不同灌溉模式对水稻生长、水分和辐射利用效率的影响

为研究不同灌溉模式对寒地黑土水稻农艺性状、光合特性、水分利用效率以及辐射利用效率的影响,设置了控制灌溉、浅湿灌溉和全面淹灌3种灌溉模式,于2017—2018年在黑龙江省庆安灌溉试验站进行了试验。结果表明:两个生长季内,控制灌溉水稻各生育时期叶面积指数比全面淹灌分别增加了7.94%~23.67%和5%~14.47%,控制灌溉下地上部干物质量的积累量比全面淹灌增加了12.13%和7.98%,控制灌溉和浅湿灌溉的冠层光合有效辐射截获总量较全面淹灌分别增加了74.05、23.65μmol/(m^2·s)和63.35、16.85μmol/(m^2·s);除乳熟期外,其余生育期控制灌溉叶片叶绿素含量(SPAD)显著高于浅湿灌溉与全面灌溉;3种灌溉模式下最大初始转换效率从分蘖期开始上升,拔节期和抽穗期达到最大值,在乳熟期开始下降,非光化学荧光淬灭系数、光化学荧光淬灭系数前期略有波动,在乳熟期迅速下降,光合电子传递速率从分蘖期到乳熟期逐渐下降。两个生长季内,控制灌溉下产量略高于全面淹灌,但灌溉用水量较全面灌溉分别减少了31.45%和31.67%,水分利用效率比全面淹灌提高了46.45%和46.20%,辐射利用效率分别较全面淹灌增加了1.042%和1.036%,表明控制灌溉为黑龙江省半湿润区最佳灌溉模式。

宽窄行种植方式对玉米光截获和辐射利用效率的影响

种植方式影响玉米对光的截获和辐射利用效率进程。在本研究中,采用如下两种种植模式:宽窄行KZ:30+170和匀垄CK65,密度均为6.4株/m2。测量了玉米生长发育阶段的生理机能,对比了不同种植模式下玉米的光截获分数(F)、叶面积指数(LAI)、消光系数(K)、辐射利用效率(RUE),两种模式中,K值呈现出KZ>CK的特征;F值在KZ中显著低于CK,而两种种植方式间叶面积指数没有显著的差异;两种方式的RUE表现为KZ>CK。结果表明,尽管宽窄行种植截获了较少的有效辐射,但冠层中的光环境得到改善,辐射利用效率有明显的提升。

水氮调控对苜蓿与无芒雀麦混播草地生长和辐射利用的影响

针对我国内陆干旱区人工草地生产管理粗放及气候资源利用不充分等问题,探究合理的牧草种植与水氮供应模式,以充分挖掘区域牧草的生产潜力。采用3 a生(2018年播种)紫花苜蓿(简称‘苜蓿’)和无芒雀麦,分析种植模式(苜蓿与无芒雀麦混播,D1;无芒雀麦单播,D2)、施氮量(低氮量N1:60 kg·hm^(-2);高氮量N2:120 kg·hm^(-2))和灌水量(以灌水下限占田间持水量θ_(f)的百分比计,分枝期均充分灌水(75%~85%θ_(f)),现蕾和初花期轻度亏水W1:65%~75%θ_(f)、中度亏水W2:55%~65%θ_(f)、重度亏水W3:45%~55%θ_(f),灌水上限均为85%θ_(f))对牧草叶面积指数(LAI)、干物质累积量、累积截获光合有效辐射量(CIPAR)、辐射利用效率(RUE)、产量(Y)、耗水量(ET_(a))、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(PFP_(N))的影响。结果表明:(1)牧草LAI和干物质累积量均随灌水量和施氮量的增加呈增大趋势,随生育时期的推进,LAI先快速增大后缓慢增大或减小,干物质累积量量先快速增大后缓慢增大。(2)灌水和施氮均能促进牧草CIPAR增加,W1N2较W1N1处理增加6.38%,W1N1较W3N1处理增加15.82%;施氮量与牧草RUE呈正相关关系,灌水量与混播牧草RUE呈正相关关系,与单播牧草RUE则基本呈负相关关系。(3)灌水量和施氮量的增加可提升牧草产量,W1N2处理牧草产量最大,混播和单播分别为26050.73 kg·hm^(-2)和12186.10 kg·hm^(-2);灌水量的增加会减小水分利用效率,W1较其他处理减小2.05%~8.16%;施氮量的增加会减小氮肥偏生产力,N2较其他处理减小9.68%~46.42%。(4)混播牧草的LAI、干物质累积量、CIPAR、RUE、WUE和PFP_(N)较单播分别提高132.62%、112.93%、49.27%、45.34%、88.76%和111.55%。综上可知,苜蓿与无芒雀麦混播结合轻度亏水(现蕾和初花期灌水下限为65%~75%θ_(f))和较高的施氮量(120 kg·hm^(-2))可显著提升牧草生物量、光合辐射利用效率和水氮利用效率。

