不同水分胁迫情境下冬小麦生长发育的RZWQM2模拟

为提高水分胁迫条件下作物生长过程的模拟精度,根区水质模型(Root zone water quality model 2,RZWQM2)的开发者改进了原有的水分胁迫指标(Soil water index 1,WSI1)得到2种新的水分胁迫指标WSI2和WSI3。其中,WSI2用Nimah and Hanks方程修正影响光合作用的胁迫系数(Soil water factor,SWFAC)中的根系吸水项;WSI3则在WSI2的基础上加入了土壤蒸发项。为比较上述3种水分胁迫指标模拟水分胁迫条件下冬小麦生长发育的精度,并对其在关中地区的适用性进行评价,首先利用2012—2013年和2013—2014年两年度的冬小麦分段受旱试验对RZWQM2模型进行校准和验证,然后分别选取模型中3种不同的水分胁迫因子对2年(2012—2014年)分段受旱试验进行模拟,评价冬小麦的土壤水分动态、蒸腾总量、最终生物量和籽粒产量的模拟效果。结果表明:3种水分胁迫因子能较好地模拟生育后期轻度受旱条件下冬小麦的生长发育过程,但随着受旱程度的加深和受旱时段的提前,模型的模拟精度降低;相较原有水分胁迫因子WSI1,WSI2提高了各受旱处理的模拟精度,其中2年生物量的平均RRMSE降低了2.84个百分点,籽粒产量的平均ARE降低了1.43个百分点,且在越冬期和拔节期受旱处理的模拟精度提高最为明显。综上,现有RZWQM2模型对冬小麦受旱处理的模拟还存在一定局限性,可从改善物候期和ET模拟精度及加入旱后复水对冬小麦生长的补偿效应等方面进一步研究和改进。如需利用现有模型对水分胁迫条件下冬小麦生长发育过程进行模拟,建议选用WSI2。     

活性炭对农田土壤孔隙结构的影响

分析了农田土壤中施用不同用量活性炭(活性炭用量分别占土壤质量的0、0.1%、0.3%、0.6%、0.9%和1.2%)对土壤总孔隙的影响,及其随着时间(0、30、60 d和90 d)的变化;利用DE双指数模型计算了土壤毛管度和非毛管孔隙度,定量评价了活性炭对土壤不同大小等级孔隙状况的影响。结果表明:活性炭对土壤的毛管孔隙影响不大,主要增加了土壤的非毛管孔隙,培养90 d时,相比对照处理,活性炭处理(从低到高)的土壤非毛管孔隙度分别增加5.8%、2.5%、8.7%、9.1%和14.7%;活性炭处理减小了土壤容重,增大了土壤总孔隙度,培养90 d时,活性炭处理(从低到高)的总孔隙度比对照处理分别增加1.9%、1.8%、2.3%、2.7%和4.3%;活性炭处理显著减小了土壤毛管孔隙孔径(P0.05),而显著增大了土壤非毛管孔隙孔径(P0.05)。活性炭对土壤孔隙的影响随着时间的延长越来越明显,这可能主要与活性炭自身特性和添加活性炭所引起的有机质和微生物变化有关。     

陕西关中地区苹果褐斑病菌遗传多样性分析

为了揭示苹果褐斑病菌(Diplocarpon mali)的群体遗传多样性,利用ISSR分子标记技术,通过ISSR-PCR扩增,对分离自陕西省关中平原7个县(区)的64个菌株进行遗传多样性分析。结果显示,陕西关中地区苹果褐斑病菌的遗传多样性丰富,不同县(区)病菌的遗传多样性存在差异,渭南市白水县病菌的遗传多样性水平相对较高,咸阳市乾县相对较低。群体之间的遗传分化系数不同,遗传变异主要发生在群体内;不同地区群体之间存在不同程度的基因交流,其中关中中部群体的基因交流更广泛;关中东部、中部、西部地区之间的群体也存在基因交流,其中东部和西部之间群体的基因交流更频繁。NTsys聚类结果表明,种群之间的遗传亲缘关系与分离株的地理来源没有明显的相关性。     

