干旱胁迫条件下信阳五月鲜桃光合特性和生理生化指标变化规律研究

以2年生信阳五月鲜桃幼树为试材,在盆栽条件下自然干旱形成水分梯度对信阳五月鲜桃幼树光合特性和生理生化特性进行研究,试验结果表明:信阳五月鲜桃光合速率日变化在清晨8∶00最大,随后逐渐下降,在中午14∶00降到最低,之后出现回升,有明显的"午休"现象;信阳五月鲜桃光合速率变化与蒸腾速率、气孔导度、叶片温度和胞间CO2浓度具有密切的关系;当土壤相对含水量大于55.7%时,信阳五月鲜桃光合速率降低的主要因素是气孔因素,当土壤相对含水量低于55.7%时,信阳五月鲜桃光合速率降低的主要因素是非气孔因素。当土壤相对含水量大于55.7%时,信阳五月鲜桃渗透调节物质不断积累,以SOD为主导的细胞保护酶系统活性增强,植株抗旱性机制明显提高。当土壤相对含水量低于55.7%时,水分亏缺加重,渗透调节能力减弱,质膜系统遭到破坏,质膜过氧化。     

不同水分条件下水稻光合作用的光响应模型的比较

采用非直角双曲线模型、直角双曲线模型和直角双曲线修正模型,研究了不同水分条件对水稻叶片光响应特征的影响。结果表明:随土壤水分的降低,水稻功能叶片的光响应曲线下降,且在光强高于400μmol/(m2.s)时,不同土壤水分状况的光响应曲线差距变大。三种模型模拟结果总体上都能较好地反映光合作用的光响应特征。光响应特征参数方面,三种模型都能反映水分亏缺对水稻叶片LCP的影响,但仅直角双曲线修正模型拟合的Pmax与实测最为接近,且非直角双曲线模型不能反映水分变化对AQY的影响。采用传统的线性回归方法得到的LSP值大幅度偏低,其所对应的光合速率仅为同模型中最大净光合速率的39%～55%,而直角双曲线修正模型通过模型参数直接计算确定的LSP与实测值最接近。因此,总体上直角双曲线修正模型在反映水稻叶片的光响应特征及对水分亏缺的响应方面具有优越性。     

微咸水灌溉下冬小麦光合作用与光响应曲线模拟

为揭示微咸水灌溉下冬小麦的光合生理响应机理,在黄河三角洲地区的典型引黄灌区开展了冬小麦微咸水灌溉大田试验,研究了两种灌溉处理（淡水处理（矿化度0g/L）和微咸水处理（矿化度3g/L））条件下,冬小麦抽穗期（2016年5月1日和2017年5月1日）和开花期（2016年5月10日和2017年5月12日）蒸腾速率、净光合速率、气孔限制值及光响应曲线模拟特征参数等指标变化规律。结果表明,与淡水处理相比,2016、2017年微咸水灌溉导致浅层（0~40cm）土壤含盐量显著增加了37.8%、64.3%;抑制了抽穗开花期冬小麦的蒸腾作用,2016、2017年微咸水灌溉处理冬小麦抽穗期蒸腾速率降低了19.1%、31.4%,开花期降低了11.6%、11.0%;午前净光合速率的下降主要受到气孔因素和非气孔因素共同影响,午后由于非气孔因素的改善,微咸水处理冬小麦净光合速率超过淡水处理,却伴随着较高的气孔限制值。引入直角双曲线修正模型进行光合特征参数拟合发现,微咸水灌溉有利于增强抽穗开花期冬小麦对于强光和高温的适应能力并且可以提升冬小麦利用弱光的能力,暗呼吸速率的下降可以保证较快的干物质累积。因此,微咸水灌溉并未对冬小麦抽穗开花期叶片光合作用产生负面影响,反而一定程度上促进了冬小麦利用光能的潜力。     

葡萄光合作用光响应曲线拟合模型比较研究

通过分析各模型求取的光合参数模拟值与实测值的接近程度,探讨了各模型在葡萄光响应曲线研究中的适用性。为了筛选适合吐鲁番地区的葡萄光响应模型,采用二次多项式模型、指数函数模型、直角双曲线模型、非直角双曲线模型和修正的直角双曲线模型对葡萄光合作用的光响应曲线进行拟合,表明:指数函数模型和直角双曲线模型不能解释光饱和区域的光抑制现象。二次多项式在一定程度上能够体现出葡萄光合作用的光抑制现象,但各项光合参数与实测值相差较大,且有违背常识错误。非直角双曲线模型虽能解释光饱和区域的光抑制现象,但拟合得到的最大净光合速率高于实测值。修正的直角双曲线模型求解得到的各项光合参数均接近实测值,并且能很好地体现葡萄在不同光强下的光响应曲线,尤其是在光饱和区域。吐鲁番地区葡萄光响应模型宜采用修正的直角双曲线模型,其拟合求取的葡萄最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率分别为10.627、1 178.362、67.487、2.943μmol/(m~2·s),初始量子效率为0.05。     

