扁桃-冬小麦间作系统树冠截光程度对小麦产量和灌浆期光合特性的影响

为探明果粮间作模式下树冠遮阴对间作冬小麦灌浆期光合特性和产量的影响,为新疆南疆果粮间作模式的选择和优化提供理论依据,本研究以扁桃-冬小麦间作模式为研究对象,设置重度遮阴和轻度遮阴2个处理,以单作小麦为对照,对间作区域光合有效辐射(PAR)、小麦产量及灌浆期叶片光合色素和可溶性蛋白含量、光响应曲线、荧光动力学参数、群体光合速率进行测定。结果表明:间作区域遮阴程度受树冠结构和间作区域距树体距离共同影响,主干分层形扁桃(重度遮阴)近冠和远冠间作区域小麦灌浆期PAR日均值为自然光强的18.61%和25.90%,小冠圆头形扁桃(轻度遮阴)对应值为56.00%和64.53%。与扁桃间作导致小麦旗叶Chla+b含量和Chla/b比值降低; PAR日均值≤56.00%自然光时,小麦旗叶可溶性蛋白质含量显著降低; PAR日均值≤25.90%自然光时,旗叶光系统Ⅱ的实际光合效率(ΦSPⅡ)、光化学淬灭系数(qP)、最大净光合速率(P_(max))及群体光合速率日均值均显著降低; PAR日均值≥64.53%自然光时小麦群体光合速率存在明显的补偿现象。综上,扁桃-冬小麦间作模式下,小麦光合能力及产量与遮阴程度密切相关,重度遮阴导致小麦单叶和群体光合能力及产量显著降低;轻度遮阴条件下,小麦旗叶光合能力无显著变化,群体光合速率存在明显的补偿现象,对产量无显著影响。     

春小麦/春玉米间作模式光温环境特征研究

春小麦/春玉米间作是我国西北地区一种较为普遍的间作种植模式。于2013年在内蒙古河套灌区开展试验,分析了小麦/玉米间作在不同供肥水平下光合有效辐射和土壤表层温度的空间和时间变化特征,以及光温环境改变对小麦和玉米农艺性状的影响。结果表明:在麦玉共生前期,间作玉米接收的太阳辐射减少,透光率平均比单作玉米降低3.9%~6.3%,土壤表层温度降低2.42~2.63℃。在共生后期,间作玉米的光照条件改善,透光率比单作玉米平均升高19.3%,土壤表层温度降低1.51~1.73℃。小麦收获之后间作玉米接收的光强显著增加,土壤温度平均比单作玉米升高2.14~2.37℃。间作条件下小麦的生长得到促进,表现出明显的边行效应;而间作玉米的营养生长受到限制,叶面积在各生育期都显著低于单作玉米。综合分析表明,间作模式对各组分作物农艺性状的影响主要是由于光温环境的改变所致。     

冬小麦-春玉米间作模式下光合有效辐射特性研究

通过对单作和间作种植模式下作物冠层入射和透射光合有效辐射的观测,研究了不同种植模式下冠层光合有效辐射截获量(IPAR)的日变化规律及其与叶面积指数的关系以及冬小麦对预留行的遮荫作用。结果表明:2种种植模式下光合有效辐射截获量日变化均为双峰曲线;叶面积指数<2时,间作冬小麦日平均光合有效辐射截获量约为单作的50%,叶面积指数>2时,2种种植模式下的日平均光合有效辐射截获量相近;2种种植模式下光合有效辐射截获量与叶面积指数均有较好的相关性;间作冬小麦预留行遮荫率(FS)的日变化为双峰曲线,遮荫率与株高(H)有很好的相关性。     

