干旱胁迫下本氏针茅光合特性和水分利用效率日动态研究

采用盆栽和人工控制土壤水分的方法,使用Li-6400便携式光合测定系统观测本氏针茅(Stipa bungeana)光合生理生态特征的日变化。结果表明:在不同土壤水分状况下,本氏针茅净光合速率日变化曲线均呈"双峰"型,并有不同程度的"午休"现象,且上午的净光合速率明显高于下午,随着土壤水分的升高而增加;蒸腾速率日变化曲线也呈"双峰"型,表现为较高土壤水分处理针茅具有较高的蒸腾速率;气孔导度受水分和光热胁迫的影响,日变化曲线呈凹型;胞间CO2浓度受空气CO2浓度和气孔导度的双重影响,呈现早晚高,正午低的日变化进程;水分利用效率最高值出现在上午较早的时段,随着土壤水分的增加,水分利用效率却降低。

论高粱的抗旱性及在旱区农业中的地位

本文以笔者研究组多年研究结果为基础,以玉米为主要参比作物,就干旱逆境下高粱的产量表现、水分利用及抗旱特性进行了论述。认为高粱是一种综合抗旱能力很强的作物,尤其具有低耗水、高水分利用效率特性,其耐旱性显著高于玉米,也高于谷子和苜蓿,属于一种典型的模式抗旱作物,具有重要的生产和研究价值。指出高粱作为抗逆性很强的粮饲酿兼用作物,特别是作为一种能源植物,仍具良好的发展前景。建议今后在降水量低于450mm、热量可满足生长的地区扩大高粱种植面积,同时加强对其整体抗旱性机理及抗旱基因组的研究。

旱塬冬小麦水分利用特征及对施肥的响应

为了揭示施肥对黄土高原旱地冬小麦水分利用效率(WUE)的影响,通过对不同施肥处理条件下水分利用效率相关指标的研究发现:增施氮肥降低了小麦生育前期的叶片WUE,而提高了小麦生育后期的叶片WUE,并显著提高了小麦的叶面积指数(LAI),而增施磷肥效果不明显。增施氮肥显著提高了小麦的生物量和产量,从而提高了相应的生物量WUE和产量WUE;增施磷肥对小麦的生物量和产量的提高有一定的促进作用,但对生物量WUE和产量WUE的提高不明显。生物量、产量、LAI和相应的生物量WUE、产量WUE都呈极显著正相关,说明通过施肥提高了小麦的LAI,进而提高了群体光合效率和干物质积累,从而提高了水分利用效率。

灌浆期干旱对不同倍性小麦光合和产量的影响

为揭示灌浆期水分亏缺对不同倍性小麦光合特性和产量的影响,选用二倍体野生一粒、栽培一粒小麦,四倍体野生二粒、栽培二粒小麦,六倍体小麦"长武134"和"陕253"等6个小麦品种作为供试材料,通过盆栽控水方式,对不同倍性小麦旗叶净光合速率、瞬时水分利用效率和产量进行了研究。结果表明,在正常供水、轻度干旱和严重干旱3种水分处理下,不同倍性小麦旗叶净光合速率、水分利用效率和产量差异极显著。在灌浆过程中,水分亏缺对不同倍性小麦净光合速率变化趋势的影响不明显。而最大净光合速率和水分利用效率随水分胁迫的加重而减小。六倍体小麦平均最大净光合速率为22.03μmol CO2.m-2.s-1),高于二倍体和四倍体小麦。六倍体小麦平均最大水分利用效率约为7.12μmol CO2/mmol H2O,分别是四倍体和二倍体的1.63倍和2.05倍,并且在灌浆开始时就达到最大。因此,小麦长期进化过程中,六倍体小麦花后较强的光合能力和较高的水分利用效率是提高小麦产量的重要生理基础。

