FACE对杂交籼稻汕优63干物质生产与分配的影响

2005--2006年利用我国惟一的农田开放式空气CO2浓度增高（FACE）研究平台,以三系杂交籼稻汕优63为供试材料,设计比大气CO2浓度（对照,370umol．mol^-1）高200umol．mol^-1的FACE处理（570umol．mol^-1）和施N量为125kg·hm^-2（LN）、250kg·hm^-2（NN）处理,研究其对汕优63物质生产与分配的影响。结果表明：（1）两季平均,FACE处理使汕优63移栽-分蘖中期、分蘖中期-拔节期、拔节-抽穗期和抽穗-成熟期干物质生产量分别比对照增加了39％、20％、32％和41％,结果使成熟期生物产量显著增加（＋33％）;（2）与干物质生产量相比,汕优63平均叶面积指数（LAI）和净同化率（NAR）对CO2的响应有相似的季节性变化趋势,但LAI的响应值明显大于NAR;（3）FACE处理使汕优63不同生育时期叶片和稻穗占地上部干重的比例下降,而使茎鞘占地上部干重的比例明显增加;（4）三系杂交籼稻汕优63成熟期生物产量以及不同生育阶段平均LAI、NAR和干物质生产量对FACE的响应与粳稻品种存在明显差异．而干物质分配差异较小。     

基于LAI和VTCI及粒子滤波同化算法的冬小麦单产估测

为进一步提高冬小麦单产的估测精度和验证粒子滤波算法在同化研究中的适用性,以陕西省关中平原为研究区域,以叶面积指数(LAI)和条件植被温度指数(VTCI)为同化系统的状态变量,采用重采样粒子滤波算法同化CERES-Wheat模型模拟的与遥感数据反演的LAI和VTCI,并依据在不同类型样点应用最优同化LAI和VTCI构建的单产组合估测模型对2008—2014年冬小麦单产进行估测。结果表明,同化LAI具有良好的时间和空间连续性,可减缓CERES-Wheat模型模拟LAI的剧烈变化,其峰值出现时间与遥感LAI变化趋势基本同步,更加符合关中平原冬小麦实际变化情况;同化VTCI能同时表达模型模拟值和遥感观测值的变化趋势,且更能反映冬小麦对水分胁迫的敏感性。比较不同类型样点基于不同同化变量建立的估产模型,发现在旱作样点,同时同化VTCI和LAI的单产估测结果(R2=0.531)优于单独同化VTCI(R2=0.475)或LAI(R2=0.428)的估测结果,且同时同化VTCI和LAI与实测产量间相关性达极显著水平(P0.001);而在灌溉样点单独同化LAI的估测结果精度最高(R2=0.539),同时同化VTCI和LAI的估测结果次之(R2=0.457),单独同化VTCI的估测结果较差(R2=0.243)。表明在旱作样点,冬小麦叶面积指数和水分胁迫是影响其产量形成的主要因子,而在灌溉样点,叶面积指数是影响冬小麦产量形成的主要因子。     

基于4D-VAR和条件植被温度指数的冬小麦单产估测

条件植被温度指数(VTCI)综合了地表主要参数——归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST),能够较为准确地对干旱进行监测,可为抗旱救灾、作物估产等提供科学依据。为了提高VTCI的区域估产精度,以陕西省关中平原为研究区域,将遥感反演的VTCI与CERES-Wheat小麦生长模型模拟的土壤浅层含水率相结合,通过四维变分(4D-VAR)同化算法实现2008—2014年冬小麦主要生育期旬尺度VTCI的同化。将同化和未同化的VTCI分别运用改进的层次分析法、熵值法及两者组合赋权法建立冬小麦单产估测模型,选择最优估测模型对2011年关中平原各县(区)进行单产估测和精度评价,并分析2008—2014年关中平原冬小麦单产的时空分布特征,结果表明:无论是在单点尺度还是区域尺度,同化的VTCI均能更好地响应外部观测数据,区域VTCI纹理性更好,更符合VTCI的先验知识。与未同化VTCI构建的估测模型相比,应用同化的VTCI所建的估测模型的估测精度明显提高,相关系数达到0.784(P0.001)。应用最优估测模型对2011年关中平原29个县(区)估产结果中,有16个县(区)的估测单产相对误差小于10%,28个县(区)的估测单产相对误差小于15%,总体平均相对误差为8.68%,均方根误差为421.9 kg/hm~2。近年来关中平原的冬小麦单产呈现个别年份波动、总体增长的年际变化规律,且呈现出中部单产最高、西部次之、东部最低的空间分布特征,与实际情况符合。     

