旱地冬小麦灌浆期冠层温度与产量和水分利用效率的关系

为给抗旱节水品种的快速鉴定和筛选提供科学依据,在甘肃陇东旱塬利用红外测温仪测定了23个冬小麦品种的冠层温度,并分析了其与产量、水分利用效率的关系.结果表明,不同基因型小麦在籽粒灌浆期存在着冠层温度高度分异的现象,其差异可反映在产量和水分利用效率上.无论灌浆初期还是中期或中后期,旱地冬小麦产量、水分利用效率与冠层温度均呈极显著的负相关,并且随着灌浆过程的推移,相关性增大.这表明,灌浆期冠层温度偏低的品种具有较高的产量和水分利用效率,冠层温度可作为旱地高产节水小麦品种田间筛选的指标.     

不同耐旱型玉米自交系冠层光合及产量对生殖生长期干旱胁迫的响应

在PVC管栽和大田条件下,采用裂区试验设计,主区为玉米自交系、裂区为水分处理,测定玉米冠层光合和产量等指标。结果表明,与对照(CK)相比,干旱胁迫(WS)处理下冠层叶色值(SPAD)、光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和叶面积指数(LAI)均呈下降趋势,耐旱性较强的黄早四(HZS)平均降幅小于耐旱性较弱的CML58,其SPAD和LAI的降幅较高期(R3)出现早于CML58(R5);干旱胁迫后,水分利用效率(WUE)呈升高趋势,HZS平均升幅高于CML58。HZS的SPAD、Pn、Tr、WUE、LAI、单株粒重、收获指数和群体产量均高于CML58。与CK相比,WS处理下HZS群体产量平均降幅低于CML58。综上,耐旱性较强的玉米自交系冠层光合参数对生殖生长期干旱胁迫响应相对滞后,可在干旱胁迫后维持相对较高的光合性能、水分利用效率和叶面积指数,促进植株干物质转化与子粒建成,最终获得较高产量。     

不同密度对利民33光合特性和产量的影响

在大田试验条件下设7万(T1)、8万(T2)、9万(T3)、10万(T4)和11万株/hm²(T5)5个处理,测定玉米叶面积指数和叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率测定(Tr)和玉米产量,研究不同密度对利民33光合特性及产量的影响.研究结果表明,在吐丝期T4密度下LAI最高,在灌浆后期T2密度下LAI最高;在吐丝期和灌浆后期叶绿素含量均随着密度的增加呈降低趋势;吐丝期和灌浆后期净光合速率和光能利用率均表现出T2密度下最高,玉米产量与净光合速率和光能利用率密切相关.利民33在T2密度条件下光能利用率最高,产量最高,达12 124.64 kg/hm².     

基于冠层高光谱的冬小麦植株含水率估算

为确定适用于冬小麦植株水分诊断的最佳高光谱指数及其在植株水分处于适宜状态时的阈值,设置4个水分处理（灌溉定额分别为0、60、120和180 mm）,获取了小麦关键生育时期（返青期、拔节期和灌浆期）的冠层高光谱反射率、植株含水率、土壤含水率和产量等数据。依据高光谱指数与冬小麦植株含水率之间的相关性对高光谱指数进行筛选,以筛选的高光谱指数为输入变量,分别构建一元回归、偏最小二乘回归、随机森林回归和支持向量回归的冬小麦植株含水率估测模型。考虑到土壤含水率对冬小麦植株含水率的影响,进一步量化了当日植株含水率与不同时间土壤含水率的关系,通过产量比较法分别确定了冬小麦植株水分、土壤水分的阈值。结果表明：（1）在返青期、拔节期和灌浆期,一元回归模型的精度（r²=0.673,RMSE=3.144%,RE=5.489%）较好,能确定高光谱指数阈值,可以较精准、快捷地实现冬小麦水分诊断。机器学习算法中随机森林回归的模型精度（r²=0.904,RMSE=1.701%,RE=3.606%）最高,但模型参数较多,无法给出高光谱指数阈值。（2）当日植株含水率与其前一天0~50 cm土层的含水率之间具有较强的正相关关系（r²为0.708,RMSE为2.436%,RE为7.755%）。（3）返青期、拔节期和灌浆期估测冬小麦植株水分最佳高光谱指数分别为 MCARI/0SAVI、PRI3和VEG,其相应的阈值分别为0.765 1~1.130 1、0.155 2~0.225 7、1.633 9~1.668 5。因此,可根据植株含水率与土壤含水率之间的关系确定冬小麦在关键生育期内所处水分状态,从而采取相应对策。     

