作物干旱胁迫补偿效应研究进展

干旱是作物生长环境中普遍存在的逆境胁迫之一,在一定范围的干旱胁迫后复水短期内,作物在生理生化代谢和生长发育等方面产生补偿或超补偿效应的正面效应,以弥补干旱胁迫期间对作物造成的伤害和损失.补偿效应是作物抵御逆境胁迫的重要调节机制,也是对作物进行有效水分调控,实现节水高效农业的主要生理依据.文中从生长、生理生化、代谢及产量补偿效应及其影响因素等进行了综述.在此基础上,提出今后可从胁迫-复水条件下作物农艺及生理指标的补偿机制,光合作用的补偿规律及反馈机制,水分胁迫后补偿效应的效益评价3个方面进行研究.对于完善和丰富生物性节水理论和指导农业高效用水管理,发展节水灌溉和提供作物水分生产力具有重要的理论意义和实用价值.     

温室作物需水信息指标及湿度控制

在温室土壤－作物－环境连续体中，作物水分损耗、吸收和水分利用一直是研究的热点。在温室内，作物精量灌溉必须要考虑何时灌和灌多少两个方面的问题。从冠层蒸腾速率、茎流、水势、叶温和作物水分胁迫系数、茎秆果的直径微变化、根源信号、作物生长器官的电特性及图像特征技术方面，回顾和评价了作物水分状况诊断方法中作物需水信息指标的研究进展及存在的问题。同时，为防止过量灌溉带来的高湿矛盾，讨论了温室湿度控制的不同策略，以指导灌溉。最后，初步提出了进一步研究的建议。     

基于生理生态指标的玉米受旱胁迫响应规律研究

基于安徽省新马桥农水综合试验站内有底测坑玉米受旱胁迫专项试验数据,研究分析了干旱胁迫对玉米植株生长发育的影响及其响应规律。结果表明,干旱会影响玉米光合作用的各项指标,而光合性能的变化会影响玉米株高和叶面积的生长发育;玉米营养生长中前期,作物处于快速生长期,对水分胁迫的适应机能更强,适度轻微的受旱胁迫解除后玉米可迅速恢复正常生长,其后的生长发育反而会优于未受旱作物;同等受旱胁迫程度下,玉米营养生长后期及生殖生长阶段对水分亏缺的响应更为敏感,受旱更容易造成玉米植株永久损伤并导致减产。为提高玉米全生育期内的水分利用率实现高效节水并保障稳产,认为玉米营养生长中前期可适度缺水实施非充分灌溉,而营养生长后期及生殖生长阶段则需实施充分灌溉。     

水分胁迫对不同生长类型桃叶片水分利用效率和羧化效率的影响

以盆栽短枝型桃品种超红短枝和普通型品种早红珠为试材,研究了水分胁迫对不同生长类型桃树新梢增长率、叶片水分利用效率和羧化效率的影响。结果表明,在水分胁迫条件下,短枝型品种超红短枝的新梢增长率、叶片水分利用效率和羧化效率均显著高于普通型品种早红珠。表明桃短枝型品种对干旱有较高的生理适应性。     

无人机遥感技术在精量灌溉中应用的研究进展

以提高农业用水效率为目标的精量灌溉是未来农业灌溉的主要模式,精量灌溉的前提条件是对作物缺水的精准诊断和科学的灌溉决策。用于作物缺水诊断和灌溉决策定量指标的信息获取技术主要基于田间定点监测、地面车载移动监测及卫星遥感。无人机从根本上解决了卫星遥感由于时空分辨率低而导致的瞬时拓延、空间尺度转换、遥感参数与模型参数定量对应等技术难题,也克服了地面监测效率低、成本高、影响田间作业等问题。近几年的研究结果表明,无人机遥感系统可以高通量地获取多个地块的高时空分辨率图像,使精准分析农业气象条件、土壤条件、作物表型等参数的空间变异性及其相互关系成为可能,为大面积农田范围内快速感知作物缺水空间变异性提供了新手段,在精量灌溉技术应用中具有明显的优势和广阔的前景。无人机遥感系统已经应用在作物覆盖度、株高、倒伏面积、生物量、叶面积指数、冠层温度等农情信息的监测方面,但在作物缺水诊断和灌溉决策定量指标监测方面的研究才刚刚起步,目前主要集中在作物水分胁迫指数(CWSI)、作物系数、冠层结构相关指数、土壤含水率、叶黄素相关指数(PRI)等参数估算的研究,有些指标已经成功应用于监测多种作物的水分胁迫状况,但对于大多数作物和指标,模型的普适性还有待进一步研究。给出了无人机遥感在精准灌溉技术中应用的技术体系,并指出,为满足不同尺度的高效率监测和实现农业用水精准动态管理的需求,今后无人机遥感需要结合卫星遥感和地面监测系统,其中天空地一体化农业水信息监测网络优化布局方法与智能组网技术、多源信息时空融合与同化技术、作物缺水多指标综合诊断模型、农业灌溉大数据等将是未来重点研究内容。     

