调亏灌溉对冬小麦光合生理特性的影响及其优化农艺技术组合

在移动式防雨棚条件下．采用子母盆栽土培法和池栽微区试验相结合的方法,以冬小麦品种93中6为试验材料进行了调亏灌溉（Regulated deficit irrigation,RDI）试验研究,旨在了解调亏灌溉对小麦不同生育阶段生长动态、蒸腾速率（Tr）、光合速率（Pn）、光合产物积累与分配以及最终籽粒产量和水分利用效率（WUE）的影响,寻求适宜的调亏生育阶段（时期）和调节亏水度,为建立冬小麦RDI模式及其配套优化农艺方案提供理论依据。结果表明,适时适度的水分调亏显著抑制Tr,而Pn下降不明显;复水后Pn又具有超补偿效应,光合产物具有起补偿积累,且有利于向籽粒运转与分配;抑制营养生长,促进生殖生长。冬小麦调亏灌溉的适宜时段为三叶～返青,调亏度为40％FC（Field water capacity,FC）～60％FC,历时约55d;平均比对照增产0．88％～8．25％,节水12．80％～18755％,水分利用效率提高15．96％～32．98％。通过三因子正交旋转组合设计综合分析试验资料,分别建立了经济产量（Y）及水分利用效率（WUE）的数学模型。对模型的解析结果表明,当实施RDI时,可适当提高作物群体指标,并与施肥等其它农艺技术相结合,可以补偿RDI的负面效应。对所建数学模型进行目标联合仿真寻优,获得不同决策目标下RDI与农艺技术结合的优化方案。     

氮肥基追比对冬小麦调亏灌溉的调控作用

为了解氮肥基追比对冬小麦调亏灌溉的调控作用,比较分析了2种氮肥基追比(10∶0和6∶4)下调亏灌溉(水分亏缺阶段为返青至拔节期)对冬小麦产量和水分利用效率的影响差异。结果表明,返青至拔节期水分调亏显著降低冬小麦的叶面积,抽穗后在充分供水条件下对根系活力的影响表现出较长后效,且降低了花后旗叶MDA的积累速率,最终显著提高了产量及水分利用效率。与氮肥基追比10∶0处理相比,6∶4处理下开花期冬小麦的叶面积显著增加,抽穗后在土壤自然干旱条件下灌浆期光合速率明显提高,花后旗叶MDA含量降低,稳产性增强。可见,在冬小麦生育后期土壤水分较好的情况下,返青至拔节期水分调亏对产量有正效应;生育后期土壤较干旱情况下,追施氮肥可以提高冬小麦的抗旱能力。     

调亏灌溉下冬小麦根系分布与耗水的关系

为探明调亏灌溉下冬小麦根系分布与耗水的关系,在大田条件下,以ND09-1、济麦22、烟农15、石家庄8号和潍62036为材料,研究了起身期、拔节期、开花期、花后20 d和成熟期0～200 cm不同土层冬小麦耗水动态与根系总重、总长以及根干重密度(DRWD)和根长密度(RLD)垂直分布的关系.结果表明,石家庄8号和济麦22开花期根系总干重、根系总长度、80～120 cm土层DRWD和RLD值都显著大于其他品种,花后20 d至成熟期间80～140 cm土层水分消耗量也明显大于其他品种,最终千粒重和产量也显著高于其他品种.提高灌浆后期深层根量有利于增强小麦植株利用深层水分的能力,保证灌浆后期的水分供应,实现节水高产.     

