1959-2017年安徽省夏季降水的时空变化及其影响因素研究

【目的】探究安徽省区域水热动态变化趋势,对区域水旱灾害发生的夏季降水时空分布变化特点、分配特征及变化规律进行分析。【方法】利用1959―2017年安徽省16个气象站逐月降水资料,采用气候倾向率法、滑动平均法、Mann-Kendall突变检验法并基于克里金插值法,对安徽省1959-2017年夏季降水的时空分布特征及影响因素进行分析。【结果】研究区年均夏季降水540.1 mm,占年均降水总量45.9%,夏季降水量变幅为275.7~1 137.0 mm;1959-2017研究区年均降水量和夏季降水量总体上都呈增加趋势,其中夏季降水量变化率为23.01 mm/10 a,略高于年均降水变化速率(21.31mm/10a);夏季降水作为年降水极值的重要构成,在1975年存在显著突变点,20世纪70年代末到20世纪90年代中期突变情况复杂多变,存在多个突变年份,突变年份与厄尔尼诺年具有较强关系。安徽省夏季降水与年降水在空间分布上都呈现出南多北少的同步趋势;年降水量呈现237.0~753.2 mm的降水梯度,夏季降水出现426.4~1 045 mm的降水梯度。【结论】安徽省夏季降水变化特点表现为集中性和突变性共存的特点,降水呈现增多趋势是全球气候变暖背景下复杂的水热响应关系以及以厄尔尼诺现象为代表的异常气候事件共同作用的结果;安徽省区域气候过渡性和复杂下垫面地形条件造成了区域降水显著分异。     

1957-2017年京津冀主要作物水分利用效率及节水潜力分析

水资源短缺以及农业用水效率不高制约着京津冀一体化国家战略的实施。【目的】提高主要作物水分利用效率,缓解京津冀地区农业水资源矛盾。【方法】基于FAO推荐的Penman-Monteith公式及有效降水计算公式估算了1957-2017年京津冀地区冬小麦、夏玉米的耗水量及水分利用效率以及冬小麦、夏玉米的节水潜力。【结果】冬小麦、夏玉米水分利用效率呈逐年线性增长趋势。冬小麦、夏玉米水分利用效率仍有20%~30%的提升空间,在产量不变的前提下,京津冀地区可节约水量43.6亿~60.4亿m^3。冬小麦节水潜力高于夏玉米。【结论】可通过改善土壤条件,优化灌溉管理以及秸秆覆盖等措施提高冬小麦及夏玉米的水分利用效率。     

生物炭连续施用对农田土壤氮转化微生物及N2O排放的影响

【目的】研究连续添加生物炭6年后对农田土壤氮转化相关微生物功能基因的影响,揭示生物炭影响作物产量和N₂O排放的微生物学机制,并为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】通过在潮土农田设置0（BC0,对照)、2.25（BCL,低量）、6.75（BCM,中量）和11.25 t·hm^-2（BCH,高量）4个秸秆生物炭量处理的田间定位试验,采用田间观测、化学分析、荧光定量PCR（qPCR）技术,系统研究施用生物炭对氧化亚氮（N₂O）排放、氨单加氧酶（amoA）、亚硝酸还原酶（nirK、nirS）、氧化亚氮还原酶（nosZ）基因丰度及夏玉米产量的影响。【结果】与对照BC0处理相比,施用生物炭可显著提高夏玉米籽粒产量,且BCM处理籽粒产量达到最大值10 811 kg·hm^-2,显著降低夏玉米生育期N₂O累积排放量,并以BCM处理减少N₂O排放效果最优。研究还发现,在夏玉米多个生育时期,与对照比较,生物炭施用可以显著提高耕层土壤无机氮储量和土壤含水量。此外,随着生物炭施用量增加,土壤氨氧化古菌（AOA）基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期均表现为先上升后下降趋势,且两个时期均以BCM处理最高,而氨氧化细菌（AOB）基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期分别为BCH处理和BCM处理最高。与对照相比,中、高量生物炭施用（BCM、BCH处理）可显著提高夏玉米大喇叭口期和成熟期土壤反硝化作用功能相关基因（nirK、nirS、nosZ）拷贝数。相关性分析表明,夏玉米成熟期土壤N₂O排放通量与土壤硝态氮、土壤含水量、AOA、AOB、nirK、nirS、nosZ呈显著负相关关系。【结论】施用生物炭通过增加土壤微生物氮转化功能基因丰度进而降低土壤N₂O排放,通过增加土壤耕层无机氮储量和土壤水分含量进而提高作物产量,并以中等用量（6.75 t·hm^-2）施用效果最优。     