水分胁迫条件下西红柿耗水规律及产量研究

为合理地指导滨海地区设施蔬菜节水灌溉技术的应用,促进绿色农业的进一步发展,对主要蔬菜作物开展水分胁迫条件下的耗水规律及产量研究非常重要。以西红柿为试验对象进行研究,设置5个灌水处理,对土壤含水量及西红柿的干重、鲜重进行测定,应用水量平衡方程、根系层下界面水分上升通量模型对耗水量进行计算分析;分析设施种植条件下西红柿干重、鲜重与灌水量之间的关系。结果表明,随着水分胁迫程度的增大,设施西红柿的耗水量和产量均减小,水分利用效率逐渐增高,在开花坐果期和果实采摘期的干物质增长速率变大。在不同的水分胁迫条件下,西红柿在苗期对水分胁迫的响应较小,日耗水量变化幅度为0.2～1.5 mm,开花坐果期和果实采摘期对水分胁迫程度最敏感,日耗水量变化幅度为0.1～5.2 mm。灌水量为270 mm时,西红柿的产量能达到充分灌溉产量的98%,且水分生产效率提高9.38%,可为制定精确灌溉制度提供参考。     

不同土壤水分对植物光合作用的影响研究进展

为了探究土壤水分对作物光效应的影响，就土壤水分对作物的净光合速率、蒸腾速率、胞间CO₂含量、气孔导度、气孔限制值以及叶片水分利用效率等光效应研究成果进行了分类、归纳及总结。结果表明土壤水分的减少，使光响应单峰曲线呈降低走向，表现出水分胁迫影响光能利用率；重度水分胁迫会使净光合速率、暗呼吸效率、表观量子效率下降，进而影响作物糖分生成；重度水分胁迫和强光照下作物光合作用体系会受到损伤，作物蒸腾速率随土壤水分的增加而上升，但土壤水分超过某一阈值后则会下降；水分胁迫和光照强度在一定范围内增加时，胞间CO₂浓度下降，气孔限制值上升，超过这一范围时出现相反现象；一定的水分胁迫可使叶片的水分利用效率达到最大值；作物叶绿素总含量随着土壤水分的降低而下降，且叶绿素b含量下降速度大于叶绿素a。以节约利用水资源和促进作物高效生长为目标，提出了更多土壤水分与光效应对作物生长影响潜在关联的研究前景，为深入研究干旱地区土壤水分与光照互补、作物水-光平衡及农业资源高效利用提供理论支撑。     

