花铃期棉花对地下水埋深和高温的响应及排渍指标确定

为了探究高温胁迫下棉花对不同地下水埋深的响应差异,并在此基础上提出适宜的排渍指标,2012-2013年利用自动调控地下水位的测坑,在花铃期设置地下水埋深0、30、50 cm(持续受渍10 d),同时进行连续6 d的高温处理,观测棉花主要表观形态特征、生理代谢指标及产量。结果表明:地下水埋深0和30 cm降低了棉花株高,增加了主茎复合红绿比,而高温胁迫对二者影响不明显。高温胁迫下,地下水埋深越浅,倒4叶叶绿素含量和光系统II潜在光化学转换效率越低,其关系可用线性关系模型描述,且地下水埋深80 cm的累计值对二者的影响居首,高温胁迫次之。地下水埋深处理过程中,倒4叶超氧物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性先升高后降低,过氧化氢酶(catalase,CAT)活性持续降低,丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量急剧增加。地下水埋深处于0和30 cm时,高温胁迫加剧了棉花膜脂过氧化反应程度,叶片SOD和POD活性更低,MDA含量更高,但增强了棉花在地下水埋深50 cm的抗逆能力。地下水埋深处理、高温胁迫及其复胁迫主要通过减少单株成铃数、单铃质量使棉花产量降低,而对衣分含量影响普遍不明显。从整体减产程度来看,地下水埋深处理+高温胁迫(33.7%)地下水埋深处理(26.2%)高温胁迫(7.5%)。若以允许棉花产量减少15%~20%为排渍标准,假设在地下水埋深处理过程中连续出现6 d、每天近6 h的高温天气,则棉花花铃期地下水埋深80 cm的累计值为216.0~321.2 cm·d。研究可为湖北平原湖区及类似地区棉田排水管理提供科学参考。     

江汉平原麦后移栽棉适宜施氮量研究

为探寻江汉平原棉区麦后移栽棉模式最适宜施氮量，以中棉所63为研究对象，于2018—2019年连续2年进行不同施氮量（0、90、180、270、360、450 kg·hm-2）的田间小区试验，研究施氮量对麦后移栽棉的生长、产量及氮肥利用率的影响。研究表明：随着施氮量的增加,棉株倒4叶SPAD值呈增加趋势，花铃期倒4叶SPAD值与施氮量呈极显著一元二次关系。以施氮量在270~360 kg·hm-2之间籽棉占整株干物质量比例较大，且氮素向生殖器官转移速率最大。施氮量360 kg·hm-2处理的棉花产量、氮肥表观利用率、氮肥贡献率均最高。采用线性加平台模型拟合得出麦后移栽棉适宜施氮量为318.75 kg·hm-2（2018年）、310.64 kg·hm-2（2019年）,产量潜力可达到4 463.58 kg·hm-2(2018年)、4 662.53 kg·hm-2（2019年）。综合棉花生长、产量、氮素迁移及利用的结果，推荐江汉平原麦后移栽棉适宜施氮量为310.64～318.75 kg·hm-2。     

江汉平原麦后移栽棉适宜施氮量研究

为探寻江汉平原棉区麦后移栽棉模式最适宜施氮量，以中棉所63为研究对象，于2018-2019年连续2年进行不同施氮量（0、90、180、270、360、450 kg·hm-2）的田间小区试验，研究施氮量对麦后移栽棉的生长、产量及氮肥利用率的影响。研究表明：随着施氮量的增加,棉株倒4叶SPAD值呈增加趋势，花铃期倒4叶SPAD值与施氮量呈极显著一元二次关系。以施氮量在270~360 kg·hm-2之间籽棉占整株干物质量比例较大，且氮素向生殖器官转移速率最大。施氮量360 kg·hm-2处理的棉花产量、氮肥表观利用率、氮肥贡献率均最高。采用线性加平台模型拟合得出麦后移栽棉适宜施氮量为318.75 kg·hm-2（2018年）、310.64 kg·hm-2（2019年）,产量潜力可达到4 463.58 kg·hm-2(2018年)、4 662.53 kg·hm-2（2019年）。综合棉花生长、产量、氮素迁移及利用的结果，推荐江汉平原麦后移栽棉适宜施氮量为310.64～318.75 kg·hm-2。     

