现代雨水利用技术研究进展与研发重点

具有工程化、科技化、规模化内涵的现代雨水利用技术是现代节水农业技术的重要研究内容,已成为缓解干旱缺水,实现农业高效用水,降低常规农业用水量的有效措施。在分析现代雨水利用技术研究进展及其发展趋势基础上,指出现代雨水利用技术是传统雨水利用技术与新材料技术、现代生物技术、现代信息技术、现代灌溉工程技术等高新技术相结合的产物,具有多学科相互交叉、各单项技术相互渗透的明显特征。在此基础上,提出了近中期现代雨水利用技术研发的重点,即以重大前沿性技术研究为基础,研发与雨水利用相关的重要关键技术与产品,探索建立适宜的现代雨水高效利用技术体系。

黄土高原半干旱区集雨补灌生态农业研究进展

黄土高原半干旱地区在中国旱作农业生产中占有重要地位。干旱缺水与水土流失并存是制约该区域经济发展的两大瓶颈因素。水保农业和径流农业两种旱作农业生产方式已趋于成熟,但对天然降水调控利用能力低下,难于实现农业生产的优质高产高效。集雨补灌生态农业是在继承水保农业和径流农业成功技术基础上,对降雨调控利用方式的进一步发展,它能在时间和空间两个方面实现降雨径流的富集叠加,能充分发挥环境资源与水肥光热因子的协同增效作用,大幅度提高农业生产力,实现同步缓解干旱缺水与水土流失双重目标。集雨补灌是黄土高原半干旱区农业可持续发展的一种综合模式和战略性措施,对黄土高原半干旱区生态型现代农业发展具有重要推动作用。

干旱胁迫下蚕豆叶片抗氧化酶活性的变化

抗氧化防御系统在植物抗旱中发挥着极大的作用。本试验采用PEG胁迫和叶片35℃烘干处理的方法,研究了模拟干旱胁迫条件下蚕豆叶片SOD、POD、CAT活性变化。结果表明,三种抗氧化酶随胁迫时间的延长活性升高;随胁迫程度增加SOD活性活性降低,POD和CAT活性变化规律性不明显。总体而言,SOD活性对胁迫的耐受性更强。

土壤干旱对小麦茎秆贮藏物质积累与再转运的影响

在防雨池栽条件下,以小麦旱地品种长武134(抗旱性强)和水地品种(抗旱性弱)为试材,研究干旱对不同抗旱性小麦茎秆及其组成节间花后干物质积累、转运及其对籽粒产量贡献率的影响。结果表明,干旱降低了主茎及其各组成节间干物质的积累量、主茎穗粒重积累量及其灌浆中后期的积累速率,长武134(除其它茎)降低幅度均小于陕253;干旱条件下茎秆贮藏物质的转运并未对籽粒产量产生补偿效应,干旱降低主茎穗粒重积累量与其它茎贮藏物质转运量和转运率较低有密切关系;抗旱性强的小麦品种其它茎的转运量、转运率降低幅度均大于抗旱性弱的小麦品种,从而导致其主茎贮藏物质转运对籽粒产量的贡献率显著降低。

干旱对不同抗旱性冬小麦旗叶光合及主茎干物质转运的影响

以冬小麦品种长武134(抗旱性强)和陕253(抗旱性弱)为材料,研究干旱对旗叶净光合速率和叶绿素含量、主茎及其组成节间花前积累干物质的转运及其对穗粒重贡献的影响。结果表明,干旱条件下长武134主茎穗粒重降幅小于陕253;干旱缩短了小麦花后旗叶光合速率高值持续期(PAD)和叶绿素含量缓降期(RSP),长武134受影响程度较小。长武134除穗下节外,其余各节间及茎杆干物质转运量及对籽粒贡献率降幅均大于陕253;干旱提高了陕253穗下节和倒二节干物质转运率,降低了倒三节和下部节干物质转运率,茎杆干物质转运率无明显变化;长武134除穗下节外其余各节间及茎杆干物质转运率均明显低于对照,而且距离穗部越远的节位降低幅度越大。上述结果表明,干旱条件下不同节位干物质转运能力变化与距离穗远近有关,花前茎杆干物质转运并不能补偿籽粒产量的损失,花后旗叶光合功能期延长是小麦抗旱高产的主要原因。