苗期调亏灌溉对夏玉米植株抗倒伏性状的影响

针对黄淮海平原夏玉米生产中干旱和倒伏问题,选用浚单20和伟科702两个高产品种为材料,采取盆栽调亏灌溉的方法,在苗期设置4个干旱胁迫水平,并在拔节期复水至正常水平,研究苗期不同程度的水分亏缺对玉米植株抗倒伏性状及产量的影响。结果表明,轻度干旱胁迫能降低玉米乳熟期穗位系数及长粗比,增加茎粗系数、地上第3节茎秆的穿刺强度及茎秆拉力。此外,轻度干旱胁迫的气生根及总根条数、根干重和根冠比较对照也有明显提高。灌浆期单株总叶面积及产量随干旱胁迫呈先增高后降低的趋势,其中,千粒重的变化是造成产量差异的关键。苗期轻度干旱胁迫结合拔节期复水,可以改善玉米农艺性状,增强茎秆抗倒伏能力,提高玉米子粒产量。     

施氮对灌浆期冬小麦不同叶片SPAD值及光合速率的影响

为了解不同施氮水平下小麦叶片叶绿素含量和光舍速率的变化,以冬小麦小偃22为供试材料进行小区试验,测定和分析了施氮后冬小麦灌浆期不同叶片的SPAD值及光舍速率。结果表明,在同一施氮水平下,小麦植株不同叶片SPAD值及光舍速率均为：旗叶〉倒二叶〉倒三叶〉倒四叶,说明小麦叶片叶绿素含量及光舍速率在植株上的分布特征相对固定,受施氮水平的影响较小。在施氮量小于90kg／ha时,小麦各叶片SPAD值随施氮水平的增加而增大;当施氮量超过90kg／ha时,小麦各叶片SPAD值变化趋势不明显。随施氮水平的提高,小麦叶片的光合速率呈现出先增加后下降的趋势,施氮量为135kg／ha时光合速率最高。     

不同灌溉模式对杂交水稻生育后规根系生理特性和剑叶光合特性的影响

对杂交水稻组合红莲优6和两优1193在淹水灌溉和湿润灌溉两种灌溉模式下生育后期的根系和光合生理特性进行了比较分析。结果显示，湿润灌溉增大了水稻根系密度，提高了根系活力，相关分析显示根系密度与根系活力呈正相关（r1=0.66,r2=0.68)。齐穗期剑叶叶绿素含量处理间差异不显著，但成熟期湿润灌溉显著高于淹水灌溉，推测浸润灌溉有利于剑叶功能期的延长和光合速率的提高，湿润灌溉条件下，群体生长率和相对生长率均显著高于淹水灌溉，表明湿润灌溉有利于水稻生殖生长期的干物质积累，上述结果可能是湿灌处理条件下水稻单位面积的产量极显著高于淹灌处理的主要原因。     

灌水对黄淮海冬小麦叶片光合特性的影响

为了解灌水对黄淮海地区冬小麦光合特性的影响,以周麦18、豫农202、豫麦49、郑麦366、矮抗58等5个黄淮海主栽冬小麦品种为材料,比较和分析了越冬水、越冬水+拔节水、越冬水+拔节水+灌浆水3个不同灌水处理下冬小麦开花后叶面积指数、旗叶叶绿素含量、光合参数及水分利用效率的特点。结果表明,随灌水次数减少,小麦灌浆期叶片光合功能衰退加快,叶面积指数和叶绿素含量下降,旗叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率减小,胞间二氧化碳浓度增加,光合作用受非气孔因素的限制增大,同时叶片水分利用效率增加。在不同灌水条件下,矮抗58和郑麦366叶片水分利用效率均较高,而周麦18、豫麦49和豫农202叶片水分利用效率均较低。     

冬小麦不同冠层叶片光合蒸腾和水分利用效率变化特征及对灌溉的响应

为了解冬小麦不同冠层叶片光合和蒸腾作用特征以及随水分条件的变化规律,通过田间试验,以冬小麦京冬22为试验材料,设置0 mm（T₀）、220 mm（T₁）、280 mm（T₂）3种水分处理,比较分析了冬小麦不同冠层叶片净光合速率、蒸腾速率及水分利用效率对光合有效辐射和灌溉响应的差异。结果表明,三种水分处理下,冬小麦不同冠层叶片的蒸腾速率和光合速率随光合有效辐射的增加而增加,随后趋于平缓。不同冠层叶片蒸腾速率、光合速率对光合有效辐射的响应表现为上层>中层>下层;不同冠层叶片WUE对光合有效辐射的响应表现为上中层>下层。光合有效辐射相同时,灌水处理（T₁和T₂）的叶片光合蒸腾速率均高于不灌水处理（T₀）。T₁、T₂处理下,叶片光合速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为灌浆期>抽穗期>成熟期>拔节期,蒸腾速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为抽穗期>灌浆期>拔节期>成熟期;T₀处理下,叶片光合速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为灌浆期>拔节期>抽穗期>成熟期,蒸腾速率对光合有效辐射响应在冬小麦整个生育期内表现不显著。因此,在进行小麦叶片到单株光合蒸腾尺度拓展估算时,应考虑冠层位置和水分条件对拓展结果的影响。     