不同覆盖模式对玉米叶片水分利用效率的影响

采用常规耕作（T1）、秸秆覆盖（T2）、起垄覆膜膜侧种植（T3）、起垄无膜（T4）、无垄覆膜（T5）对玉米叶片光合作用和叶片水平上的水分利用效率以及产量和产量构成因素方面进行分析研究。结果表明,玉米叶片的净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（Cond）、胞间二氧化碳浓度（C_i）和水分利用效率（WUE）在不同覆盖模式下均存在显著差异,且起垄覆膜膜侧种植模式下的P_n、Cond和WUE为最大,T_r和 C_i较低。叶片水分利用效率与净光合速率和气孔导度呈极显著正相关,相关系数分别为0.94、0.98;与蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度呈显著负相关,相关系数分别为0.92、0.96。 2018 年 T3 处理产量最高,达 10 095 kg/hm²,较 T1、T2、T4、T5 处理分别高 23.18%、0.55%、19.32 %、3.71%;2019年T3处理产量最高,达10 248 kg/hm²,较T1、T2、T4、T5处理分别高21.84 %、12.47%、15.69%、6.03%。     

单产15000 kg/hm2以上玉米品种子粒灌浆特征分析

选用具有高产潜力的6个玉米杂交种,采用12万株/hm²的密度大田种植,研究高产玉米不同品种子粒灌浆特征的差异及其与粒重的关系。结果表明,6个玉米杂交种均可实现15 000 kg/hm²的高产水平。良玉66和中单909前中期灌浆速率高,且最早到达最大灌浆速率;灌浆速率下降慢的品种,成熟相对偏晚。品种间差异主要是灌浆速率和到达最大灌浆速率的时间不同,活跃灌浆期并没有明显差异。影响不同品种粒重的主要因素是线性灌浆期和缓慢灌浆期的灌浆速率。因此提高品种的线性灌浆期和缓增期灌浆速率可以增加粒重。在新疆伊犁春播玉米高产区,适宜的高产品种为中单909和良玉66。     

不同氮肥处理对黑青稞籽粒灌浆特性的影响

为了解施用不同量尿素（N）、缓释尿素（CN）及其配施黄腐酸（FA）对黑青稞籽粒灌浆特性的影响,以隆子黑为材料,测定并分析了不同氮肥处理下其籽粒灌浆相关指标及其相关性。结果表明：（1）相同施氮量下,较N处理,CN处理下隆子黑渐增期、快增期灌浆速率（R₁、R₂）及最大灌浆速率（R_max）分别提高11.84%、2.65%、0.46%,渐增期持续时间（T_a）缩短,快增期持续时间（T_b）延长,籽粒产量、千粒重分别提高13.8%、4.11%;（2）较单施氮肥,氮肥配施黄腐酸可提高隆子黑灌浆速率,延长灌浆持续时间,CN+FA处理增效作用最好,其较CN处理的产量、有效穗数、千粒重、穗粒数分别提高21.66%、17.88%、2.87%、20.24%;（3）减氮20%处理下,隆子黑灌浆指标均呈下降趋势,缓释尿素处理无显著的减氮增效优势,CN80%较N、CN处理产量分别下降5.51%、12.08%;（4）快增期灌浆速率、最大灌浆速率、灌浆持续时间、快增期持续时间、缓增期持续时间与千粒重呈极显著正相关(P＜0.01),提高灌浆速率、延长灌浆持续时间是增加隆子黑产量的有效措施。缓释尿素配施黄腐酸提高了黑青稞籽粒灌浆能力、千粒重和产量,生产上推荐135 kg·hm^-2缓释尿素配施45 kg·hm^-2黄腐酸为黑青稞的最佳施肥方案。     