大田玉米作物系数无人机多光谱遥感估算方法

作物系数K_c快速获取是大田作物蒸散量(Evapotranspiration,ET)估算的关键,为研究无人机多光谱遥感估算玉米作物系数的可行性和适用性,以2017年内蒙古达拉特旗昭君镇实验站大田玉米、土壤、气象等数据为基础,采用经气象因子和作物覆盖度校正后的双作物系数法计算不同生长时期与不同水分胁迫玉米的作物系数,并使用自主研发的无人机多光谱系统航拍玉米的冠层多光谱(蓝、绿、红、红边、近红外,475~840 nm)影像,研究了不同生长时期(快速生长期、生长中期和生长后期)玉米的6种常用植被指数(Vegetation indices,VIs):归一化差值植被指数(NDVI)、土壤调节植被指数(SAVI)、增强型植被指数(EVI)、比值植被指数(SR)、绿度归一化植被指数(GNDVI)和抗大气指数(VARI),与作物系数K_c的关系模型及水分胁迫对其的影响。结果表明:玉米生长时期和水分胁迫是影响玉米VIs-K_c模型相关性的两个重要因素。不同生长时期玉米植被指数和K_c相关性不同:充分灌溉情况下,快速生长期玉米VIs-K_c模型的相关性(R2为0.731 2~0.940 1,p0.05,n=25)与生长中期至生长后期VIs-K_c模型的相关性(R2为0.276 5~0.373 2,p0.05,n=40)不同;水分胁迫情况下,快速生长期玉米VIs-K_c模型的相关性(R2为0.0002~0.0830,p0.05,n=25)与生长中期至生长后期VIs-K_c模型的相关性(R2为0.366 2~0.848 7,p0.05,n=40)不同。水分胁迫对VIs-K_c模型的相关性影响较大:快速生长期,充分灌溉玉米VIs-K_c模型的相关性(R2最大为0.940 1)比水分胁迫玉米VIs-K_c模型的相关性(R2最大为0.083 0)强;生长中期至生长后期,充分灌溉玉米VIsK_c模型的相关性(R2最大为0.373 2)比水分胁迫玉米VIs-K_c模型的相关性(R2最大为0.848 7)弱。部分植被指数和作物系数相关性较强;快速生长期充分灌溉玉米的VIs-K_c模型的相关性由大到小依次为:SR、EVI、VARI、GNDVI、SAVI、NDVI;生长中期至生长后期水分胁迫玉米的VIs-K_c模型的相关性由大到小依次为:SR、GNDVI、VARI、NDVI、SAVI、EVI;其中比值植被指数SR与作物系数K_c的相关性最好。结果表明采用无人机多光谱技术估算K_c具有一定的可行性。     

微咸水灌溉对冬小麦光合及荧光动力学参数的影响

以冬小麦为研究对象,通过设计不同微咸水浓度和不同灌水量的灌溉方案,采用桶栽试验,通过叶绿素含量、光响应曲线及荧光动力学参数的变化规律,探究微咸水灌溉下水盐胁迫对冬小麦的影响。结果表明:3 g/L的微咸水对叶绿素含量的影响较小,5 g/L的微咸水则会使得叶片叶绿素含量降低。在拔节期采用3 g/L的微咸水进行灌溉,可以促进冬小麦的生理生长,适当的盐分胁迫会促进作物的光合作用;盐分胁迫会改变作物对有效光辐射的利用方式,采用3 g/L的微咸水灌溉会促进冬小麦对低有效光辐射的利用效率。采用5 g/L的微咸水进行灌溉会影响冬小麦的叶片结构,降低叶片对高有效光辐射的响应,最终导致光合作用下降。另外,盐分胁迫会增加作物的初始荧光,使叶片的最大荧光产量降低,还会降低内禀光能转换效率。3 g/L的微咸水在可以一定程度上缓解作物的水分胁迫,并能增加作物在盐分胁迫下的生理生长。     

干旱胁迫对辽西半干旱区玉米生长和产量的影响

以玉米丹玉77为材料,研究了干旱胁迫对辽西半干旱区玉米不同生育期作物生长、产量和水分利用效率等的影响.结果表明,各生育期干旱处理均不利于玉米生长和产量形成;且随着干旱程度增大,作物生长受抑加重,减产加剧;苗期、拔节期和抽穗期玉米生长和最终产量较容易受干旱影响,而灌浆期受旱影响相对较小;苗期轻旱处理下水分利用效率(WUE)高于对照处理,但其他处理WUE均降低,且随着干旱的加重而减小.因此,在研究区当水资源难以得到保证时,建议在玉米苗期轻旱控制或灌浆期干旱胁迫,避免拔节期和抽穗期受旱.     

旱田节水灌溉智能监控系统的研究

针对旱田灌溉规模的不断扩大,水资源供需矛盾的日益加深,为减少水资源的浪费、提高水的利用率,设计基于单片机的旱田节水灌溉智能监控系统。本系统采用计算机技术、嵌入式微处理器技术、无线传感器技术和智能控制技术相结合,通过在田间部署无线传感器节点,对土壤墒情进行实时监测,同时也为实现田间作物生长所需要的水分提供灌溉依据,对作物进行有效的灌溉控制。系统可以很好地实现对田间土壤墒情的监测和对作物生长时期所需要的水分进行自动灌溉控制,提高灌溉用水的利用率和灌溉效率。     