水土保持耕作及施肥对盛花期大豆光合生理的影响

依据陕西安塞田间试验,采用LI-6400便携式光合仪,在自然条件下对黄土丘陵区旱作农田传统翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等处理下盛花期大豆叶片的净光合速率、气孔导度、水分利用效率及影响因子日变化进行了研究。结果表明:6种不同处理的大豆叶片净光合速率日变化均为双峰曲线,峰值分别在11:30、16:00出现。NM、NF处理对提高大豆净光合速率有明显的促进作用,其中以有机肥(NM)最为显著。气孔导度与蒸腾速率之间达极显著正相关(P<0.01,r=0.9994)。气孔导度日变化也为双峰,峰值分别出现在11:30、16:00。不同处理下,大豆的水分利用效率呈单峰曲线,峰值出现在10:00,低谷出现在13:00以后。其中,NF、NM处理能显著提高大豆盛花期的水分利用效率。相关分析表明:气孔导度、蒸腾速率、叶温、光合有效辐射及基于叶温的蒸汽压亏缺是大豆光合作用的促进因子,而胞间CO_2浓度、空气CO_2浓度、空气相对湿度则为主要的限制因子。CF、NF处理在8:30~10:20和13:00,CM、NN处理在8:30、11:30~13:00、17:...

黄土旱塬冬小麦水分利用效率及相关生理特性研究

采用Li-6400便携式光合测定系统在模拟光照条件下,通过对冬小麦叶片生理指标及其相应环境因子的测定,研究了小麦的生理指标和叶片水分利用效率的动态变化规律及其对环境因子的响应。结果表明:净光合速率日变化呈不明显的双峰曲线,蒸腾速率日变化呈明显的倒"U"型曲线,且不同生育期两者峰值出现的时间不同。拔节期环境因子对生理指标的影响要比灌浆期明显的多。光合有效辐射和CO2浓度是对净光合速率和叶片蒸腾速率影响最强烈的环境因子。在小麦整个生长过程中,温湿度对气孔导度的影响在逐渐增大,对胞间CO2浓度的影响也比较明显。小麦叶片水分利用效率的日变化呈不明显的双峰曲线,其峰值出现的时间早于净光合速率和蒸腾速率峰值出现的时间。灌浆期日平均WUE比拔节期低30.5%。小麦净光合速率、蒸腾速率和气孔导度三者之间极显著相关,叶片温度与气孔导度显著负相关。

旱地农业发展中若干生物学问题的探讨

植物抗旱节水生物学是发展旱地农业和缺水区农业的重要学科基础,当前面临的主要问题包括:在研究路线上,如何正确处理分子水平研究与整体性研究之间的关系,以促进两者的互补;在研究目标上,如何做到抗旱性、水分利用效率、产量性状的有效结合,以实现高产高效;在研究成果应用中,如何切实加强学科交叉,以尽快取得实际效果。在论述上述问题的同时,对当前半干旱和半湿润地区与抗旱节水生物学有关的几个实践中的科技难点作了介绍,并提出建议。

西北地区不同土壤水分处理对温室大棚番茄产量和耗水的影响

根据番茄的生长发育特点,分别以50%、60%、75%田间持水量作为苗期、花期、结果期的土壤水分下限,按照不同的土壤水分上限设置不同的灌水量处理。对番茄不同生育期的灌水量、耗水量、产量、水分利用效率及其关系进行了研究。结果表明,灌水控制上限和下限之间存在交互效应,番茄灌水量、耗水量与其具有显著的正相关性;当灌水控制下限一定时,耗水强度和耗水模数随灌水控制上限的减小呈降低趋势;番茄苗期、花期和结果期的灌水控制上、下限(占田持)分别控制在50%～65%、60%～75%和75%～85%为宜。

地表覆盖方式对辣椒水分利用效率、果实品质及氮素分布的影响

研究了地表覆盖方式对辣椒(Capsicum anmuum L.)水分利用效率、品质、叶片硝酸还原酶活性及植株和土壤中氮素分布的影响。结果表明,覆盖可增加辣椒整个生育期土壤水分含量。覆盖地膜和覆盖秸秆+地膜比其他地表处理方式能显著增加辣椒的产量和经济收入,提高产量水分利用效率和经济水分利用效率。覆盖可显著降低耕作层(0—20 cm)土壤硝态氮含量,且随着土层深度的增加,硝态氮含量显著降低,但对各土壤铵态氮含量无显著影响。对品质而占,覆盖地膜处理辣椒果实pH、维生素C含量显著高于其他处理,且其电导率、阳离子交换量和硝酸盐含量显著低于其他处理。覆盖可增强叶片硝酸还原酶活性,降低叶片中的全氮含量,显著降低每百千克产量氮肥吸收量。从提高辣椒的品质、环境安全、肥料利用和经济效益各因素考虑,生产中辅以科学的水分管理,覆盖地膜和覆盖秸秆+地膜是可行的地表覆盖方式。