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。

黄土高原降雨径流调控利用潜力定量评价模型

降雨径流的调控利用是缓解黄土高原干旱缺水与控制水土流失的有效手段,研究区域降雨径流调控利用潜力的定量评价对黄土高原降雨径流合理利用的宏观决策与规划设计具有重要意义。以黄土高原为例,将可以调控利用的最大降雨径流量作为资源化潜力值,从宏观尺度上,系统分析了影响该潜力的各个因素,确定出黄土高原降雨径流调控利用潜力的各项评价指标,利用GIS技术,建立了降雨径流各个影响因素的专题图层,提取出各个影响因素专题信息。在上述基础上,引入人工神经网络建模方法,建立了黄土高原降雨径流调控利用潜力BP网络模型,并利用实际资料对网络模型进行了训练和预测,取得了较好的结果。评价模型可供黄土高原降雨径流调控利用及其生态与环境保护工作参考。

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。

Hg胁迫对两种基因型小麦生长及其过氧化物酶活性的影响

用不同浓度Hg处理两种基因型小麦种子,较低浓度的Hg对小麦种子萌发影响比较小,对抗旱品种的小麦种子(陕合)的萌发有略微的刺激作用。小剂量、短时间的重金属处理可以提高POD的活性,发芽后受到Hg胁迫的陕合对Hg的耐受性低于发芽前就受到Hg胁迫的陕合,也低于同样胁迫处理的小麦品种(郑引)。发芽后进行Hg胁迫处理情况下,陕合对于Hg胁迫比较敏感,POD活性随着Hg浓度的升高而下降;而郑引,低浓度Hg对其POD活性有促进作用。在小麦发芽前就受到Hg胁迫的情况下,陕合和郑引的POD活性都随着Hg浓度增加表现为先上升而后下降趋势。

黄土高原半干旱偏旱区苜蓿-粮食轮作土壤水分恢复效应

该文测定和分析了黄土高原半干旱偏旱区不同生长年限苜蓿草地以及轮作不同年限粮食作物后0～1000cm深层土壤水分变化规律。结果表明:随着苜蓿生长年限的延长,苜蓿草地土壤干层厚度逐渐增加,3年生苜蓿草地土壤干层深度达到760cm,6、7、10年生苜蓿草地土壤干层深度均超过1000cm,6年生苜蓿地1000～1500cm土层仍为干燥层,土壤平均湿度为9.68%;采用草粮轮作能明显减小苜蓿草地干层的厚度和范围,0～1000cm土壤水分较10年生苜蓿草地都有不同程度的恢复,轮作2、6、8、12和18a粮田平均土壤水分恢复速率25.2mm/a,年均累积恢复土层厚度123.1cm,0～300cm土层水分恢复程度较高,且轮作年限愈长,土壤水分恢复效果越好,轮作18a粮食作物后0～660cm土层土壤水分恢复量达到了531.1mm;苜蓿草地适宜翻耕年限为5～6a,且6年生苜蓿草地0～1000cm土壤水分恢复到当地土壤稳定湿度值需要23.8a,该地区适宜的苜蓿-粮食轮作模式为"5～6年生苜蓿→24年粮食作物"。

黄土高原半干旱区农田干旱防御与抗旱措施

系统分析农田抗旱管理与相应措施对黄土高原半干旱区社会和经济的协调健康发展以及粮食安全具有重要意义。黄土高原半干旱区干旱发生的特点决定了农田抗旱管理的复杂性和艰巨性。论文阐述了农田抗旱管理中防、抗与避三种措施的主要内容,并就农田抗旱管理系统进行了介绍。认为通过建立完善的农业技术推广服务体系和针对地区特点的抗旱管理措施,是半干旱区农业可持续发展一项重要而积极的对策,不仅需要从资金和政策上给予扶持和倾斜,更需要在管理机制上予以重视。

