农业生物节水研究进展

生物节水是未来节水农业的研究重点,节水指标的筛选和耐旱节水高产优质品种的培育对提高水分利用效率和发展优质高效农业具有重要意义。从水分利用效率、作物抗旱节水的生理生化指标和基因工程的应用等方面综述了生物节水技术的研究进展,并讨论了一些指标的利弊,同时提出了未来在节水农业方面需要重点开展的研究工作。     

《作物抗旱节水的生理遗传育种基础》

由著名旱农学家,中国工程院院士山仑先生,小麦遗传育种学家、中国科学院院士李振声先生作序,张正斌研究员编著的《作物抗旱节水的生理遗传育种基础》,2003年由科学出版社出版发行。该书40余万字,定价42元。欢迎单位和个人从科学出版社购买。 该书系统地介绍了作物抗旱节水生理遗传育种研究的理论和技术体系及最新研究进展,共15章。分别是:水危机与蓝色革命、节水农业的发展、生物节水、作物水分利用效率和蒸发蒸腾估算模型、碳同位素在作物水分利用效率研究中的应用及问题、作物抗旱节水形态发育适应与自我调控、作物抗旱节水的生理调控     

阴山北麓地区马铃薯品种抗旱特性的研究

在不同马铃薯品种抗旱节水性比较试验中,对引进的8个马铃薯品种生理指标、水分利用效率和产量进行了比较研究,结果表明:底西芮、紫花白和费乌瑞它在干旱条件下,脯氨酸含量较少,质膜透性较小,叶绿素含量较大;底西芮的产量和水分利用效率均表现最高,产量和水分利用效率分别为34233.8kg/hm²和60.58kg/(mm.hm²),是适宜本地区栽培的抗旱节水马铃薯品种。     

温室作物调亏灌溉研究进展

在温室土壤-作物-环境的连续体中,作物水分损耗、吸收和水分利用效率一直是研究的热点,温室作物水分来源的唯一途径是灌溉。为了在生产实践中指导节水灌溉,从近些年来节水灌溉的新技术新方法--滴灌和调亏灌溉入手,主要综述了温室内作物调亏灌溉的研究,包括调亏灌溉的节水及增产机理,调亏灌溉相应的灌溉指标,影响调亏灌溉的环境因素,以及作物本身不同时期对水分亏缺的反应。     

作物水分利用效率的制约因素与调节

水分利用效率是反映作物物质生产与水分消耗之间关系的指标，在各个学科中被广泛应用，但不同的学科存在不同的理解。水分利用效率的高低受作物自身特性与环境条件的制约，提高水分利用效率可以从生理和生态两方面入手。根据前人的研究结果，总结了作物自身特性与环境条件对水分利用效率的制约作用和提高水分利用效率的生理和生态途经。     

小麦叶片水分利用效率及相关生理性状的关系研究

利用19个抗旱性不同的小麦品种,对干旱状态下叶片水分利用效率和光合速率、蒸腾速率等12个指标之间的关系进行了研究。结果表明,叶片水分利用效率与叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、水势和叶片离体失水速率之间的关系密切,说明这些生理性状是瞬间和短时期叶片水分利用效率的直接影响因素;而与叶片抗氧化酶活性、蜡质含量、叶片湿度和相对含水量相关性不大。因此认为,应该有针对性地研究与水分利用效率关系密切的生理性状,为小麦抗旱节水遗传育种研究提供理论依据。     

控制交替沟灌中灌水控制下限对玉米叶片水分利用效率的影响

控制交替沟灌是通过调节作物生理过程实现节水的一项新技术。试验结果表明,在控制交替沟灌条件下,叶片蒸腾速率随着土壤含水量的降低而下降,而叶片光合速率则在土壤含水量降到某一数值以前没有显著的变化,从而造成叶片水分利用效率在较轻的水分胁迫下会有一定程度的提高。从叶片水分利用效率的角度分析,控制交替沟灌的灌     

