不同水分条件下水稻光合作用的光响应模型的比较

采用非直角双曲线模型、直角双曲线模型和直角双曲线修正模型,研究了不同水分条件对水稻叶片光响应特征的影响。结果表明:随土壤水分的降低,水稻功能叶片的光响应曲线下降,且在光强高于400μmol/(m2.s)时,不同土壤水分状况的光响应曲线差距变大。三种模型模拟结果总体上都能较好地反映光合作用的光响应特征。光响应特征参数方面,三种模型都能反映水分亏缺对水稻叶片LCP的影响,但仅直角双曲线修正模型拟合的Pmax与实测最为接近,且非直角双曲线模型不能反映水分变化对AQY的影响。采用传统的线性回归方法得到的LSP值大幅度偏低,其所对应的光合速率仅为同模型中最大净光合速率的39%～55%,而直角双曲线修正模型通过模型参数直接计算确定的LSP与实测值最接近。因此,总体上直角双曲线修正模型在反映水稻叶片的光响应特征及对水分亏缺的响应方面具有优越性。     

不同灌溉方式对土壤水分及棉花光合特性的影响分析

为了探讨不同灌水方式对土壤水分及棉花生育后期(盛铃期)光合-光响应曲线特征的影响,通过测坑试验,设定3种灌溉方式(膜下滴灌、地下滴灌、微润灌),利用PR2测定土壤水分状况,利用光能利用率的下降点来界定光合作用弱光区域,并采用直角双曲线修正模型拟合光合-光响应曲线。结果表明,土壤湿润体大小关系为:膜下滴灌地下滴灌微润灌,其中微润灌较地下滴灌土壤湿润体水分分布更均匀;界定后的光合作用弱光区域较传统区域增大;直角双曲线修正模型拟合结果相关度较高,且光合参数模拟值与实测值接近;灌溉用水量大幅减小的情况下,微润灌最大净光合速率为膜下滴灌处理的69.6%,为地下滴灌处理的88.1%,其节水潜力较大。     

葡萄光合作用光响应曲线拟合模型比较研究

通过分析各模型求取的光合参数模拟值与实测值的接近程度,探讨了各模型在葡萄光响应曲线研究中的适用性。为了筛选适合吐鲁番地区的葡萄光响应模型,采用二次多项式模型、指数函数模型、直角双曲线模型、非直角双曲线模型和修正的直角双曲线模型对葡萄光合作用的光响应曲线进行拟合,表明:指数函数模型和直角双曲线模型不能解释光饱和区域的光抑制现象。二次多项式在一定程度上能够体现出葡萄光合作用的光抑制现象,但各项光合参数与实测值相差较大,且有违背常识错误。非直角双曲线模型虽能解释光饱和区域的光抑制现象,但拟合得到的最大净光合速率高于实测值。修正的直角双曲线模型求解得到的各项光合参数均接近实测值,并且能很好地体现葡萄在不同光强下的光响应曲线,尤其是在光饱和区域。吐鲁番地区葡萄光响应模型宜采用修正的直角双曲线模型,其拟合求取的葡萄最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率分别为10.627、1 178.362、67.487、2.943μmol/(m~2·s),初始量子效率为0.05。     

不同灌溉定额下春小麦光合光响应特征研究

为了探讨荒漠绿洲区春小麦在干旱环境下的适应机制,测定了6个灌溉处理下春小麦的光合响应过程,采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型分别对春小麦光响应曲线进行了拟合比较,筛选出最优模型,并利用最优模型对不同灌溉处理下春小麦的光合特征参数进行了计算。试验结果表明,随着灌溉量的增加,小麦叶片光合性能呈增加趋势,且灌浆前期大于灌浆后期;经误差分析,不同灌溉定额下4种模型的光响应曲线拟合结果存在差异,直角双曲线模型、非直角双曲线模型和指数模型对高灌水处理的光响应曲线模拟精度高于低灌水处理;直角双曲线修正模型对所有处理的模拟精度均最高,是拟合荒漠绿洲区春小麦光响应曲线的最优模型;光合参数显示,420 mm灌溉定额处理下春小麦的最大光合速率、表观量子效率、光饱和点均高于其他灌溉处理,而光补偿点则显著降低。荒漠绿洲区,适当的灌溉定额有利于扩大春小麦光的适应范围,提高光能利用能力,增加产量。     

