水肥(氮)对小麦生理生态的影响 (Ⅰ)水肥 (氮 )条件对小麦光合蒸腾与水分利用的影响

光合速率在日出后随着光强的增强而急速升高,4月20日是小麦光合最强。净光合速率日变化随施氮量的增加而下降,水胁迫处理显著低于高水处理;不同时段变化净光合速率随施氮量和土壤含水量的增加而增加,但总的趋势是降低的。小麦蒸腾速率日变化总体趋势是在日出后随着光强的增强而急速升高、随光强的减弱而降低。小麦蒸腾速率日变化曲线为单峰型,中午最高。叶片蒸腾速率日变化随土壤水分供应增加而增加,随氮肥供应增加而下降;不同供水供氮条件下,叶片蒸腾速率的分异在日中尤其是上午比较明显。蒸腾速率从4月10日一直呈现下降趋势。小麦叶片水分利用率日变化曲线为"L"型,即早上较高,中午和下午都非常低。4月20日叶片水分利用率最高,5月10日最低。叶片对不同土壤水分和氮控制的反映为高氮低水高水分利用率,反之,则水分利用率较低。不同水、氮在上午对叶片水分利用率影响差异比较明显,下午则趋于一致。     

节水灌溉水稻叶片胞间CO2浓度及气孔与非气孔限制

为了揭示节水灌溉水稻叶片光合作用的气孔与非气孔限制特征,在研究节水控制灌溉水稻叶片胞间CO2浓度的动态变化规律基础上,进一步探讨了气孔限制与非气孔限制情况。结果表明：水稻叶片胞间CO2浓度呈现v型的日变化规律,在12:00－14:00达到最低值,非气孔限制指标Ci/C与气孔限制值Ls变化规律相反;节水灌溉条件下未出现重度水分亏缺,没有改变胞间CO2浓度与光合作用速率的关系;较低的土壤含水率情况下,控制灌溉水稻的叶片气孔限制值Ls出现增加,非气孔限制没有增加,光合速率没有出现明显降低;气孔限制值增大、光合速率增加的现象表明Ls夸大了叶片光合作用的气孔限制情况。与常规灌溉相比,节水灌溉水稻叶片胞间CO2浓度的变化及其与影响因子间的关系并未发生变化,节水灌溉水稻叶片光合作用的气孔限制有所增加,但光合速率未出现明显降低。     

氮素营养对干旱地区小麦光合生理的影响

对不同供氮条件下小麦光合速率、蒸腾速率、细胞间隙CO2浓度的分析表明,土壤水分胁迫下,细胞间隙CO2浓度日变化则呈"W"型,叶片光合速率和蒸腾速率日变化均呈单峰型,光合峰值出现在上午10:00前后,蒸腾峰值则出现在上午11:00前后;土壤水分胁迫下,过多施用氮肥可使作物细胞间隙CO2浓度下降,显著抑制叶片蒸腾和光合速率,合适的施氮量应保持在90kg/hm2左右。     

柑橘叶片气孔导度的环境响应模型研究

对柑橘叶片气孔导度的模拟研究结果表明 ,柑橘叶片气孔导度的环境响应模型中环境变量至少需含有光合有效辐射在内的 2个及其以上的环境变量 ;在温度较适宜的生长季除光合有效辐射外 ,环境变量对模型精度影响程度依次为饱和水汽压差 >叶片温度 >空气CO2 浓度 ;在温度和空气CO2 浓度变化较大的季节模型精确度则受单一环境变量和变量间交互作用的影响 ;3月份柑橘叶片气孔导度对环境因子的响应可采用Jarvis模型的G(Qp)g(De)形式 ,而 7月、11月和 3～ 11月份则均可采用G(Qp)g(De)g(Tl)形式描述     

