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。

不同保水剂对宁南山区马铃薯生长发育和产量的影响

为促进宁南半干旱山区产业支柱作物马铃薯的生产,解决马铃薯生产、特别是苗期的干旱缺水问题,采用田间试验方法,进行PAM保水剂、多功能保水剂与一定配方尿素+过磷酸钙的施用对马铃薯生长发育、产量及效益的试验。结果表明,两种保水剂均能促进马铃薯生长发育,增加干物质积累,但是在不同生育时期促进作物生长的效果有所不同。1%PAM保水剂浸种2~3 min处理在前期效果显著,多功能保水剂在后期效果突出。马铃薯以施用多功能保水剂30 kg/hm2效果最好,其产量和商品薯分别比对照高出52.33%、138.29%,增收5 356.8元/hm2。研究表明,施用30 kg/hm2多功能保水剂比用1%PAM保水剂浸种2~3min更适宜宁南半干旱区及其同类地区旱地种植马铃薯。

施氮量对黄土旱塬区冬小麦产量和土壤水分动态的影响

为了探明施氮量对黄土旱塬区冬小麦(Triticum aestivum L.)籽粒产量和麦田土壤水分动态的影响规律,以抗旱性冬小麦品种长武58为供试材料,于2006～2008年连续两个年度在陕西省长武县对不同施氮量条件下麦田土壤贮水量动态、耗水规律、小麦产量和夏闲期降水补给率等特征进行研究。结果表明,麦田土壤贮水量随季节和降水明显变化,同一生育时期2.7m土层的土壤贮水量基本随施氮量的增加而减少。偏旱年每公顷施氮300kg和平水年每公顷施氮225kg均能够获得当年最大的籽粒产量和水分利用效率。每公顷施氮75kg和225kg均能在夏闲期获得较大的降水补给率。每公顷施氮225kg更有利于黄土旱塬区冬小麦的高产和稳产。

大豆品种竞争能力和籽粒产量关系研究

盆栽试验方法研究充分供水(W)、适度干旱(M)和严重干旱(D)三种条件下,不同株型的两个大豆品种晋大74和晋豆24在混播和单播时的籽粒产量及生物量构成。结果表明:晋大74品种具有较高的植株生物量和较强竞争能力,在单播时籽粒产量较低,而竞争能力较低的晋豆24品种在单播时籽粒产量却较高,这一结论将对大豆株型设计提供一定的科学依据。

干旱对不同冬小麦旗叶光合产物供应能力的影响

研究干旱对小麦旗叶光合产物供应能力的影响,揭示小麦抗旱高产的生理机制,为提高小麦的抗旱能力及高产稳产提供理论依据。【方法】在防雨池栽培条件下,以旱地冬小麦品种长武134(抗旱性强)和水地冬小麦品种陕253(抗旱性弱)为试材,以适宜水分处理为对照(CK,土壤含水量为田间持水量的70%～75%),研究干旱处理(土壤含水量为田间持水量的50%～55%)对不同冬小麦旗叶光合产物供应速率(净光合速率和蔗糖合成能力)和供应持续期的影响。【结果】与对照相比,干旱处理降低了冬小麦灌浆中后期旗叶净光合速率,缩短了净光合速率高值持续期(PAD),其中长武134降幅较小,净光合速率较高;干旱处理提高了冬小麦灌浆初期旗叶的蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性,其中长武134增幅较大,且在灌浆中后期依然能保持相对较高的蔗糖供应能力;干旱处理缩短了冬小麦叶绿素含量缓降期(RSP),提高了丙二醛(MDA)含量,加速了旗叶的衰老,缩短了光合产物的供应持续期,其中长武134受干旱影响较小;干旱处理降低了冬小麦灌浆中后期主茎穗粒质量积累量及其速率,其中长武134降幅较小。【结论】干旱条件下,抗旱品种长武134旗叶在灌浆中后期可维持较高的光合产物...

