水稻开花期冠层温度与土壤水分及产量结构的关系

在开花期对水稻进行不同梯度水分胁迫处理,研究了水稻开花期冠层温度与土壤水分状况及产量结构之间的关系。 水稻开花期冠层温度一般低于气温,但土壤含水量对冠层温度有显著影响,土壤含水量越低,水稻冠层温度越高,冠气温差绝对值越小,并且在13：00时冠气温差与对照差别最大,认为13：00可以作为测定冠气温差的最适时间。通过对开花时间进行观察,发现土壤含水量最低的处理,植株开花高峰提前,开花时间集中在花期的最初3 d,其平均穗长较小,穗重较轻;而土壤含水量较高的处理与对照一致,开花时间主要集中在花期中间时段,平均穗长较大,穗重较重。土壤含水量越低,每穗饱粒数越少。     

干旱胁迫条件下不同基因型小麦品种的冠层温度和产量稳定性

在干旱胁迫下,利用冠层温度作为抗旱指标,寻求不同水分状态条件下不同基因型间冠层温度和产量稳定性的关系。于1986—1987和1987—1988年度分别试验了68个普通小麦和17个硬粒小麦品种,供试品种都生长在防雨棚内,或作充分灌溉处理或作逐渐增强的水分胁迫处理。各品种的籽粒产量稳定性由“干旱敏感指数”估计,即由胁迫和非胁迫环境下产量的差值来估计。冠层温度指示每种基因型植株的相对水分胁迫,比较“干早敏感指数”与干早胁迫下正午时的冠层温度,发现在两年里,对于不同基因型,二首呈正相关。这表明在于早胁迫下“干旱敏感”的品种不仅产量遭受损失较大,而且植株常处于较大的水分胁迫下,正午时的冠层温度也较高。以上结果有助于在干旱胁迫下,采用两种差异显著的水分状况,估计产量稳定性(或“干旱敏感指数”),同时可以应用冠层温度,作为选择抗旱性的手段。     

不同基因型玉米冠层温度与产量和水分利用效率的关系

2007年在甘肃陇东旱塬利用红外测温仪研究了19个基因型玉米冠层温度与产量、水分利用效率的关系。结果表明,不同基因型玉米在子粒灌浆期存在着冠层温度高度分异的现象,其差异可反应在产量和水分利用效率的不同上。无论灌浆初期还是中期或后期,旱地玉米产量、水分利用效率与冠层温度呈极显著的负相关(R²= 0.445～0.634),并且随着灌浆期推移,相关性增大。表明灌浆期冠层温度偏低的品种具有较高产量和水分利用效率,冠层温度可作为高产节水品种田间筛选的指标。     

水稻灌浆期冠层温度对植株生理性状及稻米品质的影响

在大田环境下,以辽粳294、开粳1号为材料,在灌浆期设置5个水分梯度处理,研究了水稻冠层温度日变化特征及其与土壤水分状况、产量生理特性、稻米品质之间的关系。结果表明:1)冠层温度低于气温,但与其显著正相关。梯度水分处理导致冠层温度和冠气温度差逐级升高,即土壤水势降低,冠层温度升高,冠气温度差绝对值增大;2)相同环境条件下,抗旱性弱的品种辽粳294的冠层温度低于抗旱性强的品种开粳1号;3)水分胁迫下水稻冠气温度差与每穗实粒数、千粒重、结实率、产量、整精米率、蛋白质含量、直链淀粉、脂肪酸和食味值呈显著负相关,与秕粒数、垩白度、垩白粒、碎米率呈显著正相关;4)光合速率、气孔导度及蒸腾速率随土壤水势降低而下降,且抗旱性强的品种开粳1号的光合性能较强。相关性分析表明,两个品种冠气温度差与其光合性能显著或极显著负相关;5)开粳1号的气孔密度显著大于辽粳294,而气孔长度和气孔宽度极显著小于辽粳294。综合分析表明,在灌浆期辽粳294和开粳1号在土壤水势为-0.02~-0.03 MP时,平均冠气温度差分别维持在0.9℃和0.8℃时对产量影响不显著(达到水分临界水平),可作为水稻灌浆期的节水灌溉指标。     