辽西半干旱区浅埋滴灌水氮耦合对春玉米光合作用的影响

为探究浅埋滴灌水氮耦合对辽西半干旱区春玉米光合作用的影响。采用二次饱和D-最优设计,在移动式遮雨棚内开展了水肥精量控制试验,构建以光合速率(P_n)为因变量,灌溉量(X_1)和施氮量(X_2)为自变量模拟的最优回归模型。结果表明,浅埋滴灌春玉米水分和氮肥投入均能提高春玉米的叶片光合速率,对光合速率的提高作用为水氮耦合水单因子氮单因子;浅埋滴灌水氮耦合主要通过提高蒸腾速率、增大气孔导度和叶面积,对叶片光合速率的提高有一定的促进作用。P_n分别与T_r、G_s和L_a之间均呈现极显著正相关关系,对光合速率的作用大小顺序为:T_r G_s L_a;水、氮单因子对P_n的影响呈开口向下的抛物线趋势,二者均存在最大值。超过最大值持续增大灌水量或施氮量,对提高春玉米叶片的光合速率有抑制作用;水氮耦合作用表现为正交互效应。通过模型寻优,得到浅埋滴灌条件下获得叶片最高光合速率(P_n)的水、氮最优配比模式,即灌溉量为405. 7 mm、施氮量为146. 6 kg/hm～2。     

利用HYDRUS-2D模拟膜下滴灌玉米农田深层土壤水分动态与根系吸水

河套灌区农田地下水埋深普遍较浅且年内波动较大,明确不同膜下滴灌条件下深层土壤水分对根区的补给作用及作物根系吸水的响应差异有利于膜下滴灌技术的完善和推广。本研究开展了连续2 a(2017—2018年)的春玉米田间试验,设置3个膜下滴灌灌溉水平,分别控制土壤基质势下限为-10 kPa(S1)、-30 kPa(S3)和-50 kPa(S5)。利用HYDRUS-2D模型模拟0～120 cm深度土壤含水量、根层下边界(100 cm深度处)水分通量和作物根系吸水速率。结果表明,经过率定后的HYDRUS-2D模型对0～120 cm深度土壤含水量模拟结果的根均方差(RMSE)和决定系数(R~2)分别为0.039～0.042 cm~3·cm~(-3)和0.78～0.73,模拟结果可靠。膜下滴灌农田100 cm和120 cm深度处土壤含水量较高且处理间差异不大,说明不同滴灌条件对于100 cm以下深层土壤含水量影响较小;但不同处理显著影响根区下边界的水分通量和根系吸水速率。基质势下限控制水平越低,深层土壤水分对于根区的补给量(毛管上升)越大,S1、S3、S5生育期内累积补给量在31.9～49.6 mm之间。S5处理根系吸水速率较低,根系吸水受到显著抑制,从而造成作物生长指标和产量显著低于S1和S3处理(P0.05);而S1和S3之间籽粒产量差异不显著。综上,在本研究所设置的3个滴灌处理中,S3生育期内灌溉定额为240～300 mm,既较S1显著减少灌水量、提高水分利用效率,又具有较好的根系活力,有效利用深层土壤水分,因此建议该地区春玉米膜下滴灌的灌水下限为-30 kPa。     

小麦-条锈菌互作过程中活性氧及保护酶系的变化研究

 对条锈菌与小麦不同互作体系中组织学特征、活性氧产生及其相关酶系的变化进行了研究。组织学观察表明:非亲和组合相对于亲和组合存在明显差异,表现为菌丝生长受抑,吸器母细胞和吸器形成减少,寄主细胞在接种后18h左右出现过敏性坏死。生化测定结果表明:在非亲和组合中,O₂^-的产生速率和H₂O₂的含量均高于亲和组合,且O₂^-产生速率在接种后12h达到一个峰值,H₂O₂的含量在接种后20和72h出现2个高峰。而在亲和组合中,O₂^-产生速率低于对照或与对照相似,H₂O₂的含量虽然高于对照,但却普遍低于非亲和组合;SOD在亲和组合中的活性总体上要高于非亲和组合;接种24h后,CAT在2种组合中的活性均高于对照,在接种后36和48h时,亲和组合中的CAT活性高于非亲和组合,而在接种60h后又开始低于非亲和组合;POD活性在接种24h后均明显升高,但亲和组合中POD活性增幅大;MDA在非亲和组合中于接种后72h含量明显上升。结果表明,亲和与非亲和组合中条锈菌扩展、活性氧的产生及相关酶活变化都存在明显差异,这些差异与小麦抗锈性的表达可能有密切联系。     

