控制灌溉水稻叶片水分利用效率影响因素分析

为了揭示节水灌溉水稻叶片水分利用效率的影响因素及水分高效利用机制,设置控制灌溉(控灌)和淹水灌溉(淹灌)2种灌溉方式开展田间试验,研究节水灌溉水稻叶片水分利用效率与气孔调节以及相关环境因素的关系,建立叶片水分利用效率的回归方程,并对影响因素进行通径分析。结果表明,水稻叶片蒸腾速率(Tr)、光合速率(Pn)和叶片水分利用效率(LWUE)与气孔导度(Gs)呈良好的二次曲线关系,控灌水稻通过较低的气孔开度便可获得较优的叶片水分利用效率。叶片水分利用效率(LWUE)与空气温度(Ta)、叶片温度(Tl)、叶气温差(ΔT)、空气CO2浓度(Ca)和光合有效辐射量(Par)等环境因素呈二次曲线关系,与胞间CO2浓度(Ci)呈负相关关系,与土壤含水率(θ)呈正相关关系,与相对湿度(Rh)呈指数关系。由Ta、Tl、ΔT组成的"温度因子"对水稻叶片水分利用效率的贡献率达39.19%,而由Ca和Ci组成的"CO2浓度因子"的贡献率为22.94%,由Rh和θ组成的"水分因子"的贡献率为17.81%,由Par组成的"光照因子"贡献率为9.01%。在此基础上,建立了叶片水分利用效率回归方程,并对各影响因素进行通径分析,对于控制灌溉稻田来说,影响叶片水分利用效率的主要因素不是光合有效辐射量、气孔导度和土壤含水率等,而是胞间CO2浓度、叶片温度和相对湿度等因素。     

基于叶气温差的生育中期冬小麦水分亏缺诊断研究

为了获取叶片尺度基于叶气温差的冬小麦生育中期水分亏缺诊断阈值,分析了冬小麦叶气温差的典型日变化及其与土壤水分、空气温度及太阳辐射等因子的相互关系,揭示了冬小麦叶气温差对光合气体交换参数的影响,确定了冬小麦叶片水分利用效率较适宜的非气孔限制值及叶气温差范围。结果表明,冬小麦叶气温差在不同的土壤水分条件下表现出不同的日变化规律,随光量子通量增加而升高,随土壤水分、气温增加而降低;4、5和6月冬小麦叶片水分利用效率较适宜的非气孔限制值范围分别为0.7~1.3、1.1~2.0和0.9~1.5,叶气温差控制范围分别为-1.2~0.4、-1.5~-1和-1.25~-0.9℃。     

沙地黄柳气孔导度特征及其适应性研究

分析了浑善达克沙地中部地区黄柳叶片气孔导度与环境因子的日变化。结果表明,晴天,黄柳叶片气孔导度日变化呈双波峰曲线变化,各月波动值存在延迟现象。胞间CO2强度在300~350μmmol/(m2·s)之间,最有利于气孔张开;温度超过25℃左右时,气孔导度大幅降低;水汽压差、光合有效辐射与黄柳气孔导度显著正相关;气孔限制值对水分利用效率起主要控制作用,从而达到抗旱特性。     