温敏核不育水稻植株温度的变化规律及与环境关系的模型

以温敏核不育水稻培矮64S为材料,采用10～15 cm水层灌溉处理和无水层对照,对植株温度及其与植株冠层小气候和灌溉水因子的关系作了分析。水稻植株温度与150 cm大气温度在数值和相位上均存在一定差异。8:00～20:00植株温度均明显低于大气温度,21:00～次日7:00植株温度与大气温度基本相同;日最高植株温度出现在13:00,比最高大气温度提前1 h,但日最低植株温度和最低大气温度均出现在6:00;植株温度的平均日较差比气温小。在同一高度上相比,晴天6:00～13:00植株温度比空气温度高,而且提前1 h升温,18:00～次日6:00则两者逐渐趋同或植株温度稍低;而在阴天,植株温度则全天一直高于空气温度,最高温度出现的时间也相同。植株温度白天的变化主要受太阳辐射的影响,天空状况（云量或日照时数）和风速都通过对辐射强度的调节和热量的交换而产生作用。植株温度夜间的变化主要受灌溉水的影响。在本试验条件下,日平均气温（Ta）29.6℃是灌溉水提高或降低植株温度的临界温度值,当Ta＞29.6℃时,灌溉水具有降低植株温度的作用,反之,灌溉水具有提高植株温度的作用。植株温度与水 气温差符合二次曲线关系。植株冠层在白天吸收或反射太阳辐射,夜间则阻挡热量散失,对调节植株温度具有明显的缓冲效应。通过相关分析和回归拟合,建立了两个可供实用的水稻植株温度的环境模型。     

不同水分条件下小麦生理性状与产量的灰色关联度分析

为了解干旱胁迫条件下小麦冠层温度、旗叶光合性状的变化特点及其对产量的影响,以小麦回交导入系(IL)群体[(鲁麦14×晋麦47)×鲁麦14]BC3F5代的160个株系及其亲本为材料,分析了雨养和灌溉条件下,开花期和灌浆期冠层温度、冠气温差、旗叶叶绿素含量和叶绿素荧光动力学参数等性状的相关性以及不同性状与产量的灰色关联度。结果表明,在两种水分条件下IL群体多数性状表现超双亲,性状变异系数为1.19%～48.30%,性状均值偏向轮回亲本鲁麦14;雨养条件下抗旱亲本晋麦47的冠层温度及叶绿素荧光动力学参数比水地品种鲁麦14表现稳定,IL群体的性状稳定性(D值)超过轮回亲本。两种水分条件下,荧光动力学参数之间相关性表现复杂,Fv与Fm、Fo/Fm与Fv/Fm之间相关性最高,相关系数大于0.991。灰色关联度分析结果表明,两个发育时期的Fv/Fm和灌浆期的冠层温度对产量的影响较大,可以作为选择抗旱高光效小麦的重要评价指标。     

夏玉米冠层反射光谱与植株水分状况的关系

通过不同夏玉米品种生育期内冠层叶片含水率与不同波段组成的比值指数(RVI)和归一化植被指数(NDVI)进行线性、指数、对数、幂函数以及多项式回归分析,研究不同品种夏玉米的冠层叶片和植株水分状况与反射光谱之间的相关关系。结果表明,冠层叶片和植株含水率与460～670nm范围内波段反射率均成负相关,与730～1260nm范围内波段反射率均成正相关。其中冠层叶片含水率与460、500、600、650、670nm范围内波段反射率均呈显著相关,而植株含水率与460、500、600、650、670、780、800、850、900、950、1050nm范围内波段反射率相关性也较高。冠层叶片含水率与归一化植被指数(NDVI)相关性均达到极显著水平,与比值指数(RVI)相关性中只有RVI(950,550)、RVI(850,730)、RVI(800,730)和RVI(780,730)4个波段呈极显著正相关。RVI与叶片含水率相关性以RVI(850,730)最优,NDVI与叶片含水率相关性以NDVI(1050,550)最优。植株含水率也与RVI和NDVI呈正相关,相关性均较好,但NDVI优于RVI。RVI与植株含水率相关性以RVI(800,500)最优,决定系数为0.8490;NDVI与植株含水率相关性以NDVI(780,650)最优,决定系数为0.8645。     

旱地冬小麦灌浆期冠层温度与产量和水分利用效率的关系

为给抗旱节水品种的快速鉴定和筛选提供科学依据,在甘肃陇东旱塬利用红外测温仪测定了23个冬小麦品种的冠层温度,并分析了其与产量、水分利用效率的关系.结果表明,不同基因型小麦在籽粒灌浆期存在着冠层温度高度分异的现象,其差异可反映在产量和水分利用效率上.无论灌浆初期还是中期或中后期,旱地冬小麦产量、水分利用效率与冠层温度均呈极显著的负相关,并且随着灌浆过程的推移,相关性增大.这表明,灌浆期冠层温度偏低的品种具有较高的产量和水分利用效率,冠层温度可作为旱地高产节水小麦品种田间筛选的指标.     