宁夏引黄灌区滴灌玉米穗位叶光响应特征研究

为提高宁夏引黄灌区滴灌水肥一体化下玉米光响应生理参数的计算精度,探讨玉米吐丝期光合响应机制及光合响应特征,以天赐19为试验材料,设置6个施氮水平,采用Li-6400XT型光合仪测定了2017—2018年玉米吐丝期穗位叶的光响应曲线。选用直角双曲线修正模型等4种常用模型对滴灌玉米光响应过程进行拟合分析,评价和筛选出不同氮素水平下玉米吐丝期最优模型,并利用最优模型计算玉米光响应参数。结果表明,4种模型拟合精度存在差异,且直角双曲线、非直角双曲线和指数模型对氮亏缺处理（N0）的光响应曲线拟合度差,直角双曲线修正模型对各处理拟合度最高,可作为最优模型对玉米吐丝期光响应参数进行计算。玉米光合能力随施氮量增加呈先增后减趋势,光补偿点、光饱和点、最大净光合速率、表观量子效率、暗呼吸速率在施氮360kg/hm2（N4）条件下玉米穗位叶的光响应参数均高于其他处理,在450kg/hm2（N5）条件下出现下降趋势,但降幅较小。由此可见,利用光合参数可判断玉米吐丝期的氮素营养状况,调控滴灌玉米最佳施氮量,提高滴灌玉米光合能力,进而提高产量。     

覆膜和水分亏缺对春小麦光合特性影响及模型比较

为揭示西北干旱地区覆膜条件下水分亏缺对春小麦光合生理特征的影响及光响应模型的适用性,以春小麦为试验材料,分别设置充分灌溉不覆膜(W1M0)、充分灌溉覆膜(W1M1)、亏缺灌溉不覆膜(W2M0)和亏缺灌溉覆膜(W2M1)4个处理,测定春小麦灌浆期的光响应曲线,通过对5种常用的光响应模型进行分析比较,探讨覆膜条件下水分亏缺对春小麦光合特性的影响并对光响应模型的适用性进行评价。结果表明,水分亏缺会降低春小麦叶片的最大净光合速率(Pmax)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd),而光补偿点(LCP)升高。而在水分亏缺条件下覆膜处理能够有效减缓春小麦光合速率的下降,同时提高了春小麦叶片的最大净光合速率(Pmax)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)等表征春小麦光合特性的生理指标。其中,5种模型的模拟效果在W2M0处理下具有明显差别,只有叶子飘模型拟合值与实测值最为相符,尤其在高光强条件下拟合效果更为贴切,决定系数(R2)大于0.9;而直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和动力学模型拟合效果较差,在高光强条件下光合速率仍然是增加的,并未下降,R2只有0.7左右;叶子飘模型在不覆膜亏水条件下适用性较好。从决定系数的均值比较来看,对于4个处理拟合效果优劣排序为叶子飘模型、指数模型、非直角双曲线模型、直角双曲线模型和动力学模型。     