冬小麦品种叶表皮导度的变异及其与叶片形态生理特性的相关性

为给小麦抗旱和高水分利用效率育种提供理论根据,选用陕西关中不同年代生产上主要推广种植的8个品种,研究了叶表皮导度的变异及其与叶片形态生理特性之间的关系。结果表明,小麦拔节期的叶表皮导度为21.2～30.8 mmol·m^-2·s^-1,灌浆期为11.9~23.2 mmol·m^-2·s^-1,灌浆期的叶表皮导度低于拔节期。抗旱品种长武134的叶表皮导度显著低于其他品种。拔节期8个品种的叶表皮导度并无显著差异,灌浆期则存在极显著差异。拔节期叶表皮导度与叶面积和叶下表面气孔宽度呈显著正相关,与蜡质含量呈显著负相关;灌浆期叶表皮导度与叶形态特性、蜡质含量和气孔特性无相关性。说明拔节期和灌浆期影响小麦叶表皮导度变异的机制不同。     

氮肥对夏玉米冠层结构及光合速率的影响

在不同施氮量和施氮时期条件下对夏玉米冠层结构及光合速率进行研究。结果表明,对于不同施氮量和施氮时期,夏玉米冠层内不同部位叶向值表现为上层>中层>下层。基施氮180 kg/hm²的处理各层叶向值均大于其他处理;拔节期施氮75 kg/hm²的处理各层叶向值表现最大。各处理冠层内光合速率以上层>中层>下层,在吐丝期达最大值;在吐丝期表现为基施氮180 kg/hm²处理>拔节期施氮180 kg/hm²处理>大喇叭口期施氮180 kg/hm²处理;拔节期施氮75 kg/hm²处理>基施氮75 kg/hm²处理>大喇叭口期施氮75 kg/hm²处理;到灌浆中期基施氮180 kg/hm²处理下降程度大于其他处理。对光合速率和叶向值进行相关性分析表明,吐丝期光合速率与叶向值呈正相关关系。     

玉米叶片水分利用效率与叶绿素a荧光参数的关系

利用Handy PEA植物效率仪测定叶绿素a荧光参数,研究玉米自交系叶片水分利用效率(WUE)与叶绿素a荧光参数的关系。结果表明,玉米自交系叶片WUE与叶绿素a荧光参数呈极显著的正相关。其中,F_o与高水分利用效率(HWUE)玉米自交系WUE的相关系数大于低水分利用效率(LWUE)玉米自交系WUE的相关系数;最大荧光(Fm)、可变荧光(F_v)、PSⅡ原初光能转换效率(F_v/F_m)和PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)与水分利用效率不同的玉米自交系叶片WUE的相关系数恰好相反,这是造成不同玉米自交系WUE存在差异的生理原因之一,同时也说明叶绿素a荧光参数可以作为选育HWUE玉米自交系的重要指标。     

