黄土高原植被生态系统水分利用效率时空变化及驱动因素

【目的】明晰黄土高原植被生态系统水分利用效率（water use efficiency,WUE）时空变化特征及其影响因素,为深刻理解生态恢复和气候变化双重背景下黄土高原植被生态系统与水文相互作用研究提供依据。【方法】利用趋势分析和逐步回归方法,对2000-2014年黄土高原植被生态系统WUE时空变化特征及其驱动因素进行了探讨。【结果】近15年黄土高原植被生态系统WUE呈显著增加趋势,增速为0.02 gC·kg^-1H₂O·a^-1（P<0.001）,不同植被生态系统年内WUE主要呈“双峰”模式,峰值分布在4-5月和9-10月;空间上,黄土高原植被生态系统WUE整体呈现上升趋势,其中上升趋势和显著上升（P＜0.05）面积分别占研究区的95.04%和66.96%,但不同季节变化趋势特征差异较大;不同植被生态系统WUE均值和趋势差异显著,其中稀疏灌丛和草地WUE均值较低,而针叶林WUE趋势下降明显;进一步对坡度统计表明,25-50°范围内植被生态系统WUE呈持续增加趋势。当年蒸散量小于3 700 mm时,总初级生产力（gross primary productivity,GPP）随着蒸散量（evapotranspiration,ET）的增加而增加,随后GPP则随ET的增加呈下降趋势,且研究区中东部（57.25%）WUE主要由GPP控制,而西部区域（42.75%）WUE则受ET影响。近15年黄土高原植被生态系统WUE与LAI呈显著的正相关关系（P＜0.001）,表明LAI的增加能够有效促进WUE的提升。逐步回归分析表明,降水量、日照时数和相对湿度3种气候因子是导致WUE及其组分GPP和ET变化的主要气候因子。【结论】在气候变化和人类活动双重影响下,2000-2014年黄土高原植被生态系统WUE呈显著上升趋势,且大部分植被类型年内分布呈现双峰结构。生态恢复工程不仅改善了黄土高原植被覆盖状况,同时显著提高了植被生态系统的WUE,成为近年来黄土高原WUE变化的主要驱动因素。     

设施农业中水分调控与水分利用效率关系研究

分析了中国设施农业发展现状及设施可控条件下作物生活因素全方位调控存在的问题.研究了作物水分利用效率与作物生产潜力、产量的关系.基于作物水分利用效率的生理生态机理,探讨了设施农业中节水灌溉对作物生活因素全方位调控的可行性.结果表明,设施农业环境中,在人工可控条件下的水分调控,将能提高作物生产潜力和节水潜力.     

设施农业中水分调控与水分利用效率关系研究

分析了中国设施农业发展现状及设施可控条件下作物生活因素全方位调控存在的问题。研究了作物水分利用效率与作物生产潜力、产量的关系。基于作物水分利用效率的生理生态机理，探讨了设施农业中节水灌溉对作物生活因素全方位调控的可行性。结果表明，设施农业环境中，在人工可控条件下的水分调控，将能提高作物生产潜力和节水潜力。     

水稻叶片特征与水分利用效率的关系研究进展

水稻不仅是世界主要的粮食作物,同样也是农业水资源第一大消费作物。水分高效利用一直是水稻资源利用效率的研究热点。从水分利用效率的内涵和叶片结构、叶片化学组成、叶片水力参数、叶片光合等方面概述了水稻叶片特征及其与水分利用效率的关系,分析了目前存在的问题,并对未来研究的方向进行了展望。     

晋西黄土残塬沟壑区水分变化及其利用效率研究

通过定位观测 ,分析了晋西黄土残塬沟壑区土壤水分动态、土壤供水与耗水关系及林木水分利用效率。结果表明 :由于严重的水土流失及坡向的影响 ,水分分布极为不均 ,不同部位水分变化规律的总趋势是 :沟底 >沟坡下部 >塬面 >塬坡 >沟坡中上部 ;幼林地土壤水分消耗大于供给 ,水分供需矛盾突出 ,雨季水分供给充足 ,土壤贮水增加 ;不同坡向水分亏损大小顺序为 :阳坡 >半阳坡 >阴坡 ;从水分利用效率看 ,由于幼林地水分供应不足 ,林木生长不同程度受到限制 ,林木水分利用效率较低     