不同入渗水头条件下土壤水分运动数值模拟

在分析入渗水头对土壤水分入渗影响的基础上,提出了分层计算假定,建立了不同入渗水头作用下土壤水分运动数学模型,并采用差分法进行求解.在室内进行了不同入渗水头土壤水分入渗验证试验,结果表明,模型计算土壤含水率与试验实测值具有较高一致性,最大相对误差为4.8％,表明所建立的不同入渗水头作用下土壤水分运动数学模型是正确的,求解方法是可行的.     

不同灌水和光强条件下小粒咖啡叶片光响应及光合生理特征

为探明小粒咖啡水分和光照耦合管理模式, 采用盆栽试验,研究3个灌水水平(W_H:高水;W_M:中水;W_L:低水)和3个光强水平(S₀:不遮阴;S₁:轻度遮阴;S₂:重度遮阴)对小粒咖啡叶片光响应曲线、光合、蒸腾及气孔导度等生理指标的影响.结果表明:遮阴对小粒咖啡叶片的叶绿素及胡萝卜素含量的影响大于灌水,与不遮阴相比,增大遮阴强度使叶绿素总量和叶绿素b分别增大13.53%~260.21%和31.10%~412.91%;不遮阴和轻度遮阴时,与低水相比,增大灌水量使叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量分别增大13.30%~110.65%,92.11%~148.36%和39.85%~124.30%;不遮阴和轻度遮阴时,与低水相比,增大灌水量提高最大净光合速率26.61%~185.27%;而重度遮阴时,增大灌水量使最大净光合速率先增大后减少,中水和低水时,与不遮阴相比,增大遮阴强度使最大净光合速率增大10.73%~103.73%;不同灌水和光强条件下咖啡叶片的净光合速率、蒸腾速率以及气孔导度日变化均呈双峰型,与不遮阴相比,增大遮阴强度使叶片日均净光合速率和日均气孔导度分别增大12.36%~57.74%和4.56%~42.66%,而降低日均蒸腾速率;与低水相比,日均气孔导度和净光合速率随着灌水量增大而显著增大;轻度遮阴和高水组合水分利用效率最大,同时光能利用效率和最大净光合速率最大,S₁W_H为小粒咖啡水光高效利用组合.     

冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动数值模拟

冬小麦深度灌水可以促进根系深扎,提高水分利用率。为了定量计算深度灌水条件下土壤水分动态,根据冬小麦不同深度灌水试验,用土壤水分运动方程的源项模拟不同深度灌水,建立了冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动模型,采用有限差分法求解。利用不同深度灌水冬小麦试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的土壤含水率与实测土壤含水率的动态变化趋势一致,二者显著相关,相关系数在0.90以上,模型平均绝对误差最大值为0.023 cm3/cm3,平均相对误差最大值为8.22%,均方根误差最大值为0.03 cm3/cm3。所建模型具有较高的模拟精度,可用于模拟不同深度灌水条件下冬小麦土壤水分分布与动态变化。     

不同灌溉定额下春小麦光合光响应特征研究

为了探讨荒漠绿洲区春小麦在干旱环境下的适应机制,测定了6个灌溉处理下春小麦的光合响应过程,采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型分别对春小麦光响应曲线进行了拟合比较,筛选出最优模型,并利用最优模型对不同灌溉处理下春小麦的光合特征参数进行了计算。试验结果表明,随着灌溉量的增加,小麦叶片光合性能呈增加趋势,且灌浆前期大于灌浆后期;经误差分析,不同灌溉定额下4种模型的光响应曲线拟合结果存在差异,直角双曲线模型、非直角双曲线模型和指数模型对高灌水处理的光响应曲线模拟精度高于低灌水处理;直角双曲线修正模型对所有处理的模拟精度均最高,是拟合荒漠绿洲区春小麦光响应曲线的最优模型;光合参数显示,420 mm灌溉定额处理下春小麦的最大光合速率、表观量子效率、光饱和点均高于其他灌溉处理,而光补偿点则显著降低。荒漠绿洲区,适当的灌溉定额有利于扩大春小麦光的适应范围,提高光能利用能力,增加产量。     

