陇东耕地净第一性生产力及生态服务价值的时空分异研究

为促进甘肃陇东耕地生态系统和经济持续健康发展,该研究采用生产力和生态服务价值的估算方法,对研究区域耕地净第一性生产力(NPP)和生态服务功能的时空分异进行定量分析。结果表明,1997－2005年陇东黄土高原耕地的NPP和生态服务单位面积价值变化不明显,而总量略有上升。同时,耕地的NPP和生态服务单位面积价值在空间分布上有显著的区域差异性,该区域可分成NPP和生态服务价值相对较低的西北区和相对较高的东南区。在西北区,耕地生态服务单位面积价值为7.7万元/(hm²·a),NPP只有3.54 t/(hm²·a);在东南区,生态服务单位面积价值为10.2万元/(hm²·a),NPP为5.94 t/(hm²·a)。因此,要通过合理调整种植结构和作物布局,充分利用降水资源,以提高研究区耕地的NPP和生态服务价值。     

灌溉量和施氮量对油用亚麻茎秆抗倒性能及产量的影响

为明确灌水和施氮对油用亚麻(Linum usitatissimum L.)抗倒伏能力和产量的影响,以‘陇亚杂1号’为材料,于2012—2013年以灌溉量为主处理(W1:2 700 m3·hm-2;W2:3 300 m3·hm-2),施氮量为副处理[纯氮量分别为N0:0 kg·hm-2(CK);N1:37.5 kg·hm-2(低氮);N2:112.5 kg·hm-2(中氮);N3:225 kg·hm-2(高氮)],研究灌溉量和施氮量对与油用亚麻抗倒性能相关的形态学特性、茎秆强度、抗倒伏指数及茎秆化学组分含量、产量构成因子及产量的影响。结果表明,随灌溉量的增加,茎秆强度和抗倒伏指数下降,株高增加,重心上移,茎粗、茎壁厚度降低,地上部干重增加,根干重减少,根冠比下降,同时茎秆中纤维素、木质素、可溶性糖和淀粉的含量下降;随施氮量的增加,茎秆强度和抗倒伏指数先升高后降低,株高和重心高度增加,茎粗、茎壁厚度、根干重和根冠比先增后减,地上部干重增加,茎秆中各化学组分含量及产量也先增加后降低。进一步分析发现抗倒伏指数与茎秆强度、茎粗、茎壁厚度、根干重、根冠比、纤维素含量、木质素含量、可溶性糖含量及淀粉含量均呈正相关关系,与株高、重心高度、地上部干重呈负相关关系。低灌水处理(W1)的茎秆强度、抗倒伏指数和产量分别比高灌水处理(W2)高30.55%、41.06%和0.53%,过多灌水不利于油用亚麻茎秆抗倒伏性能和产量的提高;中氮处理(N2)的茎秆强度分别比不施氮(CK)和高氮(N3)处理高36.8%和3.95%,产量分别高15.9%和0.8%,可见油用亚麻的栽培中施氮量不能过高或过低。因此,生产上采用适宜的灌溉量和施氮量是防止油用亚麻倒伏、获得高产、提高生产效益的重要措施。在本试验区,同等肥力土壤条件下,以灌溉量2 700 m3·hm-2和纯施氮量112.5 kg·hm-2为宜。     

基于APSIM模型光照与CO_2对小麦的影响机制

为了探索光照强度与CO2浓度对小麦(Triticum aestivum)产量形成的影响,运用验证后的APSIM模型模拟不同光照强度与CO2浓度下的小麦产量,并采用多元回归分析法分析其对小麦产量的影响机制。结果表明,在相同的CO2浓度条件下,小麦产量随光照强度的增加而明显下降,日光照强度每升高0.5 MJ·m-2,最大减产幅度高达17.16%,平均减产9.40%。相同光照条件下,CO2浓度每升高100μmol·mol-1,平均增产11.27%,最大增产可达到22.08%。CO2浓度与光照强度之间存在负交互效应。表明在研究区光照已完全满足旱地春小麦产量的需求。     