灌浆期干旱胁迫对不同冬小麦品种水分利用率的影响

以衡观35、开麦21、郑麦366这3个河南省种植面积较大的小麦品种为试验材料，通过室内培养箱与田间试验，研究3种不同冬小麦品种的水分利用率差异。结果表明:灌浆期相同干旱胁迫条件下，衡观35与开麦21抗旱性要比郑麦366高，只有在重度干旱胁迫下产量才有显著降低；不同品种冬小麦水分利用率皆于中度干旱胁迫下增加，在重度胁迫下降低，而衡观35、开麦21水分利用率在重度胁迫下降幅均较郑麦366小；不同水分处理措施对不同品种小麦旗叶水分利用率影响有所差异，影响时间从长到短依次是郑麦366、衡观35、开麦21；整体来看，衡观35、开麦21属于抗旱性较强的小麦品种；郑麦366虽是抗旱性较弱的品种，但在正常灌水条件下其产量最高。      

黑龙江省抗旱节水灌溉集成技术模式研究

黑龙江省水资源总量为810.33亿m3,人均占有量和耕地亩均占有量都低于全国平均水平,水资源时空分布不均、季节性干旱频发、作物生育期内水量分布不均等因素加剧了农业灌溉用水短缺,严重影响了旱作区作物种植面积的发展和产量的稳定与提高。分析了机械化暗式注水灌溉技术、中耕补水技术、喷滴灌技术等抗旱节水灌溉技术的特点效果,根据玉米调亏水分灌溉指标、作物受旱生态表现及土壤干旱状况分级,提出了抗旱节水灌溉集成技术模式,缓解了水资源供需矛盾,减少了干旱带来的损失,为实现粮食持续稳产高产提供技术支持。     

基于快速叶绿素荧光技术的油菜冠层生化参数垂直异质性分析

准确获取作物冠层生化信息对监测作物生长和指导精准施肥具有重要意义。现有的作物生化参数的垂直分布研究以高光谱遥感反演为主,缺乏与光合生理的联系。本研究主要探究了不同氮素处理水平下油菜苗期冠层内的叶绿素、类胡萝卜素、干物质和水分等生化参数的垂直分布变化特性,同时利用快速叶绿素荧光技术测定了叶片的光合性能,并通过线性回归分析和主成分分析进一步剖析了荧光响应与生化参数的内在联系。试验结果表明：（1）苗期中期油菜冠层的叶绿素含量、类胡萝卜素含量、干物质和水分含量均呈抛物线型的非均匀垂直分布,而叶绿素与类胡萝卜素的比值具有与其他生化参数不同的垂直分布模式,其随着叶位升高和施氮量的增加逐渐下降,与推动力DF_Total、电子链末端量子产额φ_Ro等荧光参数的垂直分布模式相同;（2）荧光参数,特别是DF_Total,对油菜叶片叶绿素与类胡萝卜的比值、叶绿素和干物质含量具有较强的评估能力;（3）缺氮会降低苗期油菜叶片的光系统I和II（PSI和PSII）性能,通过最大光化学效率φ_Po等荧光参数可对氮素胁迫进行诊断;而不同叶位叶片在PSI性能即电子末端传递效率上具有显著差异,通过DF_Total可有效表征冠层生化参数的垂直异质性。上述结果表明,应用快速叶绿素荧光技术对作物进行生化信息的垂直异质性监测具有可行性,可为指导精准施肥和提高优质优产提供新思路和技术支撑。     

渗灌节水技术及其经济效益浅析

对渗灌的优缺点以及国内外研究应用现状进展进行了概述,提出了解决渗灌技术问题(防堵措施)的方法。以喷灌作为比较,分析了渗灌技术经济效益,并对渗灌在干旱半干旱地区的应用前景进行了分析。结果表明：我国目前渗灌技术及其应用水平状况尚处于初级阶段且与发达国家差距很大;渗灌比其他灌溉方式有最省灌溉水,有利于作物生长与增产,水分利用效率高,能耗低等优点;渗灌最大的缺陷是管道容易堵塞,虽然有防堵管道,但造价高,目前只能用于蔬菜和果树等经济作物;与移动式喷灌比较,渗灌虽然一次性投入较大,但在同等折旧年限下,渗灌的净效益更高,比喷灌多10．9％,是更经济合理的灌溉方式;渗灌在保护地栽培、荒漠化治理、盐碱地改良、城镇绿化等领域有广阔的应用前景。     

