生物节水研究进展及发展方向

 生物节水是节水农业发展的重要内容，潜力巨大。本文论述了在中国发展生物节水的必要性和紧迫性，从作物抗旱和水分高效利用的生物学基础、抗旱节水鉴定评价技术指标体系、新品种选育以及作物高效用水的生理调控与非充分灌溉技术等方面，综述国内外生物节水研究进展，在此基础上提出中国目前生物节水研究工作中存在的问题，并探讨了今后生物节水研究的发展方向。     

作物抗旱节水研究进展

发掘利用抗旱节水基因资源，提高作物的抗旱性和水分利用效率，发展生物节水农业，对于缓解水资源危机，保障国家的粮食安全、生态安全和社会可持续发展具有重要意义。本文综述了作物抗旱节水的基础理论、鉴定评价技术、基因资源发掘与品种选育等方面的研究现状和问题，并探讨了作物抗旱节水研究的发展趋势。     

微咸水灌溉下3种耐盐植物光合特性及水分利用效率比较研究

以微咸水灌溉下耐盐植物胡杨、柽柳和四翅滨藜为研究对象,采用Li-6400便携式光合测定系统对其主要光合参数及水分利用效率等进行了观测及比较分析。结果表明:(1)光强在0～2 000μmol.m-2.s-1范围内,净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)随光强变化均表现为柽柳始终处于较高水平,胡杨次之,四翅滨藜较小;(2)光强为400～2 000μmol.m-2.s-1时,3种耐盐植物的蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)大小顺序为柽柳>胡杨>四翅滨藜,而水分利用效率(WUE)却表现为四翅滨藜>柽柳>胡杨;(3)光强在0～400μmol.m-2.s-1时,蒸腾速率(Tr)和水分利用效(WUE)表现为胡杨较高,柽柳次之,四翅滨藜较小,但是四翅滨藜的胞间CO2浓度(Ci)高于胡杨和柽柳。综合比较3种耐盐植物中,四翅滨藜的水分利用效率较高,蒸腾耗水较少,属于节水型树种;而胡杨和柽柳的水分利用效率较低,蒸腾耗水较高,属于相对耗水型树种。此外,四翅滨藜、胡杨和柽柳能适应高温、光照强烈和干旱的环境,在一定程度上表明其具有较强的逆境适应性。     

稳定同位素在植物水分来源及利用效率研究中的应用

介绍了稳定氢、氧、碳同位素技术在定量区分植物水分来源及利用效率研究中的应用。以往大量研究结果表明,由于植物根系在吸收水分过程中没有发生同位素分馏,所以通过比较和分析植物木质部水分及其可利用水源的氢氧同位素δ值,就可以定量判断植物的水源;植物在光合作用过程中会产生碳同位素的分馏,从而使得植物叶片中的碳同位素组成能够成为指示植物水分利用效率的一个间接指标,是目前研究植物叶片长期水分利用效率的最佳方法;稳定同位素技术作为安全的示踪剂,有助于人类了解植物的生理生态功能,随着该技术的不断完善和研究的不断深入,同位素技术将会在生态学研究的许多领域得到广泛的应用。     

Research Progress on Water Use Efficiency and Drought Resistance of Turfgrass

Improving turfgrass drought resistance and save-water features are very important to solve water deficiency in turfgrass production and management. This research did some surveys of systematic literature review about turfgrass drought tolerance morphological characteristics, physiological characteristics and water use efficiency, and provided the detailed information for enhancing turfgrass drought resistant and water use efficiency in the future.     

新疆春小麦的抗干旱和水分高效利用特性研究

研究了新疆当前春小麦主栽品种和近年新审定品种的抗干旱和水分高效利用特性,通过田间干旱和充分灌溉处理小区试验的籽粒产量和主要农艺性状,计算了各品种的抗旱系数(DC)、抗旱指数(DI)、干旱产量指数(DYI)、丰水产量指数(WYI)和产量-水分高效利用指数(YHWUEI).结果表明,新疆育成的春小麦品种在干旱处理条件下的产量、抗旱性总体高于引进品种;各品种产量和农艺性状的抗旱系数(DC)与各品种干旱处理条件下的产量相关性差,各品种产量和部分农艺性状的抗旱指数(DI)与各品种干旱处理条件下的产量相关性较高,而干旱产量指数(DYI)与各品种的干旱处理产量趋势完全一致;又通过干旱产量指数(DYI)、丰水产量指数(WYI)和产量-水分高效利用指数(YHWUEI),筛选出在干旱和充分灌溉两种条件下都高产稳产,即具有水分高效利用特性的春小麦品种四个:新春2号、新春6号、新春7号和新春10号,它们的干旱产量指数、丰水产量指数和产量-水分高效利用指数都大于1.05.在多年新疆春小麦生产中,它们也都表现高产稳产、耐高温、抗干旱和适应性强,在干热风危害麦区推广面积大.     