滴灌冬小麦不同施氮量下光合-气孔导度耦合模拟和验证

针对华北平原冬小麦田过量施氮(N)现象,构建和参数化不同施N量下光合-气孔导度耦合模型有利于理解降低施N量对作物产量影响的生理基础。该文于2013—2014年连续2个生长季在滴灌冬小麦田设置3种施N量:290、190和110 kg/hm2,开展了光合及相关生理因子的测定,确定了光合-气孔导度耦合模型关键参数。结果表明:最大羧化速率V_(cmax)在84.5~153.3μmol/(m2·s)之间变化,V_(cmax)与叶片N含量之间的可用线性关系来量化;最大电子传递速率J_(max)在156.5~236.2μmol/(m2·s)之间变化,二者比值在处理间差异不显著;推导光合模型和气孔导度Ball-Berry模型联立的解析解来求解耦合模型,能较好模拟光合速率日进程,对2次测定模拟的平均绝对误差分别为2.11和2.23μmol/(m2·s)。通过对环境因子及生理因子差异的综合分析,模型可用于模拟施N条件下的光合速率变化,从而为较准确地预测小麦产量奠定基础。     

CO_2浓度、氮素和水分对春小麦碳素固定的影响

试验设350μmolmol-1和700μmolmol-12种CO2浓度水平,湿润、干旱2种水分处理和施N0、50、100、150和200mgkg-15个水平。结果表明,CO2浓度增加,春小麦地上部碳固定量和碳固定总量均增加,但与氮肥施用水平有关。在中氮和高氮时,CO2浓度增高,地上部碳固定量和碳固定总量明显增加,而不施氮肥和低氮时,增加则不明显。不同水分处理地上部碳固定量和碳固定总量也没有明显差别,这表明,CO2浓度升高对氮素和水分胁迫及对春小麦碳固定并没有补偿作用。     

开放式空气CO2浓度升高对小麦冠层微气候的影响

利用农田开放式CO2 浓度升高 (Free-air CO2 Enrichment,简称FACE)系统平台,于小麦拔节-成熟期进行作物冠层微气候要素的连续观测.结果表明:FACE条件下叶片气孔导度低于对照,倒一、倒二、倒三叶的气孔导度比对照平均分别减少了28%、32%和26%,均达极显著水平(p<0.01);由于叶片气孔导度降低使得蒸腾降温作用减弱,导致白天FACE条件下小麦的冠层温度升高,开花-蜡熟期平均升高0.77℃,抽穗后最高达1.58℃;FACE系统中,白天小麦冠层内部空气温度比对照高0.12～0.98℃(最大差值),冠层顶部空气温度高0.03～0.7℃(最大差值),但冠层空气湿度均低于对照,冠层中部空气湿度最低差值在-0.3～-7个百分点;FACE处理对小麦冠层上方净辐射的影响不大.     

大气 CO2 浓度升高对水稻氮代谢影响的研究进展

自工业革命以来,大气中浓度不断升高的CO2对C3植物生长发育的影响十分显著。CO2浓度升高条件下,植物光合作用增强,C同化产物增多,C、N代谢的平衡受到影响,植株N代谢发生变化。水稻(Oryza sativa L.)作为世界上最主要的食物来源之一,其N素营养状况的变化必然引起人类食物品质的改变,近年来已成为人们关注的焦点。本文结合气室条件的研究结果,从水稻N吸收和N积累量、N浓度、N代谢相关酶、不同形态的N(主要是蛋白氮)、C/N比、根系含N分泌物以及N与光合适应的关系等方面,重点收集和整理开放式空气中CO2浓度升高(FACE,Free Air Carbon-dioxide Enrichment)条件下水稻对N素的吸收、分配和利用等方面的研究进展,并对有待进一步深入的问题进行了探讨。     