覆膜条件下水分亏缺对春小麦光合特性影响及光响应模型比较研究

为揭示西北干旱地区覆膜条件下水分亏缺对春小麦光合生理特征的影响及光响应模型的适用性,本研究以春小麦为试验材料,设置4个处理,分别为不覆膜充分灌溉(W1M0)、覆膜充分灌溉(W1M1)、不覆膜亏缺灌溉(W2M0)和覆膜亏缺灌溉(W2M1),测定春小麦灌浆期的光响应曲线,通过对5种常用的光响应模型进行分析比较,探讨覆膜条件下水分亏缺对春小麦光合特性的影响并对光响应模型的适用性进行评价。结果表明,水分亏缺会降低春小麦叶片的最大净光合速率(Pmax)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd),而光补偿点(LCP)升高。而在水分亏缺条件下覆膜处理能够有效减缓春小麦的光合速率下降,同时提高了春小麦叶片的最大净光合速率(Pmax)、表观量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)等表征春小麦光合特性的生理指标。其中,5种模型的模拟效果在W2M0处理下具有明显差别,只有叶子飘模型拟合值与实测值最为相符,尤其在高光强条件下拟合效果更为贴切,决定系数(R2)大于0.9;而直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和动力学模型拟合效果较差,在高光强条件下光合速率仍然是增加的并未下降,R2只有0.7左右;表明叶子飘模型在不覆膜亏水条件下适用性较好。从决定系数的均值比较来看,对于4个处理拟合效果优劣排序为叶子飘模型、指数模型、非直角双曲线模型、直角双曲线模型和动力学模型。     

脱硫石膏和磁化水对盐碱胁迫荞麦光合特性的影响

为探明荞麦光合作用对土壤盐碱胁迫下不同改良措施的响应特征与适应规律，设置盆栽试验，测定盐碱胁迫土壤采用脱硫石膏、磁化水改良处理后荞麦的光合光响应特征，分别采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型对荞麦叶片光响应曲线进行分析，确定了最优模型，并对不同处理下的荞麦光合特征参数进行了分析。结果表明：盐碱胁迫下，磁化水灌溉对荞麦的光合特征影响明显，荞麦净光合速率随脱硫石膏施用量的增大呈先增后减的趋势；非直角双曲线模型的模拟精度最高，可作为描述盐碱胁迫下荞麦叶片光响应曲线的最优模型；11t/hm2脱硫石膏施用量下的荞麦光合特征参数（暗呼吸速率、表观量子效率、最大净光合速率、光补偿点及光饱和点）显著高于其他处理，荞麦叶片对光强的适应能力增强，有利于促进荞麦积累有机物；磁化水灌溉对荞麦的光合光响应具有显著的促进作用。本研究可为寻求有效缓解盐碱胁迫对作物生长影响的调控方法提供参考。     

干旱胁迫条件下信阳五月鲜桃光合特性和生理生化指标变化规律研究

以2年生信阳五月鲜桃幼树为试材,在盆栽条件下自然干旱形成水分梯度对信阳五月鲜桃幼树光合特性和生理生化特性进行研究,试验结果表明:信阳五月鲜桃光合速率日变化在清晨8∶00最大,随后逐渐下降,在中午14∶00降到最低,之后出现回升,有明显的"午休"现象;信阳五月鲜桃光合速率变化与蒸腾速率、气孔导度、叶片温度和胞间CO2浓度具有密切的关系;当土壤相对含水量大于55.7%时,信阳五月鲜桃光合速率降低的主要因素是气孔因素,当土壤相对含水量低于55.7%时,信阳五月鲜桃光合速率降低的主要因素是非气孔因素。当土壤相对含水量大于55.7%时,信阳五月鲜桃渗透调节物质不断积累,以SOD为主导的细胞保护酶系统活性增强,植株抗旱性机制明显提高。当土壤相对含水量低于55.7%时,水分亏缺加重,渗透调节能力减弱,质膜系统遭到破坏,质膜过氧化。     

适合蓝莓的光合响应曲线拟合模型研究

光合作用是蓝莓生长发育中重要生理过程,不同拟合模型选择将直接影响蓝莓的光合特性参数,随着中国蓝莓产业不断发展,国内尚未有标准的对蓝莓的光合响应模型。对国内外四种光响应曲线模型进行研究,并以云南丽江地区蓝莓光合试验数据为例对模型进行参数估计和评价。结果表明:直角双曲线修正模型可以更好的拟合蓝莓光合响应曲线,与其他三种模型相比具有一定的优势,可以作为今后蓝莓光合响应曲线拟合的主要应用模型。     

