节水灌溉条件下水稻气孔导度模型的改进

为了研究节水灌溉条件下水稻叶片气孔导度与相关因子的响应关系模型,于2006年在河海大学国家重点实验室昆山试验研究基地进行了田间试验。根据实测资料分析了水稻气孔导度与各影响因子的响应关系,引入了水稻叶片叶气温差改进了气孔导度模型,并对两类气孔导度改进模型进行了比较。结果表明：改进的气孔导度模型在节水灌溉条件下具有更高的模拟解释能力;基于Jarvis模型改进的气孔导度模型比Leuning-Ball改进模型具有更好的模拟效果。推荐Jarvis改进气孔导度模型作为节水灌溉条件下的水稻叶片气孔导度响应模型。     

自然条件下半干旱雨养春小麦生育后期旗叶光合的气孔和非气孔限制

为探究半干旱地区雨养春小麦旗叶的光合作用限制因素、不同生育期差异及其适应策略,分析了大田条件下春小麦旗叶在抽穗期和灌浆期光合生理特征的动态变化规律,探讨了自然条件下光合作用的气孔与非气孔限制特征。结果表明:净光合速率日变化趋势在抽穗期和灌浆期分别为单峰型和双峰型,峰值相当,为18.5μmol(CO2)·m-2·s-1左右。气孔导度具有与净光合作用几乎相似的日变化规律,胞间CO2浓度大致为上午下降、下午回升。胞间CO2浓度变化除受光合作用消耗和气孔限制共同作用外,下午时段叶肉导度增大,也影响胞间CO2浓度变化。在抽穗期和灌浆期,春小麦旗叶光合作用速率与气孔导度相关性十分显著,相关系数分别达0.916(P=0.000)和0.945(P=0.000)。并且2个生育期均出现明显的光合气孔限制,抽穗期达0.64,灌浆期为0.53。其中,抽穗期气孔导度对饱和水汽压差响应十分敏感,下午出现较为明显的气孔限制;灌浆期中午出现较为明显的光合"午休"现象,其主要原因是半干旱区较大饱和水汽压差和强烈辐射致使气孔关闭,气孔限制达到极大值,并且非气孔限制因素也较为突出。抽穗期至灌浆期,由于气孔对饱和水汽压差敏感性的下降以及"午休"策略,光合气孔限制逐渐减小,是春小麦在半干旱地区维持较高光合速率和保证产量的重要自适应机制。     

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。     

城市绿地节水灌溉的土壤水分诊断层研究

在干旱、半干旱地区,水资源严重不足是城市绿化面临的瓶颈问题之一,节水灌溉必须依据土壤水分状况与植物生理状态进行。本文选取属于温带半干旱季风气候的天津开发区为研究区域,通过对本特草草坪、高羊茅草坪和泡桐行道树带3类城市绿地在一个生长周期内的土壤水分含量与相应的植物光合速率、蒸腾速率、气孔导度、气孔阻力等生理指标的原位试验资料之相关统计分析,提出"土壤水分诊断层"概念,即水分诊断层是气孔导度与土壤含水量呈极显著或显著相关且系数最高的土层;并对各绿地的土壤水分诊断层深度作了初步划分:本特草草坪为距地表20cm深度处土层,高羊茅草坪为距地表50cm深度处土层,泡桐绿地为距地表40cm深度处土层。由此可见,对于不同绿地类型,节水灌溉的水分诊断层具有差异性,建议实践中以诊断层含水量判断灌水时期,从而达到以较少的水资源实现城市绿地用水需求的目的。     

水分胁迫对夏玉米胞间CO2浓度、维管束鞘细胞CO2泄漏和叶片碳稳定同位素的影响

通过盆栽试验,采用碳稳定同位素技术和LI-6400便携式光合仪分析探讨了不同水分条件对夏玉米各典型生育期胞间CO2浓度(Ci)、维管束鞘CO2泄漏率(φ)和叶片碳稳定同位素判别值(Δ13C)的影响,并研究了它们之间的关系。试验设四个水分条件:分别为田间持水量的75%~100%(W1),50%~75%(W2),30%~50%(W3),0~30%(W4)。结果表明:(1)夏玉米拔节期水分胁迫时气孔关闭导致了Ci降低。在孕穗、抽雄和灌浆期,W1、W2和W3处理下Ci依次降低。W4处理由于严重干旱而导致Ci大于W2和W3处理;成熟期叶片的老化导致了Ci在成熟期随着水分胁迫的增加而增加;(2)叶片Δ13C和Ci/Ca的关系受水分条件和生育期双重影响,从拔节到灌浆,叶片Δ13C在W1、W2和W3三种处理中的变化趋势与Ci/Ca一致,而成熟期则不一致;W4处理的叶片Δ13C从孕穗到灌浆的变化趋势与Ci/Ca一致,其余生长期不一致。而在各水分处理下,叶片Δ13C与φ均呈极显著正相关,且φ对叶片Δ13C的影响均大于Ci/Ca;(3)在不同水分处理中,φ的变化和叶片Δ13C的变化一致。W1、W2和W3处理下,φ随着水分胁迫的增加而降低,但严重水分胁迫会增加φ。     