多光谱与热红外数据融合在冬小麦产量估测中的应用

为了解多光谱与热红外数据融合对冬小麦产量估测精度的影响,以30个黄淮麦区冬小麦品种为材料,利用三种灌溉处理（处理1、处理2和处理3灌水量分别为240、190和145 mm）下冬小麦拔节期、挑旗期、抽穗期与灌浆期的无人机多光谱和热红外动态数据,构造了多个光谱指数,以支持向量机构建冬小麦产量估测模型,并验证其精度。结果表明,植被指数与籽粒产量的相关性受溉水量影响,处理1下植被指数与籽粒产量均呈正相关,处理2下植被指数除土壤调整植被指数（SAVI）和转化叶绿素吸收反射指数（TCARI）外均与籽粒产量呈正相关,处理3下植被指数与籽粒产量均呈负相关。通过多光谱和热红外数据融合构建的冬小麦产量估测模型的预测精度比仅使用多光谱数据构建的模型提高8%。不同灌溉条件下,通过多光谱与热红外数据融合构建的模型的预测精度存在差异,在处理1、处理2和处理3下拔节期、挑旗期、抽穗期和灌浆期验证决定系数（R）最高值分别为0.63、0.68和0.56,均方根误差（RMSE）最低值分别为0.60、0.24和0.41 t·hm^-2,且在三种灌溉条件下灌浆期预测效果均最佳。因此,利用无人机光谱对小麦品种产量估测时应将多光谱与热红外数据融合,用支持向量机（SVM）算法构建产量估测模型,且模型在灌浆期具有较高预测  精度。     

A process model for explaining genotypic and environmental variation in growth and yield of rice based on measured plant N accumulation

The objective of this study was to develop a mechanistic model for simulating the genotypic and environmental variation in rice growth and yield based on measured plant N accumulation. The model calibrations and evaluations were conducted for rice growth and yield data obtained from a cross-locational experiment on 9 genotypes at 7 climatically different locations in Asia. The rough dry grain yield measured in the experiment ranged from 71 to 1044 g m⁻² over the genotypes and locations. An entire process model was developed by integrating sub-models for simulating the processes of leaf area index development, partitioning of nitrogen within plant organs, vegetative biomass growth, spikelet number determination, and yield. The entire process model considered down-regulation of photosynthesis caused by limited capacity for end-product utilization in growing sink organs by representing canopy photosynthetic rate as a function of sugar content per unit leaf nitrogen content. The model well explained the observed genotypic and environmental variation in the dynamics of above-ground biomass growth (for validation dataset, R² = 95), leaf area index development (R² = 0.82) and leaf N content (R² = 0.85), and spikelet number per unit area (R² = 0.67) and rough grain yield (R² = 0.66), simultaneously. The model calibrations for each sub-model and the entire process model against observed data identified 10 genotype-specific model parameters as important traits for determining genotypic differences in the growth attributes. Out of the 10 parameters, 5 were related to the processes of phenological development and spikelet sterility, considered to be major determinants of genotypic adaptability to climate. The other 5 parameters of stomatal conductance, radiation extinction coefficient, nitrogen use efficiency in spikelet differentiation, critical leaf N causing senescence, and potential single grain mass had significant influence on the yield potential of genotypes under given climate conditions.     

内蒙古河套灌区春小麦高产节水灌溉制度研究

为给河套灌区春小麦高产节水灌溉制度的建立提供理论依据,2006-2007年在内蒙古河套平原浅层地下水灌区,研究了不同灌水处理下春小麦产量形成、耗水组成及水分利用效率的特点.结果表明,随着灌水量的增加,小麦生育期总耗水量明显增加,而水分利用效率显著降低;总耗水的增加主要是由于灌溉水消耗增多所致,地下水补给量则随灌水量增加呈明显减少趋势.小麦生育期总灌水量与产量和水分利用效率均呈抛物线关系,产量达峰值时的灌水量大于水分利用效率达峰值时的灌水量.综合两年试验结果得出,在秋季浇足底墒水的基础上,春浇2水是实现春小麦节水与高产相统一的最佳灌溉模式,即在小麦分蘖至拔节期、抽穗至开花期灌2次水,每次灌水750～1050 m3·hm 2,产量和水分利用效率可分别达到6750 kg·hm-2和1.75 kg·m-3以上.     