基于Voxler的棉花冠层温度空间分布的应用

棉花冠层温度信息与作物的水分状况密切相关，是对作物水分进行快速诊断，从而提高水分利用效率的关键指标。本研究利用田间机器人获取棉花冠层内不同空间位置的叶片温度和空气温度等参数，用Voxler软件进行后期数据分析，构建棉花冠层温度空间模型，可为作物实时状况的精确诊断提供理论依据，为今后开展精准灌溉研究提供参考。     

黄淮海地区大豆光合特性及高光效种质筛选

本文旨在研究黄淮海大豆种质资源的光合气体交换特性,从中筛选高光效种质,为开展培育大豆高光效品种等研究奠定基础。在大田条件下,以150份来自黄淮海地区的大豆种质资源为试材,利用LI-6400便携式光合仪测定其盛花期的光合气体交换参数,包括叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率、叶片饱和水汽压亏缺、蒸腾效率以及叶片瞬时水分利用效率。结果表明,150份大豆种质光合气体交换参数间存在较大差异。7个参数的变异系数范围为5.54%~29.56%,其中,蒸腾效率变异系数最高,胞间CO2浓度最低。净光合速率与气孔导度、叶片瞬时水分利用效率呈显著正相关,与叶片饱和水汽压亏缺呈显著负相关;气孔导度与胞间CO2浓度、蒸腾速率呈显著正相关,与叶片饱和水汽压亏缺、蒸腾效率、叶片瞬时水分利用效率呈显著负相关;胞间CO2浓度与叶片饱和水汽压亏缺、蒸腾效率呈显著负相关;蒸腾速率与叶片饱和水汽压亏缺呈显著正相关,与蒸腾效率、叶片瞬时水分利用效率呈显著负相关;蒸腾效率与叶片瞬时水分利用效率呈显著正相关。进一步利用主成分分析选出3个主成分（气孔因子、水分因子、光合因子）,方差累积贡献率达93.64%。聚类分析将150份大豆种质划分为12个类群,其中第Ⅱ类群包括23份大豆种质,表现高气孔导度、高水分利用率和高光合效率。因此第Ⅱ类群可作为适合育种需要的高光效大豆种质。     

基于Landsat 8TM卫星数据的玉米灌浆期旱情监测

以灌溉区大田玉米为研究对象,利用Landsat 8TM卫星数据把冠层含水量指数MSI2与温度指数LST结合构建冠层水分温度指数(CTWDI),对研究区2014~2016年大田玉米灌浆期旱情进行监测。结果表明,CTWDI与灌浆期玉米冠层含水量极显著相关(r=0.719**),可以较好地反应灌浆期高覆盖度玉米水分状况。基于CTWDI的灌浆期玉米干旱监测结果与实际情况相符,且Kappa系数均高于57%,改进了玉米生育中后期的旱情监测方法,可以利用CTWDI对灌浆期高覆盖度条件下的玉米进行干旱监测。     

不同供水条件下冬小麦冠气温差、叶片水势和水分亏缺指数的变化及其相互关系

为了给以作物高效灌溉制度提供理论依据,对不同供水条件下冬小麦冠层温度进行了多年田间观测,模拟了以土壤水分条件为主导的冠气温差、叶水势、水分亏缺指数等的变化规律及其对影响因素的响应。结果表明,冬小麦各生育阶段不同供水处理冠层温度(T c)受土壤水分影响明显,处理间冠气温差(ΔT)差异极显著。叶水势(LW P)与ΔT、作物水分胁迫指数(CW S I)相关显著。LW P=-1.8M Pa,CW S I=0.40是指示冬小麦发生水分胁迫的关键性指标。综合各指标,为了达到节水目的,使ΔT维持在0~-4℃,可获得冬小麦产量最优值,此时冬小麦灌溉量下限应使土壤相对含水量达到58.7%。     