水肥(氮)对小麦生理生态的影响 (Ⅱ )水肥 (氮 )对小麦叶片细胞间隙CO_2 浓度和气孔导度的影响

小麦叶片细胞间隙CO2浓度Cint全天最高值出现在早上,其日变化曲线呈"　　"型。Cint日变化在9:00后,大致呈现随施氮量增加而下降的趋势。在午前,低水处理Cint日变化较高水处理要高,午后则下降到较低的位置。各处理Cint时段变化随施氮量增加而下降,土壤水胁迫处理Cint各时期最低。小麦叶片气孔导度(Gs)在中午达到峰值,其日变化呈现"W"字型。4月20日Gs最高。Gs日变化随施氮量的增加而下降;低水叶片Gs在上午相对较高,下午则相反。Gs时段变化,低氮处理相对较高,高水与胁迫处理Gs较其它处理显著降低。     

大气CO2浓度倍增和高温对玉米气孔特征及气体交换参数的影响

为深入了解未来大气CO2浓度升高背景下玉米气孔特征及气体交换过程对高温的响应机理,该研究利用人工气候室,探究在大气CO2浓度400 μmol/mol（C400）和800 μmol/mol（C800）下,不同温度处理（昼/夜）25/19 ℃、31/25 ℃和37/31 ℃对玉米气孔特征及气体交换参数的影响机理。结果表明：1）CO2浓度升高对玉米气孔密度的影响并不显著（P > 0.05）,增温却导致玉米不同轴面气孔密度均显著增加（P < 0.001）;不同轴面气孔密度的增加幅度均随温度升高而增大,叶片气孔密度对环境温度升高的响应呈现出非线性变化趋势。2）将环境温度由25/19 ℃增加到37/31 ℃导致C400和C800处理下玉米蒸腾速率（Tr）分别提高57%和84%,且不同轴面的气孔密度均与Tr之间存在较好的线性相关关系（近轴面R2=0.69;远轴面R2=0.71）。3）当温度从25/19 ℃升高到31/25 ℃,2个CO2浓度处理下玉米的Pn分别提高23%和21%,但环境温度提高到37/31 ℃却导致Pn分别降低24%和13%,说明高温环境（37/31 ℃）对光合反应位点造成生理伤害,而高浓度CO2缓解了高温对玉米造成的生理胁迫。同时,37/31 ℃条件下玉米叶片光合系统II（PSII）最大光化学效率（Fv/Fm）显著降低的结果也直接支持了上述结论。研究结果有助于从气孔特征的角度深入了解 CO2 浓度和温度升高对玉米叶片气体交换过程产生的影响,为未来气候变化背景下实现农作物绿色高效提质增产提供理论依据。     

CO2浓度和温度对玉米光合性能及水分利用效率的影响

利用可精准控制CO2浓度的大型人工气候室,探讨提高CO2浓度和温度对玉米生长、气体交换参数、荧光参数及水分利用效率的影响。结果表明,温度显著影响玉米的生长过程,但CO2浓度对玉米的生物量、叶面积和株高的变化均未产生显著影响。另外,在25/19℃和31/25℃温度条件下,净光合速率(Pn)对温度的响应并没有受到CO2浓度的影响,但在37/31℃高温环境下,CO2浓度升高导致玉米的Pn显著提高16.4%(P<0.05),表明在高温条件下,升高CO2浓度能增加玉米的净光合速率。此外,玉米叶片的水分利用效率(water use efficiency,WUE)随温度升高而显著下降,但CO2浓度升高条件下的玉米叶片WUE明显高于自然CO2浓度,表明CO2浓度升高可以降低升温对玉米叶片WUE的影响。但在不同环境温度条件下,CO2浓度升高缓解高温对叶片WUE产生影响的机理存在差异,较低温度时CO2浓度升高通过降低叶片的蒸腾速率提高WUE,而在高温条件下主要是由于CO2浓度升高能有效缓解高温对Pn的伤害,进而促进叶片WUE的提升。研究结果可为深入理解未来气候变化对玉米生长及水分利用效率产生的影响提供参考,为应对气候变化的农田管理策略制定提供数据支撑和理论依据。     