孕穗开花期持续低温对不同熟期水稻气孔导度的影响

分别以 9023、9035、9036为早熟、中熟、晚熟水稻的代表品种,应用人工气候箱在孕穗开花期进行低温处理,旨在分析沈阳地区孕穗开花期不同强度低温对不同熟期水稻叶片气孔导度的影响。低温设置以前一天相同时刻的温度值为基准,设比外界温度低3℃（D3）和低5℃（D5）两个处理水平,持续处理5d,以自然条件下生长的水稻为对照（CK）,利用LI-6400光合测定仪测定水稻倒2叶的CO2响应曲线和光响应曲线。结果表明：（1）CO2响应过程中,与CK相比,D3和D5的持续低温处理皆可导致9035和9036的气孔导度显著降低,而9023（早熟）仅D5的持续低温导致其气孔导度降低;（2）光响应过程中,与CK相比,D3和D5的持续低温处理使9035（中熟）和9036（晚熟）气孔导度降低,且降低幅度随低温强度的增强而增大,但持续低温处理显著增加了9023（早熟）的气孔导度（P<0.01）;（3）气孔限制是引起9035（中熟）遭遇低温后光合速率下降的主要原因,而9023（早熟）和9036（晚熟）光合速率的变化主要由非气孔限制导致。说明中熟（9035）和晚熟（9036）水稻品种对低温处理响应较敏感,而早熟（9023）品种对低温不敏感。     

遮荫条件下O_3胁迫对冬小麦气孔导度影响的模拟

为了探究在遮荫条件下地表O3浓度增加对冬小麦气孔导度的影响,开展了两种不同强度遮荫与开顶式气室（OTC）相结合的大田试验,设置3个处理组：O3浓度为（100±9）nL.L-1结合（60±5）%遮荫的处理组（T1）;O3浓度为（100±9）nL.L-1结合（20±5）%遮荫的处理组（T2）;O3浓度为（100±9）nL.L-1不作遮荫的处理组（CK）。利用SC-1型气孔导度仪测定了3个处理组冬小麦不同生育期的气孔导度值。综合分析了生育期和O3胁迫,以及水汽压差（VPD）、温度（T）、光照（PAR）环境因子的变化对冬小麦气孔导度的影响,采用修正后的Jarvis非线性气孔导度模型模拟了3个处理组的气孔导度值。结果表明：遮荫对大田环境因子均产生了影响,其中,T1、T2处理组8：00—16：00点的平均温度和水汽压差较CK相比分别下降了5.6℃、4.1℃和0.84kPa、0.74kPa;用该模型得到的气孔导度模拟值与观测值进行了比较,R2=0.88,表明模型模拟效果良好;同时,根据O3吸收通量模型计算出T1、T2和CK处理组在整个O3熏蒸时期,冬小麦O3累积吸收通量分别为14.92、15.52、16.23mmolO3.m-2,并由此建立了O3吸收通量（x）与干物质损失（y）的关系分别为：y=1.0-0.038x和y=1.0-0.022x,表明在相同O3胁迫条件下,遮荫导致了冬小麦O3累积吸收通量的差异,在60%和20%遮荫条件下,O3吸收通量增加10mmol.m-2,与CK相比,其干物质累积损失分别为38.0%和22.0%。     

CO_2浓度升高对万寿菊生长发育与光合生理的影响

为探究经济花卉万寿菊响应CO_2浓度升高的生理机制,以万寿菊金币品种为试材,利用OTC(open top chamber)系统进行CO_2浓度控制试验,测定了万寿菊形态特征、叶片组织结构、光合色素含量、光合作用及糖类代谢物的变化。结果表明,本试验种植的万寿菊维管束中无"花环状"结构,是菊科中的C_3植物。CO_2浓度升高后,万寿菊叶片栅栏组织增多,栅栏组织内的叶绿体数量增加,光合色素含量增加,净光合速率增强,气孔导度和蒸腾速率在现蕾期和初花期下降,而在盛花期增加,水分利用率在各生育时期均增加。此外,CO_2浓度升高后,万寿菊叶片中还原糖含量、可溶性总糖含量、淀粉含量、纤维素含量均增加。植株的株高、茎粗、单株茎秆重、单株总生物量均有增加,花朵总产量增加27.46%。综上可知,CO_2浓度升高促进了万寿菊叶片光合作用和碳代谢,有利于万寿菊的生长发育。本研究结果有助于揭示万寿菊响应CO_2浓度升高的生理机制,为未来的万寿菊生产开发提供了依据。     