不同水肥模式下水稻光合光响应特性研究

为揭示不同水肥模式对水稻分蘖期和拔节孕穗期叶片光合作用光响应特征的影响,在2种灌溉模式、2种施肥次数和4个施氮量水平下,开展了不同水肥模式的水稻叶片光合作用的光响应特征研究。结果表明,在水稻分蘖期和拔节孕穗期,间歇灌溉水稻的净光合速率高于淹灌,且随着施氮量的提高,这种由于灌溉模式引起的差异将被弱化。在施氮量较低时,淹灌水稻很快就达到了光饱和,而在间歇灌溉下,光饱和点则明显后移。这表明低氮水平下,间歇灌溉的水稻对光的适应能力比淹灌的水稻强。灌溉模式和设计施氮量相同时,由于3次施肥在时间尺度上施肥分布更均匀,尽管其在分蘖期净光合速率较小,但在拔节孕穗期净光合速率较大,与2次施肥相比,其水稻产量更高。这表明,提高拔节孕穗期作物的净光合速率有利于作物干物质的积累,从而获得更高的产量。     

降雨灌溉蒸发条件下苹果园土壤水分运动数值模拟

根据土壤水动力学原理和果树根区土壤水分运动特点,建立了降雨灌溉蒸发条件下含根系吸水项的二维土壤水分运动数学模型,采用有限元法求解,对降雨灌溉蒸发条件下的地表边界条件进行处理.在田间进行了灌溉蒸发条件下果园土壤水分运动验证试验,采用田间实测土壤含水率分布资料对模型进行验证,结果表明模拟值与实测值吻合较好,所建的根区土壤水分运动模型是正确的,采用有限元法求解是可行的,该模型可用于预测果园田间土壤水分运动.     

微孔渗灌条件下土壤水分运动数值模拟

为提高微孔渗灌条件下土壤水分运动数值模拟精度,建立了含有第3类边界条件的二维微孔渗灌土壤水分运动数学模型,着重论述了微孔管3类边界条件处理的流速分解法,并采用ADI交替方向隐式差分法求解数学模型。室内试验结果表明,在渗灌管边界,模拟计算结果的相对误差在6.7%以内,远离渗灌管的地方误差更小,实测值与模拟值二者吻合较好。说明建立的数学模型、边界条件和求解方法具有较高的精度,提出的微孔管边界处理的流速分解法具有可行性,可用来模拟各种因素(微孔管特性、供水特性与土壤特性)影响下微孔渗灌条件下的土壤水分运动。     

宁夏引黄灌区不同灌水处理下春小麦光响应曲线模型研究

为提高春小麦光能利用效率、优化田间管理,开展滴灌条件下宁夏引黄灌区春小麦适宜的光响应曲线模型研究。试验以春小麦为研究对象,设置滴灌条件下5个灌水量梯度,分别为1 350 m3/hm2、1 950 m3/hm2、2 400 m3/hm2、2 850 m3/hm2、3 150 m3/hm2。测定5个处理下春小麦的光合响应过程,采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型、叶子飘模型、动力学模型分别对春小麦光响应曲线进行拟合比较,筛选出最优模型,并对不同灌溉处理下春小麦的光合特征参数进行计算。结果表明：随着灌溉量的增加,小麦叶片净光合速率呈增加趋势,且孕穗期大于灌浆期,各模型对处理1灌浆期光响应过程模拟的均方根误差(RMSE)介于1.19~1.55 μmol/(m2·s)之间,而处理4的均方根误差为0.85~1.12 μmol/(m2·s),其他误差指标类似,均表现为灌水量适宜的模拟效果较好。叶子飘模型拟合得出的光响应曲线精度更高,更接近于春小麦实际的光合特征,是适合宁夏引黄灌区春小麦生长的最优光响应模型。在宁夏引黄灌区滴灌条件下,适当增加灌水量,可增加春小麦对光的适应能力和有效辐射利用率,灌水量3 150 m3/hm2的处理暗呼吸速率和光补偿点最大。可见滴灌条件下灌水量大于2 400 m3/hm2时可增大春小麦光饱和点,增加有效光合范围,为增产奠定基础。     

膜下滴灌条件下绿洲棉田土壤水分运动数值模拟

应用非饱和土壤水运动理论,建立膜下滴灌条件下土壤水分运动二维数值模拟模型,研究了田间层状土壤在膜下滴灌条件下土壤水分运动特征.应用不同小区不同灌水处理的实测值与模拟值进行对比,同时对模型做了精度分析,结果表明符合精度要求,这说明所建立的模型能客观地反映实际土壤条件下的水分运动情况.研究结果表明:土壤剖面30～40 cm粘土层使土壤水分运动具有很大的差异,0～30 cm变化明显,而40 cm以下土壤水分运动的变化较小. 膜下滴灌应该采取灌水量小,频度大的灌溉模式.     