行距配置对冬小麦/白三叶草间作系统小麦群体结构和光合有效辐射的影响

2008~2010 年冬小麦/白三叶草不同栽培方式试验(6 种小麦行距配置, 3 个行距×2 个播种量)研究表明,单作条件下, 小麦群体总茎数、叶面积指数、生物量及产量在行距25 cm 与30 cm 处理间差异不大, 均显著高于行距40 cm 处理。行距30 cm、播种量217.5 kg·hm^-2 处理的籽粒产量和收获系数分别达7 857.8 kg·hm^-2 和0.483。小麦抽穗期和花期, 行距30 cm 与40 cm 处理的冠层底部向上20 cm 处的光合有效辐射(PAR)值差异不大, 行间全天PAR 在50 μmol·m^-2·s^-1 以上的时间至少有8 h, 而单作条件下白三叶草光补偿点在30~50μmol·m^-2·s^-1 之间, 这预示着在行距30 cm 与40 cm 处理的小麦行间间作白三叶草能为白三叶草光合作用提供有效光能。行距30 cm 条件下, “小偃81”与“济麦22”单作以及分别与白三叶草间作处理试验表明, “小偃81”与白三叶草间作系统小麦生物量不受间作影响, 小麦叶面积指数与穗数高于“小偃81”单作。“济麦22”与白三叶草间作系统的3 项指标则低于“济麦22”单作。间作条件下, 白三叶草冠层顶部PAR 日变化呈单峰曲线, 冠层底部PAR 较小, 全天最大仅30 μmol·m^-2·s^-1。与“济麦22”相比, “小偃81”与白三叶草间作冠层底部PAR 全天日变化较小。因此, 行距30 cm 处理小麦行间适合间作白三叶草, 小麦品种“小偃81”比“济麦22”更适合与白三叶草间作。本研究结论可为华北平原发展冬小麦/白三叶草间作种植模式提供参考依据。     

枣麦间作系统中冬小麦的冠层光分布特征及产量研究

针对近年来"林农生产争地争光"的问题,以株行距为3 m?4 m南北行向栽植的枣树||冬小麦间作系统为研究对象,大田条件下设置枣麦间作(JZ)和冬小麦单作对照(CK)两个处理,以2013—2014年生长季冬小麦光合生理参数和冠层光照强度为基础,以两棵枣树的定植点连成1条测定样线,在样线上以距枣树的东(E)、西(W)距离为基准,每50 cm设置1个测定点,设E50 cm、E100 cm、E150 cm、E200 cm(W200 cm)、W150 cm、W100 cm、W50 cm共7个测定位置,在不同调查时期测定各测定位置的冬小麦冠层光合有效辐射(PAR),并在冬小麦成熟期调查各测定位置上的产量。采用多项式回归和定区间积分等方法计算冬小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、扬花期、灌浆期和成熟期冠层达到饱和PAR的时长与时空窗,探讨枣麦间作系统中枣树遮光对间作作物冬小麦冠层光照分布及产量的影响。结果显示,间作系统中冬小麦冠层光照强度及产量整体呈现出不同的时空分布特征,且相较于单作小麦系统均有一定程度的衰减。单作冬小麦冠层的饱和PAR时空窗比间作处理大56.1%,穗粒数、有效穗数、千粒重和产量分别比间作小麦高14.7%、15.9%、33.5%和53.0%。相对于单作对照,间作物冬小麦整个生育时期内在距枣树E50~E100 cm、E100~E150 cm、E150~E200 cm、W150~W200 cm、W100~W150 cm、W50~W100 cm处的冠层PAR时空窗损失严重,分别达92.5%、45.7%、7.0%、5.4%、10.9%、54.0%。冠层PAR时空窗损失导致冬小麦减产,在以上各处减产程度分别达46.2%、39.6%、26.3%、24.7%、32.4%和37.6%。故枣树遮阴程度的差异导致间作物冬小麦不同程度减产,且间作巷道内西侧光照质量整体优于东侧。这就要求在冬小麦扬花期后对枣树进行适当修剪,且适当增加巷道东侧枣树株距,以避免枣树新生枝徒长,提高冬小麦冠层光合有效辐射截获量,使间作系统获得更高产量。     

玉米||大豆间作对AMF时空变化的影响

为探究农田生态系统中不同种植模式下丛枝菌根真菌(AMF)生长发育及产生孢子和球囊霉素状况,本试验设置两种结构的间作模式(6M6S:6行玉米与6行大豆间作; 3M3S:3行玉米与3行大豆间作)以及单作玉米(CKM)和单作大豆(CKS)4个处理,分析不同种植模式对AMF生长时空变化的影响。结果表明:菌根侵染率、侵染密度和菌丝密度随着AMF与作物共生期延长逐渐增加,丛枝丰度呈现先增加后减少的趋势。两年试验中,玉米乳熟期(大豆鼓粒期), 3M3S处理的菌根侵染率、侵染密度和丛枝丰度,土壤孢子密度、易提取球囊霉素含量和总球囊霉素含量均显著高于单作。在作物生育期内, AMF的孢子密度从269.40个·(100g)~(-1)增加至1 484.20个·(100g)~(-1),易提取球囊霉素含量从430.88μg·g~(-1)增加至600.78μg·g~(-1),总球囊霉素含量从942.59μg·g~(-1)增加至1 304.03μg·g~(-1)。玉米乳熟期,间作边行玉米的菌丝密度、孢子密度、易提取球囊霉素和总球囊霉素含量最高;大豆鼓粒期,间作边行大豆的菌丝密度和易提取球囊霉素含量最高,孢子密度最低。相关性分析表明,总球囊霉素和易提取球囊霉素与菌丝密度呈极显著正相关,相关系数分别达0.71和0.73;孢子密度和菌丝密度与侵染率呈极显著正相关,相关系数分别达0.72和0.75。因此,农田生境中AMF能与根系建立良好的共生关系,并随着季节变化和作物生长呈现周期性变化。间作促进了AMF的侵染,增加了球囊霉素和孢子的产量,间作处理中AMF与各行作物共生表现出边际效应。3M3S处理是最有利于AMF生长的种植模式。     