基于功能-结构模型的玉米大豆间作不同行向辐射分布研究

【目的】构建不同种植模式和行向的玉米大豆间作功能-结构模型,为解析玉米大豆间作系统的产量优势、生长发育规律及种植模式和行向对光截获、光分配和辐射利用效率的影响提供有力支持。【方法】基于不同种植模式的玉米大豆间作田间试验,解析种植行向如南北行向、东西行向、传统行向(梨树当地长期使用的种植行向,即南偏西40o)对作物生物量、产量和形态结构的影响,构建玉米大豆间作功能-结构模型,模拟不同种植模式和行向下作物群体生长发育和结构变化,量化种植行向对间作系统光截获量和辐射利用效率的影响,并探索玉米大豆间作高光截获量的最佳种植行向。【结果】玉米大豆间作系统的籽粒土地当量比(landequivalentratio,LER)南北行向最高(1.20±0.07),东西行向最低(1.16±0.09)。构建的模型较好地模拟了不同种植方式和种植行向下玉米和大豆的生长发育,与田间实测值相比,玉米株高、单株叶面积和冠层光截获系数的均方根误差(RMSE)分别为0.09—0.14 m、0.04—0.08 m^(2)·plant(-1)和0.07—0.12,大豆株高、单株叶面积和冠层光截获系数的RMSE分别为0.07—0.09 m、0.02—0.04 m^(2)·plant^(-1)和0.09—0.10。传统行向间作系统的累积光截获量最高,为(758.48±1.00)MJ·m^(-2),南北行向和东西行向的辐射利用效率比传统行向分别降低了7.18%、10.57%。【结论】间作种植可以提高玉米生物量和产量,降低大豆生物量和产量。玉米大豆间作种植模式中,种植行向对作物生长有显著影响,矮秆大豆通过改变叶片大小、节间长度和叶柄倾角规避高秆玉米的遮荫影响,以增加受光量和辐射利用效率,最终提高产量。种植行向对群体累积光截获影响较大,间作系统的辐射利用效率与累积光截获量均表现为传统行向>南北行向>东西行向。本研究有助于田间布局优化,为解释不同种植行向玉米大豆间作的光截获和光分配提供了数据支持。

不同播量与行距对小麦产量与辐射截获利用的影响

在田间试验条件下，设置了3个播种量（6kg·667m-2、9kg·667m-2和12kg·667m-2）和3个种植行距（20cm、25cm和30cm）共9个处理。通过测定小麦群体生长动态、辐射截获量和籽粒产量，研究分析不同行距和播种量对小麦产量形成和辐射利用效率的影响。结果表明：群体总茎数和叶面积指数表现为随播种量增大而增加；在相同播种量下，尽管20cm行距的小麦分蘖数最高，但其有效成穗数却最低；叶面积指数与群体总茎数变化动态一致，而叶日积却表现为随行距和播量加大而增加。在相同播种量下，籽粒产量和辐射利用效率均随着种植行距增加呈递增趋势变化，在3个播种量下表现趋势一致。行距由20cm增加到25cm和30cm，籽粒产量平均增加81．62g·m-2和162．53g·m-2，截获辐射利用效率平均增加0．18％和0．35％。产量和截获辐射利用率在行距间的差异均达到极显著水平，而播种量之间没有表现出显著差异，播种量和行距之间也没有明显互作效应。由此说明：调整行距对产量的影响作用大于调整播种量对产量的影响作用。因此，在水肥条件较好的黄淮海平原区小麦生产中，把传统种植行距15-20cm调整为25～30cm，播种量在常规播种量的基础上适量增加，可以提高小麦单产与辐射资源利用潜力。