灌溉春玉米大喇叭口期光合特性及水分利用效率研究

为了寻求在气候变化过程中保持作物产量不断增长,提高作物水分利用效率的地面灌溉节水与生物节水综合配套技术。通过分期播种和不同灌溉方式对大田春玉米进行试验,采用LI-6400便携式光合仪测定了石羊河流域灌溉区环境因子和春玉米大喇叭口期叶片光合生理指标和水分利用效率,分析了不同播期和不同灌溉方式对春玉米光合参数和水分利用效率的影响。结果表明：滴灌、喷灌和漫灌3种灌溉方式中滴灌最有利于提高春玉米叶片的净光合速率（提高10%~21%）、气孔导度（提高33%~43%）和作物水分利用效率（提高12%~20%）。方差分析表明,不同播期对春玉米叶片净光合速率、气孔导度和水分利用效率影响较小,但第二播期的净光合速率较第一、三播期提高10%~20%、蒸腾速率提高20%~28%、气孔导度提高20%~28%。通过显著性相关分析,空气温度、大气CO2浓度和光合有效辐射是影响滴灌叶片光合参数的主要环境因子,相关系数达0.810~0.986(P<0.05)。光合有效辐射和大气CO2浓度是影响喷灌叶片光合参数的主要环境因子,相关系数达0.850~0.980(P<0.05)。空气湿度、温度和大气CO2浓度是影响漫灌光合参数和水分利用效率的主要环境因子,相关系数达0.969~0.989(P<0.05)。滴灌也是最适宜于干旱区的抗旱、节水、节肥和增产的灌溉方式,3个播期中第二播期（4月20日“谷雨”前后）是当地最适宜于地膜春玉米播种的时期。     

作物水分利用率的影响因素及其提高途径探讨

综述了作物水分利用率的研究进展。在探讨水分利用率内涵的基础上，阐述了作物水分利用率的影响因素如作物，环境因素，化学制剂，栽培措施和耕作制度等人类活动等影响因素，重点分析了土壤因素和化学制剂对作物水分利用率的影响，探讨了作物水分利用率的提高途径，包括优化种植结构；选用节水高产型品种；农田覆盖保水技术；水肥耦合技术；化学调控节水技术和节水灌溉技术等     

内源激素对作物高效用水的调控机理研究进展

内源激素对作物高效用水有重要调控作用。此文系统论述了内源激素对作物高效用水的调控作用和机理,从水分利用效率的内涵、内源激素与作物叶片水平水分利用效率（WUEl）、内源激素与生物量水平的水分利用效率（WUEbm）、产量水平水分利用效率（WUEy）的关系等方面综述了国内外内源激素与高效用水的关系研究进展。在此基础上,提出了激素对作物高效用水调控研究中存在的问题,并探讨了今后的研究发展方向。     

Water use efficiency of crops cultivated in the Mediterranean region: Review and analysis

Improvement of water use efficiency (WUE) of field crops in the Mediterranean region is an imperative imposed by the critical situation of water resources of the region, as well as by the demographical increment. This review reports the experimental data concerning WUE of 16 species cultivated in the region. The species include cereals, leguminous, horticultural and industrial crops. This review however underlines that WUE data of fruit trees are lacking, despite they represent one of the main productions of the Mediterranean agriculture.

In this region, the large range of WUE values observed, for the same species, can be ascribed mainly to: (i) fertilizers and water management (water regime, mineral supply and water quality); (ii) plant factors (species, variety and sensitivity of growth stage to the stress); and (iii) environmental factors (climate, atmospheric pollution, soil texture and climate change). The conclusion highlights the actual gap concerning WUE in the Mediterranean region. This gap will constitute a field of research designated to ameliorate WUE of agriculture in this region.     

中国农田生态系统水分利用效率的格局与成因

1980~2009间,中国农业区域年降水总量和年蒸散总量间的差额明显增大,农田水分需求增加,水分利用效率（WUE）是研究水分平衡的关键基础,因此综述WUE时空特征及其驱动机理,能够为不同农业区农田水分供需平衡管理提供理论支持。已有研究表明,中国农田生态系统WUE具有明显的时空差异,空间上总体呈现北高南低、东高西低的特征,时间上,北方农田WUE呈增加趋势,而南方地区相反;降水、气温、辐射等环境因子主要通过蒸散和总初级生产力的动态变化间接影响WUE,作物自身结构和遗传因素主要通过影响冠层和根系水、碳交换能力直接决定WUE的大小,而合理的栽培、灌溉及施肥方式能够提高降水的利用率、减少灌溉水损耗、改善群体光合性能,从而提高WUE。结合WUE的时空特征和变异机理,提高作物吸水特性、降低灌溉水损耗对于北方地区农田WUE的提高具有重要意义,而协调降水的季节分配、减少蒸散量和地表径流量是改善南方地区农田WUE的关键手段。     