核麦间作系统小气候效应及其对小麦产量的影响

利用KS4000手持气象站和SUNSCAN冠层分析系统,测定了核桃一小麦间作系统的田间小气候,并以单作田小麦为对照,对间作小麦的产量及其构成因素进行分析。结果表明,相对于单作田,核麦间作系统明显降低了小麦冠层的风速和温度,增大了小麦冠层的相对湿度,但核麦间作系统也明显降低了小麦冠层顶部入射的光合有效辐射量和冠层截获的光合有效辐射量;核麦间作系统小麦的生物量、穗粒数、穗粒重、收获指数、公顷穗数、千粒重和产量均显著低于单作系统（P〈0．05）。可见,虽然核麦间作系统在一定程度上改善了田间小气候,但由于核桃树对小麦遮荫作用较大,光合有效辐射透过率较低,导致了间作小麦产量的显著降低（P〈0．05）。因此,通过对核麦间作复合群体中主要气象因素变化特点的探讨,找出影响小麦生长的主要原因,有利于采取相应的栽培调控措施,优化间作群体结构。     

基于根系形态对磷吸收的贡献解析小麦||蚕豆间作促进磷吸收的作用

间作模式是充分挖掘作物自身生物学潜力,促进磷资源高效利用的有效手段。为进一步探明间作诱导的根系形态适应性变化对磷吸收的相对贡献,理解小麦||蚕豆间作系统促进磷吸收的作用机制,本研究采用水培法,研究了常规磷(Hoagland营养液磷水平)和低磷(1/2-Hoagland营养液磷水平)条件下,小麦||蚕豆间作对小麦和蚕豆磷吸收、生长性状和根系形态变化的影响,并结合集成推进树算法(ABT)分析小麦和蚕豆根系形态对小麦和蚕豆磷吸收的相对贡献。结果表明,在低磷水平下,与单作小麦相比,小麦||蚕豆间作可以显著促进小麦对磷的吸收;而在正常磷水平下,间作小麦的磷吸收量显著低于单作小麦。在常规磷和低磷水平下,间作均能够显著促进蚕豆对磷的吸收。正常磷水平,间作系统的磷吸收量是小麦和蚕豆单作系统平均磷吸收量的1.04倍;低磷水平,间作系统的磷吸收量是小麦和蚕豆单作系统磷吸收量的1.28倍。种植模式和供磷水平能够显著影响小麦的株高,且有显著的交互作用;间作显著降低蚕豆的株高。ABT分析结果表明,小麦根长、根平均直径主导了小麦根系对磷的吸收,其解释量分别为74.7%和25.3%;蚕豆根长、根平均直径和根表面积共同解释了根系对磷的吸收,其解释量分别为48.0%、35.2%和16.9%。因此,低磷条件下,小麦||蚕豆间作主要通过增加小麦的根长,显著降低小麦根系平均直径,促进小麦对磷的吸收;而间作系统中的蚕豆则通过增加根长促进其对磷的吸收。     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施.本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射(TPAR)、叶面积指数(LAI)、冠层截获的光合有效辐射(IPAR)等的变化及播期对冬小麦产量的影响.结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大.小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872.小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异.因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产.     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施。本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射（TPAR）、叶面积指数（LAI）、冠层截获的光合有效辐射（IPAR）等的变化及播期对冬小麦产量的影响。结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大。小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872。小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异。因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产。     

小麦/玉米间作根系相互作用对氮素吸收和土壤硝态氮含量的影响

通过在甘肃河西灌区的田间试验,该文探讨了地下部分隔作用对小麦/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮含量的影响。研究结果表明：小麦/玉米间作,间作小麦和间作玉米吸氮量在没有地下部分隔条件下都高于分隔。小麦收获后,间作小麦地下部分隔与没有地下部分隔之间土壤硝态氮累积量接近;间作玉米不分隔土壤硝态氮含量和累积量高于分隔。玉米收获后,小麦不分隔土壤硝态氮累积量低于分隔,间作玉米不分隔土壤硝态氮含量和累积量都高于分隔。小麦/空带和玉米/空带间作时,作物氮素吸收和土壤硝态氮含量都没差异。     

