不同CO2浓度下大豆叶片的水分利用效率比较

为探究水分利用效率(WUE)对生态系统水循环和碳循环相互作用的影响,本研究利用光合作用对光响应的机理模型构建内禀水分利用效率模型和瞬时水分利用效率模型,并利用2个模型拟合大豆叶片的内禀水分利用效率(WUE_i)和瞬时水分利用效率(WUE_inst)。结果表明,瞬时水分利用效率随着CO₂浓度的增加而增大;内禀水分利用效率则不存在明显的变化规律。CO₂浓度为600 μmol·mol^-1时的最大瞬时水分利用效率和最大内禀水分利用效率分别是300 μmol·mol^-1CO₂下的2.82倍和1.94倍。将内禀水分利用效率和瞬时水分利用效率换算成相同的单位(如μmol CO₂·mol ^-1 H₂O或μmol CO₂·mmol^-1 H₂O),后者是前者的39倍,甚至更多。综上所述,利用瞬时水分利用效率能更真实地反映出大豆叶片的水分利用效率。本研究为定量研究植物叶片水分利用效率的变化规律提供了数学工具。     

大气CO_2浓度增加对植物生长发育及其水分利用效率的影响

本文根据国内外研究，介绍了大气ＣＯ_２浓度增加对不同植物的生长发育、光合、蒸腾及水分利用效率的影响，并对其利弊做了简要的分析。     

栽培条件对冬小麦叶片水分利用效率的影响

通过对冬小麦孕穗一开花期叶片光合速率和蒸腾速率的系统测定,研究了叶片水分利用效率（WUE）对栽培措施（水分、氮肥、密度）的响应。结果表明,在一定范围内,水分、不施氛、低密度均可以提高冬小麦叶片WUE,其中以低密度效果最明显,水分处理次之,再次是不施氮肥。各栽培因素对WUE存在明显的互作效应。水分不足时低密度比氮肥对叶片WUE的提高效果更明显。低氮条件下,改善土壤水分和降低密度均可提高WUE,但降低密度效果最为显著。密度过高对提高作物WUE不利,改善土壤水分和增施肥料可减弱这种影响,但改善土壤水分条件对提高WUE的效果最为显著。     

水分调亏对冬小麦生理生态的影响

通过冬小麦盆栽试验，在不同时期给以不同的调亏灌溉处理，以研究不同生长时期水分亏缺和亏缺程度对冬小麦生理及生长特性的影响，为农田节水提供指导。冬小麦生长发育过程划分为4个阶段：返青—拔节初期，拔节—孕穗，孕穗—抽穗，开花—灌浆成熟。每个生育时期设置4个水分水平，结果表明：土壤水分调控对株高、叶面积、叶绿素含量、光合、蒸腾、水分利用效率等指标均有影响；水分胁迫使作物光合速率的峰值提前出现，这有助于胁迫处理的作物利用有限的土壤水分；蒸腾速率比光合速率对水分胁迫的反应更为敏感，更易受气孔调节的影响。     

不同水分条件下旱稻水分利用效率的研究

田间试验研究不同水分条件下旱稻水分利用效率结果表明 ,“旱稻 50 2”、“津稻 3 0 5”拔节期和开花期净光合速率、蒸腾速率及水分利用效率日变化规律一致 ,叶片净光合速率和蒸腾速率均呈中间高、两头低变化趋势 ,水分利用效率均呈“L”型趋势。充分灌溉和水分胁迫处理“旱稻 50 2”叶片水分利用效率均大于“津稻 3 0 5”。“旱稻50 2”和“津稻 3 0 5”农业用水 (灌溉 降水 )水分利用效率均低于灌溉水水分利用效率 ,2品种水分胁迫处理下灌溉水水分利用效率均高于充分灌溉处理 ,“津稻 3 0 5”农业用水和灌溉水水分利用效率均低于“旱稻 50 2”。     