长期施磷对水旱轮作生产力及土壤团聚体磷分布的影响

以中稻-冬油菜定位试验为基础,研究水旱轮作条件下长期施用推荐磷肥用量对作物系统产量、土壤团聚体分布及有效磷含量的影响。试验设NK(-P)和NPK(+P)2个处理。结果表明,轮作系统产量变幅受到年份和施肥的双重影响,与对照相比(-P),施用磷肥(+P)后水稻和冬油菜的平均增产量为587kg/hm2和923kg/hm2,增幅分别达11.3%和168.1%。长期施用推荐磷肥用量虽然能够补充土壤各层次的磷素消耗、改善土壤团聚体分布状况,尤其显著提高0~10cm和30~40cm深处0.25mm粒级团聚体有效磷含量,但也造成土壤磷素累积,增加农田磷素地表径流和地下渗漏的环境风险。因此,有必要就整个轮作系统进行磷肥优化施用,以减少轮作系统的磷肥用量,从而提高磷肥吸收利用率。     

蕾铃期涝渍相随对棉花叶片光合作用与产量的影响

在棉花蕾铃期进行了涝渍相随试验,对奢水胁迫过程及涝后棉花主茎功能叶的光合作用相关指标进行了观察。结果表明,随着涝后受渍程度的增加,叶片的叶绿素相对值、净光合速率、水分利用效率逐渐降低,叶片气孔导度则有增加的趋势,减产幅度达22%以上,严重者减产近一半。根据试验结果,为促进植株尽快恢复,建议在涝解除后3~6 d将地下水位降至80 cm以下,并在涝解除后第5 d或第6 d适当追肥。     

棉花苗期叶片关键生理指标对涝渍胁迫的响应

利用盆栽棉花幼苗进行不同时长(3、6、9、12d)的淹水试验,观测棉花叶片的叶绿素组分(Chl)、叶色度(Rc)、叶绿素荧光动力学参数(F0、Fm)、丙二醛(MDA)、可溶性糖(DS)、脯氨酸(Pro)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)等关键生理指标,并与对照进行比较,分析其对涝渍灾害的响应.结果表明,淹水后的前3d棉苗叶片叶绿素水解速度最快,叶绿素荧光活性下降的峰值则出现在淹水后第6～9天.说明在田间管理上,应抓住时机在棉田淹水后的3d内尽快排涝降渍,避免植株光合能力受强烈抑制.涝渍胁迫发生后,叶片细胞内代谢平衡被打破,产生了如MDA含量增加和SOD活性下降等负面变化,不利于植株的恢复,同时也产生了如DS、Pro含量增加和POD活性提高等一系列正面变化,这对活性组织有保护作用.在淹水12d内,这些生理指标的变化速率呈现快-慢-快的规律,可用三次曲线来模拟其变化特点.     

中稻灌浆期对淹水胁迫的响应及排水指标研究

为了定量揭示淹水胁迫对水稻的影响和科学评估灾损并在此基础上提出相应的排水指标,在中稻(丰两优香1号)灌浆期设计了不同淹深(株高的1/4、1/2、3/4和4/4高度)及不同淹水持续时间(3、6和9 d)交互试验,研究了稻株生长和代谢对淹水胁迫的响应。结果表明,中稻灌浆期受淹水胁迫后,株高、节间显著增长;剑叶中的MDA质量摩尔浓度和POD活性随着淹水时间和淹水深度的增加会逐步上升;剑叶中的SOD活性和根系中POD和SOD活性的变化趋势为:当淹水时间为3 d时,会随着淹水深度增加而升高,而达到6 d和9 d时会呈现先升高后降低的趋势;根系中的MDA表现较灵敏,在同一淹水时间下,其质量摩尔浓度均会随着淹水深度增加呈现先增高后降低的趋势。在产量构成方面主要表现为穗结实率显著下降,其次是千粒质量和实际产量降低,当受涝深度分别为1/4PH(株高的1/4)、1/2PH、3/4PH和4/4PH时,受涝时间达到3 d以上,水稻会分别减产10.73%、10.82%、22.23%和45.81%以上。若以水稻减产20%为排水指标,当中稻灌浆期受到株高的(灌浆期株高137 cm)1/4、1/2、3/4和4/4高度的涝水时,应分别在9.9、5.0、3.3和2.5 d内将田面涝水排到其田面正常蓄水深度。     