宁夏引黄灌区不同灌水处理下春小麦光响应曲线模型研究

为提高春小麦光能利用效率、优化田间管理,开展滴灌条件下宁夏引黄灌区春小麦适宜的光响应曲线模型研究。试验以春小麦为研究对象,设置滴灌条件下5个灌水量梯度,分别为1 350 m3/hm2、1 950 m3/hm2、2 400 m3/hm2、2 850 m3/hm2、3 150 m3/hm2。测定5个处理下春小麦的光合响应过程,采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型、叶子飘模型、动力学模型分别对春小麦光响应曲线进行拟合比较,筛选出最优模型,并对不同灌溉处理下春小麦的光合特征参数进行计算。结果表明：随着灌溉量的增加,小麦叶片净光合速率呈增加趋势,且孕穗期大于灌浆期,各模型对处理1灌浆期光响应过程模拟的均方根误差(RMSE)介于1.19~1.55 μmol/(m2·s)之间,而处理4的均方根误差为0.85~1.12 μmol/(m2·s),其他误差指标类似,均表现为灌水量适宜的模拟效果较好。叶子飘模型拟合得出的光响应曲线精度更高,更接近于春小麦实际的光合特征,是适合宁夏引黄灌区春小麦生长的最优光响应模型。在宁夏引黄灌区滴灌条件下,适当增加灌水量,可增加春小麦对光的适应能力和有效辐射利用率,灌水量3 150 m3/hm2的处理暗呼吸速率和光补偿点最大。可见滴灌条件下灌水量大于2 400 m3/hm2时可增大春小麦光饱和点,增加有效光合范围,为增产奠定基础。     

地表覆盖方式对桃果实发育过程中果实品质指标的影响

采用信阳五月鲜桃为试验材料,设置覆膜和覆膜+覆秸秆(膜+秸秆)两种地表覆盖栽培方式,以清耕(CK)为对照,测定桃果实发育过程中可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物、花青苷含量的动态变化,研究不同地表覆盖方式对信阳五月鲜桃果实生长发育的影响。结果表明:两种地表覆盖方式下,信阳五月鲜桃果实发育过程中可溶性固形物、花青苷、可溶性糖含量变化均为前期上升趋势缓慢,盛花期78d后迅速增加;而桃果实中可滴定酸含量随着果实成熟度的增加而逐渐降低。信阳五月鲜桃果实成熟期(盛花期后93d),覆膜处理的桃果实中的可滴定酸含量较低,可溶性固形物、花青苷和可溶性糖含量较高,与CK和膜+秸秆处理相比差异显著;膜+秸秆处理的桃果实中花青苷含量与CK相比显著增加。信阳五月鲜桃果实发育过程中果实中可溶性固形物、花青苷、可溶性糖含量之间分别存在显著正相关,并均与可滴定酸含量呈显著负相关。总之,桃果实品质指标在果实发育过程中存在显著相关性,并且在果实成熟期迅速变化;桃树生产上应用单一覆膜能显著提高果实品质。     

微咸水灌溉下冬小麦光合作用与光响应曲线模拟

为揭示微咸水灌溉下冬小麦的光合生理响应机理,在黄河三角洲地区的典型引黄灌区开展了冬小麦微咸水灌溉大田试验,研究了两种灌溉处理（淡水处理（矿化度0g/L）和微咸水处理（矿化度3g/L））条件下,冬小麦抽穗期（2016年5月1日和2017年5月1日）和开花期（2016年5月10日和2017年5月12日）蒸腾速率、净光合速率、气孔限制值及光响应曲线模拟特征参数等指标变化规律。结果表明,与淡水处理相比,2016、2017年微咸水灌溉导致浅层（0~40cm）土壤含盐量显著增加了37.8%、64.3%;抑制了抽穗开花期冬小麦的蒸腾作用,2016、2017年微咸水灌溉处理冬小麦抽穗期蒸腾速率降低了19.1%、31.4%,开花期降低了11.6%、11.0%;午前净光合速率的下降主要受到气孔因素和非气孔因素共同影响,午后由于非气孔因素的改善,微咸水处理冬小麦净光合速率超过淡水处理,却伴随着较高的气孔限制值。引入直角双曲线修正模型进行光合特征参数拟合发现,微咸水灌溉有利于增强抽穗开花期冬小麦对于强光和高温的适应能力并且可以提升冬小麦利用弱光的能力,暗呼吸速率的下降可以保证较快的干物质累积。因此,微咸水灌溉并未对冬小麦抽穗开花期叶片光合作用产生负面影响,反而一定程度上促进了冬小麦利用光能的潜力。     