不同水分梯度下玉米水分利用效率研究

对4种不同水分梯度下18个不同基因型玉米品种水分利用效率进行了二因素裂区设计试验研究,结果表明:在雨养条件下,农大108、丹玉86、中玉9号、东单60号、沈玉18号5个基因型品种抗旱性强、水分利用效率(WUE)高,经济系数亦高;在补灌60,100,160 mm条件下,先玉335号和郑单958两个基因型品种在各种补灌条件下均表现高产,而且WUE和经济系数均高;从补灌水增产值的WUE角度看,随补灌水量的增加,增产值的WUE在下降,说明实行节水灌溉(非充分灌溉)有利于提高水分利用效率;补灌水对产量构成因素影响最大的是每穗结实粒数。     

水分对冬小麦产量及水分利用效率的影响

通过对冬小麦生育期不同阶段进行水分控制试验,研究了不同控水处理对冬小麦的产量的影响,同时对不同水分条件下不同冬小麦品种的产量、水分利用效率和耗水量之间的关系以及产量构成因素对产量的贡献进行了探索。结果表明,各种灌水方案中,以拔节-抽穗期的2次灌水效果最好。随灌水量的增加,产量表现出抛物线型变化,而水分利用效率呈现对数关系。参试品种中,以品种6365的抗旱性能和产量潜力最好。     

干热河谷主要植被恢复树种水分利用效率动态分析

以元谋县金沙江干热河谷区14个树种为试材,探讨了干季(3月)、干热季(5月)和湿润季(10月)典型晴天里各树种水分利用效率日动态规律,以揭示极端干热生境条件下供试树种水分利用效率的动态特征,并展开比较分析,结合它们在当地的实际表现,讨论了其适应性和应用前景。结果表明:供试树种水分利用效率在不同季节均可划分为高、中、低3种类别,同一树种在不同季节所属的类别具有较大差别,在季节性干热胁迫鲜明的干热河谷,供试树种水分利用效率的日动态响应机制具有明显的季节效应。在干季转向干热季阶段,干热胁迫的加深明显促进了WUE日变化峰值的提前出现,亦使WUE更早地受到抑制而下降;在干热季转向湿润季阶段,供试树种水分利用效率日变化峰值延后,部分树种水分利用效率"午睡"现象消失,印楝、新银合欢、苏门答腊金合欢及木豆水分利用效率提高较大,在湿润季节里获得较高的光合生产力,从而增强树种在干热河谷区的存活能力。在干热季和湿润季同时具有较高或中等水分利用效率的树种有余甘子、山毛豆、车桑子、小桐子和山合欢等5个树种。     

叶片δ13 C与长期水分利用效率的关系

该文测定并研究了不同水分处理下,不同黑杨无性系的长期水分利用效率（WUEL）、叶片δ13C、光合作用、气孔及其相互关系.结果显示:无性系间WUEL、δ13C、光合作用、气孔都存在差异. 4个水分处理下J2、J6、J7、J8、J9都是WUEL较优的无性系,同时它们的δ13C高、净光合速率Pn和瞬时水分利用效率WUEi较高、气孔频度和气孔大小适中、上/下表皮气孔数目比大.气孔的差异是导致无性系间Pn和WUEi差异,并最终导致WUEL、δ13C差异的关键因子.δ13C和WUEL呈正相关,充分供水条件下相关性最好.      

作物水分利用效率研究进展

本文根据近１０年的研究状况,对作物水分利用效率的的变化规律、影响因素,估算调控途径和措施进行了综述,以工矿企业 水分有效利用和作物生产水平的提高提供参考依据     

水分对冬小麦产量及水分利用效率的影响

通过对冬小麦生育期不同阶段进行水分控制试验,研究了不同控水处理对冬小麦的产量的影响,同时对不同水分条件下不同冬小麦品种的产量、水分利用效率和耗水量之间的关系以及产量构成因素对产量的贡献进行了探索.结果表明,各种灌水方案中,以拔节-抽穗期的2次灌水效果最好.随灌水量的增加,产量表现出抛物线型变化,而水分利用效率呈现对数关系.参试品种中,以品种6365的抗旱性能和产量潜力最好.     