优化灌溉与施肥对冬小麦冠层结构的影响研究

试验研究优化灌溉与施肥对冬小麦冠层结构的影响结果表明,与限量灌溉处理相比,优化灌溉和传统灌溉处理小麦最上部3个节间明显伸长,导致株高增高10cm,旗叶叶面积减小7%,但倒2叶和倒3叶叶面积分别增加7%和20%;优化灌溉处理小麦旗叶茎叶夹角明显减小。与未施N肥处理相比,施用N肥有增大小麦株高、叶面积和茎叶夹角的趋势,且传统施N比优化施N更加明显。优化水N管理麦田各层次透光率与传统处理差异较小,但它们均显著低于限量灌溉和未施N处理。     

基于冠层光谱的不同株型冬小麦籽粒蛋白质预测模型

冬小麦冠层光谱因不同株型而异，依不同株型建立模型是提高冬小麦蛋白质预测精度的重要途径之一。该研究利用ASD2500高光谱仪对不同株型冬小麦冠层光谱进行了测定，分析了冬小麦叶片叶绿素含量在冠层垂直方向上的变化及其与籽粒品质指标和冠层光谱特征参量间的相关性。结果表明，冠层叶绿素含量垂直梯度变化因不同生育时期和不同株型而异。同等条件下，其梯度以平展型品种大于直立型品种。并且，当将两种株型品种分别考虑时，第一二叶组之间叶绿素含量的差值(DCC)与小麦籽粒部分品质参数和冠层光谱特征参量具有显著的相关性。通过DCC可以间接地建立籽粒蛋白品质和冠层光谱特征之间的相关模型。通过研究筛选出预测籽粒蛋白质含量(GPC)的最佳时期为灌浆期，最佳光谱特征参量为560 nm的反射峰深度P_Depth560。并且，建立了不同株型品种GPC的预测模型并初步通过验证。     

间作种植模式下冬小麦棵间蒸发变化规律及估算模型研究

采用微型蒸渗仪(Micro-lysimeter)观测了单作和间作两种不同种植模式下冬小麦棵间土壤蒸发,分析了两种不同种植模式下棵间土壤蒸发的变化规律,探讨了影响麦田棵间土壤蒸发的主要因素,在此基础上对单作和间作麦田采用多元回归分析,建立了两种种植模式下估算棵间土壤蒸发的数学模型,所建模型模拟精度较高,模拟值与实测值吻合较好。     

不同氮营养冬小麦冠层光谱红边特征分析

利用FieldSpec FR2500光谱仪测定了不同氮素处理冬小麦冠层光谱,分析其红边特征变化规律及与农学成分的相关关系。结果表明,波长550 nm、680 nm、980 nm、1100 nm与350～680 nm和750～1100 nm可作为氮素营养诊断的敏感特征点与波段范围。随着施氮量的提高,拔节期、抽穗期以及灌浆期的红边位置（REP）、红谷位置（Lo）与光谱反射率一阶微分极大值（FD_Max）均增大,红边宽度（Lwidth）则有减小的趋势。总体上看,施氮与无氮处理在整个生育期均存在较大差异,施氮处理之间差异较小。冠层反射光谱的红边位置、红谷位置、随生育期向长波方向移动,呈现红移现象;从抽穗期开始逐渐减小,呈现蓝移现象。冬小麦红边参数中红边位置与农学组分之间的相关性优于其他参数,除与地上部生物量正相关显著外,与叶面积指数、叶含水率、叶绿素含量、叶可溶性蛋白含量、叶鲜重、叶含氮量均呈正相关且达到极显著水平。红谷位置则与叶面积指数、叶含水率、叶绿素含量、叶鲜重以及SPAD值呈极显著正相关;与可溶性蛋白呈显著正相关。红边宽度与叶面积指数、叶含水率、叶氮含量、叶绿素含量以及叶鲜重均呈极显著正相关;与可溶性蛋白含量呈显著正相关。反射率一阶导数极大值与叶面积指数、叶含水率、叶鲜重呈极显著正相关,与叶含氮量极显著负相关。通过红边参数与农学组分稳定良好的数学关系,可以对农学组分进行预测估算。     

