;小麦灌浆速率差异主要表现在中SAF处理的小麦灌浆速率明显高于其余处理。上述结果表明:SAF使土壤垂直剖面含水率峰、谷值出现的位置更深;SAF处理的灌浆速率高于常规施肥处理,相比常规施肥处理,SAF处理可使作物在低灌水条件下(拔节期灌水60 mm)更好地实现最优产量。     

冬小麦不同生育阶段水分利用对保水剂与氮肥的响应

为探明保水剂和氮肥及其配施后对冬小麦不同生育阶段水分利用的作用机理,通过大田试验,以不施保水剂和氮肥为对照,研究了保水剂(60 kg.hm 2)与氮肥[0、225 kg(N).hm 2、450 kg(N).hm 2]单施及其配施后对冬小麦不同生育阶段的土壤水分、干物质积累及水分利用的作用特征。结果表明:保水剂和氮肥的施用均提高了土壤剖面各层次的含水量及冬小麦干物质积累量、产量和水分利用效率。各处理中以单施450kg(N).hm 2氮肥、单施保水剂及保水剂与450 kg(N).hm 2氮肥配施处理土壤含水量较高。不施保水剂时,随施氮量的增加,冬小麦地上部干物质积累量显著提高。施用保水剂时,氮肥用量过高,干物质积累有所降低。拔节—收获期,保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理冬小麦干物质积累量均较高,且到生育后期效果更明显。在播种—拔节期和孕穗—灌浆期,随氮肥用量的增加水分利用效率提高,且保水剂与氮肥配施处理增加幅度更大。而灌浆—收获期,高氮[450 kg(N).hm 2]和保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理的水分利用效率提高幅度最大,分别较对照增加53.8%和57.8%。而最终产量与水分生产效率以60 kg.hm 2保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理最高。说明氮肥用量适宜时,施用保水剂冬小麦产量和水分利用效率的提高幅度更大。     

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。     

小麦叶片CO2/H2O交换参数 对不同供水条件的响应

Daily change of gas exchange parameter of wheat leaves was measured under different water conditions, the result have showed that, the photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, and intercelluar CO₂ concentration are obvious change in daily. The trend of this change was differ from different water supply and it was influenced by many environment factors, such as soil water status, light, air temperature, and air humidity et al., but mainly determinated by stomatal conductance and photosynthetic characteristic of chloroplast.