基于CO2传输阻力解析的土壤水分调控番茄光合生理机制

利用盆栽试验控制土壤含水率,基于叶绿素荧光、气体交换和响应曲线拟合相结合的方法解析番茄光合作用中CO2由大气传输至叶绿体羧化位点的系列阻力构成,揭示了土壤水分胁迫限制番茄光合速率的关键步骤及位点。结果表明：番茄光合速率（Pn）、最大羧化速率(Vc,max)、最大电子传递速率（Jmax）及初始羧化效率（CE）随土壤含水率变化呈“S”形变化曲线,初期缓慢增长,中期迅速增长,土壤水分充分时达到最大值并趋于稳定,可用logistic函数模拟。气孔和叶肉对CO2的传输导度及总传输导度随土壤含水率变化均呈明显的“S”形变化曲线,各支段CO2导度及总传输导度在土壤水分充分时趋于稳定并达到最大值;随着土壤水分胁迫的增大,各CO2传输导度逐渐降低并在重度土壤水分胁迫下达到最低值,可用logistic函数模拟。气孔导度与叶肉导度对光合速率限制的相对贡献率变化趋势相似,随着水分胁迫的加重,其贡献率逐渐增大,可以用指数函数模拟;羧化反应对光合速率限制的相对贡献率与气孔和叶肉导度相反,随着水分胁迫的增大,其贡献率逐渐减小,可以用对数函数模拟;在土壤水分充分时,羧化反应限速光合速率的相对贡献率最大,是限制光合速率的主导因子;在水分胁迫状况下,气孔限制和叶肉限制占主导地位,羧化反应的相对贡献率较低。气孔对CO2的传输导度与叶水势呈正相关,随叶水势的下降,气孔导度也呈线性下降趋势;叶肉导度与比叶重呈线性负相关关系,叶肉导度随比叶重的增大而线性减小,比叶重随土壤水分胁迫程度的加剧而逐渐增大。因此,水分胁迫状况下,气孔与叶肉对CO2的传输是水分胁迫限制光合速率的关键位点,气孔限速与保卫细胞水分失衡相关,而叶肉限速则由叶片厚度和组织疏松程度决定。     

不同供水条件对冬小麦光合特性及水分利用效率的影响

研究了不同土壤水分状况下植物叶片光合速率和水分利用特性对环境变化的响应,分别在固定CO2浓度和光强下,测定了2种供水强度条件下灌浆期冬小麦旗叶光合速率对光强和CO2浓度的响应。结果表明,高水分处理(CK)与低水分处理(WS)的光响应曲线差异较小,而CO2响应曲线差异显著;气孔导度和蒸腾速率均随CO2浓度升高而降低,WS处理反应较CK处理敏感;CK的水分利用效率略高于WS,但差别不大,低度水分胁迫不会对冬小麦水分利用的生理机制产生严重影响。     

基于Δ13C的不同水氮管理对水稻水分利用效率的影响

为揭示不同水氮管理的水稻叶片水分高效利用机理,基于作物生长发育过程中发生的碳同位素分馏效应对作物的长期水分利用效率的指示特性,研究了不同水氮管理对水稻叶片气体交换参数、叶片瞬时水分利用效率(LWUEins)、内在水分利用效率(LWUEint)和碳同位素分辨率(Δ~(13)C)的影响,分析了不同水氮管理下水稻叶片Δ~(13)C与叶片水分利用效率关系。结果表明:稻作控制灌溉模式下配施适量氮肥可以提高水稻叶片气孔导度(Gs),促进叶片胞间与外界气体交换,提高叶片净光合速率(Pn),维持较高的LWUEins、LWUEint,过量施氮会增加水稻对水分亏缺的敏感性,使水稻Gs降低,不利于叶片尺度水分的高效利用;抽穗开花期控制灌溉模式下施氮量较高时叶片水分利用效率较大,同一施氮量处理控制灌溉水稻LWUEins、LWUEint和WUE均高于淹水灌溉,起到了节水高产的效果。通过统计分析可知,不同水氮管理下抽穗开花期水稻叶片Δ~(13)C与LWUEins、LWUEint和WUE均呈负相关,叶片Δ~(13)C对LWUEint的指示性优于LWUEins,且在控制灌溉下叶片Δ~(13)C与LWUEins、LWUEint的相关性较淹水灌溉更为显著;拔节孕穗期及抽穗开花期水稻叶片Δ~(13)C可以很好地表征水稻WUE。结果表明,通过测定水稻不同时期叶片Δ~(13)C能够为预测不同水氮调控下水稻水分利用效率提供参考。     