氮肥水平对限制灌溉下冬小麦旗叶光合性能及产量的影响

为了解氮素营养供应与小麦节水效果的关系,以周麦22为材料,采取大田试验研究了不同氮肥水平对限制灌条件下冬小麦旗叶光合性能及产量的影响。结果发现,与正常灌水相比,限制灌溉降低了小麦旗叶叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,提高了小麦旗叶胞间CO2浓度;限制灌溉条件下,与不施氮肥相比,增施氮肥能明显改善小麦旗叶光合性能。从产量来看,充分灌水有利于小麦产量提高,而限制灌溉条件下,灌水时期提前或增施氮肥能不同程度提高小麦产量。以上结果说明,增施一定量的氮肥能明显改善限制灌溉条件下冬小麦花后旗叶光合性能,提高小麦产量和水分利用效率。     

不同灌溉模式对杂交水稻生育后期根系生理特性和剑叶光合特性的影响

对杂交水稻组合红莲优6和两优1193在淹水灌溉和湿润灌溉两种灌溉模式下生育后期的根系和光合生理特性进行了比较分析。结果显示,湿润灌溉增大了水稻根系密度,提高了根系活力,相关分析显示根系密度与根系活力呈正相关(r1=0.66, r2=0.68)。齐穗期剑叶叶绿素含量处理间差异不显著,但成熟期湿润灌溉显著高于淹水灌溉,推测湿润灌溉有利于剑叶功能期的延长和光合速率的提高。湿润灌溉条件下,群体生长率和相对生长率均显著高于淹水灌溉,表明湿润灌溉有利于水稻生殖生长期的干物质积累。上述结果可能是湿灌处理条件下水稻单位面积的产量极显著高于淹灌处理的主要原因。     

滴灌量对冬小麦光合特性及干物质积累过程的影响

为了解滴灌冬小麦光合作用、干物质积累与滴灌量的关系,通过田间试验,在1管5行的毛管配置条件下,设置3 300、3 900和4 500m3·hm-2三个灌水定额处理(分别用处理A、处理B和处理C表示),研究了滴灌量对冬小麦光合速率、蒸腾速率等光合参数、干物质积累时间和速率、产量和水分利用效率的影响。结果表明,自拔节期至乳熟期,处理B的叶面积指数始终高于处理A和处理C。叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均随灌水量的增大而增加,而胞间CO2浓度和单叶水分利用效率分别呈下降和先升后降趋势,净光合速率增幅随灌水量的增加而下降。全生育期单株干物质积累总体上呈"S"型曲线变化,处理B和处理C的干物质积累快速增长期分别比处理A延长了3d和4d;干物质最大积累速率和产量均以处理B最高,其中处理B产量分别较处理A和处理C提高了7.09%和4.55%;灌溉水利用效率在处理A和处理B之间差异不显著,二者较处理C增加了29.61%和18.99%。在本试验条件下,滴灌小麦的适宜灌水定额为3 300~3 900m3·hm-2。     