CO2浓度升高对湿地松针叶蒸腾特性和水分利用效率的影响

在不同CO2浓度下，测定了湿地松上年生针叶和当年生针叶净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Cs）和叶面饱和水汽压亏缺（Vpdl）随光照强度的变化。结果表明；Ci和Vpdl随光照强度增强而减小；G5，Pn和Tr均随光照强度增强而增大．在达到光饱和点后G5和Pn随光照强度增强而逐渐减小；WUE随光照强度增强呈先增大，达到最大值后又逐渐减小。Ci，vpdl随CO2浓度升高而增大；Gs和Tr随CO2浓度升高而减小；Pn和WUE在CO2浓度为400～1200μmol／mol时随CO2浓度升高而增大，当CO2浓度升高至1600μmol／mol时．Pn和WUE减小；同时．随着CO2浓度升高，上年生针叶光饱和点提高。     

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。     

施肥对旱地冬小麦水分利用效率的影响

据陕西省长武县旱源冬小麦肥料实验资料,分析了冬小麦的水肥与产量关系。结果表明,作物耗水量,水分复铉氏墒复率一产量关系密切;施肥方式、种类和数量均直接影响水分利用和底墒利用率;注重肥料配合施用,适当施有机肥、Ｎ肥和Ｐ２Ｏ５能明显改善水分利用效率和底墒利用率。Ｎ、Ｐ２Ｏ５比例对土壤水分利用表明,Ｎ肥有利于提高水分利用效率,Ｐ２Ｏ５则有利于提高底墒利用率和增加对土壤深层水的利用。     

杨树无性系气体交换特征和水分利用效率研究

通过对3个杨树无性系(JK-7,JK-10,JK-11)气体交换参数及其相应环境因子的测定,对其光合与水分生理生态特征进行了研究.结果表明,3个无性系对同一环境的响应不同.JK-7和JK-11的蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)日变化呈单峰型,JK-10呈双峰型;3个无性系的水分利用效率(WUE)日变化均呈双峰型.它们的P_n,T_r差异显著(P＜0.05),WUE差异不显著,其中JK-10的P_n,T_r均显著高于JK-7.3个无性系的气体交换受气孔导度(G)、光合有效辐射(PAR)的影响均比较大,同时,JK-7受相对湿度(RH)的影响较大,JK-10受气温(Ta)影响也较大.3个无性系的WUE均与G_s显著负相关.     

ALA对冬小麦叶片气体交换和水分利用效率的影响

以冬小麦“百农矮抗58”为材料,研究了在始穗期喷施不同浓度(10 、30、50 mg/L)的5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid, ALA)对冬小麦叶片气体交换和水分利用效率的影响。结果表明,10～50 mg/L ALA处理的叶片气孔导度高于不喷施的对照,但在开花期和乳熟期对气孔导度的促进作用大于腊熟期; 叶片净光合速率也明显高于对照。在开花期和乳熟期,ALA提高叶片的净光合速率主要是由于减少了光合的气孔限制; 而在腊熟期则主要是由于减少了光合的非气孔限制。在开花期和乳熟期,10～50 mg/L ALA处理的叶片水分利用效率与对照没有显著性差异,但在腊熟期,叶片水分利用效率较对照有显著性提高。与对照相比,10～50 mg/L ALA处理冬小麦的穗粒数、千粒重和产量显著增加,其中以30 mg/L ALA处理增产效果最大。     

半干旱地区不同年代冬小麦品种根系生长和水分利用效率对种植密度的响应

优良的品种与科学合理的种植密度是提高小麦产量的基础。试验以3个不同年代在黄土高原半干旱地区大面积推广的冬小麦品种为试验材料,设置了3个种植密度（100万株/hm²、250万株/hm²、350万株/hm²）,通过田间小区实验研究了种植密度对其根系生长,产量及其水分利用效率的影响。结果表明:不同年代冬小麦品种的根系生长,水分利用效率及其产量对种植密度的响应不同。1960s品种（丰产3号）的根系生长、产量及水分利用效率随种植密度的增加而降低;1980s品种（小偃6号）在中密度时根系生长,产量及水分利用效率最大,低密度次之,高密度最小;现代品种（长旱58）根系生长,产量及水分利用效率随种植密度的增加而提高。在本实验条件下,现代品种较前品种的最高水分利用效率和最高产量均显著增加,而相应的根重密度和根长密度却显著降低。这表明在黄土高原半干旱地区小麦品种更替过程中,小麦的根系生长可能存在对其产量和水分利用效率不利的冗余,只不过这种根系生长的冗余随品种的更替而降低,并因此提高了其水分利用效率和产量。     