不同肥源对萝卜硝酸盐累积分布和同化的影响

采用田间试验研究了牛粪、化肥单施和配施对萝卜产量,菜体硝酸盐累积、分布、同化,及土壤硝态氮含量变化的影响。结果表明,牛粪、化肥单施和配施,萝卜产量动态变化依次为FOM(1/2化肥+1/2牛粪)、OM(牛粪)F(化肥)CK(无肥),叶部和肉质根硝酸盐含量高低依次为FFOMCKOM,粗蛋白累积量依次为FFOMCKOM,土壤硝态氮含量动态变化依次为FFOMOMCK。综合各因素总体以化肥配施牛粪最为适中,若重点考虑食用安全和土壤硝态氮累积环境效应,则以单施牛粪表现为最佳,各处理引起硝酸盐富集和土壤硝态氮残留的风险依次为化肥(1/2化肥+1/2牛粪)牛粪。萝卜硝酸盐含量分布表现为叶部生长旺盛期叶部硝酸盐含量高于肉质根,肉质根生长旺盛期地下部将贮存更多的硝酸盐。在地上部,当植株硝酸盐富集时,硝酸盐累积在内叶和叶柄中;当植株生长处于养分"饥饿"状态时,硝酸盐释放到外叶和叶片中。因此,菜地连续施用有机肥,不仅可减少蔬菜对硝酸盐的富集,且可维持后期蔬菜产量。     

Simulating the vegetation-producing process in small watersheds in the Loess Plateau of China

Small watersheds are the basic composition unit of the Loess Plateau in China. An accurate estimation of vegetation net primary productivity (NPP) is of great significance for eco-benefit evaluation in small watershed management in this region. Here we describe the development and testing of a vegetation-producing process model (VPP) of a small watershed in the Loess Plateau. The model couples three modules: radiation adjustment; soil hydrological processes; and vegetation carbon assimilation. Model validation indicates that the VPP model can be used to estimate the NPP of small watersheds in the region. With the VPP model, we estimated the spatial NPP distributions in the Yangou watershed for 2007. The results show that in the Yangou watershed the NPP is relatively low, averaging 168 g C/(m 2 ·a). Trees and shrubs have a higher NPP than crops and grasses. The NPP is larger on the partly shaded and shaded slopes than on the partly sunny and sunny slopes. The NPP on the slopes increases gradually on 0-20° slopes and decreases slightly on slopes steeper than 20°. Our simulation indicates that the vegetation type is the most important factor in determining the NPP distribution in small watersheds in the Loess Plateau.     

微生物硫酸盐的同化途径及其与重金属抗性的关系

综述了微生物硫酸盐的吸收与同化途径。对其涉及的关键酶ATP硫酸化酶、APS还原酶、亚硫酸盐还原酶和半胱氨酸合成酶的研究进展进行了介绍;同时阐述了硫酸盐的同化途径与重金属抗性之间的关系,并对其在重金属存在的条件下与硫酸盐同化途径相关酶的基因表达情况进行了综述。     

晚播条件下施氮量对稻茬小麦氮素吸收及产量的影响

为给安徽省江淮稻麦轮作区域晚播稻茬小麦高产栽培的氮肥合理施用提供依据,选用当地主栽品种扬麦18和皖垦麦076为试验材料,设置5个施氮水平(0、90、180、270和360 kg·hm~(-2)),分析施氮量对晚播小麦氮素积累与分配、糖氮比、氮素同化酶活性及产量的影响。结果表明,增施氮肥能显著提高小麦各器官的氮积累量以及营养器官花前贮存氮素转运量、转运效率和转运氮素对籽粒氮素的贡献率,氮素收获指数随着施氮量的增加而降低。随施氮量的增加,小麦各生育时期不同器官的糖氮比值显著降低。小麦的氮素分配比例在生育前期以叶片最高,成熟期籽粒中氮素分配比例显著高于其余部位,而小麦的可溶性糖分配比例在生育前期以茎鞘最高,成熟期籽粒较高。在0～270 kg·hm~(-2)施氮量范围内,增施氮肥后,两个小麦品种的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性均显著提高,穗数、穗粒数和籽粒产量均明显增加。继续增加施氮量至360kg·hm~(-2)时,氮素同化酶活性和产量无显著变化,说明施氮过多对小麦氮素同化和产量无益。土壤氮贡献率、氮肥农学利用效率和氮素偏生产力均随施氮量增加而降低。推荐江淮区域稻茬小麦晚播条件下适宜施氮量为180～270kg·hm~(-2)偏下限,可兼顾高产及氮素高效吸收和利用。     