水分高效利用抗旱小麦品种筛选研究

通过旱棚和大田对12个旱地小麦品种进行了抗旱鉴定和水分利用效率评价。试验结果表明,按照抗旱指数将12个品种分为4个类型:运旱23-35、运旱22-33属于极强类型;西农928、运旱21-30、洛旱2号、临旱51329、长6359和晋麦47属于中等类型;运旱20410、衡水7228属于弱类型;临旱51241、洛麦9769属于极弱类型。筛选出水分高效利用抗旱品种运旱23-35、运旱22-33、临旱51329、晋麦47等4个品种。     

不同耐旱性棉花品种根系生长及水分利用效率对干旱的响应机制

【目的】研究耐旱性不同的棉花品种根系生长及水分利用效率对干旱的响应机制,为棉花抗逆栽培和耐旱性品种选育提供理论依据。【方法】以不耐旱性品种新陆早17号和耐旱型品种新陆早22号为试材,设常规灌溉(CK)、轻度干旱(W₁)和中度干旱(W₂)处理,测定不同处理下棉花产量形成期0~120 cm 土层根长密度、根体积密度、根重密度及水分利用效率。【结果】干旱处理下,0~20 cm土层内,2品种根重密度、根体积密度、根长密度均显著低于CK;80~120 cm土层内,新陆早22号随干旱胁迫程度的增强而增加,新陆早17号则降低。W₁、W₂处理的水分利用效率分别比CK高15.18%、21.91%。品种间,新陆早22号根长密度在40~80 cm土层的分布比例显著高于新陆早17号,80~120 cm土层的分布比例显著低于新陆早17号。新陆早22号耗水量比新陆早17号低6.30%,但水分利用效率比新陆早17号高40.95%,差异显著。新陆早22号在80~120 cm 土层根体积密度与生物学水分利用效率呈显著正相关。【结论】耐旱型棉花品种通过增加深土层根系分布比例延伸其在干旱下汲取水分空间,保证地上部生长,实现有限水分高效吸收与利用。     

不同玉米品种水分利用效率的研究

选用5个玉米杂交种为试材,探讨了苗期生长发育和水分利用效率的关系。结果表明,GWUE、产量和耗水量在品种间的差异显著,在3种供水条件下,郑单958是高GWUE品种,具有高产中耗水的特性,鲁单981是低GWUE的品种,是低产高耗水品种,而四单19的GWUE是在干旱胁迫下最具增长潜力的品种,具有稳产节水的特性。     

~(13)C同位素判别技术在评价植物水分利用效率中的应用

由于在农田中无法直接测量植物水分利用效率,本文通过介绍13C同位素判别技术的原理及其测定方法,以及利用13C/12C技术测定植物生理水分利用率的原理,评述了碳的稳定同位素的判别技术在研究植物长期的水分利用效率(Season-long water use efficiency,缩写为WUEsl)的可能性以及在其他方面的应用。     

水稻光合-蒸散耦合模型与不同株型的水分利用效率

在前人研究的基础上 ,建立了水稻光合 蒸散耦合模型 (PE模型 ) ,其主要特点是 :①改进了Monteith的蒸散模型 ,使之由“大叶”模型成为群体分层结构模型 ;②通过提出阻风系数概念 ,建立了一系列可模拟群体中各叶层风速、边界层厚度、边界层阻抗、湍流交换系数、群体动力阻抗等要素的子模型 ;③应用群体光合作用模型和改进的Ball公式 ,将以上各要素连接起来 ,实现了光合模型与蒸散模型的耦合。利用PE模型 ,分别模拟了水稻前中期与后期不同株型的群体光合量、蒸散量以及水分利用效率。结果表明 :不论在前中期或后期 ,都以“上挺下披”株型的水分利用效率为最高 ,因为这种株型不仅光合量最高 ,而且蒸散量较小。PE模型模拟出的水稻蒸散的作物系数与实测值之间有良好的一致性     