水分胁迫对间作棉田土壤物理性质及水分利用效率的影响

[目的]明确水分胁迫对枣园间作条件下棉田土壤物理性质及水分利用效率的影响.[方法]研究阿拉尔垦区幼龄枣园不同间作模式土壤水分动态变化规律及棉花生产力动态.[结果](1)轻度水分胁迫、适宜水分处理下土壤含水量较高,紧实度适中,具有较强的保墒蓄水能力.(2)同一水分处理下,产量表现为M3＞M2＞M1.同一种植模式下,产量表现为W2＞ W3＞ W4＞ W1.(3)W1水分处理和M3模式作物的水分利用效率较高.(4)适宜间作枣园的灌水量为300 m3/667m2.[结论]阿拉尔垦区1～2龄枣园中,红枣与棉花间距保持0.5m距离,对提高棉花产量较为有益,且对枣树影响较小;第3年,红枣与棉花间距应调整为1.0m,可以最大限度发挥枣棉间作复合系统的生产潜力.     

不同抗旱性棉花品种蜡质含量与水分利用效率的关系

【目的】在新疆自然生态条件下,研究不同抗旱性棉花品种蜡质含量变化及与水分利用效率(WUE)的关系。【方法】以抗旱性不同的棉花品种新陆早22号(抗旱性强)和新陆早17号(抗旱性弱)为试材,采用膜下滴灌技术设置正常灌溉和干旱处理,测定分析棉花产量形成期叶片蜡质含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、相对含水量(RWC)及籽棉产量。【结果】与正常灌溉相比,干旱处理显著降低了棉花籽棉产量,但盛花至吐絮期叶片蜡质含量提高10.84%、叶片WUE则增加23.96%。不同品种对水分处理响应不同,正常灌溉下新陆早22号与新陆早17号的棉花籽棉产量、RWC、WUE和叶片蜡质含量均无明显差异,干旱条件下新陆早22号的籽棉产量、叶片蜡质、RWC和WUE分别比新陆早17号高41.38%、14.27%、13.1%和3.84%;。相关分析表明,棉花叶片表皮蜡质含量与Tr、Pn呈显著负相关关系,且Tr的负相关系数高于Pn;与RWC呈显著正相关关系。【结论】抗旱性强棉花品种主要通过增加盛花至吐絮期内叶片蜡质含量,降低叶片蒸腾耗水,提高WUE及籽棉产量。     

区域作物蒸散发时空变化及水分利用效率分析

作物水分利用效率(WUE)是量化农业高效用水重要指标,作物蒸散发(ET)是表征WUE重要参量,研究作物ET及WUE对实现高效灌溉管理具有重要意义。文章采用非监督分类(ISODATA)和光谱耦合技术(SMT),结合光学遥感提取2007～2016年北京市大兴区种植结构,基于RS-ET算法计算以乡镇为最小单元的冬小麦和夏玉米蒸散发,分析作物水分利用效率。结果表明,冬小麦—夏玉米、春玉米遥感提取面积与统计结果R2和相对误差分别为0.812、0.743和18.6%、1%;2007～2016年冬小麦和夏玉米平均ET均表现为北部小、南部和西南部高,冬小麦ET波动范围为334.18～435.61 mm,多年平均ET为392.66 mm,冬小麦ET值呈下降趋势,夏玉米ET波动范围为307.84～313.06 mm,多年平均ET为309.59 mm,夏玉米ET整体呈上升趋势;大兴区各乡镇冬小麦多年平均WUEET为1.41 kg·m^-3,夏玉米平均WUEET为1.90 kg·m^-3。研究可为区域农业灌溉用水效率评价及灌溉决策提供参考。     

不同水分处理对滴灌春小麦水分利用效率及产量的影响

研究不同水分处理对春小麦滴灌水分在土壤中的分布状况、水分利用效率（WUE）及产量的影响。结果表明,不同水分处理对滴灌小麦土壤水分的分布有很大影响,同一土层0～20cm土壤含水率在灌溉前后具有明显的变化;0～40cm土层土壤含水率整体趋于平缓,总体表现为W1处理（150mm）〈W2处理（300mm）〈W3处理（450mm）〈W4处理（600mm）;40～60cm土层距离滴灌带不同远近的土壤含水率变化不明显。W3处理的WUE最高,漫灌的WUE最低。滴灌小麦和漫灌小麦不同水分处理的产量间差异达显著水平,同一水分处理不同行之间由于灌溉量的不同也表现差异性;两品种产量均随灌水增加而增加,灌水过多而降低的趋势。     