二倍体小麦种间水分利用效率的差异及与根系生长的关系

提高作物水分利用效率(WUE)是当前半干旱地区农业研究的热点问题.利用管栽和田间干旱棚试验在两种土壤水分条件下,研究了5个不同二倍体小麦种WUE的差异及其与根系生长之间的关系.结果发现:两种水分条件下,不同二倍体小麦种间WUE存在显著差异,其从大到小的排列顺序为RR＞DD＞AA＞BB,说明R染色体组上可能存在控制高水分利用效率     

蒸渗仪在农业科研上的应用现状及发展趋势

蒸渗仪对研究农田水分循环具有重要意义,为了厘清蒸渗仪的应用现状和发展趋势,更好地应用其进行农业科学研究。笔者通过系统梳理中国近二十年来蒸渗仪的发展情况,总结了蒸渗仪的测量原理及分类,大型称重式蒸渗仪和微型蒸渗仪等制造工艺的发展,以及蒸渗仪在作物蒸发蒸腾量、地下水浅埋区地下水利用、干旱半干旱区凝结水等方面的实际应用。认为未来蒸渗仪应面向网络信息化发展需求,以实现网络终端调控、在线交流和网络信息共享等目标;应综合考虑观测任务及长期应用等,结合其他仪器以站（群）方式发展,同时考虑环境效应;应参考研究区土壤状况、水文气象等统一制定微型蒸渗仪区域参考标准,而非大范围行业规范;应重视地下水-土壤-作物-大气连续体各界面水分运移机理与应用研究;应考虑其在学科、行业等基础研究中的支撑作用,研究对象应更加广泛。     

The effect of soil texture on the water use efficiency of irrigated crops: Results of a multi-year experiment carried out in the Mediterranean region

The effect of soil texture on water use efficiency (WUE) was analyzed for six crops cultivated on loam and clay soils. Results were obtained after a long-term study, carried out in a lysimetric set-up, in conditions of experimental neutrality (climate, agro-techniques, and variety were the same for each crop) with the sole exception of the soil texture, which was the variable to be studied.In the case of potato, corn, sunflower, and sugar beet, WUE was reduced significantly when crops were grown in clay soil. The reductions ranged from 22% to 25%. The decrease of WUE in clay soil was coupled with significant reductions in yield and in ET, except in the case of the corn crop. The reduction in WUE in corn depended solely on the yield decrease.A 10% decrease in WUE values was also observed for the soy-bean and tomato grown in clay soil, but it was not statistically significant.Different causes which may reduce the WUE values observed in the clay soil are discussed. It seems coherent to hypothesize that, during the active growing phase, a deficit in water uptake occurs in the plants growing in the clay soil. This hypothesis is consistent with the observations of stomatal conductance, daily evapotranspiration, and leaf surface.In conclusion, the operative development of this study is outlined.     

施肥和覆膜垄沟种植对旱地红芸豆耗水特征及产量效应的研究

[目的]为了探明在高寒冷凉区芸豆生长的水肥耦合效应,[方法]采用田间试验法,研究了施肥和覆膜垄沟种植对旱地芸豆耗水特征、水分利用效率及产量的影响。[结果]结果表明,在底墒较好,降水丰富的年份,施肥和覆膜垄沟种植的产量与农户模式相比,均有显著提高,单株荚数是其产量提高的关键因素;高肥具有明显的增产和提高水分利用效率的作用,在此基础上的覆膜垄沟种植可有效的减少土壤水分损耗,而显著的提高水分利用效率。[结论]在高寒冷凉区,水分和养分都是作物生长的限制因子,在施肥和覆膜垄沟种植方式下,水肥互作效应显著,能够大大的提高产量和水分利用效率。     

