基于标准化降水指数的河南省近45年干旱时空特征分析

依据河南省45个气象站近45年逐月降水资料,以标准化降水指数作为干旱指标,详细分析河南省范围内干旱强度、影响范围、发生频率的时空演变规律。结果表明:(1)在过去45 a中河南省干旱具有明显的周期性且近年来有增强的趋势;从干旱发生站次比上来看,年尺度干旱站次比呈阶段性先增后减的变化趋势,且在全省范围内多发全域性、局域性干旱,分别为11、12 a;春季、夏季、秋季三季干旱站次比呈现上升趋势,上升率分别为1%·10a~(-1)、5.5%·10a~(-1)、9.6%·10a~(-1),其中,夏旱多为区域性干旱,春、秋两季多为全域性干旱,分别为13、12 a。(2)全省平均干旱频率为9.83%,秋季干旱频率高于其他三个季节,为17.53%;河南省东部商丘地区、西部三门峡地区是年、季尺度干旱高发地区,年尺度干旱强度与干旱站次比在时间上变化规律一致,都存在2～6 a的周期性。(3)年尺度干旱强度呈现增强趋势,20世纪90年代干旱强度最高,不同季节中干旱强度都表现为增强的趋势,为此河南省未来发生全域性干旱的风险依然很高。     

地表臭氧浓度增加对南京地区冬小麦生长和产量的影响

利用改进后的开顶式气室（OTC）,开展了O3浓度增加对冬小麦生长与产量影响的大田实验研究。实验设置三种处理：CK为未经处理的空气,CF100处理O3浓度为100nL／L,CF150处理O3浓度为150nL／L。结果表明,地表O3浓度增加,冬小麦生育期缩短,籽粒的灌浆期缩短,植株提前老化;同时,冬小麦的株高、生物量、叶面积等生长指标均显著下降（P〈0．05）,最大降幅分别达到了10．01％、36．56％和29．17％;冬小麦的穗数、穗粒数、单位面积产量等产量指标也都出现了显著下降（P〈0．05）,其中CF100、CF150处理的单位面积产量分别比CK下降了16．11％和39．17％。试验结果对于评估地表O3浓度增加对粮食安全的影响具有重要的指导意义。     

地表臭氧胁迫对冬小麦籽粒品质的影响研究

为深入探讨地表臭氧（O3）对冬小麦品质的影响,采用开顶式气室（OTC）,设置3个处理组：CK（对照组）、CF100（O3浓度为100 nL·L-1）、CF150（O3浓度为150 nL·L-1）,通过大田试验和实验室分析,开展了O3浓度增加对冬小麦蛋白质及其组分、氨基酸及其组成、淀粉含量等营养品质和加工品质的影响研究。结果表明：①籽粒氨基酸总量依次为CF100〉CF150〉CK,而人体所需的必需氨基酸总量为CF150〉CF100〉CK,处理间均差异显著（P〈0.05）。②粗蛋白含量随O3浓度的升高而增加,但各组分间变化趋势不同：清蛋白、球蛋白的含量为CF150〉CF100〉CK,醇溶蛋白、谷蛋白的含量则为CF100〉CF150〉CK。③淀粉含量随着O3浓度的升高而降低,两者呈显著负相关（P〈0.05）,与CK相比,CF100、CF150冬小麦淀粉含量分别下降了4.06%和16.61％。可见,O3胁迫能促进籽粒营养品质和加工品质的合成。     

芝麻开花时间的主基因+多基因遗传分析

为探索芝麻光周期敏感性的遗传规律,进而合理利用外来芝麻种质资源,以豫芝11号和M368为亲本构建了包括P_1、P_2、F_1、B_1、B_2和F_2的6个世代群体,通过主基因+多基因混合遗传模型对芝麻开花时间进行了遗传分析。结果表明,芝麻开花时间遗传符合2对主基因加性-显性-上位性模型,2对主基因的加性效应大小相似且方向一致,来自豫芝11号的等位基因有利于缩短开花时间。第1对主基因具有部分负向显性作用,第2对主基因具有正向超显性作用。2对主基因间互作效应对开花时间具有一定影响,且在第2对主基因处于杂合状态时对开花时间影响较大。在B_1、B_2、F_2世代,2对主基因的遗传率分别为69.39%、88.25%、73.26%。     