水分胁迫对寒地水稻光合速率、气孔限制值及WUE的影响

【目的】研究不同生育阶段水分胁迫对水稻叶片光合速率的影响以及水分胁迫条件下水稻叶片光合速率变化对气孔限制值的响应规律,明确不同生育阶段水分胁迫对水稻光合特性和水分利用的综合影响,探寻水稻不同生育阶段适宜的水分管理模式。【方法】采用盆栽实验,以常规淹水灌溉模式土壤水分条件作为对照,在水稻分蘖、拔节、抽穗和乳熟期分别设置轻旱、中旱、重旱3种水平的水分胁迫,共12种处理,每个生育阶段设置正常供水作为对照,并对水稻叶片光合参数进行了测定。【结果】正常供水的水稻由于光合"午睡"现象的影响,光合速率日变化曲线为"M"型。处于低谷时间段的轻度、中度水分胁迫会减轻"午睡",使该时间段的光合速率高于CK,其余时间段随着水分胁迫程度增加,水稻叶片的光合速率逐渐降低;重度水分胁迫使光合速率在各个生育阶段处于较低水平。分蘖期、抽穗期、乳熟期进行轻度水分胁迫显著增加了气孔限制值和水分利用效率;而重度水分胁迫使抽穗、乳熟期的气孔限制值显著降低,对水分利用效率影响不显著。【结论】水稻单生育阶段轻度的水分胁迫可以有效减轻"午睡"现象,从而使"午睡"时的叶片光合速率高于正常供水,并保证了水分的高效利用。     

不同保墒措施对玉米生理指标日变化及产量的影响

通过田间试验,采用LCPro+光合仪,研究了不同保墒措施对夏玉米营养生长期生理指标日变化及产量的影响.结果表明,保墒灌溉措施能够有效促进作物生长,提高作物的叶片叶绿素含量、有效蒸腾和光合速率,对单叶片水平水分利用效率贡献甚微.全天平均光合速率和蒸腾速率和的大小顺序为:地膜覆盖>秸秆覆盖>PAM处理>CK,气孔导度的大小顺序为地膜覆盖>PAM处理>秸秆覆盖>CK,各处理胞间CO2浓度和WUE 差异不大.保墒措施可有效增加作物产量,其大小顺序为:地膜覆盖>秸秆覆盖>PAM处理>CK.     

不同灌溉模式对水稻生长、水分和辐射利用效率的影响

为研究不同灌溉模式对寒地黑土水稻农艺性状、光合特性、水分利用效率以及辐射利用效率的影响,设置了控制灌溉、浅湿灌溉和全面淹灌3种灌溉模式,于2017—2018年在黑龙江省庆安灌溉试验站进行了试验。结果表明：两个生长季内,控制灌溉水稻各生育时期叶面积指数比全面淹灌分别增加了7.94%～23.67%和5%～14.47%,控制灌溉下地上部干物质量的积累量比全面淹灌增加了12.13%和7.98%,控制灌溉和浅湿灌溉的冠层光合有效辐射截获总量较全面淹灌分别增加了74.05、23.65μmol/（m2·s）和63.35、16.85μmol/（m2·s）;除乳熟期外,其余生育期控制灌溉叶片叶绿素含量（SPAD）显著高于浅湿灌溉与全面灌溉;3种灌溉模式下最大初始转换效率从分蘖期开始上升,拔节期和抽穗期达到最大值,在乳熟期开始下降,非光化学荧光淬灭系数、光化学荧光淬灭系数前期略有波动,在乳熟期迅速下降,光合电子传递速率从分蘖期到乳熟期逐渐下降。两个生长季内,控制灌溉下产量略高于全面淹灌,但灌溉用水量较全面灌溉分别减少了31.45%和31.67%,水分利用效率比全面淹灌提高了46.45%和46.20%,辐射利用效率分别较全面淹灌增加了1.042%和1.036%,表明控制灌溉为黑龙江省半湿润区最佳灌溉模式。     

膜下滴灌灌溉定额对油葵光合特性和水分生产效率的影响

以油葵"康地562"为材料,采用单因子随机区组试验方法,在内蒙古阿拉善左旗巴彦浩特镇希尼套海嘎查村进行了膜下滴灌灌溉定额对油葵光合生理特性和水分生产效率的影响试验,定期测定了土壤含水率和作物光合生理指标。结果表明,现蕾期油葵的光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化均呈"凸抛物线"规律;胞间CO2摩尔分数日变化呈"凹抛物线"规律。同一灌溉定额条件下,采用先进的滴灌技术的日光合速率、日蒸腾速率和日气孔导度等指标均比畦灌技术较高,且产量提高了19.17%。试验条件下,膜下滴灌油葵产量随灌溉定额的增大而提高。     