开放式臭氧浓度升高对水稻叶片光合作用日变化的影响

运用开放式臭氧浓度升高系统（O3-FACE：Ozone-free air controlled enrichment）平台,以武运粳21（粳稻）和两优培九（杂交稻）两个耐性不同的品种为材料,研究了大气臭氧浓度升高对水稻叶片光合作用日变化的影响,旨在为高臭氧浓度条件下水稻生产和国家粮食安全的制定提供理论依据。结果表明,臭氧胁迫未改变光合作用日变化规律,处理和对照下净光合速率和气孔导度日变化相似,均呈现单峰曲线,高峰值出现在11：00—15：00之间;胞间CO2浓度日变化趋势与气孔导度和净光合速率日变化不一致;臭氧处理55 d对净光合速率和气孔导度影响较小,随着处理时间的延长,相关指标降低幅度变大,而胞间CO2浓度没有降低,说明臭氧对水稻的影响是一个累积过程,净光合速率降低的主要因素是由非气孔限制引起的;武运粳21的净光合速率和气孔导度在臭氧处理时的降低幅度小于两优培九,这种品种间的差异表明武运粳21比两优培九对臭氧耐受性强。     

不同土壤水分条件下玉米叶片/冠层气孔导度的光谱监测模型

通过玉米水分控制试验,测定不同水分条件下各生育期叶片气孔导度、叶面积指数和冠层光谱反射率等,以分析玉米叶片气孔导度的变化规律及其与光谱植被指数的相关性,从而建立基于光谱植被指数和土壤湿度的叶片气孔导度模型。结果表明：玉米在可见光区和近红外中、长波区的反射率随着土壤水分的降低而上升,但叶片气孔导度（Gs）、叶面积指数（LAI）、比值植被指数（RVI）和归一化植被指数（NDVI）随着土壤水分的下降而降低;玉米NDVI和RVI与单叶片和冠层气孔导度均呈极显著指数函数关系（P〈0.01）,且对单叶片气孔导度的拟合效果优于对冠层导度的拟合效果,而经土壤湿度订正的RVI监测模型优于NDVI监测模型。表明通过测定冠层反射光谱率可实时、迅速地定量监测玉米叶片的气孔导度,为大面积作物气孔导度估算奠定基础。     

大气CO2浓度和气温升高对大豆叶片光合特性及氮代谢的影响

以大豆品种“中黄35”为材料,利用人工气候室,设置对照CK（CO2浓度和气温与外界测定值相同）、EC（CO2浓度为外界测定值+200μmol·mol–1,气温与外界测定值相同）、ET（CO2浓度与外界测定值相同,气温为外界测定值+2℃）、ECT（CO2浓度为外界测定值+200μmol·mol–1,气温为外界大气测定值+2℃）共4个处理。大豆整个生育期均种植在人工气候室内,在大豆鼓粒期（8月12日）利用相对叶绿素仪测定大豆叶片相对叶绿素含量,利用便携式气体交换系统测定光合参数,利用便携式光合测量系统测定光响应曲线和CO2响应曲线,并测定叶片氮代谢相关指标,以研究CO2浓度升高200μmol·mol–1和气温升高2℃对鼓粒期大豆叶片的光合特性和氮代谢关键指标的影响。结果表明：（1）ET处理鼓粒期大豆叶片相对叶绿素含量（SPAD）显著增加,EC和ECT处理对其影响不明显。（2）各处理鼓粒期大豆叶片气孔导度（Gs）均显著下降。ET处理中,叶片净光合速率（Pn）、水分利用效率（WUE）显著下降,EC处理对其影响不大,但是可以提高叶片水分利用效率（WUE）,改善气温升高对叶片的负面影响。（3）EC和ET处理鼓粒期大豆叶片最大净光合速率（Pnmax）均显著下降,ECT处理对其影响不显著。（4）EC处理中,鼓粒期大豆叶片CO2补偿点（Γ）、饱和胞间CO2浓度（Cisat）、光呼吸速率（Rp）均显著增加,ET和ECT对其影响不大。各处理均使鼓粒期大豆叶片最大净光合能力（Amax）下降。（5）EC处理鼓粒期大豆叶片硝酸还原酶（NR）活性和可溶性蛋白含量均显著下降,但是ET和ECT处理叶片可溶性蛋白含量显著增加,硝酸还原酶（NR）活性变化不显著,各处理均降低了谷氨酰胺合成酶（GS）的活性。总之,CO2浓度升高200μmol·mol–1可以改善气温升高2℃对鼓粒期大豆叶片光合作用的负面影响,但对氮代谢有抑制作用,而气温升高2℃可以一定程度上缓解CO2浓度升高200μmol·mol–1对鼓粒期大豆叶片氮代谢的抑制作用。     