加气灌溉技术对土壤及作物生长影响的研究

传统灌溉会导致土壤水气不平衡，造成作物根区低氧胁迫，而运用加气灌溉技术可以有效改善土壤的通气性能，农作物的产量与质量都有所提高。为此，主要对根区低氧胁迫的机理进行分析与阐述，基于CiteSpace综合整理了加气灌溉技术相关参数及应用现状，系统论述了加气灌溉技术在改善土壤环境和提高作物产量方面的研究进展与发展难点；同时，深入分析了该技术在改善土壤环境及作物生长等方面取得的成效和存在的问题，针对目前存在的技术缺陷进行探讨；最后，分析了加气灌溉技术的未来发展趋势与研究方向，为加气灌溉技术的推广应用提供理论参考与技术借鉴。     

氮素形态及水分胁迫对不同水稻品种苗期生长的影响

氮素调控对水分胁迫条件下水稻生长发育具有显著影响,但不同供氮形态调控水稻水分胁迫的生理机制尚缺乏深入研究。以籼稻品种(汕优63、扬稻6号)和粳稻品种(86优8、武运粳7号)为研究材料,采用室内营养液培养和聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫处理,于不同供氮形态(NH+4-N和NO-3-N)条件下,研究不同氮素形态及水分条件对不同水稻品种苗期生长发育和光合特性的影响。结果表明,在两种水分条件下,供NH+4-N处理水稻生物量均显著高于供NO-3-N处理,在干旱胁迫条件下表现出较强抗旱性。与非水分胁迫条件相比,模拟干旱胁迫条件下供NH+4-N处理水稻蒸腾速率和气孔导度表现为增加的趋势,且叶面积和叶绿素含量没有显著影响,但供NO-3-N处理水稻的叶面积和叶绿素含量显著减少,进而引起供NO-3-N处理水稻净光合速率和干物质量显著下降。与非水分胁迫条件相比,模拟水分胁迫条件下粳稻品种生物量和叶面积均显著下降;但对籼稻品种而言,生物量和叶面积对水分胁迫的响应受氮素形态的显著影响,其中供NO-3-N处理模拟水分胁迫条件下显著降低,而对供NH+4-N处理没有显著影响。因此,籼稻品种在供NH+4-N条件下能够维持较高的叶片净光合速率和蒸腾速率,从而具有较强的抗旱能力。     

基于网络监测平台的农林间作耗水特征和灌溉制度

针对特定生态区的种植方式和作物对水分的需求差异,在大田生产条件下对农林复合系统的土壤水分动态、作物日耗水量和灌溉制度进行了试验研究。以新疆枣、棉间作为主要研究对象,利用频域反射法(FDR)土壤水分传感器实时监测农林复合系统下,不同间作带位置的根层土壤水分动态和耗水量。以农作物根层土壤的含水量变化为主要指标,分析间作作物的日耗水量,结合农林复合系统中根层土壤的水分饱灌点和补灌点,确定农林复合系统的最佳灌溉时间和灌溉量。通过实验分析,提出了基于网络平台的农田灌溉警报系统,对农田进行实时监控和管理,预测灌溉时间。结果表明提出的这种基于网络平台土壤墒情监测的灌溉制度方法,可以实时监测农田土壤的水分状况,为农田作物灌溉提供技术支持,对提高农田水分利用效率有着重要的理论意义和应用价值。     

调亏灌溉条件下的作物水分生态生理研究进展

简要回顾了近几年国内外开展作物水分生态生理机制研究的进展情况和不同控制条件下作物对水分的响应，系统阐述了调亏灌溉遵从的原理、方法和实施调亏灌溉后对作物水分生态生理机制的影响及其需要进一步研究的一些问题。     

第二讲 水分亏缺对作物生长发育的影响

在作物的生长季节,如果土壤干旱缺水,作物的生理需水得不到满足,机体就不能正常生长发育。干旱出现的生育时期、程度高低以及延续时间的长短,都可能使作物株体受到不同程度的水分胁迫影响c以下根据试验资料分析研究于旱缺水对作物的各种生理反应。我们主要以内蒙水科所‘“内蒙古半干旱地区春小麦非充分灌溉试验研究”资料为例,3750kgihlnZ（亩产250kg）的春小麦全生育期总耗水量在4500m3／hmZ（300m3／亩）左右,这些水分除很少部分直接用于建造株体以外,绝大部分为作物的叶面蒸腾和棵间蒸发所消耗。试验资料说明：水分亏缺引起春小…