黄土旱塬Hybrid-Maize模型适应性及春玉米生产潜力估算

通过对Hybrid-Maize玉米高产模型进行田间验证,应用该模型对黄土旱塬春玉米生产潜力进行初步估算。结果表明,Hybrid-Maize模型在黄土旱塬表现出较好模拟效果,总生物量、秸秆生物量和籽粒产量模拟值与实测值间具有极显著线性相关性,其决定系数分别为0.9469、0.8164和0.9650,回归系数分别为1.0198、0.9787和1.1844,接近于1。黄土旱塬区多年光温生产潜力和气候生产潜力因品种不同有所差别,对多年平均光温籽粒和总生物量生产潜力,紧凑型玉米品种分别为13.25和22.45t/hm2,平展型玉米品种分别为12.32和20.62t/hm2,年际变化小;对多年平均气候籽粒和总生物量生产潜力,紧凑型玉米品种分别为11.97和19.94t/hm2,平展型玉米品种分别为11.37和18.63t/hm2,年际波动大。在黄土旱塬区,玉米产量潜力挖掘的主要途径应集中在提高密度和水分限制条件下,Hybrid-Maize玉米模型在指导玉米高产栽培上具有较好应用。

提高人工植被培育中土壤抗旱性的综合措施

干旱条件下培育人工植被,采取适当的抗旱措施是必不可少的,其中作为植物生长发育所需水分、营养的载体,土壤是显著的可调控对象,对其合理处置与抗旱有着密切的关系。以土蓄水、抑制蒸发、改良土壤、培肥地力等有利于对有限水分的利用。提高土壤抗旱性的综合措施包括土壤耕作、土壤培肥、土壤覆盖、防止水分深层渗漏等方面。在气候暖化的背景下,为增强土壤抗旱措施的效果,提高其技术水平,分析了与蓄水、保水、集水以及用水有关的土壤抗旱方式及其特点。在综合述评的基础上,还讨论了土壤抗旱措施的技术应用问题和需要研究的主要方面。

黄土高原植被演替不同阶段植物系数的变化与适应性评价

用4年长期定位试验资料,利用植物系数、蒸散量、土壤含水量和土壤水分对植物的有效性等指标,研究了黄土高原植被群落不同演替阶段(草本群落→灌木群落→早期森林群落→顶级群落)的耗水特性与生态适应性。结果表明:不同演替阶段,群落实际蒸散量主要受降水控制,群落间差异不显著(P>0.05);土壤含水量是早期森林群落明显高于其它群落,草本群落明显高于灌木群落(P<0.05);植物系数是灌木群落>草本群落>乔木群落,而顶级群落大于早期森林群落;土壤水分对植物的有效性是早期森林和顶级群落明显高于草本和灌木群落(P<0.05)。因此,进行植被建设不但要考虑植物系数还要考虑土壤水分对不同植物的有效性。