不同栽培模式对夏玉米冠层结构及光合性能的影响

【目的】比较研究夏玉米不同栽培模式群体冠层特性、穗位叶叶绿体结构及光合性能的差异,阐明栽培模式对上述指标的调控效应,为进一步构建高效冠层结构的夏玉米高产栽培模式提供理论依据。【方法】本试验于2018—2019年在山东泰安进行,以登海605为供试品种,以当地农户栽培管理模式（FP）为对照,通过综合优化种植密度、肥料运筹和种植方式等设置超高产栽培模式（SH）、高产高效栽培模式（HH）2种优化管理模式,比较3种栽培管理模式夏玉米冠层结构、穗位叶叶绿体结构及净光合速率的差异。【结果】与FP模式相比,SH、HH模式群体上层叶片茎叶夹角小、叶向值大,中、下层叶片发育较好,叶面积指数高及高值持续期长,中部叶层光能截获率显著提高21.64%和12.63%,形成了适宜的群体冠层结构。SH、HH模式的叶绿体结构发育良好,而FP发育相对较差。SH和HH模式下穗位叶叶绿体中类囊体发育良好且数目较多,基粒片层和基质片层排列整齐、清晰,细胞内膜结构完整;FP的叶绿体中类囊体发育相对较差,发育不完全的类囊体占比较大,基质片层模糊且排列不整齐。吐丝期穗位叶净光合速率表现为SH＞HH＞FP,干物质积累量及产量也表现出相同的趋势,SH和HH模式较FP模式分别增产14.20%和4.91%。【结论】相比于FP模式,SH、HH模式产量提高的原因是优化了夏玉米群体冠层结构,保证了叶绿体结构的完整性,显著提高了叶片光合能力。与SH模式相比,HH模式减少了肥料施用量,其群体结构合理且叶片发育良好,是更有助于利用光能的栽培模式。     

激素和热水处理对姜荷花种子发芽的影响

【目的】以姜荷花杂交种子为研究对象,通过不同浸种处理试验,打破姜荷花种子休眠,缩短姜荷花育种周期。【方法】利用激素、热水组合处理的方式,设置不同的浓度和浸种时间,以清水为对照,在 28 ℃条件下采用培养皿滤纸法催芽 60 d,统计发芽势和发芽率。【结果】与对照相比,外源激素和热水处理均能有效打破姜荷花种子休眠,使其提前 1 个月开始发芽。外源激素浸种试验中,400 mg/L GA3 浸种处理效果最好,发芽势和发芽率分别为 29.3%、50.7%;80 ℃热水浸种 5 min 效果最好,发芽势和发芽率分别为 10.3%、17%,但部分种子出现烫死现象;在组合浸种处理试验中,60 ℃热水浸种 10 min + 400 mg/L GA3 浸种 24 h 为最佳的处理组合,发芽势为 40.7%,播种 60 d 发芽率达到 64.3%。【结论】激素和热水组合处理对姜荷花种子解除休眠的效果显著优于其他处理,浸种后种子发芽提前,出苗更加整齐,适合育种实践中推广应用。     

控灌改良对黄河三角洲盐碱地玉米生长与产量的影响研究

本文以黄河三角洲盐碱地玉米为研究对象,利用黄河泥沙对盐碱地进行改良试验,分析不同黄河泥沙施用量和不同灌水量水平对玉米株高、叶面积、干物质量和产量的影响,探讨适宜的泥沙施用量和灌水量。结果表明：玉米的生长和产量都随着泥沙施用量和灌水量的增加而增大,泥沙施用量均大于灌水量对其的影响。株高、叶面积指数、干物质量产量均在在泥沙施用量为6cm,灌水量为150mm处理最大,干物质积累量在成熟期最大为20460kg/hm_²;夏玉米产量最大为11220kg/hm_²。     

The roles of light and pericarp on seed dormancy and germination in feral Raphanus sativus (Brassicaceae)

The timing of seed germination may determine the success of a weed species in an agroecosystem, and its expression is modulated by environmental conditions, but also by seed physiology and anatomy. The aims of this study were to investigate the roles of light, pericarp, dry storage and cold stratification on seed dormancy and germination in feral radish, a troublesome agricultural weed in temperate zones of the Americas that reduces crop yields. To this end, we used isolated intact pods and extracted seeds to test germination over time under contrasting temperature, light and storage conditions. Here, we showed that fresh seeds were non‐dormant, but that light and the presence of the pericarp reduced germination, especially under low temperatures. The pericarp reduced the final water content absorbed by seeds inside pods and decreased absorption/dehydration rates. The pericarp showed several small lignified cell layers in the endocarp, and x‐ray images displayed the lack of space between the partially embedded seed and the endocarp. Dry storage and cold stratification were ineffective in breaking the dormancy imposed by the pericarp. The apparent requirement for darkness and the mechanical restriction of the pericarp may have the potential to induce dormancy, spreading the timing of seed germination over a more extended period and hindering the control of feral radish.     