大气CO2浓度升高对作物根际土壤氮的影响

利用FACE（Free air carbon dioxide enrichment）技术,在两种氮肥施用（低氮LN和常规氮NN）水平下,研究CO：浓度升高对水稻和小麦收获后根际和非根际土壤硝态氮、铵态氮和有机氮的影响。结果表明,相对于对照CO2浓度处理,高CO2浓度处理在显著增加作物生物量的前提下,使水稻季根际土壤硝态氮含量降低,NN水平下降低明显,小麦季变化不大,高CO2浓度处理对作物根际的影响大于非根际。高CO2浓度对土壤铵态氮含量的影响不显著,仅小幅度增加了水稻季和降低了小麦季土壤铵态氮含量,且根际降低幅度大于非根际;增加氮肥施用使土壤铵态氮含量在高CO2浓度处理增加幅度低于对照。高CO2浓度处理并没有显著增加有机氮的含量,在小麦季作物对土壤有机氮的贡献大于水稻季,且增加氮肥施用条件下根际对有机氮的贡献较大。     

大气CO2浓度的升高、施氮及土壤水分对春小麦干物质积累和氮吸收的影响

Spring wheat (Thiticum aestivum L.cv.Dingxi No.8654) was treated with two concentrations of atmospheric CO2 (350 and 700 μmol mol^-1),two levels of soil moisture (well-watered and drought) and five rates of nitrogen fertilizer(0,50,100,150,and 200 mg kg^-1 soil) to study the atmospheric CO2 concentration effect on dry matter accumulation and N uptake of spring wheat.The effects of CO2 enrichment of the shoot and total mass depended largely on soil nitrogen level,and the shoot and total mass increased significantly in the moderate to high N treatments but did not increase significantly in the low N treatment.Enriched CO2 concentration did not increase more shoot and total mass in the drought treatment than in the well-watered treatment.Thus,elevated CO2 did not ameliorate the depressive effects of drought and nitrogen stress.In addition,root mass decreased slightly and root/shoot ratio decreased significantly due to CO2 enrichment in no N treatment under well-watered condition.Enriched CO2 decreased shoot N content and shoot and total N uptake;but it reduced root N content and uptake slightly.Shoot critical N concentration was lower for spring wheat grown at 700 μmol mol^-1 CO2 than at 350μmol mol^-1 CO2 in both well-watered and drought treatments. The critical N concentrations were 16 and 19 g kg^-1 for the well-watered treatment and drought treatment at elevated CO2 and 21 and 26 g kg^-1 at ambient CO2,respectively. The reductions in the movement of nutrients to the plant roots through mass flow due to the enhancement in WUE (water use efficiency) and the increase in N use efficiency at elevated CO2 could elucidate the reduction of shoot and root N concentrations.     