栓皮栎水分利用效率的动态变化

用Li-cor6400便携式光合作用测定系统测定并分析了栓皮栎水分利用效率（WUE）的动态变化和主要影响因子。研究表明,生长盛期,晴天WUE的日变化为一单边下降的曲线,而多云和阴天WUE则为单峰曲线。一年中,影响WUE的因素除了环境条件外,还受植物内部因素的影响。生长初期WUE最高,生长盛期WUE最小,生长末期WUE居中。生长盛期WUE最小,Pn和Tr却均最高,这一时期是树木旺盛生长阶段,但由于蒸腾速率大,需水量也最大,应加强水分管理,有条件的地区可以适时灌溉,以促进林木快速生长。通径分析结果表明,各生长季,影响水分利用效率的因子均为温度、饱和蒸汽压差、光照和湿度,只是影响的程度有所不同。     

作物冠层温度测定及其与水分关系研究

作物冠层温度与水分的关系研究是目前作物生理学的一个研究热点,其研究成果对指导作物栽培中灌水实践具有广阔的前景。本文总结了目前部分国内外研究者测定冠层温度的主要方式,测定时间、测定仪器,介绍了目前国内外利用作物冠层温度判断水分状况的主要指标体系和计算模型;根据前人的研究结果,以水稻、棉花、玉米为例分析了作物冠层温度和土壤水分供应的关系,明确了作物冠层温度与水分利用效率之间的关系。最后指出了CWSI在指导作物灌水实践中仍然存在一些不足,提出了未来需要重点科研攻关的方向。     

宁夏中部半干旱区苜蓿水分利用效率研究

为比较不同苜蓿品种的水分利用效率(WUE)并筛选出节水品种,在宁夏中部半干旱地区选择试验地,采用灌溉和品种2因素裂区试验,主裂区为灌溉量,副裂区为苜蓿品种。对3种灌溉量下10个苜蓿品种(包括5个国外引进品种和5个国内育成品种)的产量、水分利用效率以及农艺性状进行研究。结果表明,水分处理、刈割茬次、品种对苜蓿产量、水分利用效率、株高、茎叶比有显著影响。2012年第1茬各苜蓿品种产量最高,其次为2012年第2茬,2012年第3茬最低;2011年产量略高于2012年第3茬产量。在控水条件下,固原紫花和宁苜1号水分利用效率较高,而CW400和柏拉图在充分灌水条件下水分利用效率较高。在3种灌溉量下,中苜1号和宁苜1号的耗水量较低,属于节水品种,三得利和宁苜2号耗水量较高,属于耗水品种。因此,中苜1号和宁苜1号可以作为节水抗旱品种,用于宁夏中部干旱带苜蓿人工草地的建植。     

农田防护林对小麦水分利用效率的影响

通过田间试验,研究了农田防护林对小麦水分利用效率的影响。结果表明,防护林能使其防护范围内小麦的水分利用效率提高.提高的主要原因是防护林所形成的独特小气候。气孔阻力、空气饱和差和叶—气水汽浓度差等都与小麦的水分利用效率呈强负相关关系。防护林对这几个因子影响的结果,均有利于提高小麦的水分利用效率。     

影响高粱水分利用效率因素研究进展

明确影响作物水分利用效率的因素是提高作物水分利用效率的理论基础.C4作物高粱具有较强的抗旱能力,主要种植在干旱半干旱地区,研究其水分利用效率对充分利用和节约水资源有重要意义.文章通过对近年来国内外高粱水分利用效率领域研究文献进行归纳,对影响高粱水分利用效率的因素从作物种类、光照、温度、相对湿度、C02浓度、土壤水分、土壤肥力几个方面进行了综述.在现有高粱水分利用效率研究的基础上,提出存在的问题和发展方向.