基于GIS的区域雨水资源化潜力评价模型研究

区域雨水资源化潜力的定量评价对于雨水资源开发利用的宏观决策、规划设计具有十分重要的意义。该文以黄土高原地区为例,系统分析了影响区域雨水资源化潜力的各个因子,确定定量评价区域雨水资源化潜力的各项指标,并运用GIS技术,集成多种来源、多种比例尺和多种类型的数据,建立区域雨水资源化潜力定量评价模型。评价模型对于黄土高原地区雨水资源可持续利用及生态与环境保护具有重要作用。     

土壤属性和作物生长对生物炭施用的响应和反馈研究进展

生物炭作为一种土壤改良剂,近年来在提升土壤质量和作物产量方面效应良好。在全面梳理生物炭施用效果方面的最新研究基础上,总结了土壤理化性质、作物生长和产量对生物炭施用的响应和反馈规律。结果表明：(1)生物炭的来源、是否酸化、施用年限及施用量决定了施用后的土壤属性及作物产量变化幅度。一般来说,施用量增加、土壤容重降低,土壤孔隙度增加、土壤水力性质及入渗性能改善,土壤温度也增加。(2)由于土壤物理性质改变,施用生物炭最终降低了土壤表层的盐分表聚。生物炭对土壤pH的调节效果取决于两者pH的差异。此外,随着生物炭施用量增加,有机质含量呈线性增加趋势,而有效氮、有效钾和有效磷呈先增加后减小的趋势。(3)适宜施用生物炭使作物长势更好、产量更高;而过高的施量既不经济、增加成本,又对作物产量提升无益,适宜生物炭施用量为10～40 t/hm²。(4)总体上,虽然土壤属性和作物生长对生物炭施用的响应和反馈因试验条件、土壤质地和作物类型、气候条件差异而表现出响应幅度不同,但大部分结果证实,土壤属性和作物生长对生物炭施用具有正面响应。今后在生物炭施用的科学认识和生产实践中需因地制宜制定施用策...     

大麦CIPK基因家族鉴定及表达分析

钙调神经磷酸酶B样相互作用蛋白激酶(CIPK)蛋白家族是由Ca2+介导的植物信号通路中的关键蛋白家族,在植物抗逆和生长发育中起关键作用。本研究将生物信息学方法和转录组数据分析相结合,挖掘出大麦31个HvCIPK基因家族成员并将其分为5个亚家族。HvCIPKs基因家族成员具有CIPKs典型的N端激酶结构域和C端NAF调节结构域;蛋白质分子量在40302.27~89926.43KDa之间,为亲水性蛋白;启动子总共包含11种与非生物胁迫、激素调控以及生长发育相关的顺式作用元件;蛋白互作网络预测结果显示,HvCIPKs与Na+、K+转运体、ABA信号通路关键蛋白(SOS1、AKT1和ABL2)存在相互作用关系;转录组数据分析发现HvCIPK1、HvCIPK2、HvCIPK6、HvCIPK9、HvCIPK11受盐碱胁迫的诱导表达。该研究为进一步探索大麦HvCIPKs基因家族功能及调控机制提供理论依据。     

不同秸秆还田方式对土壤质量改良效应的综合评价

2011—2016年采取田间定位试验方法,对比研究了秸秆不还田对照(CK),长秸秆(50 mm)覆盖还田(LM),长秸秆(50 mm)翻压还田(LP),粉末秸秆(1 mm)翻压还田(SP),长秸秆(50 mm)氨化翻压还田(ALP)和粉末秸秆(1 mm)氨化翻压还田(ASP)6种不同秸秆还田方式对土壤质量和冬小麦产量的影响。选择土壤体积质量(X₁)、饱和导水率(X₂)、饱和含水量(X₃)、>0.25 mm水稳性团聚体含量(X₄)、水稳性团聚体平均重量直径(X₅)、水稳性团聚体几何平均直径(X₆)、水稳性团聚体分形维数(X₇)、总有机碳(X₈)、全氮(X₉)、可溶性有机碳(X₁₀)、可溶性有机氮(X₁₁)、微生物量碳(X₁₂)、微生物量氮(X₁₃)、土壤呼吸速率(X₁₄)、蔗糖酶...