施肥对旱地胡麻耗水特性和籽粒产量的影响

为了合理调控胡麻生产过程中氮、磷配施水平,以"陇亚杂1号"为试验材料,研究了不同施肥处理对旱地胡麻耗水特性、籽粒产量和水分利用效率的影响。试验设2个施氮(纯N)水平:75kg/hm~2(N_1),150kg/hm~2(N_2);2个施磷(纯P_2O_5)水平:75kg/hm~2(P_1),150kg/hm~2(P_2),共4个施肥处理(N_1P_1,N_1P_2,N_2P_1和N_2P_2),以不施氮磷肥为对照(N_0P_0)。结果表明:2013年胡麻的农田耗水量随着施肥量的增加而增加,2014年随着施肥水平增加至N2P1时,耗水量达到高峰,较N_2P_2处理显著增加10.23%;与N0P0处理相比,各施肥处理100—200cm土层的耗水量明显增加13.03~19.36mm。在胡麻现蕾至盛花期,2013年各施肥处理在此阶段的耗水量随着施肥量的增加而增加,而2014年以N_2P_1处理的阶段耗水量最大,较N_0P_0,N_2P_2处理分别显著增加19.25%和17.87%,说明氮磷配施有利于促进胡麻根系对土壤水分的吸收,尤其是深层贮水的利用,以满足胡麻生育后期的水分需求。两个生长季,胡麻的籽粒产量均表现为N_2P_1N_2P_2N_1P_2N_1P_1N_0P_0,且N_2P_1的籽粒产量显著高于N_0P_0处理44.27%~56.55%。胡麻的水分利用效率与籽粒产量的变化趋势基本一致,各施肥处理中以N_2P_1处理的最大,N_2P_2的次之,分别比N_0P_0处理显著增加30.23%~38.54%,20.50%~36.81%。可见,在本试验区同等肥力土壤条件下,氮磷施用量分别为150kg/hm~2,75kg/hm~2的高氮低磷配施(N_2P_1)是旱地胡麻高产节肥的最佳施肥处理。     

氮肥运筹对旱地胡麻水分利用特征及产量的调控效应

为探索西北旱区适宜胡麻高产高效生产的氮肥运筹方式,采用大田试验,研究60kg·hm~(-2)(J1)、120kg·hm~(-2)(J2)和kg·hm~(-2) 180(J3) 3个不同施氮水平,氮全部基施(N1)、氮肥2/3基肥+1/3追肥(现蕾初期)(N2)、氮肥1/2基肥+1/2追肥(现蕾初期)(N3)、氮肥1/3基肥+2/3追肥(现蕾初期)(N4)和氮肥1/3基肥+1/3追肥(分茎期)+1/3追肥(现蕾初期)(N5)5个施肥时期对胡麻水分利用特征及其产量形成的影响。结果表明:施氮120kg·hm~(-2)显著增加胡麻盛花期至青果期0～20 cm土层的土壤含水量,且氮全部基施(N1)、2/3基肥+1/3现蕾期追肥显著提高盛花期至青果期0～40cm土层土壤含水量;J2处理下胡麻籽产量较J3和J1处理显著提高5.38%和8.32%,不同施氮水平下各处理间N2处理产量均达到最大值,J2N2处理较其余处理产量高出1.22%～25.27%;不同施氮水平处理下对胡麻贮水量、耗水量、水分利用效率影响均达极显著水平,J2施氮水平显著增加苗期土壤贮水量,J3施氮水平显著增加现蕾期、成熟期土壤贮水量,在不同施氮水平下随着施氮量增加耗水量呈降低趋势,J1处理耗水量较J2、J3处理显著高3.59%、10.34%,水分利用效率呈增加趋势,J3较J2、J1处理显著高7.47%、18.79%,不同施肥时期处理下J2N2、J2N4处理显著提高胡麻现蕾期土壤贮水量,不同处理间水分利用效率J2N2处理较其余处理显著高出15.09%～32.43%。由此表明,施氮120kg·hm~(-2),氮肥2/3基肥和1/3追肥(现蕾初期)可有效提高胡麻现蕾期浅层土壤含水量及贮水量,且显著提高籽粒产量和水分利用效率,为定西区最佳氮运筹方式。     

高直链淀粉玉米和普通玉米子粒发育过程中与淀粉合成相关酶活性的比较

对高直链淀粉玉米和普通玉米子粒发育过程中与淀粉合成相关酶活性的变化动态进行了比较研究。结果表明,高直链淀粉玉米子粒发育过程中,束缚态淀粉合成酶(GBSS)活性高于普通玉米,可溶性淀粉合成酶(SSS)和淀粉分支酶(SBE)活性低于普通玉米。高直链淀粉玉米总淀粉积累量少、直链淀粉比例大是SSS、GBSS和SBE综合作用的结果。     

玉米ae基因的单核苷酸多态性分析

纯合隐性基因ae对提高玉米籽粒中直链淀粉含量具有重要作用。本研究根据已知的玉米ae基因序列,利用Oligo6.0软件设计了23对特异性引物,对选育高直链淀粉玉米群体的亲本进行特异性PCR,对扩增产物进行测序,结果发现:在ae基因的9067bp序列中发现了48个单核苷酸多态性位点(SNPs)和31个插入/缺失(In Dels)位点,单核苷酸多态性频率是1个SNP/188bp和1个In Del/292bp。     