不同遮光度对冬小麦生长发育和水分利用效率的影响

[目的]探究不同程度遮光对冬小麦生长发育和水分利用效率的影响,分析遮光条件下小麦的生长发育状况及耗水特性,为节水灌溉提供新途径。[方法]通过小区试验,设置不遮光(CK)、20%遮光(L_(20))、40%遮光(L_(40))、60%遮光(L60)、80%遮光(L_(80))共5个处理组,分析冬小麦株高、叶面积、干物质、产量和水分利用效率的变化特征。[结果]遮光处理使冬小麦生育期延长,叶面积增加,但各处理间的株高无明显变化;L_(40),L60,L_(80)处理抑制了冬小麦茎、穗干物质的积累;遮光使得光合产物在茎、叶、穗各器官中的分配比例发生变化,但L_(20)处理对冬小麦茎、叶、穗干物质的积累和分配无明显影响;遮光使得土面蒸发量和冬小麦的总耗水量均明显降低,且遮光度越大,降低幅度越大;与CK相比,L_(20)处理的产量下降了4.23%,水分利用效率则提高了10.11%,其他处理的产量和水分利用效率均有所下降。[结论]L_(20)处理对产量无明显影响,但有效提高了水分利用效率,起到了明显的节水作用。     

水氮互作对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响

采用完全随机裂区设计,研究不同水氮处理对田间冬小麦耗水特性和水分利用的影响。结果表明:冬小麦成熟期0-200cm土壤剖面水分含量均以0-20cm土层最低,在60-120cm土层内出现峰值,且随着灌水量的增加,各施氮处理的峰值逐渐增加;随灌水量的增加,耗水量增加,降水和土壤供水量占耗水量的比例降低;随施氮量的增加,降雨量和灌水量占耗水量的比例降低,土壤供水占耗水量的比例增加;生育阶段耗水量和耗水模系数均表现为开花-成熟期>播种-拔节期>拔节-开花期;随着灌水量增加,冬小麦水分利用效率、降水利用效率和土壤水利用效率逐渐增加,灌溉水利用效率降低;随着施氮量的增加,水分利用率、降水利用效率、土壤水利用效率和灌水生产效率呈先增加后降低变化,且均在施氮处理N150、N210和N270间无显著差异(P<0.05)。     

冬小麦冠层内二氧化碳浓度的变化规律

根据农田实测资料，分析二氧化碳浓度时空分布规律，研究二氧化碳浓度降低对作物群体光合生产力的影响。主要结果：１．白天，由于小麦光合作用，群体内部二氧化碳浓度降低。在空气动力作用下二氧化碳由大气和２表面向冠层内输送，冠层中通量为零处浓度最低。     

不同灌水条件下分层施肥对冬小麦产量和水分利用效率的影响

为了明确分层施肥在不同灌水条件下对冬小麦产量、耗水特性和水分利用效率的影响,为黄淮海地区小麦高产高效生产实践提供理论依据。结合当地冬小麦灌溉制度采用水肥2因素裂区试验,水分为主区,施肥方式为副区,设置3个灌溉处理:春季不灌水(W_0)、春季拔节期灌水(W_1)、春季拔节期灌水+开花期灌水(W_2),灌水量90 mm/次;2种施肥方式处理:常规施肥处理(F_1)和分层施肥处理(F_2),分析了不同灌水与施肥模式下冬小麦产量、耗水特性和水分利用效率的特点。结果表明:与F_1相比,F_2处理40—120 cm土层土壤贮水消耗量、冬小麦拔节期—开花期耗水强度和农田耗水量显著增加,其中以W_2F_2处理农田耗水量最高。分层施肥处理冬小麦水分利用效率较常规施肥提升14.2%～3.0%,其中以W_1F_2处理水分利用效率最高。在3种灌水条件下,分层施肥处理较常规施肥显者增加了冬小麦的单位面积穗数,产量增加19.8%～6.4%,其中W_(2 )F_2产量最高。因此,建议在水分充足地区,采取小麦春季灌溉拔节水和开花水结合底肥分层施用的管理方式;在水资源短缺地区,采取小麦春季灌溉拔节水结合底肥分层施用的管理方式。     