六种冠层阻力模型在冬小麦蒸散估算中的应用

蒸散量是农田水循环中水分损失的主要途径,其准确估算对节水灌溉具有重要意义。单源的Penman-Monteith （P-M）模型是最常用的蒸散量估算方法,但模型中冠层阻力的合理参数化一直是研究中的难点。该研究选取常用6种冠层阻力模型,使用北京顺义2 a（2020年和2021年）的波文比实测结果,分析不同模型进行冬小麦冠层阻力及蒸散估算的可行性。结果表明：1）无参数校正条件下,6种模型均低估了冬小麦冠层阻力,同时高估了蒸散量。其中,Todorovic模型（TD）的普适性最好,其模拟的冠层阻力、蒸散量与实测值的R2都在0.605及以上;耦合的冠层阻力模型（CO模型）普适性最差,冠层阻力、蒸散量与实测值的R2分别为0.113、0.046;2）进一步使用2021年的试验数据进行模型参数校正、2020年的数据进行验证,发现校正后的JA、CO、GA、KP及FAO56-PM模型计算的冠层阻力和蒸散量与实测值的一致性大幅提高。除JA模型低估冠层阻力外,其余均高估冠层阻力、低估蒸散量。其中KP模型模拟的冠层阻力和蒸散量效果最好,R2均在0.907及以上,而其余5种模型估算精度也较好。6种模型的估算精度排序为KP、GA、TD、FAO56-PM、CO、JA。综上,所评价的模型校正后均可作为P-M模型的冠层阻力输入来估算冬小麦蒸散量,但TD 模型不需要参数校正,在数据不足时可作为首选;而KP模型参数较少,校正后拟合精度最高,在数据充足时可作为首选。研究结果对华北地区使用P-M一步法计算冬小麦蒸散量具有重要价值。     

用多角度光谱信息反演冬小麦叶绿素含量垂直分布

由于作物叶片具有一定的叶位空间垂直结构(倒一叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶、倒五叶等),且存在不同叶位叶绿素等生化组分垂直分布的特性,该研究提出利用遥感数据反演作物养分垂直分布,尤其是作物中、下层信息的方法。运用多角度光谱信息,通过不同角度条件下,反映的作物上层、中层、下层信息的差异等通过构建基于不同观测天顶角条件下的冠层叶绿素反演指数的组合值,形成上层叶绿素反演光谱指数、中层叶绿素反演光谱指数和下层叶绿素反演光谱指数来反演作物叶绿素的垂直分布,达到了极显著的水平。表明运用基于多角度光谱信息的光谱指数组合能够较好的反演作物叶绿素含量的垂直分布。对于生产上迫切需要对作物中、下层叶片氮素或叶绿素状况的监测来指导适时和适量施肥,保证获得既定的作物产量和品质目标,提高肥料利用率有重要意义。     

限量单次灌溉对套作冬小麦和春玉米产量的影响

A field experiment was conducted during the 2002/2003 cropping season of winter wheat (Triticum aestivum) and spring maize (Zea mays) to evaluate the effect of limited single drip irrigation on the yield and water use of both crops under relay intercropping in a semi-arid area of northwestern China. A controlled 35 mm single irrigation, either early or late, was applied to each crop at a certain growth stage. Soil water, leaf area, final grain yield and yield components such as the thousand-grain weight, length of spike, fertile spikelet number, number of grains per spike, and grain weight per spike were measured, and water use efficiency and leaf area index were calculated for the irrigated and non-irrigated relay intercropping treatments and sole cropping controls. The results showed that yield, yield components, water use efficiency, and leaf area index in the relay intercropping treatments were affected by limited single drip irrigation during various growth stages of wheat and maize. The total yields in the relay intercropping treatment irrigated during the heading stage of wheat and the heading and anthesis stage of maize were the highest among all the treatments, followed by that irrigated during the anthesis stage of wheat and silking stage of maize;so was the water use efficiency. Significant differences occurred in most yield components between the irrigated and non-irrigated relay-intercropping treatments. The dynamics of the leaf area index in the relay-intercropped or solely cropped wheat and maize showed a type of single-peak pattern, whereas that of the relay intercropping treatments showed a type of double-peak pattern. Appropriately, limited single irrigation and controlled soil water content level could result in higher total yield, water use efficiency, and leaf area index, and improved yield components in relay intercropping. This practice saved the amount of water used for irrigation and also increased the yield. Therefore, heading stage of wheat and heading and anthesis stage of maize were suggested to be the optimum limited single irrigation time for relay-intercropped wheat and maize in the semi-arid area.     

集雨补灌冬小麦套作玉米复合群体生理生态特性研究

试验研究表明补充灌溉可加大复合群体冠层 大气温差。冬小麦和玉米套作全生育期叶片平均光合速率较单作分别提高 2 77%和 2 4 85 % ,且与产量呈显著正相关。关键期补充灌溉可提高复合群体内相对湿度 ,进而提高光合速率和作物产量 ,实施适量分次补灌技术可挖掘组分潜力。