Response of carbon isotope discrimination and oxygen isotope composition to mild drought in slow- and fast-wilting soybean genotypes

Drought restrains soybean (Glycine max L. [Merr.]) growth and production, but few tools are available to evaluate differences in drought tolerance among soybean genotypes. Carbon isotope discrimination (Δ¹³C) and oxygen isotope composition (δ¹⁸O) have been used as surrogate measures of water-use efficiency (WUE) and transpiration, respectively. This three-year study evaluated drought effects during reproductive stages on five fast- and five slow-wilting genotypes under fully irrigated conditions and two levels of drought severity. Leaves and seeds were analyzed for Δ¹³C, and seeds were analyzed for δ¹⁸O. The Δ¹³C values generally decreased in both leaves and seeds with decreasing water availability (i.e., higher WUE). In contrast, as water availability decreased, the δ¹⁸O values generally increased, indicating decreased transpiration, but δ¹⁸O values were not consistent between wilting groups or among genotypes within wilting groups across years. Values of Δ¹³C and δ¹⁸O from seed were positively correlated for the fully-irrigated and the mild-drought levels, which is consistent with increased WUE being associated with decreased transpiration. For the fully-irrigated and mild-drought levels grain yield was also negatively correlated with Δ¹³C. The results indicate that Δ¹³C measurement is a promising tool in identifying drought-tolerant soybean genotypes and in understanding the relationship between WUE and transpiration.     

种植方式和密度对夏玉米子粒灌浆特征的影响

以郑单958为材料,在67 500株/hm²和82 500株/hm²两个种植密度水平下,以常规等行距种植方式为对照,设置3种不同缩行宽带种植方式（3行一带、4行一带、5行一带）,进行连续两年比较研究。结果表明,缩行宽带种植方式增产显著,其中,3行一带种植方式高密度水平下产量最高。通过Logistic方程拟合,缩行宽带各种植方式中,高密度下灌浆时间持续期均值较对照等行距方式增加1.2～10.2 d。无论是高密度还是中等密度条件下,3行一带种植方式平均灌浆速率（R）、最大灌浆速率（R_max）、最终百粒重及渐增期灌浆速率（R₁）均较高。因此,3行一带缩行宽带种植方式子粒灌浆特性较优。     

施氮量对高产小麦光合特性、干物质积累分配与产量的影响

为明确山东省高产麦区高产节肥高效的施氮量,以高产小麦品种济麦22和烟农1212为材料,在大田试验测墒补灌条件下,设置0(N0)、180(N1)、210(N2)、240 kg·hm~(-2)(N3)四个施氮量水平,研究施氮量对小麦旗叶光合特性、干物质积累分配和籽粒产量的影响。结果表明,适量施氮可显著提高灌浆中后期旗叶的叶绿素相对含量、净光合速率、蒸腾效率和气孔导度,增加拔节期至成熟期小麦的干物质积累量,提高干物质在籽粒中的分配量及其对籽粒产量的贡献率;与不施氮肥处理相比,施氮180～240 kg·hm~(-2)时,济麦22增产10.1%～28.2%,烟农1212增产27.1%～42.8%。在同一施氮处理下,开花期至成熟期,烟农1212的干物质积累量比济麦22高12.77%～19.92%;花后14～28 d,烟农1212的旗叶净光合速率比济麦22高8.61%～24.11%;灌浆期间,烟农1212花前营养器官贮藏干物质向籽粒的转运量比济麦22高6.10%～11.68%,花后光合同化物积累量比济麦22高12.63%～22.00%,籽粒产量增加12.73%～19.46%。说明适量施氮有利于灌浆中后期小麦旗叶保持较高的光合性能,促进花后光合同化物的积累和向籽粒的分配,发挥品种的高产潜力。当施氮量为210 kg·hm~(-2)时,济麦22和烟农1212的籽粒产量、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均最高,是该试验条件下的最优施氮量。     

SPAD Values and Nitrogen Nutrition Index for the Evaluation of Rice Nitrogen Status