栽培方式对冬小麦耗水量、产量及水分利用效率的影响

为探究不同栽培方式对冬小麦生长发育、产量形成及水分利用的影响。通过田间试验,设置传统畦田种植(TC)、垄作种植(RC)和高低畦田种植(HLC)3种栽培方式,其中RC和HLC种植模式分别设置3种灌溉处理(900,720,540 m^3/hm^2),以TC的常规灌溉(900 m^3/hm^2)作为对照,研究3种栽培方式下冬小麦生育期内的土壤水分变化与耗水规律,分析栽培方式对产量构成要素和水分利用效率的影响。结果表明:不同栽培方式下冬小麦各生育期的土壤含水量变化具有显著差异,RC处理的集雨储水能力相对较强;栽培方式对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响也达到显著水平。冬小麦产量和耗水量间呈现极显著的正相关关系(R^2=0.86,P<0.01);栽培方式对冬小麦亩成穗数和穗粒数具有显著差异;与RC和TC栽培方式相比,HLC栽培方式下群体及个体的发育相对更好,亩成穗数和穗粒数显著提高;相比TC和RC,HLC栽培方式下冬小麦耗水总量分别提高14.16%和19.90%,产量分别提升22.63%和27.37%,水分利用效率(WUE)分别提升7.69%和6.87%。综合来看,HLC栽培方式可显著提高冬小麦的产量和水分利用效率,是研究区域较为理想的节水高产栽培模式。     

土壤扩蓄增容肥对冬小麦棵间蒸发和水分利用效率的影响

利用农田水量平衡公式计算了冬小麦耗水量,用微型蒸渗仪测定了农田土壤棵间蒸发状况,在此基础上通过对比试验研究了土壤扩蓄增容肥条件下不同水分处理冬小麦生长期间农田棵间蒸发与水分利用效率.结果表明,施加土壤扩蓄增容肥后冬小麦生育期平均耗水量较对照平均减少了491.67 m3/h㎡,可明显降低冬小麦棵间蒸发,同时可降低播种到拔节期阶段棵间蒸发占阶段耗水量的比例;灌水量2250 m3/h㎡3理(T2)水分利用效率达2.62 kg/m3;灌水量1950 m3/h㎡的处理(T3)可增产32.68%.     

不同农艺措施对缩小冬小麦产量差和提高氮肥利用率的评价

基于中国冬小麦区14个站点近25a（1990?2015）农业气象站冬小麦观测资料、气象资料和土壤资料,利用DSSAT作物生长模型,模拟研究改变土壤养分条件、播期、种植密度和施氮量对缩小冬小麦产量差和提高N肥利用效率的影响,探索冬小麦高产高效的技术途径。结果表明：不同冬小麦站点的潜在产量区域间差异较大,其范围在7617～14242kg·hm-2。不同农艺措施对产量影响程度不同,其中提高土壤养分含量的增产潜力为53～3124kg·hm-2,对缩小产量差（缩差）的贡献率在8%以下,氮肥利用效率提高1.1～20.82kg·kg-1;播期提前的增产潜力为?327～2292kg·hm-2,其缩差贡献率为7%～17%,氮肥利用效率在?2.18～15.28kg·kg-1;增加种植密度的增产潜力为?255～699kg·hm-2,其缩差贡献率小于5%,氮肥利用效率在?1.7～4.66kg·kg-1;增施氮肥的增产潜力为0～4491kg·hm-2,其缩差贡献率为11%～33%,氮肥利用效率在?32.04～0kg·kg-1。表明增施氮肥和调整播期的增产潜力及缩差贡献率较大,提高土壤养分含量和增加种植密度次之,但是增加土壤施氮量使氮肥利用效率明显下降。