基于ORYZA2000模型的华北地区旱稻干旱风险评估

针对华北地区旱稻产量年际不稳定的问题,利用作物生长模拟技术与数理统计相结合的方法,对华北地区气候背景下旱稻生长季内干旱风险进行了定量评估。以模型模拟的雨养条件下实际蒸散量相对于潜在条件下的蒸散量(即需水量)的亏缺率(即水分亏缺指数),以雨养条件下产量相对于潜在产量的损失率(即灾损指数)作为产量灾损强度评价指标,从受旱程度以及产量损失两个角度构建干旱风险评估模型,进行干旱风险评估。结果表明,华北地区旱稻全生育期水分亏缺指数在0.35~0.45之间,其中出苗~穗分化阶段指数值在各生育阶段中最高。干旱灾损指数变化在0.24~0.50之间,其中河北的西北部、山东北部及河南的南部较高。就干旱强度风险及灾损风险而言,空间分布趋势基本一致,风险指数低的地区主要分布在河北北部、山东南部等地区,河北中南部、河南大部等地风险指数较高;就综合风险指数而言,高值区主要分布在河南的西部和南部、山东北部以及河北中部的部分地区,低值区主要分布在北京、天津、河北北部、山东大部以及河南北部的大部分地区。总体上看,华北大部地区旱稻干旱综合风险较低,但在农业生产实际中仍不能忽视高风险区的干旱应对及防御。     

臭氧胁迫对冬小麦干物质生产和产量构成的影响

利用开顶式气室（OTC）开展了大田实验条件下地表臭氧浓度增加对冬小麦干物质（DM）生产和产量构成的影响。结果表明,与对照组相比,100nL·L^-1臭氧熏气下干物质量略有降低,150nL·L^-1臭氧熏气下显著降低;100nL·L^-1和150nL·L^-1臭氧熏气下叶面积,净同化速率（NAR）变化规律不明显;100nL·L^-1和150nL·L^-1臭氧熏气都使抽穗期的叶/总干重增加,根/总干重下降,抽穗后根/总干重上升,而成熟期的各器官干重分配均没有达到显著性水平;100nL·L^-1臭氧熏气使单位面积穗数和空秕率显著降低,150nL·L^-1臭氧熏气使空秕率、单位面积穗数、穗粒数、穗粒重出现了显著或极显著降低,臭氧熏气对千粒重没有显著性变化。以上结果表明,NAR是影响干物质累积速度的关键因子,在不同生育阶段,通过干物质的分配,对小麦生长发育起关键作用的器官在一定程度上能够抵抗臭氧对其的损害。臭氧通过影响粒数和粒重使冬小麦减产。     

地表O3胁迫下冬小麦光合生产和干物质累积变化的模拟研究

为定量评估地表臭氧（O3）胁迫对冬小麦光合生产的影响,引入了温度和生理年龄影响因子,并根据气孔导度和O3吸收通量模型计算得到的气孔O3吸收通量,建立了叶片O3吸收通量对最大光合速率的胁迫系数,结合呼吸作用模型,在系统动力学模拟环境中,模拟研究了O3胁迫下冬小麦光合生产和干物质累积的动态变化,并运用大田OTC试验的地上、地下部分的干物质实测数据验证了模拟值。统计分析表明,干物质全重、地上和地下部分干物质的模拟值与实测值没有显著差异,同时表明,在恒定的150nL·L^-1和100nL·L^-1 O^3,浓度的胁迫下,与对照组相比,干物质分别损失了29．5％和16．6％。     