不同土壤水分条件下麦地蒸散日变化规律研究

利用蒸发桶研究了不同土壤水分条件下裸地蒸发和麦地蒸散的日变化规律;分析了裸地蒸发与麦地蒸散的关系;论述了蒸散日变化的一些特征;分析了蒸散与辐射、气温的关系,并对蒸散与土壤水分的关系进行了探索,建立了蒸散与土壤含水量的回归方程。     

不同灌溉方式对土壤水分及棉花光合特性的影响分析

为了探讨不同灌水方式对土壤水分及棉花生育后期(盛铃期)光合-光响应曲线特征的影响,通过测坑试验,设定3种灌溉方式(膜下滴灌、地下滴灌、微润灌),利用PR2测定土壤水分状况,利用光能利用率的下降点来界定光合作用弱光区域,并采用直角双曲线修正模型拟合光合-光响应曲线。结果表明,土壤湿润体大小关系为:膜下滴灌地下滴灌微润灌,其中微润灌较地下滴灌土壤湿润体水分分布更均匀;界定后的光合作用弱光区域较传统区域增大;直角双曲线修正模型拟合结果相关度较高,且光合参数模拟值与实测值接近;灌溉用水量大幅减小的情况下,微润灌最大净光合速率为膜下滴灌处理的69.6%,为地下滴灌处理的88.1%,其节水潜力较大。     

不同土层土壤水分特征曲线的空间变异及其影响因素

利用多重分形和联合多重分形方法,对陕西杨凌地区0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数的空间变异性及其影响因素进行了研究.结果表明:0～20 cm和20～40 cm土层参数α都具有明显的多重分形特征,空间变异性较强,且分别是由低值和高值分布引起的;参数n和θs的多重分形特征不明显,空间变异性较弱.0～20 cm和20～40 cm土层van Genuchten模型参数与土壤物理特性的相关特征并不完全相同,在观测尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt显著相关,参数n与Sand、SOM显著相关,θs与Sand显著相关;20～40 cm土层参数α与SOM显著相关,参数n和θs都与Sand、Silt、SOM显著相关;在多尺度上,0～20 cm土层参数α与Sand、Silt的相关程度最高,20～40 cm土层参数α与BD、SOM的相关程度最高.     

葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律模拟研究

为探讨葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律,为葡萄的滴灌灌溉制度提供理论依据,利用HYDRUS-2D软件模拟了该条件下土壤纵剖面水分分布,并与实测值进行了对比。结果表明,滴头正下方各深度处体积含水率均方根误差(RMSE)在1.82%~2.76%间,模拟具有较高精度,模型参数可靠。再结合模型验证后参数,分别模拟了滴头流量为2.4 L/h时,灌溉8、10、12 h后水分再分布24 h时土壤水分运移规律。结果表明,滴灌12 h时,土体湿润体面积范围较广,有效含水率深度与葡萄根系发育规律较匹配,满足葡萄架下与架外根系生长对土壤水分要求。     

夏玉米控制性交替灌溉条件下土壤水分动态模拟

在控制性交替灌溉土壤水分动态和根系分布试验观测的基础上,建立了夏玉米控制性交替灌溉条件下土壤水分动态模拟模型,并根据实测资料确定了参数,对模型进行验证。通过与田间实测值进行比较结果表明,模型的均方差在0.029～0.038 cm3/cm3范围内,模拟值与实测值的平均相对误差在5.26%～7.85%范围。因此,认为模型能很好地模拟夏玉米控制性交替灌溉条件下的土壤水分动态。     

不同供水条件对冬小麦光合特性及水分利用效率的影响

研究了不同土壤水分状况下植物叶片光合速率和水分利用特性对环境变化的响应,分别在固定CO2浓度和光强下,测定了2种供水强度条件下灌浆期冬小麦旗叶光合速率对光强和CO2浓度的响应。结果表明,高水分处理(CK)与低水分处理(WS)的光响应曲线差异较小,而CO2响应曲线差异显著;气孔导度和蒸腾速率均随CO2浓度升高而降低,WS处理反应较CK处理敏感;CK的水分利用效率略高于WS,但差别不大,低度水分胁迫不会对冬小麦水分利用的生理机制产生严重影响。     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．