基于近地高光谱与TM遥感影像的冬小麦冠层含水量反演

为探讨利用近地高光谱和TM遥感影像数据评估作物冠层水分状况的可行性,以北京顺义通州为研究区域,以冬小麦为研究对象,首先基于Landsat TM5的光谱响应函数,利用地面实测的冬小麦全生育期冠层高光谱窄波段反射率数据来模拟TM5卫星宽波段反射率,然后利用模拟的TM5数据的NIR波段(第4波段)和2个SWIR波段(第5和7波段)反射率分别构建水分指数(WI)和归一化差异水分指数(NDWI),并利用地面实测数据建立冠层叶片含水量(LWC)和等效水厚度(EWT)的遥感估算模型,最后选取最优的水分估算模型,利用TM5卫星遥感影像数据对研究区域小麦冠层水分含量进行反演与应用。结果表明,利用TM5数据中SWIR第5波段比第7波段构建的水分指数更有优势;WI对估算LWC的效果较好,而NDWI在EWT估算方面效果较好,应用TM5宽波段模拟数据模型验证的冬小麦冠层含水量的r2和RMSE分别为0.57和0.51、3.89%和0.024。同时从TM遥感影像的反演结果来看,开花期的冬小麦冠层水分高于拔节期。     

不同耐旱型玉米自交系冠层光合及产量对生殖生长期干旱胁迫的响应

在PVC管栽和大田条件下,采用裂区试验设计,主区为玉米自交系、裂区为水分处理,测定玉米冠层光合和产量等指标。结果表明,与对照(CK)相比,干旱胁迫(WS)处理下冠层叶色值(SPAD)、光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和叶面积指数(LAI)均呈下降趋势,耐旱性较强的黄早四(HZS)平均降幅小于耐旱性较弱的CML58,其SPAD和LAI的降幅较高期(R3)出现早于CML58(R5);干旱胁迫后,水分利用效率(WUE)呈升高趋势,HZS平均升幅高于CML58。HZS的SPAD、Pn、Tr、WUE、LAI、单株粒重、收获指数和群体产量均高于CML58。与CK相比,WS处理下HZS群体产量平均降幅低于CML58。综上,耐旱性较强的玉米自交系冠层光合参数对生殖生长期干旱胁迫响应相对滞后,可在干旱胁迫后维持相对较高的光合性能、水分利用效率和叶面积指数,促进植株干物质转化与子粒建成,最终获得较高产量。     

高温条件下水稻耐感品种冠层微气象特征差异

采用模型法模拟水稻热害过程是研究水稻热害的重要途径,而找到用于模拟的参数是开展这一工作的前提。本试验于2017年采用日本研制的水稻冠层微气象测定仪MINCER,捕获不同温度耐性水稻品种(耐/感)开花期在高温条件下的冠层微气象参数,并与试验地点附近国家基本气象站观察的数据(对照)进行对比。结果表明,与对照点相比,热害发生时,白天(9∶00—19∶00)耐性品种N22水稻冠层内部温度低1.6℃、相对湿度高12.4个百分点,晚间(20∶00—5∶00)水稻冠层内部温度低0.6℃、相对湿度高1.8个百分点;白天感性品种IR64水稻冠层内部温度低1.6℃、相对湿度高16.2个百分点,晚间感性品种IR64水稻冠层内部温度低0.8℃、相对湿度高2.3个百分点。热害发生时,田间水稻冠层内的温湿度与大气环境具有差异,且温湿度变化幅度白天大于夜间,在部分时段出现了冠层内温度高于对照点的异常现象。上述结果说明,未来设定水稻热害鉴定条件、模拟水稻热害受害过程及利用数学模型模拟热害胁迫时,对于白天和夜间的气象条件应加以区分,同时模拟时利用的气象数据应主要以冠层处为准,这对于提高模型预测的准确性具有重要意义。     

不同小麦基因型灌浆期冠层和叶面温度与产量和品质关系的初步分析

为了进一步探讨冠层温度作为衡量小麦代谢功能的指标在小麦品种(系)的选择和高产栽培中的作用,选用我国河北、河南、山东、陕西、山西、安徽、四川、江苏8省的8个小麦品种在河南省种植,并对其冠层温度、叶面温度与产量、品质进行相关分析。结果发现,在河南省生态条件下,小麦整个灌浆期间冠层温度与小麦产量及其主要构成因素大部分呈负相关,只有穗粒数在灌浆始期和中期呈微弱的正相关;籽粒蛋白质、面粉蛋白、出粉率、断裂时间、拉伸面积、延伸性与整个灌浆期间冠层温度的总和及各时期冠层温度呈正相关,而耐揉指数和弱化度与冠层温度总和及各时期温度呈负相关。冠层叶面温度与产量和品质的相关关系与冠层温度基本一致。     