沙地樟子松水分生理生态特征及其适应性——以科尔沁沙地东南缘为例

沙地樟子松天然分布于大兴安岭以西的呼伦贝尔草原红花尔基一带，分布范围虽然相对狭窄，但其具有重要的防风、固沙等生态功能，而且，该区沙地樟子松林的分布范围正呈现不断扩大的趋势。然而，在引种区（科尔沁沙地东南缘），20世纪70~80年代曾经引起国际关注的沙地樟子松人工林，自从90年代初以来，逐渐出现了以枯梢、生长下降，甚至死亡等为特征的衰退现象。与此同时，沙地樟子松人工造林仍在北方干旱、半干旱沙区大面积推广。面对如此具有重要防风固沙作用并在大范围推广的沙地樟子松人工林，解释其为何衰退，其机理如何，回答现存沙地樟子松人工林发展方向及培育等理论和实践问题，成为目前面临的巨大挑战。 本论文在对沙地樟子松天然分布区与引种区野外调查、气候差异性对比分析的基础上，结合对引种区沙地樟子松幼苗、幼树及中龄林的水分生理生态过程实验，研究了沙地樟子松在引种区自然条件和干旱胁迫下的光合生理和水分生理生态特征；重点分析了水势、气孔导度等生理因素和土壤含水量、光合有效辐射、气温、空气相对湿度等生态因素对净光合速率、蒸腾速率的影响。结果表明： 1）较低、较长的低温和降雪覆盖有利于沙地樟子松更好的生长；运用De Martonne干燥度指数对气候类型进行划分，沙地樟子松引种区（科尔沁沙地东南缘）生态系统应为草地或疏林草地生态系统。 2）引种区近50 a来年平均温度存在着明显的线性上升，平均每10 a增温0.185 ℃；该区年平均降水量没有显著的变化趋势，但是，在过去的50 a里，该区平均每15 a 左右出现1次大旱。 3）在引种区多年年平均降水量条件下，沙地樟子松幼苗80%以上的时间处于受胁迫的状态，17%的时间处于不受水分胁迫的状态，而仅有1%左右的时间处于不能利用土壤水分的状态；在不同密度、不同年龄的沙地樟子松人工林中，土壤可溶性盐总量都很低，对沙地樟子松林木生长不会造成盐分胁迫；由于地下水位的急速下降，目前，引种区大部分地方地下水不能被沙地樟子松所利用。 4）随着模拟年降水量的减少，沙地樟子松幼苗的生长明显受到抑制，针叶水势、蒸腾速率、光合速率均有下降，各部分生物量积累明显降低；当模拟年降水量低于350 mm时就已经对沙地樟子松的生长产生了较大的限制。 5）在科尔沁沙地东南缘，影响沙地樟子松生理生态特征的主要因素为水分条件，特别是在树高生长旺季以及生长末期，而在生长中期，主要是光照和水分共同影响沙地樟子松的生长；在沙地樟子松天然分布区（红花尔基），影响沙地樟子松生长季节中期生理生态特征的主要因素也是水分和光照条件，这与在科尔沁沙地东南缘樟子松生长中期观测到的结论一致。然而，与天然沙地樟子松相比，引种区沙地樟子松每天干物质的积累增加为天然分布区的3~13倍，每天蒸腾耗水量为天然分布区的7~19倍。 综合以上对引种区的生态气候、水分条件以及沙地樟子松本身生理生态特征的分析结果得出，引种区与天然分布区水、热差异导致引种区沙地樟子松在年内的生长期延长（与天然沙地樟子松相比），以及在生长季节每天蒸腾耗水量的剧增及耗水时间的延长；同时，在引种区由于年内降水分布极不均衡，冬季降雪覆盖少，导致4、5、9三个月份的水分极度亏缺，该季节引种区水分亏缺严重限制了沙地樟子松的生长。大面积营造纯林、地下水位急剧下降（目前，引种区大部分林地的沙地樟子松已不能利用地下水）以及引种区每15 a左右一次的特殊干旱是导致沙地樟子松死亡的最直接原因。从个体水平上来说，近50 a的引种驯化，沙地樟子松并没有完全表现出适应引种区生长环境的迹象。最后，基于以上对沙地樟子松人工林衰退分析的基础上，提出了对现存沙地樟子松人工林总体经营的方向及具体经营对策。

辽宁太子河流域枯季水资源实时预报研究

太子河流域位于辽河中下游，区内分布有我国重要的钢铁、石化和粮食生产基地，是辽宁社会和经济发达地区。当前，太子河流域水资源短缺、水污染和地下水超采问题突出，水资源已成为制约当地社会经济持续、健康、稳定发展的重要因素。针对当前太子河流域严峻的水资源开发利用态势，论文提出了水资源实时评价的内容和方法，根据水资源实时监控管理的实际需要，将水资源实时评价分为汛末水资源实时评价和汛前水资源实时评价两部分。其中汛末评价主要是为计划用水和节约用水服务，而汛前评价主要是为抗旱减灾服务。在实时评价基础上，将水资源实时预报分为面向实时管理的水资源实时预报和面向实时调度的水资源实时预报两部分。建立了基于人工神经网络的地表径流实时预报模型和基于数值模拟技术的地下水可开采量（可供水量）实时预报模型，并进行了模型的率定、识别和验证。此外，借助由水资源实时预报模型和水资源实时管理模型构成的水资源实时预报管理祸合计算模式及计算流程，经模型祸合迭代计算，得出了太子河流域枯水期（2001～2002年度）水资源实时管理方案。上述研究成果，可以为辽宁太子河流域实现“计划用水和节约用水”提供决策依据，并可为北方干旱、半干旱地区流域水资源的“统一管理、动态管理和科学管理”提供可借鉴模式。