稻田CO2排放对大气CO2浓度升高的响应

利用FACE (free-air carbon dioxide enrichment)平台,采用静态暗箱-气相色谱法,研究了大气CO2浓度升高对稻田土壤CO2通过土壤-大气(土气)和植被-大气(植气)界面排放的影响.在整个水稻生长季中,土气界面CO2排放通量与土壤表面水层深度指数负相关,且在中期烤田和收获前排水阶段出现较大值;而植气界面CO2排放通量与根系生物量的变化趋势基本一致.在低氮(N 125 kg/hm2)和常氮(N 250 kg/hm2)水平上,高浓度CO2(对照大气CO2浓度+200 μmol/mol)有提高水稻生物量、降低土气和植气界面CO2累积排放量的趋势.在水稻的拔节、抽穗和成熟期,较高的施氮量显著增加水稻地上部分生物量,促进植气界面CO2的排放.研究结果表明,未来大气CO2浓度升高的环境下,稻田生态系统有增加CO2的固定(增加水稻生物量),减少CO2的排放(土气和植气界面CO2的排放)的趋势,可能发挥着碳汇的作用.     

水分亏缺对滴灌柑橘光合和产量及水分利用效率的影响

为揭示滴灌水分亏缺对柑橘叶片光合特性、产量与水分利用效率的调控效应,以7 a生"不知火"柑橘为试材,在果实膨大期(Ⅲ)、果实成熟期(Ⅳ)各设置4个亏水处理,即轻度亏水(LD)、中度亏水(MD1)、偏重度亏水(MD2)和重度亏水(SD)处理,并设置1个对照处理(CK),分析柑橘叶片光合特性、产量及水分利用效率对滴灌水分亏缺的响应规律。结果表明:与CK相比,Ⅲ-LD处理叶片气孔导度显著降低(P0.05),羧化速率、净光合速率均无显著差异(P0.05),Ⅳ-LD处理蒸腾速率显著降低(P0.05)且叶片瞬时水分利用效率提高36.61%(P0.05);与CK相比,Ⅲ期、Ⅳ期叶片气孔限制值随亏水度加剧增大;与CK相比,Ⅲ期、Ⅳ期各亏水处理的耗水量随亏水度加剧降低。Ⅲ-LD、Ⅳ-LD处理的产量与CK无显著差异(P0.05),但水分利用效率提高13%、9.5%,WUEI提高11%和6.87%(P0.05)。因此,滴灌柑橘Ⅲ期、Ⅳ期轻度亏水处理在保证产量条件下,可节约灌溉用水且提高水分利用效率,是柑橘适宜的滴灌水分亏缺模式。     

CO2浓度升高和磷素亏缺对黑麦草气孔特征及气体交换参数的影响

为深入理解未来大气CO2浓度升高背景下草地生态系统结构与功能响应土壤磷亏缺的潜在机理,该研究利用可精准控制CO2浓度的大型人工气候室,探讨了正常CO2浓度400 μmol/mol、升高CO2浓度800 μmol/mol和磷素供应水平（0.004、0.012、0.02、0.06、0.1和0.5 mmol/L）对黑麦草气孔特征及其气体交换过程的影响。结果表明,CO2浓度升高使供磷水平0.1和0.5 mmol/L的气孔密度增加约35%（P=0.012）和25%（P<0.001）,但却减小气孔开度13%（P=0.002）和12%（P=0.005）,且导致供磷水平为0.06 mmol/L的黑麦草气孔分布更加规则。同时,CO2浓度升高还导致供磷水平0.1和0.5 mmol/L的净光合速率显著增加8.6%（P=0.002）和15.8%（P<0.001）,从而提高黑麦草的水分利用效率。另外,不同供磷水平明显改变了植株生物量及其分配,且高浓度CO2对较高磷水平时地上生长产生更强的施肥效应。研究结果将为深入理解草地生态系统对大气CO2浓度升高和土壤磷素亏缺的响应机理提供理论依据和数据支撑。     

控制灌溉水稻气孔导度变化规律试验研究

根据江西示范区的现场试验资料,分析了晚稻叶片气孔导度的日变化以及全生育期内的变化规律,分析了控制灌溉条件下叶片气孔导度与外界影响因子等的相互关系,并对气孔导度进行了模拟。结果表明：气孔导度在不同的土壤水分条件下表现出不同的日变化规律,较低的土壤水分加大了其在中午的下降幅度;全生育期气孔导度先升后降,并随土壤水分降低而降低,灌水后出现反弹;叶气温差是影响气孔导度的关键因素;在一定的空气温度和CO₂浓度范围内,气孔导度随之增加而增加,超出该范围后,则出现下降趋势。引入叶气温差考虑土壤水分与植物水分亏缺的影响,建立了改进的Leuning-Ball模型,模型对大田试验数据的解释能力有所提高。     