黄土丘陵区不同耕作措施下春小麦和豌豆轮作水肥协同效应

为探索水肥协同作用对不同耕作措施下作物产量影响规律,运用在黄土丘陵区率订和验证后的APSIM(agricultural production system simulator)模型,模拟研究区近35年传统耕作(T)、免耕(NT)和免耕覆盖(NTS)措施下轮作小麦/豌豆产量,并采用多元回归分析施氮量(X₁)、休闲期降水量(X₂)和生育期降水量(X₃)对小麦/豌豆模拟产量的水肥协同效应。结果表明,自然降水条件下3因素对不同耕作措施小麦和豌豆产量的贡献率均为:X₃＞X₂＞X₁。生育期降水量和休闲期降水量对产量的贡献率均为:NTS＞NT＞T。T、NT和NTS措施下小麦和豌豆的产量与施氮量均呈开口向下二次抛物线型变化,但小麦最佳施氮量分别为65.0,65.5和44.5 kg/hm²,豌豆的最佳施氮量分别为17.9,18.5和23.8 kg/hm²,并且施氮量对小麦产量的贡献率为:NT＞T＞NTS,而施氮量对豌豆产量的贡献率为:NTS＞NT＞T。在甘肃省定西黄土丘陵区,决定小麦和豌豆产量的关键因素是降水,降水量对免耕覆盖的增产效应最为显著,且3种耕作措施条件下小麦和豌豆对施氮效应有不同的表现。     

基于APSIM的油用亚麻叶面积指数模型构建

为准确模拟油用亚麻叶面积指数,构建油用亚麻生长模型,本文研究环境效应和作物遗传特性对叶面积指数的作用,分别利用2012-2013年定西试验区不同密度、2012-2013年榆中试验区不同施氮、磷量试验测量数据构建模型,采用潜在叶片数、叶片尺寸和种植密度构建潜在叶面积指数;研究同化作用、水分和氮素胁迫的限制构建实际叶面积指数;研究熟化、光竞争、水分胁迫等引起的衰老叶面积指数,从而构建基于APSIM(农业生产系统模型)的油用亚麻叶面积指数模型。利用2014年定西和榆中的实际测量数据对模型进行校正。模型检验结果表明,该模型能够较准确地模拟油用亚麻叶面积指数,RMSE最小值0.043,最大值0.672,决定系数R2取值范围0.56~0.98,模型拟合效果良好。同时,研究结果表明,定西试验站合理密植7.5×106粒·hm-2,可获最大叶面积指数(盛花期)3.92,榆中试验区最佳施氮量75kg·hm-2、施磷(P2O5)量75kg·hm-2在盛花期获得最大叶面积指数4.486。     

胡麻产量形成模拟模型研究

胡麻产量形成模型是胡麻生长模型中的重要子模型,其准确性关系到整个模型的模拟性能。本研究拟构建能较准确预测不同生产情况下胡麻的产量形成模型,为胡麻实际生产提供科学指导。模型利用2012—2013年胡麻西北主产区定西和榆中试验站不同肥料、不同播种方式、不同种植密度和不同氮磷水平的试验结果,以胡麻生理生态过程为主线,分别构建了产量构成因素法(基于品种遗传参数:单位面积蒴果数、每果粒数、粒重与水肥胁迫因子、累积光合速率)的产量形成模型和基于粒壳比法(基于粒壳比和蒴果干物质总量)的产量形成模型;利用2014—2015年试验区实测数据对模型进行较广泛验证。验证结果表明,产量构成因素法对定西地区不同肥料、不同播种方式、不同种植密度产量模拟值的RMSE平均为133.47 kg×hm~(-2),粒壳比法的RMSE平均为195.51 kg×hm~(-2);利用最小二乘法计算的决定系数R2产量构成因素法与粒壳比法分别为0.819 8和0.743 9。榆中地区12个氮磷处理水平产量构成因素法平均RMSE值为140.70 kg×hm~(-2),粒壳比法的RMSE平均为193.22 kg×hm~(-2);产量构成因素法与粒壳比法预测的产量值与观测值R2分别为0.832 9和0.805 8。结果表明,产量构成因素法对产量的模拟效果优于粒壳比法,针对不同品种不同栽培方式,把单位面积蒴果数、每果粒数与粒重作为品种遗传参数的产量构成因素法能更精确模拟胡麻的产量,具有较高的预测性和通用性。