渍害胁迫时期和持续时间对冬小麦产量及其构成因素的影响

为研究渍害胁迫时期和持续时间对小麦产量及其构成因素的定量化影响,以扬麦13号为供试品种,在拔节期、孕穗期和灌浆期,开展不同渍害胁迫持续时间（0、5、10和15 d）的盆栽试验,观测不同渍害胁迫处理下小麦产量及其构成因素的变化。结果表明,不同生育时期发生渍害胁迫均可导致小麦减产,且随渍害胁迫时间的延长,小麦产量下降均达到显著水平（P<0.05）。渍害胁迫造成的减产呈现为孕穗期>拔节期>灌浆期,渍害胁迫每增加1天,孕穗期、拔节期和灌浆期小麦单株产量分别下降0.79、0.59和0.48 g,表明孕穗期是小麦渍害胁迫的敏感期。此外,不同生育时期渍害胁迫对小麦产量构成的影响存在明显差异。拔节期渍害胁迫同时降低小麦株穗数、穗粒数和千粒重,但主要通过降低小麦穗粒数造成产量下降;灌浆期渍害胁迫对小麦株穗数和穗粒数的影响较小,主要通过降低千粒重造成小麦产量下降;孕穗期处于小麦从营养生长转为生殖生长阶段,此时发生渍害胁迫,对小麦株穗数和穗粒数的影响大于灌浆期,对千粒重的影响大于拔节期,因此,孕穗期渍害胁迫造成小麦减产最严重。为预防渍害胁迫造成小麦严重减产,应在孕穗期前后密切关注天气状况,在田间及时开沟排水。     

低压喷灌对冬小麦光合作用和叶绿素荧光特征的影响

为给低压喷灌的应用提供理论依据,以传统灌溉方式（地面畦灌）为对照,研究了不同水量低压喷灌对冬小麦叶绿素含量、叶绿素荧光、光合特性及产量的影响。结果表明,低压喷灌显著提高了冬小麦叶绿素含量,尤其表现在中后期旗叶上,衰老明显延缓;提高了PSⅡ反应中心的光能转化效率和开放比例,增强了光合电子的传递能力;显著增加净光合速率,降低细胞间CO₂浓度、蒸腾速率和气孔导度;低压喷灌的小麦干物质积累、最终产量均高于地面畦灌,以减量15%的低压喷灌产量最高。     

减氮对豫北限水灌溉冬小麦冠层结构和光合特性的影响

为了解节水栽培条件下冬小麦光合对减氮的反应,以豫北地区冬小麦为研究对象,在限水灌溉(春浇一水)条件下,以当地冬小麦生产中常规施氮量(底施氮量+追施氮量:120+210 kg·hm~(-2))为对照,设置不同减氮处理(底施氮量+追施氮量分别为120+150、120+90、120+0、0+0 kg·hm~(-2)),研究减氮对冬小麦冠层叶片和非叶器官形态特征、冠层光分布和光合速率的影响。结果表明,随施氮量的减少,小麦开花期单茎叶面积、上三叶面积及旗叶节以上非叶绿色器官面积均呈下降趋势,降幅分别为9.7%～28.0%、10.6%～30.3%和5.2%～16.8%,叶器官面积和上三叶面积下降幅度均高于旗叶节以上非叶绿色器官面积的下降幅度。减氮处理下,开花期上三叶长和宽分别减少4.4%～8.8%和11.8%～15.6%,叶片变窄变短,而倒四叶叶型无明显变化。另外,上三叶平均比叶重随氮肥减少总体呈增加趋势,表明适量减氮有助于改善上三叶叶片质量。随施氮量的减少,花后各叶层透光率呈增加趋势,其中灌浆中前期(开花至花后20 d)减氮处理的倒四叶层、倒三叶层、倒二叶层和旗叶层透光率分别比对照高39.0%、38.0%、23.8%和9.4%。随施氮量的减少,花后上三叶光合速率总体均呈先略升后降的趋势,其中旗叶和倒二叶光合速率在花后均以120+210 kg·hm~(-2)、120+150 kg·hm~(-2)和120+90 kg·hm~(-2)处理较高,且处理间差异较小,而倒三叶光合速率在开花至花后18 d均以120+150 kg·hm~(-2)和120+90 kg·hm~(-2)处理较高,分别比对照高38.7%和24.7%。这说明,减氮减少了冬小麦单茎叶面积,增加了非叶器官面积占单茎总光合面积的比例,且上三叶叶片变小,叶片质量提高,增加了花后冠层下部叶片受光比率,改善了冠层下部叶片的受光状况,有利于提高冠层下部叶片的光合速率。