Abstract

Plant-based diagnosis is one of the most important methods to determine nitrogen (N) content of crops. Our objective was to establish the relationship between soil-plant analysis development (SPAD) values and N nutrition index (NNI) during the three developmental stages of rice and apply the SPAD meter as diagnostic tools for predicting grain yield response to N fertilization. We determined the SPAD values of four uppermost fully expanded leaves of two rice cultivars at six N fertilization levels at three growth stages and examined the relationship between SPAD values and NNI. The critical N concentration (N_c) was 5.31 W^–0.5 in Xiushui63, and 5.38 W^–0.49 in Hang43, where W is the total shoot biomass. The correlation between SPAD value and NNI varied with the leaf position, developmental stage, and variety. The lower leaf appeared to be more sensitive to the N level than the upper leaf in the response of biomass, and could be more suitable as a test sample for N status diagnosis, especially in the booting and heading stage. The dependence of grain yield on SPAD values of the fourth fully expanded leaf (L4) was significant at booting stage (R²_L4 = 0.82** in 2011, R²_L4 = 0.72** in 2012). Ratio of SPAD values of L4 to that in the N-saturated plot (RSPAD) (R²_L4 = 0.92** in 2011, R²_L4 = 0.77** in 2012) and NNI (R² = 0.96** in 2011, R² = 0.86** in 2012) at booting stage demonstrated a closer relationship with grain yield.     

基于无人机多时相遥感影像的冬小麦产量估算

为高效准确地预测小麦产量,以浙江省冬小麦为研究对象,利用四旋翼无人机精灵4多光谱相机获取冬小麦5个关键生育时期（拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期）的冠层多光谱数据,选取多光谱相机的五个特征波段计算各生育时期的72个植被指数,分别通过逐步多元线性回归（SMLR）、偏最小二乘回归（PLSR）、BP神经网络（BPNN）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）构建不同生育时期的产量估算模型,最后采用决定系数（R）、均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）对估算模型进行评价,筛选出最优估算模型。结果表明,基于随机森林建立的模型估算效果最优,SMLR、PLSR和SVM三种方法建立的模型估算效果接近。利用随机森林算法所建拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期模型的R、RMSE和RE分别为0.92、0.35、11%;0.93、0.33、10%;0.94、0.32、9%;0.92、0.36、9%;0.77、0.67、33%。模型验证时,抽穗期估算效果最好（R、RMSE和RE分别为0.91、0.35和15%）,拔节期、孕穗期、灌浆期估算效果接近且有很好的估算能力,成熟期估算精度最差（R、RMSE和RE分别为0.71、0.47和13%）。由此说明,结合机器学习算法和无人机多光谱提取的植被指数可以提高小麦产量估算效果。     

干旱条件下冬小麦不同尺度水分利用效率及其之间的关系

为探讨小麦叶片、单株和群体尺度水分利用效率(分别用WUE_l、WUE_p和WUE_f表示)之间的相关性,以供体亲本京411和轮回亲本晋麦47及其34个近等基因系为材料,利用防雨棚和渗漏池开展模拟干旱试验,鉴定比较材料之间灌浆前期的WUE_l和全生育期的WUE_p,同时监测全生育期群体耗水量,测定籽粒产量,计算WUE_f,进而分析3个不同尺度水分利用效率之间的相关关系。结果表明,34个近等基因系及其父母本之间,WUE_l与WUE_p均存在显著差异,但是大部分近等基因系及其亲本之间产量没有显著差异,群体总耗水量及WUE_f存在极显著差异。经相关分析,WUE_l与WUE_p之间存在极显著正相关关系,R2达0.732 5,而WUE_l和WUE_p与WUE_f之间相关性均很低,R2分别为0.005 3和0.000 4。在干旱条件下,WUE_l可以作为WUE_p的鉴定评价指标,而WUE_l和WUE_p均不能作为WUE_f的鉴定指标。