苗期干旱及复水对花生光合特性及水分利用效率的影响

 【目的】揭示苗期不同程度水分胁迫后复水对花生光合特性和水分利用效率的影响,以期为花生节水高产栽培提供理论依据。【方法】采用防雨棚池栽法,对比分析花生苗期不同程度的干旱及复水处理下花生光合速率、耗水量、产量和水分利用效率等相关指标的变化。【结果】花生苗期干旱,光合速率与蒸腾速率降低,干旱持续时间越长降低越明显,复水后光合速率和蒸腾速率均能较快恢复,产生一定的补偿效应;同时苗期干旱导致花生耗水量减少,且干旱程度越重耗水量越小;但水分利用效率并不随耗水量的减少而降低,干旱5 d处理产量水平的水分利用效率最高,对照次之,干旱15 d处理的最低。【结论】苗期适度干旱可减少花生的耗水量,提高产量水平的水分利用效率。     

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。     

云南省宾川县农业高效用水研究

 针对云南省宾川县水资源紧缺的实际情况,分析宾川县农业高效用水的可行性,得出应从采用节水灌溉技术,采取工程措施减少输水损失,充分利用土壤水等途径来提高水的利用率,从而达到高效用水的目的。     

新疆石河子垦区主要作物需水特征及水效益比较

根据新疆石河子垦区50年气象数据资料,计算分析了主要作物需水量变化及自然降水条件下农田水分平衡状况,并对主要作物水分生产效率效益进行了比较.结果表明:春小麦、冬小麦、春大豆、春谷子、苜蓿需水量均呈上升趋势,其中春小麦增加幅度最大,每5 a平均增加6.6 mm,而春玉米、水稻、棉花需水量呈下降趋势.粮食作物中以水稻亏水量最高,冬小麦、春玉米次之,而春大豆、春谷子、春小麦、薯类作物相对较小,经济作物中以糖类作物亏水量最高,其次为加工番茄、苜蓿、棉花,而瓜类、麻类、油料作物相对较小.不同灌溉方式下作物水分利用效率效益差异较大,粮食类作物如春小麦、春玉米水分利用效率高于其他作物,而果菜类作物如葡萄、蟠桃、线椒水分经济效益最高.     

不同拌种剂对旱地小麦水分利用效率的影响

为了探明种衣剂和植物生长调节剂(农哈哈)拌种对旱地小麦产量和水分利用效率的影响,以旱地小麦品种晋麦79号为材料,采用大田对比试验方法对其进行了研究。结果表明,种衣剂处理提高了旱地小麦的总茎数、单株分蘖以及生物量的水分利用效率,对拔节期和孕穗期株高影响较大,而对产量三因素影响较小;植物生长调节剂(农哈哈)处理提高了旱地小麦成穗数和产量以及旱地小麦生物量和籽粒水分利用效率,增加了小麦灌浆期穗部干物质质量。建议扩大植物生长调节剂在旱地小麦生产中的推广应用。     

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。     

不同生产模式对马铃薯产量和水分利用效率的影响

针对定西马铃薯产业连续集约化种植造成产量降低、品质降低以及土壤污染等问题,通过大田试验,研究了不同生产模式对马铃薯产量和水分利用效率的影响,结果表明:在全生育期,不同处理土壤含水量在0-100cm呈现先增加后减小的趋势变化,其中60-80cm土层土壤含水量最高,但各处理无显著差异,T3(全膜覆盖垄上微沟+化肥减量追施+...     

农业用水效率时空差异与影响因素分析

为探讨技术进步下农业用水效率的时空分异,首先利用超效率SBM（slacks-based measure）模型测算2009—2018年我国粮食主产区农业用水效率,其次使用泰尔指数分析农业用水效率的区域差距,最后应用面板随机效应模型分析不同地域农业用水效率的影响因素。结果表明,近年来我国粮食主产区（13个省、自治区）的农业用水效率呈现出波动上升的趋势;地区间差距在不断缩小,控制地区内部差距扩大是提升农业用水效率的关键;经济发展水平、年降水量、灌溉水价、节水农业技术水平和水资源禀赋对我国粮食主产区农业用水效率都有一定影响,但是不同地区之间存在差异。研究结果为各地区根据不同的情况制订更有针对性的政策,推进节水农业进步、提高农业用水效率,促进农业可持续发展及保障粮食安全提供了理论依据。     

不同水肥组合对玉米水分利用效率及经济效益的影响

对不同肥水组合的玉米水分利用效率及经济效益进行了研究。结果表明：高肥低水的水分利用效率最低,经济效益差;高肥中水、低肥高水组合的水分利用效率较高,其中低肥高水经济效益最高;中肥中水条件下可获得较低投入的最佳效益,但产量较低;高肥中水的水分利用效率最高,是高产节水的最佳组合,经济效益大,是实现玉米节水高产的重要环节。