水分调控对宁夏枸杞光合特性及产量的影响

为了探索适宜宁夏中部干旱带滴灌枸杞的灌溉定额,在同心县下马关镇示范基地进行了大田试验,研究了不同灌溉定额对滴灌枸杞光合特性、水分利用效率及产量的影响。结果表明:灌溉定额2 160 m3/hm~2时,滴灌枸杞净光合速率、蒸腾速率最高,灌溉定额1 890 m3/hm~2时次之而叶片胞间CO2浓度以灌溉定额2 160 m3/hm~2最低,为230.55μmol/mol,表明随着灌水量的增加,枸杞净光合速率与蒸腾速率增加,而胞间CO2浓度随之减少;各处理的叶片水分利用效率LWUE峰值在12∶00左右出现,W4处理的LWUE最高,W2处理的最低;灌溉定额1 620 m3/hm~2时产量最高,为9 923.4 kg/hm~2,灌溉定额1 350 m3/hm~2时产量最低,为7 792.2 kg/hm~2,灌水量在一定范围内可增产,但超出1 620 m3/hm~2,产量与灌溉定额不呈正相关关系。     

水氮配施对轮作冬小麦-夏玉米灌浆期光合特性的影响

研究不同水氮配施对轮作冬小麦-夏玉米灌浆期叶面积指数、光合速率、蒸腾速率及叶片水分利用效率的影响。结果表明,冬小麦旗叶光合速率和蒸腾速率均以处理W1500N210最高,叶面积指数和叶片水分利用率均以处理W1500N270最高,夏玉米叶片光合速率在处理W1500N270达到最高,蒸腾速率则以处理W1500N210最高;灌水和施氮及其交互效应对冬小麦、夏玉米叶面积指数、叶片光合速率、蒸腾速率和叶片水分利用率均有显著影响;冬小麦、夏玉米灌浆期叶面积指数、叶片光合速率、蒸腾速率和叶片水分利用率均随施氮量和灌水量的增加而增加;但施氮量超过210kg/hm2时不再显著增加。     

水分调控对苹果-大豆间作生理特性及水分利用的影响

为探求适于晋西黄土区果农间作系统的水分调控措施,通过2 a试验并结合覆盖与调亏灌溉措施,分析了水分调控措施对苹果和大豆叶片生理特性、水分利用和产量等指标的影响.试验设置灌水上限三水平为田间持水量的55%(W1),70%(W2)和85%(W3),两种覆盖:秸秆覆盖(M1)和地膜覆盖(M2),另设清耕(CK0)、秸秆覆盖不灌水(CK1)和地膜覆盖不灌水(CK2)作为对照.结果表明:水分调控措施提高了生育期内苹果和大豆叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(P_n)和叶片水分利用效率(LWUE),其中,处理M2W2的P_n和LWUE均高于其余调控措施.果树的遮荫抑制了大豆P_n和LWUE,即距离树行越近值越小.灌水、覆盖以及交互作用对大豆产量和水分利用效率(WUE)影响均在0.01水平下具有统计学意义,与其余处理相比,处理M2W2可增产9.48%~103.90%,WUE提高了11.07%~118.08%.通过多指标综合评价分析得出,节水增产效益最高的处理为M2W2,由此建议幼龄苹果-大豆间作采用地膜覆盖措施,同时在分枝期和鼓粒期采取田间持水量的70%为灌水上限的灌溉制度.     