水肥水平对日光温室黄瓜产量及品质的影响

为研究水肥耦合对陕北日光温室内黄瓜产量和品质的影响,2006年和2007年在安塞日光温室隔水小区内采用完全随机设计,设置了WhFh,WmFh,WlFh,WhFl,WmFl和WlFl共6个处理。结果表明:①不同水肥处理影响了黄瓜品质,但所有处理瓜条NO3--N含量都低于432mg/kg(鲜样),WmFh处理黄瓜可溶性糖、VC和可溶性蛋白质含量都显著高于其它处理;②黄瓜产量随水肥供给增加而增加,水分利用效率总体上与肥料量正相关,与供水量负相关。可得出结论:WmFh处理(田间持水量75%~90%,600kg/hm2N和420kg/hm2P2O5)的水肥能满足黄瓜整个生育期的水分和养分需求,能实现黄瓜的高产、优质、高效生产。

宁夏南部山区秸秆覆盖对春玉米水分利用及产量的影响

为研究秸秆覆盖在宁南山区对春玉米生长及其土壤水分的影响,在宁夏彭阳县对三种不同秸秆覆盖处理方式进行了试验研究。对比分析了不同覆盖措施下春玉米的生长状况、产量及水分利用效率变化的关系。结果表明:采用秸秆覆盖方式可使春玉米的株高、穗位高、穗长、生物产量及经济产量等指标得到显著提高,土壤的蓄水保墒性能增强,水分利用效率提高,增产增效明显;与传统方式相比,整秸秆覆盖可使春玉米的产量及水分利用效率分别提高3.5%及16.5%。

旱地地膜和秸秆双元覆盖栽培下小麦产量与水分效应

通过覆盖措施提高水分利用率对旱地农业生产具有重要意义。该文采用田间对比试验,研究了旱地冬小麦几种覆盖栽培下产量、水分利用率、土壤水分剖面和硝态氮的分布的差异。结果表明,地膜和秸秆双元覆盖模式下小麦籽粒产量比对照增产12.11%～17.65%,水分利用效率(WUE)比常规栽培提高7.2%～30.8%,土壤0～20 cm土层的含水量提高到12%～16%,硝态氮含量提高到4.70～10.17 mg/kg。地膜和秸秆双元覆盖模式能够显著的提高作物产量和水分利用率,并显著增加耕层土壤中水分含量和硝态氮含量,减轻了土壤剖面硝态氮的淋溶累积。

秸秆覆盖量对夏玉米产量影响的试验研究

通过对夏玉米在露天和干旱棚控水2种土壤水分状况下生长状况的观测,发现秸秆覆盖夏玉米有明显增产效应,作物水分利用效率均得到了不同程度提高。通过对0、3000、6000、9000、12000 kg/hm2五种处理下玉米状况的对比,得出6000 kg/hm2为渭河平原地区最适宜夏玉米田秸秆覆盖量。在6000 kg/hm2覆盖量下,露天小区夏玉米可增产5.61%。试验证明,渭河平原地区秸秆覆盖夏玉米,增产潜力大,是一种值得推广的玉米增产措施。

保水剂对春小麦产量和水分利用效率的影响

对辽西半干旱区褐土农田施用几种保水剂的效果进行了室内模拟和田间试验研究.观测了保水剂包衣和沟施对春小麦出苗、土壤水分含量及产量的影响，对使用保水剂的适宜浓度、效果、经济效益进行了评价，并对保水剂促进出苗的机理和田间保水机制进行了探讨.结果表明，保水剂包衣能够加快种子吸水过程，促进春小麦萌发出苗，出苗期提前1～2天，出苗率提高6.5%～11.5%，增产7.5%～12.7%，投入产出比为1：7.保水剂包衣的适宜浓度为1%，浓度过大（≥5%），保水剂层过厚，会影响种子呼吸和水分通过，不利于出苗，出苗率和产量分别提高5%和10%以上.保水剂沟施，可提高土壤持水能力，0～30cm的土壤水分含量，提高了1个百分点.保水剂沟施处理，水分利用效率可提高0.7～2.0kg·mm<'-1>·hm<'-2>，提高幅度为6.7%～18.5%.研究发现，保水剂田间保水效果，与土壤含水量有关，土壤水分低于毛管断裂含水量时，保水剂对蒸发速率影响很小.