大气中臭氧浓度增加对根际和非根际土壤微生物的影响

在大田试验下,研究了冬小麦在不同的臭氧浓度下根际和非根际土壤细菌、真菌、放线菌数量的动态变化。结果表明,随着生育时期的推进,微生物数量呈现规律性的变化,其中微生物总量在抽穗期达最大。根际、非根际土壤细菌和真菌数量均随着生育期的推进呈先增大后降低的变化趋势,分别在抽穗期和孕穗期达最大。根际、非根际土壤放线菌数量随生育期呈下降的趋势,整个生育期内臭氧浓度的升高降低了土壤微生物的数量,不同的臭氧浓度处理间细菌数量差异达显著性水平,真菌数量差异只在成熟期达显著,放线菌差异不显著。     

干旱对冬小麦光合产物积累和分配的影响

2011-2013年,在大田利用人工防雨棚开展了不同干旱水平下的冬小麦种植试验,设置土壤相对湿度分别为80%(CK)、60%(T2)和40%(T1)3个处理水平,对各处理不同生育期各器官干物质质量、可溶性糖含量和产量及其构成要素进行观测分析。结果表明,冬小麦不同器官干物质质量和可溶性糖含量因受干旱影响程度、胁迫时间以及发育期进程的不同而发生改变。与CK相比,T2处理(60%)冬小麦在受胁迫初期茎和鞘干物质质量出现不同程度的增加,扬花期及以后发育期表现为减少趋势;而叶和根干物质质量总体上在整个生育期均呈现不同程度的减少,前期减幅大后期减幅小;不同营养器官可溶性糖含量均有不同程度增加;产量构成要素主要表现为不孕小穗增加、穗粒重减小和千粒重下降。T1处理(40%)冬小麦根、茎、叶和鞘干物质质量均有大幅减少;冬小麦产量构成要素均受到明显影响(P0.05)。干旱条件下(T2和T1处理),冬小麦茎秆干物质转运量和转运效率较其它营养器官显著提高(P0.05),但与对照差异不显著。结论:干旱造成冬小麦不同器官干物资分配格局发生改变,可溶糖含量升高;促使茎秆干物质向穗部转移效率增加、对籽粒贡献率提高;导致冬小麦衰老提前和产量降低。     

地表臭氧胁迫对北方冬小麦光合及生理特征的影响

为进一步探明北方地区地表臭氧（O3）浓度增加对冬小麦光合日变化、光响应能力和气体交换的影响,通过开顶式气室（OTC）,利用LI-6400便携式光合仪,开展了4种O3熏气水平下光合作用的原位测定（碳滤空气,CF;自然空气,NF;100 nL.L-1,CF100;150 nL.L-1,CF150）。结果表明,在拔节初期,4个处理组间的净光合速率Pn、气孔限制值Ls及胞间CO2浓度Ci均无显著差异。在抽穗期,CF100、CF150处理的Pn较CF降低了37.0%~41.8%,气孔导度Cond下降了35.7%~38.9%,Ci上升了6.7%~10.5%。在灌浆期,CF100的最大光合速率Pm、半饱和光强Ik较CF降低了23.5%~46.7%,暗呼吸速率Rd增加了8.6%;CF150的Pm、表观量子产额AQY和Ik较CF下降了10.4%~26.1%,光补偿点LCP和Rd增加了51.2%~88.0%。随着O3浓度和熏蒸时间的增加,冬小麦叶片的叶绿素Chl和类胡萝卜素Car含量显著降低,而可溶性糖和丙二醛MDA含量明显增加,且均在灌浆期差异最显著。以上结果表明,O3对冬小麦光合作用的抑制作用具有明显的时间累积效应,且随熏气时间的延长,叶片光合作用的限制条件由气孔因素主导向非气孔因素主导转变;同时,O3胁迫使植株对强光的耐受性及对强、弱光的利用效率均下降。