不同灌水定额对北疆苜蓿叶面积指数和产量的影响

【目的】研究紫花苜蓿在浅埋式滴灌条件下,不同灌水定额对叶面积指数生长特性和产量的影响及二者之间相互关系。【方法】通过开展大田试验,共设置5个水分处理,依次为300 m3/hm2(T1)、375 m3/hm2(T2)、450m3/hm2(T3)、525 m3/hm2(T4)、600 m3/hm2(T5),采用植物冠层分析仪测量了不同灌水定额的紫花苜蓿叶面积指数和产量,分析相互关系,运用回归分析法拟合生长模型并进行验证。【结果】紫花苜蓿叶面积指数随着灌水定额的增大而增大,生长规律呈现先快后慢,倒"L"型趋势,2茬末期均出现衰败现象,第2茬受天气转冷因素表现更加明显。灌水定额525 m3/hm2以上叶面积指数没有明显提高,对应T4处理产量最高,叶面积指数、产量、灌水定额三者相互之间均存在显著相关性,建立三者之间相互单因素回归分析方程,拟合度较高。WUE随着灌水定额的增大呈现单侧下降趋势。【结论】运用浅埋式滴灌技术开展紫花苜蓿灌溉试验,适宜的灌水量可以改善紫花苜蓿生长状态,提高作物产量,达到节水增效的目的。     

蓄水坑灌条件下不同灌水下限幼龄苹果树叶片光合特性研究

以3a生矮砧红富士为试验材料,采用LI-6400XT便携式光合仪,对蓄水坑灌条件下不同灌水下限(分别为田间持水率的50%、60%、70%)幼龄苹果树叶片光合特性进行研究,并通过通径分析与多元逐步回归分析量化各影响因子与净光合速率的关系。结果表明:蓄水坑灌条件下不同灌水下限叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度变化规律基本一致。当土壤水分不足时,净光合速率主要受土壤含水率影响;当土壤水分充足时,净光合速率主要受光合有效辐射影响。气孔导度主要受光合有效辐射影响,地面灌溉条件下气孔导度对环境变化的响应更积极。蒸腾速率主要受土壤含水率和光合有效辐射的影响,土壤水分充足时,蒸腾速率对光合有效辐射的响应更敏感。相同条件下,土壤含水率越高蒸腾速率越大。     

Field test of an automatic controller for solid-set sprinkler irrigation

The application of new technologies to the control and automation of irrigation processes is becoming very important, and the automatic generation and execution of irrigation schedules is receiving growing attention. In this paper, a prototype automatic irrigation controller for solid-set systems is presented. The device is composed by software and hardware developments. The software was named Ador-Control and it integrates five modules: the first four modules simulate drop trajectories, water distribution, crop growth and yield, and the last module ensures bidirectional communication between software and hardware. Decision variables based on soil, crop, and irrigation performance indexes were used to make real-time irrigation decisions. A randomized experimental design was designed to validate the automatic controller over a corn crop during two seasons. Three treatments were analyzed: T0) manual programmer or advanced farmer; T1) automatic scheduling controlled by indexes based on soil simulated water content and irrigation performance; and T2) advanced automatic scheduling controlled by simulated thresholds of crop and irrigation indexes. Experimental results in 2009 and 2010 indicated that automatic irrigation treatments resulted in similar maize yield but using less water than manual irrigation (10 % between T0 and T1, and 18 % between T0 and T2).     

不同灌水下限设施番茄土壤CO2排放特征及其影响因素研究

【目的】探讨不同灌水下限设施土壤CO2排放特征及其影响因素,为调控设施土壤水分和碳排放提供理论依据。【方法】在番茄生育期内采用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪观测不同灌水下限[20 kPa(D20)、30 kPa(D30)、40 kPa(D40)]下的土壤CO2排放速率,并分析其影响因素。【结果】在番茄生育期内,不同灌水下限设施土壤CO2排放速率变化趋势基本一致,D20处理最高,平均速率为2.759μmol/(m2·s),其次是D30处理,为2.601μmol/(m2·s),D40处理最低,为2.559μmol/(m2·s)。在土壤CO2累积排放量方面,D20处理显著高于其他2个处理,而D30和D40处理之间无显著差异。就单因素模型而言,不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤温度呈指数回归关系,且均达显著水平(P<0.05);不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤含水率均呈显著二次回归关系(P<0.05);与单因素模型相比,土壤温度和土壤含水率的双因素复合模型(68.5%~83.8%)可以更好地解释土壤CO2排放的变化。土壤温度敏感系数Q10值在1.442~1.498之间,其中D20处理最敏感,D40处理最不敏感。相关分析结果表明,土壤CO2累积排放量与0~20 cm土层土壤有机质量、pH值、全氮量、速效磷量、速效钾量、碱解氮量和微生物量碳呈显著相关关系。采用PCA分析提取出的2个主成分累积贡献率为85.79%。【结论】灌水下限影响设施土壤CO2的排放,其中D20处理促进了设施土壤CO2的排放。     