高大气CO2浓度下遮阴对小麦叶片气孔特性及光合特性的影响

以高大气CO₂浓度和遮阴为处理手段,研究高大气CO₂浓度和遮阴对小麦叶片光合生理的影响。结果表明,与全光照相比,遮阴使小麦叶片的气孔长度增加了22.93%和10.23%,而气孔宽度减小了30.00%和30.22%,气孔面积降低了17.99%和18.11%,周长增加了16.80%和6.85%,气孔密度降低了6.61%和23.78%,气孔指数降低了5.99%和14.23%。与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度使小麦叶片的气孔面积增加了1.91%和1.95%,使全光照处理的小麦叶片的气孔密度降低了14.33%;使遮阴处理的小麦叶片的气孔密度增加了5.00%。与全光照相比,遮阴使小麦叶片的气孔导度和蒸腾速率降低了56.11%、53.21%和40.57%、49.27%,而光合速率没有得到提高,这可能是小麦叶片对高大气CO₂浓度发生了“光适应”。与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度降低了小麦叶片的气孔导度。小麦叶片的气孔长度和宽度与光合速率有显著相关性。     

氮胁迫对玉米单根径、轴向水力导度的影响

氮亏缺影响地上部生长的生理机制之一可能与其对根水力导度的影响有关。为此 ,本文利用蒸腾计法和解剖学方法分别研究了氮亏缺对玉米单根径、轴向水力导度的影响。结果表明 ,氮亏缺条件下 ,玉米单根的径向和轴向导度明显下降 ,其径向导度对水孔蛋白抑制剂HgCl2不敏感。不同氮处理轴向导度差别的主要原因在于成熟的后生木质部导管数目和直径的减少。     

高CO2浓度和遮荫对小麦叶片光能利用特性及产量构成因子的影响

CO2和光能是植物光合作用的动力和底物,它们的变化必然引起植物光合特性和生长的变化。研究大气CO2浓度和光强变化对植物光合生理的影响,有利于认识作物对全球生态变化的生理响应机制。试验以高大气CO2浓度和遮荫为处理手段,通过测定小麦(Triticum aestivum)旗叶的光合气体交换参数、光强光合速率响应曲线和产量构成因子,分析光强光能利用效率之间的关系,研究高大气CO2浓度(760μmol.mol 1)和遮荫对小麦叶片光合特性及产量构成因子的影响。结果表明,高大气CO2浓度下,小麦叶片的净光合速率(Pn)增加;同时最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)显著升高;遮荫处理使小麦叶片的Pnmax、LSP、LCP降低。正常光照下大气CO2浓度升高使小麦叶片呼吸速率(Rd)显著下降,遮荫后大气CO2浓度升高对Rd无显著影响。大气CO2浓度升高能显著提高小麦叶片表观量子效率(AQY),而遮荫对AQY的影响因大气CO2浓度而异,高大气CO2浓度下遮荫使AQY显著提高,正常大气CO2浓度下遮荫则使AQY明显下降。高大气CO2浓度下遮荫使小麦株高、穗长增加,而穗粒数、单株穗粒重、千粒重减小。受光合特性的变化和光强限制,高大气CO2浓度下遮荫使小麦叶片呼吸增强,导致Pn下降,不利于干物质积累和籽粒产量的形成。     

土壤微生物对大气CO_2浓度升高的响应研究

土壤微生物对大气CO2浓度升高的响应是全面评价大气CO2浓度变化对陆地生态系统影响的关键。文章简要回顾了人工控制微域生态环境CO2浓度增高的研究技术及其发展,并着重介绍了新兴的FACE(Free-air CO2enrichm ent,开放式空气CO2浓度增高)研究手段,进而从土壤微生物区系和生物量、微生物呼吸和酶活性、菌根菌侵染和根瘤共生、土壤硝化和反硝化四个方面综述了大气CO2浓度升高影响土壤微生物的试验报道结果,最后结合新兴的土壤微生物分子生态学研究手段论述了该领域今后应关注开展的主要方向。