CO2浓度升高对红桦幼苗生理与生长的影响

大气CO2浓度的增加已经成为不可争议的事实。预计本世纪末大气CO2浓度将增加到约700µmol mol-1。森林年光合产量约占陆地生态系统年光合产量的70%。森林树木是一个巨大的生物碳库，约占全球陆地生物碳库的85%。森林树木对CO2的固定潜力是缓解由大气CO2浓度升高引起的未来全球气候变化问题的决定性因子之一。红桦（Betula albosinensis Burk.）是川西亚高山采伐迹地自然或人工恢复的重要树种。本研究以1a红桦幼苗为模式植物，采用人工模拟的方法，研究CO2浓度升高对不同种内竞争强度（种群水平）下红桦幼苗的生理特征、生长、干物质积累及其分配的影响，探讨在种内竞争生长条件下红桦幼苗的“光合适应机理”与生长特征，为西南亚高山森林生产力对未来全球变化的预测提供重要参考。 本研究的主要结果如下： 1）在种内竞争生长条件下红桦幼苗经过CO2浓度升高熏蒸4个月后，叶片出现“光合适应”现象。与对照相比，低种植密度（28株m-2）和高种植密度（84株m-2）条件下的红桦幼苗净光合速率（A）、气孔导度（gs）、蒸腾速率（E）、表观量子产量（AQY）和羧化速率（CE）显著降低，而水分利用效率（WUE）则显著提高。CO2浓度升高处理的红桦幼苗叶片Rubisco活性、单位叶面积N浓度、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素浓度都显著降低。但CO2浓度对红桦幼苗的叶绿素a与叶绿素b的比值没有显著影响。CO2浓度升高显著增加红桦幼苗单位叶面积的非结构性碳水化合物（TNC）浓度，结果是红桦幼苗的比叶面积（SLA，cm2 g-1）显著降低。 2）与对照相比，CO2浓度升高处理的红桦幼苗高、基径、单叶面积和侧枝的相对生长速率（R GR）显著提高，尤其在试验处理的早期。CO2浓度升高既增加单株红桦幼苗总叶片数量又增加单叶面积，结果是单株红桦幼苗的总叶面积比对照显著增加。 3）CO2浓度升高处理显著增加红桦幼苗干物质积累（尤其是细根生物量），改变了红桦幼苗生物量的分配格局。与对照相比，CO2浓度升高处理的红桦幼苗叶重比（LWR）、叶面积比（LAR）、叶根重比（Wl/Wr）和源汇重比（leaf weight to non-leaf weight ratio, Wsource/Wsink）显著下降（高种植密度的LWR除外），而根冠比（R/S）则显著增加。在两种种植密度条件下，CO2浓度升高显著增加红桦幼苗根生物量的分配比率，显著降低叶片的生物量分配比率，对主茎、侧枝以及地上生物量的分配比率不变或约有下降。 总之，长期生长在CO2浓度升高条件下的红桦幼苗光合能力下降，并伴随Rubisco活性、叶N浓度、光合色素浓度的显著降低以及TNC浓度的显著增加。支持树木光合速率下降与Rubisco活性、叶N浓度下降以及TNC浓度增加紧密相关的假设。CO2浓度升高处理红桦幼苗的早期相对生长速率大大高于对照，而后期迅速下降，说明红桦幼苗生物量的显著增加主要归功于CO2浓度升高的早期促进作用和叶面积的显著增加。CO2浓度升高显著增加红桦幼苗根系生物量和根冠比，表明红桦幼苗“额外”固定的C向根系转移。 The steady increae of atmospheric CO2 concentration（[CO2]）has been inevitable fact. Models predict that the atmospheric [CO2] will increase to about 700µmol mol-1 at the end of the twenty-first century. As trees constitute a majoor carbon reservoir–85% of total plant carbon is found in forest, and their ability to sequester carbon is a key determinant of future global change problems caused by increases in atmospheric CO2. In addition to the role of forests in the global carbon cycle, inceased growth could be of economic benefit, for example, offsetting deleterious effects of climatic changes. Betula albosinensis (Burk.) usually emerges as the pioneer species in initial stage and as constructive species in later stages of forest community succession of mountain forest area, and also is one of important tree species for afforestation in logged area, in southwesten China. In this experinment, Betula albosinensis seedling (one-year-old) was used as the model plant. B. albosinensis seedlings were grown under two all-day [CO2], ambient (about 350 µmol·mol-1) and elevated [CO2] (about 700 µmol·mol-1), and two planting densities of 28 plants per m2 and 84 plants per m2. The objectives were to characterize birch mature leaf photosynthesis, growth, mass accumulation and allocation responses to long-tern elevated growth [CO2] under the influences of neighbouring plants, and to assess whether elevated [CO2] regulated birch mature leaf photosynthetic capacity, in terms of leaf nitrogen concentration (leaf [N]), activity of ribulose bisphosphate carboxygenase (Rubisco), Rubisco photosynthetic efficiency, and total nonstructural carbohydrates (TNC) concentration, and also to provide a strong reference to predict the productivity of subalpine forests