基于冠层透射微分光谱的小麦植株含水量监测研究

为实现基于可见光透射微分光谱的小麦植株含水量监测,通过三年田间试验,测定自拔节期以后小麦关键生育时期冠层透射光谱和植株含水量,确立了透射光谱微分参数与植株含水量间定量关系。结果表明,与小麦冠层原始透光率相比,一阶微分光谱能够很好地减轻生育时期的影响。将不同生育时期数据综合,不同波段的透射率与植株含水量相关性均较差,而微分光谱在439、735、823及950 nm处与植株含水量相关性较好(|r| 0.57),以735 nm处相关性最高。基于蓝光、黄光和红光波段筛选了21个光谱特征参数,其中红边振幅(Dr)、红蓝振幅归一化指数(Dr-Db)/(Dr+Db)、红边面积(SDr)、右峰面积(RSDR)、双峰面积比(RIDA)及双峰面积归一化指数(NDDA)6个光谱特征参数与植株含水量间相关性较好(r0.70)。在以上优选的光谱参数中,红边双峰面积比值(RIDA)及归一化指数(NDDA)与植株含水量的回归关系表现最好,拟合精度r~2大于0.69,均方根误差RMSE低于4.87,模型具有很好的稳定性,可以实时精确估测小麦植株含水量。这表明利用冠层透射微分光谱可对小麦植株含水量进行精确监测,对指导作物精确灌溉管理具有较大的应用潜力。     

灌溉畦长对小麦冠层光能利用特性的影响

为明确灌溉畦长对小麦冠层光能利用特性的影响,以济麦22为供试材料,在改水成数90%灌溉条件下,设置10 m(L10)、20 m(L20)、30 m(L30)、40 m(L40)4个畦长处理,比较分析了不同畦长灌溉处理间小麦开花期土壤含水量、花后叶面积指数、冠层光能利用特性和籽粒产量的差异。结果表明,随畦长的增加,麦田灌溉量、土壤含水量、花后0～28 d叶面积指数、花后14 d冠层光合有效辐射截获率和截获量、冠层光能转化率和利用率、产量和水分利用效率均呈增加趋势,花后14 d冠层光合有效辐射透射率呈下降趋势,L40处理的以上指标与其他处理差异均显著。畦长对小麦耗水量影响不明显。因此,增加灌溉畦长可促进土壤水分贮存、小麦冠层光能吸收、转化和利用,增加产量和水分利用效率;在本试验条件下,40 m畦长灌溉表现最佳。     

小麦物质生产与积累的模拟模型

采用高斯积分法模拟小麦冠层每日的总光合同化量，并经呼吸消耗与物质转化形成生物量。同时考虑了温度、水分、CO2浓度，生理年龄和N素丰缺对光合作用的影响。建立了植株临界N浓度、最小N浓度和生理发育时间的曲线关系。采用不同地点不同品种不同处理的试验对模型预测的生物量进行比较。结果表明，模拟值与实测结果吻合很好，相对误差小于8％。     

增密、少耕与化控耦合对玉米产量及光合特性的影响

利用长期定位试验,设置密度(D₁：60 000株/hm²,D₂：90 000株/hm²)、耕法(T₁：少耕,T₂：常规耕作)与化控(R₁：喷化控剂,R₂：喷清水)三因素试验,分析不同处理玉米产量及其形成过程和冠层光合特性。结果表明,D₁条件下,T₁R₁处理子粒产量、穗粒数较T₂R₂处理显著增加27%～40.5%、19.6%～27.3%;D₂条件下,T₁R₁处理子粒产量、穗粒数较T₂R₂处理显著增加22.9%～24.9%、14%～21.3%。少耕和化控处理显著影响植株冠层结构,降低了玉米的植株高度、穗位系数、上部叶片的叶面积,提高了植株上层和中层叶向值及上部冠层的透光率;少耕和化控处理提高了叶片单位面积光能的吸收(ABS/CS0)、捕获(TR0/CS0),在高密度条件下表现明显差异。综上,在密植条件下,少耕和化控耦合优化了玉米密植群体冠层结构,增强了对光能的截获、吸收与传递能力,最终显著增加子粒产量。