不同基因型高粱的氮效率及对低氮胁迫的生理响应

【目的】探讨不同基因型高粱氮素吸收效率和利用效率及其差异机制,研究低氮胁迫对不同基因型高粱叶片无机氮含量和氮同化酶活性的影响,为耐低氮型高粱品种的选育提供理论依据。【方法】采用盆栽试验,选取2个低氮敏感型高粱(冀蚜2号和TX7000B)和2个耐低氮型高粱(SX44B和TX378)为试验材料,设置高氮(0.24g·kg-1风干土)和低氮(0.04 g·kg-1风干土)2个处理,分别在挑旗期和灌浆期测定高粱叶片NO3--N、NO2--N及NH4+-N含量和硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(Ni R)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性,分析不同基因型高粱在2个氮处理下的氮效率相关指标及其差异。【结果】(1)不同基因型高粱籽粒产量对低氮的响应不同,低氮处理显著降低了冀蚜2号和TX7000B的籽粒产量,与高氮处理比较分别降低13.87%和19.25%,但没有降低SX44B和TX378的籽粒产量。(2)与高氮处理比较,低氮处理的相对籽粒氮累积量、相对植株氮累积量和相对氮收获指数不能表征各基因型高粱是否具有耐低氮特性;但相对低氮敏感型高粱,耐低氮型高粱在低氮处理下有着较高的相对氮肥偏生产力和相对氮素利用效率。低氮处理下SX44B和TX378的氮肥偏生产力是高氮处理的6.19和7.49倍,而冀蚜2号和TX7000B则分别为5.17和4.85倍;低氮处理下SX44B和TX378的氮素利用效率是高氮处理的1.84和1.85倍,而冀蚜2号和TX7000B则分别为1.67和1.35倍。(3)通径分析表明,高氮处理下,植株氮累积量和氮素利用效率对籽粒产量贡献相同;而在低氮处理下,氮素利用效率对籽粒产量关联作用更大。(4)高粱的叶片无机氮含量不能表征高粱是否具有耐低氮特性,灌浆期叶片无机氮含量较挑旗期显著降低。(5)与高氮处理比较,低氮处理时冀蚜2号和TX7000B叶片中NR、GS和GOGAT活性显著降低,SX44B酶活性变化不显著,而TX378叶片中GS活性增加。【结论】耐低氮型高粱在低氮胁迫时有着较高的相对籽粒产量和相对氮素利用效率。低氮胁迫时叶片较高的氮同化酶活性是高粱耐低氮的生理基础。发掘和利用低氮条件下具有较高的叶片氮同化酶活性和氮素利用效率的高粱种质资源,有助于提高耐低氮高粱品种的培育效率。     

基于全球陆面数据同化系统蒸散量的GSAC模型率定

在识别缺资料流域水文模型参数时,目前常采用的区域化方法存在相似流域间降雨径流关系差别较大、模型参数与流域属性间的相关性不明显、在大范围缺资料地区难于选取参考流域等问题。本文从全球陆面数据同化系统(GLDAS)获取流域蒸散量数据,提出利用GLDAS蒸散量率定GSAC模型的方法。首先,通过合并网格建立GSAC模型模拟的蒸散量与GLDAS蒸散量在时间和空间方面的对应关系;其次,基于纳什效率系数的定义构建了一个模型率定指标,以评价GSAC模型模拟的蒸散量对GLDAS蒸散量的拟合效果;最后,依据GLDAS蒸散量与GSAC模型模拟蒸散量之间的拟合关系率定GSAC模型。呼兰河流域应用结果表明,GLDAS提供的蒸散量能够较好反映流域实际蒸散量的变化情况,为率定GSAC模型提供了一种有效的输入数据;在率定期与验证期,利用GLDAS蒸散量率定的GSAC模型对流量模拟的纳什效率系数分别为0.81和0.77,与利用流量数据率定的GSAC模型模拟结果相近。