适雨灌溉下氮肥运筹对水稻光合特性、氮素吸收及产量形成的影响

【目的】为合理利用水稻生长期间的降雨，改善江汉平原地区稻田氮肥管理。【方法】采用田间小区试验，研究了常规淹灌(FI)和适雨灌溉(RAI)条件下，农民习惯施肥(FFP)、30%尿素+70%控释掺混肥(30%N+70%CRF)和优化减氮施肥(OPT-N)对降雨利用率、水稻产量、光合特性、干物质积累及氮吸收利用的影响。【结果】1)RAI能在节省水资源同时提升稻田对雨水的储蓄和利用能力，与FI相比可减少田间灌溉水量41.7%，各生育阶段水稻叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)、干物质积累、氮素吸收以及产量均有不同程度的增加；2)两种水管理方式下，与FFP处理相比，OPT-N处理水稻在分蘖期的Pn、Gs、Ci、Tr、干物质积累和氮素吸收显著降低，但在孕穗期-灌浆期有所增加，对最终产量形成影响不大；RAI结合30%N+70%CRF处理有利于水稻生育前期Pn、Gs、Ci、Tr的增加，提升生育中后期干物质积累量，氮素吸收量在分蘖期显著高于OPT-N和FFP，在齐穗期和成熟期显著高于FFP，有效穗数、穗长、千粒质量和结实率在各处理间表现最高，实际产量相较常规水肥管理可增产10.4%。【结论】适雨灌溉条件下，OPT-N不会显著影响水稻的生长及产量，30%N+70%CRF有助于水稻光合作用、氮素吸收及产量的增加。     

氮肥运筹下不同种植方式水稻对氮素的吸收、转运和利用

为改进江汉平原地区中稻氮肥施用方法。采用田间小区试验,设置当地常规施肥(FFP)、缓控释肥与尿素配施(CRF)、海藻多糖氮肥替代(HTN)及不施氮对照(CK)4个氮肥管理,研究不同氮肥运筹对机插稻、直播稻氮素吸收、转运及氮肥利用率的影响。结果表明:水稻分蘖前期机插稻的干物质积累量FFP处理比CRF、HTN处理分别高41.83%、19.89%,直播稻CRF处理比FFP处理高4.84%;分蘖盛期-拔节期机插稻干物质积累量、氮素积累量占总干物质积累量、氮素积累量的比例比直播稻分别高12.58%～17.21%、15.24%～67.24%;拔节期-成熟期各处理的干物质积累量表现为CRF>HTN>FFP,且直播稻的干物质积累量占总干物质积累量的比例比机插稻高12.72%～17.61%,CRF处理机插稻和直播稻的穗部干物质积累分别比FFP处理增加了19.71%和14.82%,HTN处理分别增加了13.10%和3.93%。在氮素的积累、转运、利用上机插稻与直播稻具有相似性,均表现为CRF>HTN>FFP,CRF处理下机插稻和直播稻氮肥表观利用率分别比FFP处理增加了38.02%和34.57%,HTN处理分别增加了11.82%和13.33%。缓控释肥与尿素配施、施用海藻多糖氮肥,都有利于提高杂交中稻氮素的积累、转运和利用,同时氮肥适当后移有助于直播稻的氮素吸收。     

花铃期短期渍水和高温对棉花叶片光合特性、膜脂过氧化代谢及产量的影响

渍水和高温是长江中下游地区棉花生育中后期的主要气象灾害。2011和2012年在桶栽栽培条件下,研究了棉花花铃期功能叶光合特性、膜脂过氧化代谢对渍水(土表积水2~3 cm,7 d)、高温(7 d,每天持续6 h)及其复合胁迫的响应差异及其与产量的关系。结果表明,渍水、高温单独处理均增加了棉花主茎倒4叶超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性和丙二醛(Malonaldehyde,MDA)含量。渍水和高温共同处理导致SOD活性降低,POD活性迅速增强和MDA含量急剧增加。渍水、高温及渍水+高温均降低了叶片SPAD值、光系统II最大光化学量子产量(Maximal photochemical quantum yield of photosystem II,F_v/F_m)和潜在光化学活性(Potential photochemical activity of photosystem II,F_v/F_0);同时降低了叶片净光合速率(Net photosynthesis rate,P_n)、气孔导度(Stomatal conductance,C_s)和蒸腾速率(Transpiration rate,T_r),增加了胞间二氧化碳浓度(Intercellular CO2concentration,C_i);减少了单株成铃数,降低了铃重,进而降低了籽棉产量,而对衣分影响不明显。从产量受害程度来看,渍水+高温(23.0%)渍水(17.1%)高温(9.8%)。除Ci外,SPAD值(叶绿素含量)、P_n、T_r、C_s、F_v/F_m及F_v/F_0与产量均呈显著正相关关系,其中SPAD值与产量的相关性最好。可将功能叶SPAD值作为作物响应逆境胁迫的敏感指标,应用到棉花抗逆能力评价和气象灾害减产评估之中。