under the future global changes. The results are as follows: 1) B.albosinensis seedlings exposed to elevated [CO2] for 120 days, photosynthetic acclimation phenomena occurred. At two planting densities, leaves of birch seedlings grown under elevated [CO2] had lower net photosynthetic rate (A), stomatal conductance (gs), transpiration (E), apparent quantum yield (AQY) and carboxylated efficiency (CE) and higher water use efficiency (WUE), compared to those of B.albosinensis seedlings grown under ambient [CO2]. Based on the leaf area, leaf [N], Rubisco activity and photosynthetic pigments concentrations of B. albosinensis seedlings grown under elevated [CO2] were significantly lower than those grown under ambient [CO2]. The ratio of chlorophyll a to chlorophyll b concentration was not affected by elevated [CO2]. Under elevated [CO2], the TNC concentration per unit leaf area significantly increased, resulting in significant decrease in specific leaf area. Thus leaf photosynthetic capacity of B. albosinensis seedlings would perform worse under rising atmospheric [CO2] and the influences of neighbouring plants. 2) Under elevated [CO2], the relative growth rate (RGR) of B. albosinensis seedlings height, basal diameter, a leaf area and branch length significantly increased, especially at the initial stage of exposure to elevated [CO2], and a leaf area and leaf numbers per B. albosinensis seedling also significantly increased. Thus the total leaf area per B. albosinensis seedling was significantly increased under elevated [CO2]. 3) As the increase of RGR and total leaf area, biomass of B. albosinensis seedling grown elevated [CO2] was higher, compared to that of B.albosinensis seedlings grown at ambient [CO2]. Elevated [CO2] changed the biomass allocation pattern of B. albosinensis seedling. At two planting densities, B. albosinensis seedlings grown elevated [CO2] had lower leaf weight to total weight ratio (LWR), leaf area to total weight ratio (LAR) and leaf weight to non-leaf weight ratio (Wsource/Wsink), but higher root weight to shoot weight ratio (R/S), compared to those of B.albosinensis seedlings grown at ambient [CO2]. Under elevated [CO2], roots biomass to total biomass ratio was signigicantly increased, leaves biomass to total biomass ratio was significantly decreased. The main stem and branch biomass to total biomass ratio were not affected by elevated [CO2]. In conclusion, our results supported the hypothesis that the decline in photosynthetic capacity of C3 plants will appear after long-term exposure to elevated [CO2], accompanying with the significant decrease in Rubisco activity, leaf N concentration, photosynthetic pigments concentration, and significant increase in total non-structural carbohydrates concentration. Our results also have shown that the increase of biomass of B. albosinensis seedlings should be attributed to initial stimulation on RGR and total leaf area resulted from elevated [CO2]. Under elevated [CO2], the extra carbon sequestered by B.albosinensis seedlings transferred into under-ground part because of increase in root biomass and R/S.