阿魏酸对小麦叶片水分利用效率的影响

为了提高作物的水分利用效率,通过盆栽试验,研究了阿魏酸对不同土壤水分条件下小麦叶片水分利用效率的影响。结果表明,在土壤水分含量较高时用100 μmol/L的FA处理可以降低小麦叶片的光合速率、蒸腾速率、气孔导度和WUE,而在较低的土壤水分条件下FA却可以显著提高光合速率和WUE等生理指标。因此,采用100 μmol/L的FA可以在一定程度上提高小麦叶片的水分利用效率。     

玉米杂交种水分利用效率及相关性状分析

为充分发挥玉米杂交种的水分利用效率,实现玉米高产、高效的目的,本研究以中国生产和推广应用的玉米杂交种为材料,在多变低水条件下,根据成熟期产量水分利用效率剖析其高效性。研究结果表明,不同玉米杂交种间其水分利用效率存在较大的变异范围,玉米杂交种水分利用效率存在着丰富多样的类型;水分利用效率相关性状方差分析结果表明,产量水分利用效率各构成性状在品种间存在着较大差异,不同玉米品种可利用不同性状达到水分的高效利用;简单相关和偏相关分析结果表明,与水分利用效率密切相关的性状是穗行数、行粒数和百粒重。因此,在生产应用中应因地制宜选用不同玉米杂交种,在品种选育过程中应重视相关性状的选择。     

半干旱区沟垄集雨对玉米光合特性及产量的影响

在中国西北黄土高原半干旱区, 沟垄集雨种植(RFPRH)系统被逐步推行, 以改善农田水分状况, 提高作物水分利用效率(WUE), 达到高产稳产的目的。为了探索该种植方式的适宜降雨量, 在人工模拟不同降雨量下, 以传统平作为对照, 研究了沟垄集雨种植对夏玉米土壤水分含量、功能叶片的光合参数、荧光参数和叶绿素相对含量(SPAD)以及籽粒产量的影响。结果表明, 在230 mm和340 mm降雨量下, 集雨处理的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、最大荧光(F_m)、可变荧光(F_v)、PS II最大光化学量子产量(F_v/F_m)、PS II的潜在活性(F_v/F_o)和光化学猝灭系数(qP)均较对照显著增加; 叶绿素相对含量(SPAD)分别提高17.7%和13.9%, 叶片瞬时水分利用效率提高26.9%和10.1%, 籽粒产量增加75.4%和36.7%。在440 mm降雨量条件下, 集雨处理的F_m、F_v/F_m、F_v/F_o、qP和SPAD值在拔节期显著增加, G_s在抽雄期显著增加, P_n在抽雄期和孕穗期显著下降, 水分利用效率在全生育期比对照平均低13.2%, 其他各生育时期光合生理特性及籽粒产量与对照相比差异不明显。说明沟垄集雨种植在偏旱的年份, 可显著提高玉米光合效率和叶片水分利用效率, 其全生育期适宜雨量上限可能是440 mm。     

Leaf Carbon Isotope Discrimination as an Accurate Indicator of Water‐Use Efficiency in Sunflower Genotypes Subjected to Five Stable Soil Water Contents

Leaf carbon isotope discrimination (CID) has been suggested as an indirect tool for breeding for water‐use efficiency (WUE) in various crops. This work focused on assessing phenotypic correlations between WUE and leaf CID and analysing genotypic variability in four sunflower genotypes grown in a greenhouse in pots with five different stable levels of soil water content (SWC). We measured WUE at whole plant and leaf (intrinsic) level. At whole plant level, WUE was derived from the ratio of total dry aerial biomass (BM) to cumulative water transpired (CWT). At leaf level, intrinsic WUE was calculated as the ratio of light‐saturated CO₂ assimilation to stomatal conductance (A/g_s) in younger expanded leaves. Significant differences among the four genotypes and the five SWCs were observed for whole plant and leaf WUE and CID. Strong negative correlations were observed between whole plant WUE and CID as well as between intrinsic WUE and CID with decreasing water availability. No relationships appeared between BM production and WUE or CID. Our results can help agronomists and breeders to evaluate sunflower lines with high WUE for adaptation to drought conditions and for reducing water consumption and crop water needs. Leaf CID appears to be a pertinent and valuable trait to select sunflower genotypes with high WUE.