基于AquaCrop模型的夏玉米生长模拟及灌溉制度优化

为评价AquaCrop模型在关中地区的适用性并寻求最佳的灌溉制度,对夏玉米在不同灌溉与施氮水平下的生长进行模拟和验证,并利用校验后的模型研究了3种不同降雨年型以及11种灌溉模式下夏玉米产量和水分利用效率的变化特征。结果表明：AquaCrop模型可以较好地模拟关中地区不同灌溉与施氮水平下夏玉米产量和生物量,模型模拟的产量与实测值之间的决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）、标准均方根误差（NRMSE）、符合度指数（d）和纳什效率系数（E_NS）分别为0.919、0.249 t·hm^-2、4.112、0.977和0.915;对于地上部生物量,模拟值与实测值的R²、RMSE、NRMSE、d和E_NS分别为0.860、0.977 t·hm^-2、6.407、0.933和0.694。利用校验后的模型分析了试验区内3种不同降水年型条件下11种灌溉模式的夏玉米产量和水分利用效率的变化特征,依据模拟结果及夏玉米生理需水规律,同时为了实现高产和高水分利用效率,得出不同年型的优化灌溉制度为：若能保证出苗整齐,湿润年可不灌水,此时也能获得较高产量和水分利用效率;平水年推荐在拔节期灌水60 mm,能节约50%水资源,亦能保证稳产;干旱年推荐在拔节期和抽雄期各灌水60 mm,可获得高产和高水分利用效率。     

基于无人机多光谱遥感的夏玉米冠层叶绿素含量估计

为探讨利用无人机多光谱遥感影像监测夏玉米冠层叶绿素含量的可行性,基于2019年不同施氮水平下(0,105,210,315 kg·N/hm²)夏玉米多光谱遥感影像和田间实测冠层叶绿素含量数据,分析了不同施氮水平下夏玉米冠层叶绿素含量的变化规律,同时选取10种常用光谱植被指数与实测冠层叶绿素含量进行相关性分析,采用与实测叶绿素含量极显著相关的9种植被指数,构建了基于遥感光谱指数的夏玉米冠层叶绿素含量遥感监测模型,并通过精度检验确定最优估测模型.结果表明,施用氮肥能够提高夏玉米冠层叶绿素含量,过量氮肥不能持续提高叶绿素含量,同一施氮水平下不同追肥处理之间叶绿素含量没有明显差异.绿色归一化植被指数与叶绿素含量的相关性系数最高,达到了0.892.采用逐步回归分析方法建立的模型表现最优,决定系数为0.87,均方根误差及相对误差分别为0.15和2.68%.因此,无人机多光谱遥感结合逐步回归模型可以实现田间尺度的夏玉米冠层叶绿素含量的实时监测.     

水稻穗发芽研究进展

作物收获前的穗发芽是一个严重的全球性农业生产问题。经过漫长的驯化过程,栽培作物的休眠水平普遍低于野生祖先。尽管休眠期的缩短可能提高作物的繁殖代数和农业产值,但过早的休眠释放使作物在成熟收获前发生穗萌发,造成巨大的经济损失。从穗发芽的生理基础、穗发芽相关QTL和基因、穗发芽防控及展望等方面对水稻穗发芽现象进行梳理,认为高含水量是水稻种子萌发和穗发芽的先决条件,该过程中,淀粉酶活性增强和可溶性糖含量升高为穗发芽提供能量,水稻籽粒中植物激素ABA和GA的含量及种子对二者的敏感性是决定穗发芽的关键所在。近年来,穗发芽相关QTL及其功能基因的挖掘为阐明水稻穗萌机理以及培育穗发芽抗性品种提供重要依据。从长远来看,广泛开展水稻种质资源鉴评,尤其在野生稻、地方品种中寻找丢失的休眠基因,并通过分子育种途径聚集此类基因,培育抗穗萌品系（品种）,对于解决穗发芽问题、提高水稻产量和品质、保证国家粮食安全具有重要意义。