桃树茎直径微变化与土壤水势及气象因子的关系

通过对充分供水和逐步干旱处理的盆栽"仕女红"桃树茎直径微变化动态的观测,分析了茎直径日最大收缩量(MDS)、日增长量(DI)和日最大值恢复时间(RT)对水分状况和气象因子的响应,并对适宜灌溉控制指标进行了探讨。结果表明:随土壤水势降低,桃树茎直径MDS和RT呈增大趋势,DI呈下降趋势并由正值变为负值;气象因子对桃树茎直径变化影响显著,太阳辐射(Rn)和空气相对湿度(RH)对MDS影响最强烈,连续降雨对DI和RT影响显著。DI受土壤水势影响产生变化的趋势明显并受气象因子影响较小,是最理想的灌溉控制指标,可将DI=0作为灌溉控制临界值;MDS受气象因子影响强烈,变异性较大,且需要充分灌溉条件下的MDS作为参考,RT与土壤水势的相关性不高,因此均不适合单独作为灌溉控制指标。

施肥对干旱胁迫下夏玉米根系提水的调节作用研究

以耐旱性玉米品种郑单958号为材料,采用两室分根土培装置,通过时域反射计(TDR)对上下土层土壤含水量进行控制和观测,研究施肥对干旱胁迫条件下玉米根系提水作用的影响.结果表明,玉米根系在土层上干下湿条件下(即上下层土壤存在一定水势差时)存在明显提水作用;玉米根系提水量在整个生育期呈单峰变化,并以吐丝期最大;上层土壤施肥可以调节玉米根系提水作用强弱,整个生育期根系总提水量表现为NP配施>单施P>CK>单施N,NP配施处理全生育期单株提水量(1 948.6 g)分别是单施P处理、CK和单施N处理的1.5倍、3.1倍和3.5倍.玉米整个生育期根系总提水量与收获期不同层次根系干重和体积存在极显著正相关关系,也与其地上部分生物量和籽粒产量呈极显著或显著正相关关系.可见,玉米根系的提水作用强弱因生育期和施肥处理而变化,施肥主要通过影响根系生长来调节其提水作用;在一定水分环境条件下,玉米根系提水作用能促进作物生长,提高其籽粒产量.

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。

长期水分胁迫下氮、钾对夏玉米叶片光合特性的影响

采用2种不同夏玉米基因型(陕单9号,抗旱品种;陕单911,不抗旱品种)的盆栽试验,研究了长期水分胁迫下氮、钾对各生育期叶片净光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量的影响,旨在从光合生理特性揭示这些因子的抗旱机理。结果表明,长期水分胁迫下叶片净光合速率,蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度(除成熟期)和叶绿素含量显著降低,不抗旱品种降幅更甚。抗旱品种的净光合速率和叶绿素含量大于不抗旱品种,而蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度则相反。两品种苗期光合作用较弱,净光合速率和叶绿素含量均较低,抽雄期达到高峰。施氮能不同程度降低水分胁迫下玉米叶片的蒸腾速率,增加叶绿素含量.提高净光合速率,从而减缓水分胁迫对光合作用的伤害。随氮肥用量增加,不抗旱品种净光合速率和叶绿素含量显著升高,蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度明显降低,两种氮肥用量间有显著差异;抗旱品种在低氮用量时效果显著,但高低氮用量间无显著区别。钾对受水分胁迫的玉米表现出比氮肥更突出的效果。相反,在适量供水条件下,氮、钾肥的作用明显下降。以上结果表明,适当用量的氮、钾肥可以有效地改善水分胁迫下作物叶片的光合特性,从而增强作物的抗旱性。