基于改进型鱼群算法的番茄光环境调控目标值模型

针对光温耦合条件下番茄光环境调控目标值难以快速、精确获取的问题,在光温嵌套光合速率试验结果基础上,为提高人工鱼群算法寻优速度,基于视野和步长动态调整思想,提出了改进型鱼群算法的光温耦合寻优方法,对不同温度下光饱和点进行快速精准寻优,建立了番茄光环境调控目标值模型,模型决定系数为0.999 9。验证试验结果表明,不同温度下光饱和点的模型计算值与实测值高度线性相关,相关系数为0.988,最大相对误差在±2%内,明显优于遗传算法构建模型的相对误差(±6%)。快速、动态获取不同温度下光饱和点,对设施光环境精准调控效率具有重要意义。     

土石混合介质中碎石性质对土壤水分特征曲线的影响分析

土壤水分特征曲线是研究多孔介质非饱和带土壤水分运动的关键参数。为研究土石介质中碎石性质对土壤水分特征曲线的影响,采用高速离心机,测定了两种不同岩性碎石(片麻岩和石灰岩)分别在碎石质量比例(碎石占土石介质比例)为0%、10%、20%、30%和40%条件下的土壤水分特征曲线,并运用了RETC软件的VG(van Genuchten)模型对土壤水分特征曲线进行了拟合分析。结果表明:(1)相同土壤水吸力条件下,土壤含水量随碎石比例的增大而减小;(2)相同碎石比例条件下,土壤水吸力相同时含石灰岩土石混合介质含水量降低幅度大于片麻岩;(3)VG模型可以拟合含不同性质碎石土石混合介质水分特征曲线,但拟合参数不稳定;(4)含石灰岩碎石的土石混合介质的土壤饱和含水量只与土壤所占比例有关,而含片麻岩碎石的土石混合介质的土壤饱和含水量与土壤和碎石各自所占比例均有关。研究结果可以为土石山区土壤水分运动过程计算提供一定参考。     

颗粒级配变化对黄三角盐碱土水分特征曲线参数的影响 ——以VG模型和Gardner模型为例

为研究颗粒级配变化对黄河三角洲盐碱土壤水分特征曲线方程参数的影响,进行了不同配沙量下的室内模拟试验,通过压力膜法测定了各处理不同水吸力下的土壤含水量,结合VG模型和Gardner模型,分析了两个模型对土壤水分特征曲线的适用性,以及土壤颗粒级配变化对模型参数的影响。结果表明:盐碱土配沙后,土壤颗粒组成发生明显变化。其中,0.05～0.1 mm的颗粒相对含量从3.6%增加到62.02%,0.002 mm的颗粒相对含量从29.02%降低到3.89%,土壤颗粒级配发生明显改变;盐碱土配沙量较高(67.0%)的条件下,参数n随配沙量的增加呈增加趋势,α值随配沙量的增加呈降低趋势。Gardner模型中参数a仅与某段配沙量(28.8%～45.2%)处理呈线性负相关,参数b随配沙量的增加整体呈先增加再降低的趋势。VG模型与Gardner模型均可拟合黏质盐土不同配沙量条件下土壤水分特征曲线,VG模型对土壤水分特征曲线拟合度优于Gardner模型,但VG模型模拟精度低于Gardner模型。     

