基于AquaCrop模型的夏玉米生长模拟及灌溉制度优化

为评价AquaCrop模型在关中地区的适用性并寻求最佳的灌溉制度，对夏玉米在不同灌溉与施氮水平下的生长进行模拟和验证，并利用校验后的模型研究了3种不同降雨年型以及11种灌溉模式下夏玉米产量和水分利用效率的变化特征。结果表明：AquaCrop模型可以较好地模拟关中地区不同灌溉与施氮水平下夏玉米产量和生物量，模型模拟的产量与实测值之间的决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）、标准均方根误差（NRMSE）、符合度指数（d）和纳什效率系数（E_NS）分别为0.919、0.249 t·hm^-2、4.112、0.977和0.915；对于地上部生物量，模拟值与实测值的R²、RMSE、NRMSE、d和E_NS分别为0.860、0.977 t·hm^-2、6.407、0.933和0.694。利用校验后的模型分析了试验区内3种不同降水年型条件下11种灌溉模式的夏玉米产量和水分利用效率的变化特征，依据模拟结果及夏玉米生理需水规律，同时为了实现高产和高水分利用效率，得出不同年型的优化灌溉制度为：若能保证出苗整齐，湿润年可不灌水，此时也能获得较高产量和水分利用效率；平水年推荐在拔节期灌水60 mm，能节约50%水资源，亦能保证稳产；干旱年推荐在拔节期和抽雄期各灌水60 mm，可获得高产和高水分利用效率。     

不同地膜覆盖对土壤水温及谷子水分利用和产量构成的影响

为研究不同地膜覆盖材料对旱区谷子的增产效果和机理,利用田间试验研究不同地膜覆盖(白色聚乙烯地膜(WP)、白色可降解地膜(WD)和黑色可降解地膜(BD))对土壤水温、谷子叶片和群体水分利用效率及产量构成的影响。结果表明:1)与对照(CK,露地)相比,各覆膜处理均使0~20cm土层土壤温度和土壤含水量显著提高,0~100cm土层的蓄水保墒能力有所增加。其中WP处理的地温日较差最大,增温效应最明显,WD、BD处理依次减弱。WP处理的0~20cm土层保水效果最好。各覆膜处理均使谷子生育前期0~100cm土层的蓄水保墒能力提高,为谷子的需水关键期提供了保障。2)各覆膜处理均较CK使谷子的水分利用效率显著提高。其中,BD处理的叶片和群体水分利用效率表现最佳,WD较WP处理水分利用表现略差。3)各覆膜处理较CK均使谷子产量显著提高。BD处理产量最高,WP与WD处理产量相当。4)各覆膜处理中,BD处理的杂草防除效果最优,WP与WD处理效果相当。综上,在谷子田间生产中,黑色、白色可降解地膜具有替代普通聚乙烯地膜的可行性,黑色可降解地膜在水分利用和杂草防除方面表现更优。     

谷子对拔节期弱光胁迫的光合生理响应

为阐述拔节期弱光胁迫降低谷子产量的光合生理机制,以张杂谷5号和晋谷21号为研究对象,在拔节期分别进行30%、60%和85%的遮阴处理15 d,以不遮阴作为对照,探究谷子叶片的光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光参数及产量对其的响应规律。结果表明,遮阴处理降低了2个品种谷子叶片的光合色素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、表观光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(q P)、非调节性能量耗散量子产量[Y(NO)]、穗长、穗重、穗粒重和产量,却显著提高了胞间CO2浓度(Ci)和调节性能量耗散量子产量[Y(NPQ)]。张杂谷5号的表观光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)和产量在遮阴30%时显著下降,而晋谷21号在遮阴程度超过60%时才显著变化。总之,拔节期弱光胁迫下,谷子叶片的光合色素含量降低,捕捉利用光能的能力减弱,PSⅡ光化学活性降低,光合作用变弱,最终影响产量;张杂谷5号比晋谷21号对弱光胁迫更为敏感。本研究结果为拔节期通过改善谷子叶片的光合功能来增强抗弱光胁迫以达到稳产指明了方向,并为选育耐弱光胁迫谷子提供了依据。     

谷子不同栽培模式对土壤水温环境及水分利用效率的影响

通过大田试验研究了山西中部地区谷子不同栽培模式(覆膜穴播、精量条播、传统穴播)对土壤水温环境、谷子叶片及群体水分利用率的影响。结果表明:覆膜穴播处理与不覆膜的精量条播和传统穴播处理相比,全生育期土壤平均含水量分别增加1.59%和1.84%,土壤平均积温增加182.3℃,为谷子生长提供了良好的土壤环境条件。覆膜穴播与2个不覆膜处理相比,显著提高了谷子各生育阶段的叶片水平水分利用效率(WUEl)和群体水平水分利用效率(WUEc),促进了谷子的生长发育,产量显著增加。精量条播处理与传统穴播处理相比,在部分生育期的WUEl、群体WUEc、部分生长指标及产量上有着更好的表现。不同栽培模式之间的水分利用差异,WUEl提高的主要原因是净光合速率的显著增加,而WUEc提高的主要原因则是产量的显著增加。综合试验研究结果,可以确定覆膜穴播是山西中部地区谷子最适宜的高产高效栽培模式,而在不使用地膜覆盖的条件下,则应当优先选择精量条播栽培模式。