不同沟灌方式下玉米叶片气孔阻力差异

气孔调节在作物适应不同水分环境中起着重要作用,为了阐明作物在不同沟灌措施下的气孔活动规律,在大田分区试验中研究了交替非充分供水与常规沟灌下玉米叶片气孔阻力差异及气孔对水汽传导的贡献。结果表明,在叶片尺度上,玉米叶片气孔阻力自叶基至叶尖处梯度递减;在群体上,叶片气孔阻力自冠层上层向下层呈垂直递增趋势;群体上层叶片气孔阻力相对较小。玉米叶片正面气孔对CO2和水汽的传导贡献大于反面;除玉米苗期外,气孔对CO2和水汽传导贡献的80%以上来自于冠层上、中部叶片。在玉米营养生长阶段,不同叶序的叶片气孔阻力随叶龄的增大而增大,交替非充分供水加大了不同叶龄叶片之间的气孔阻力差异。在玉米生殖生长阶段,较为成熟的玉米叶片气孔阻力受叶龄的影响不明显。与常规沟灌比较,交替非充分供水增大了叶片反面气孔收缩程度,对水分亏缺反应更为敏感,冠层由顶叶至底叶的叶片气孔阻力呈垂直梯度递增,引起气孔导度快速衰减,从而提高了群体上层气孔对水汽的传导贡献。因此,玉米气孔阻力大小受到沟灌方式和土壤水分状况的调控,还与叶龄、叶面积指数等环境因素及气孔自身特性有关,其研究对控制灌溉及土壤—植物—大气连续体(Soil—plant—atmosphere continuum,SPAC)水汽循环研究具有理论意义。     

农业灌溉节水评价指标与尺度问题

该文探讨了农业灌溉节水的评价指标与尺度问题,指出产生节水灌溉尺度现象的原因是由于灌溉过程中回归水的重复利用。讨论了在不同尺度下的水平衡要素及其在节水尺度效应中的作用;说明随尺度的增大,水平衡过程变得复杂化,节水尺度效应现象也更突出。指出由于尺度效应的存在,传统灌溉效率指标在节水效果评估及水资源调配决策中的局限性,并对近年来国际上提出的相关评价指标进行评述。结合两个实例就评价指标随空间尺度的变化规律及灌区尺度节水策略问题进行了讨论。     

大气CO2浓度增加对作物光合性能及叶片水分利用效率的影响

利用可精准控制CO_2浓度的大型气候箱设置2个CO_2浓度400和800μmol/mol,研究CO_2浓度升高对大豆(Glycine max (L.) Merr.)、冬小麦(Triticum aestivum L.)、草地早熟禾(Poa pratensis L.)、黑麦草(Lolium perenne L.)和高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)生理特性及叶片水分利用效率的影响。结果表明,大气CO_2浓度升高对大豆、冬小麦、草地早熟禾和高羊茅叶片的净光合速率没有产生显著影响,但却使黑麦草叶片的净光合速率显著增加43%(P0.05)。升高CO_2浓度增加冬小麦、黑麦草和高羊茅的最大羧化速率,而对大豆和草地早熟禾的最大羧化速率和最大电子传递速率没有产生显著的影响。另外,提高大气CO_2浓度导致黑麦草蒸腾速率的降低;同时,草地早熟禾、黑麦草和高羊茅的水分利用效率分别提高161%、175%和74%。不同作物水分利用效率对升高CO_2浓度的响应存在明显差异,3种草坪草的适应能力均高于大豆和冬小麦2种作物。研究结果有助于深入理解CO_2浓度倍增下不同农作物发生光合下调现象的潜在机理,为未来大气CO_2浓度升高情形下生态系统适应性管理提供理论支持。     

基于SHAW模型的内蒙古河套灌区秋浇节水灌溉制度

根据内蒙古河套灌区秋浇节水与土壤盐渍化防治的需要,利用SHAW模型模拟确定了不同盐渍化土壤合理的秋浇节水灌溉制度。结果表明：对于轻度盐渍化土壤,秋浇定额一般为142～183 mm,秋浇时间为9月28日－10月23日;对于中度盐渍化土壤,定额应该为180～200 mm,时间在10月14日－18日;对于重度盐渍化土壤,一般不种小麦,而种葵花等耐盐作物,定额为200～225 mm。因此,对于该灌区应该根据不同的土壤盐渍化程度,合理地安排秋浇。