不同控光条件对春玉米耗水规律的影响

【目的】探究不同光照强度对春玉米耗水的影响。【方法】以自然光的强度为对照(LCK),在遮光度分别为38%(L38)、55%(L55)、77%(L77)条件下进行了大田试验,测定了不同控光条件下春玉米全生育期土壤水分分布特征、棵间蒸发、叶面积指数与耗水量的变化规律。【结果】控光条件下春玉米0～40 cm土壤水分分布受影响较大,随着控光程度的增加,土壤水分增加,全生育期,L77、L55、L38处理0～40 cm土层土壤含水率较LCK分别提高7.93%、5.54%、4.95%;春玉米日棵间蒸发强度随生长历时呈变小的趋势,全生育期L38、L55、L77处理平均日棵间蒸发强度较LCK处理分别减小9.17%、19.62%、29.34%;全生育期,春玉米耗水量在345.1～386.7 mm之间,随着光照强度减小,春玉米耗水量减小,L38、L55、L77比LCK减少3.3%、9.3%、10.8%;不同生育阶段春玉米耗水量不同,拔节期与乳熟期为主要耗水阶段,共占总耗水量的59.8%以上。【结论】控光条件有效减少了土壤水分消耗,降低春玉米棵间蒸发量,从而减少春玉米耗水。     

蓄水坑灌水土温度变化对土壤水分再分布规律的影响

【目的】探寻蓄水坑灌下土壤水分分布规律。【方法】通过构建蓄水单坑灌施条件下的物理模型,分别对恒定水温(15℃)不同土壤温度(15、20和30℃)和恒定土温(30℃)不同灌水温度(15、20和30℃)条件下的土体湿润锋和含水率进行了研究,并对恒定水温(15℃)不同土壤温度(15、20和30℃)条件下土体中水分的再分布进行了数值模拟。【结果】恒定水温时,在灌溉后的同一时刻,随着土壤温度的升高,湿润锋的径向和垂向推进距离的增量分别为18%和4.4%;恒定土温时,在灌溉后的同一时刻,随着灌水温度的升高,湿润锋的径向和垂向推进距离的增量分别为2%和1%,但在同一处理条件下,随着时间的推移,其平均推进速度在降低;在土壤水分的再分布过程中,土壤含水率的高值区域在临近水室的中下部位,随着土壤温度和灌水温度的增加,土壤含水率的高值区域呈现出扩大的趋势。在采用数值模拟的方法研究土壤水分再分布的运动规律时,土壤温度的变化对模拟计算的精度有较大的影响,尤其是土壤温度和灌水温度差异较大时,该影响更为明显,水土温度相差15℃时,模拟计算值和实测值之间的最大相对误差可达19.87%;文中给出了考虑不同土壤温度和灌水温度条件下的水分再分布修正因子,运用该修正模型,可将模拟计算值和实测值之间的最大相对误差减小至4.76%。【结论】蓄水坑灌下土壤水分再分布对土壤温度的变化较为敏感,文中修正模型可作为进一步精确模拟蓄水单坑灌施条件下土壤水分运动的有效工具。     

西藏拉萨河谷山地土壤水分对降雨的响应

通过野外坡面降雨试验,对西藏拉萨河谷山地土壤水分进行全天候定位监测,以揭示拉萨河谷山地土壤水分对降雨的响应,旨在为促进青藏高原干旱半干旱地区的水土保持、植被恢复及水土流失治理提供一定的科学依据。研究结果表明:不同土层条件下,土壤水分对降雨的响应不同,即表层(0~5cm)土壤水分对降雨的响应最为迅速与直接,次表层(5~20cm)土壤水分对降雨的响应相比表层土壤会有延迟,深层(20~40cm)土壤水分对降雨的响应不明显,基本处于平缓状态;研究区域条件相同条件下,海拔越高,降雨量越大,高海拔各土层的土壤水分对降雨的响应更为强烈;土壤水分对降雨的响应受植被类型及其密度大小的影响,密度更大的草本植物相对于稀疏的灌草植被而言,其土壤水分对降雨的响应会较为平缓与延迟。     

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。