不同微灌方式下水分调控对猕猴桃光合特性及产量的影响

【目的】为了研究不同微灌方式下水分调控对猕猴桃叶片光合特性及产量的影响,以"翠玉"猕猴桃为研究试材。【方法】采用小管出流(X)、微喷灌(P)和滴灌(D)3种灌溉方式在猕猴桃全生育期实施85%灌水量的轻度亏水(LD)、70%灌水量的中度亏水(MD1)、55%灌水量的偏重度亏水(MD2)和40%灌水量的重度亏水(SD)处理,并设置100%灌水量的对照组(CK),研究了猕猴桃叶片胞间CO2摩尔分数(Ci)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、羧化速率(CE)、瞬时水分利用效率(WUEi)、产量及产量水分利用效率(WUEET)在不同水分亏缺下的变化。【结果】与CK相比,D-MD1处理的日均WUEi及CE分别提高了8.5%和2.7%。P-MD1处理的日均Pn与CE较CK分别提高了10.7%和10.4%,X-MD1处理的日均Ci、Pn、CE较CK分别提高了10.9%、12.2%和11.4%。D、P和X三个处理的WUEET均较CK有不同程度的提高,但D、P和X的产量随着水分的亏缺程度的加大而下降,而滴灌各处理间无显著性差异。与CK相比D-MD1、P-MD1、X-MD1处理的产量分别提高了1.4%、1.6%、2.3%,重度亏水处理的产量显著低于其余水分处理,且其他各处理间无显著性差异。MD1处理在不降低产量的情况下,可以节约灌水同时提高WUEET,重度亏水与偏中度亏水间在WUEET无显著性差异,同时X-MD1的产量均高于其他处理。【结论】X-MD1处理是"翠玉"猕猴桃较为合适的灌溉水分亏缺模式。     

滴灌核桃不同灌水定额下综合效益优选

为了评估核桃综合效益,以8 a生核桃树为研究对象,通过田间试验,对比了灌水定额为150 m3/hm~2(C1处理)、300 m3/hm~2(C2处理)和450 m3/hm~2(C3处理)的冠层参数,并依托数学分析方法,筛选了果树的最佳灌水定额。结果表明,在核桃果实膨大期,C2处理提高了冠层叶面积指数,而C1、C3处理下透光率、直射光立地系数、散射光立地系数均大于C2处理。核桃生育中期及末期,C2、C3处理明显影响冠层截获的辐射能,但C1处理的作用较弱。随着果实生长,冠层叶面积指数、截获辐射能监测值均不断增大直至平稳,透光率、直射光立地系数、散射光立地系数则不断减小。叶面积指数、灌水定额可以显著影响核桃的最终产量。因此,在滴灌条件下,灌水定额300 m3/hm~2可为核桃的最优生产和最佳经济效益提供有力保障。     

供水水头和灌水器对负压灌溉土壤水运移的影响

研究了不同供水水头（H）（0.5、0、-0.5、-1、-2m）及不同孔径的负压灌水器（3～4、5～6μm）对负压灌溉出水量及土壤水分运移的影响。试验结果表明,不同处理中,湿润锋运移规律相似,湿润体近似为椭球体。当灌溉时间相同时,湿润体体积随供水水头的减小而减小。累计入渗量、最大水平和垂直湿润距离随高程差呈幂函数变化。灌...