不同施氮量下盐渍农田向日葵冠层生长与辐射利用规律

为了探讨盐渍农田作物冠层的生长特性及其对光能的吸收利用规律,选择盐渍化地区主要经济作物向日葵为研究对象,于2015年和2016年在内蒙古河套灌区进行了大田试验。根据0~60 cm深度土壤初始饱和浸提液电导率,设置3个盐分水平:轻度(S0:0~3 dS/m)、中度(S1:3~6 dS/m)和重度盐分胁迫(S2:大于6 dS/m),设置N0、N1、N2、N3共4个施氮量水平,施氮量分别为45、90、135、180 kg/hm^2,其中2015年试验施加N0和N2水平,2016年施加N1和N3水平。对向日葵在不同盐氮水平下的叶面积动态生长过程、消光系数、辐射截获与利用效率等指标进行监测。结果表明,盐分胁迫会抑制向日葵群体叶面积指数(CLAI)在苗期和蕾期的增长,且在N3施氮量下的影响更为明显,S1和S2水平的CLAI比S0水平分别下降了48.3%和64.4%。S1水平对冠层发展造成的影响会在营养生长停止前得到缓解,而S2水平下的向日葵在进入成熟期后才能进行一定的补偿性生长。各处理的日间光能截获率(fPAR)和辐射利用效率(RUE)均表现出从苗期开始持续上升至蕾期中后期,于花期达到峰值,在成熟期出现下降的规律,其中,S0N3处理的fPAR及其累积光合有效辐射量(IPAR)在全生育期内均高于其他处理,两年试验中的最大RUE出现在S1N3处理,达到2.26 g/MJ。分析得出,本试验所用向日葵品种的消光系数为0.729。结合修正的Logistic方程及单株最大叶面积指数与有效氮肥施用量(ENA)间的线性相关关系,建立了描述不同盐氮水平下向日葵单株LAI随归一化发展指数动态变化过程的模型。研究表明,在S1水平下,增施氮肥(N2和N3)可减轻盐分胁迫效应,促进叶片生长和光能截获,提升RUE和籽粒产量的累积;在S2水平下,增施氮肥不仅不能促进冠层发展和产量累积,而且还会降低其进入成熟期前的RUE。本研究可为在不同盐渍化水平的农田中合理施用氮肥、定量预测作物冠层发展水平提供依据。

玉米/大豆间作条件下作物生物量积累模型

通过不同间作比例的玉米/大豆间作试验,建立了基于辐射截获与利用的玉米/大豆间作群体生长和产量的模拟模型。作物总生物量和产量为光合有效辐射(PAR)、辐射截获率(F)以及辐射利用效率(RUE)的函数,根据太阳辐射(SR)与PAR的比例可估算PAR,采用Keating和Carberry建立的公式计算F值,利用生长度日(GDD)确定作物的出苗、开花与成熟时期。模拟结果表明模型能够较为准确地模拟水分充足条件下间作群体的总生物量和产量。

不同种植密度下两种穗型小麦叶片光合特性的变化

为给小麦栽培提供群体优化方面的依据,在3个种植密度条件下,对多穗型品种济麦20和大穗型品种维麦8号植株不同部位叶片的光合特性进行了测定分析。结果表明,随着种植密度的增加,植株旗叶的日光合总量和蒸腾总量没有显著变化,而倒3叶和倒5叶的日光合总量和日蒸腾总量显著下降,并且多穗型品种济麦20的下降幅度大于大穗型品种维麦8号,济麦20的日光合总量明显小于维麦8号,日蒸腾总量明显大于维麦8号;植株各部位叶片的水分利用效率(WUE)和辐射利用效率(RUE)均表现为多穗型品种济麦20显著低于大穗型品种维麦8号。随种植密度的增加,旗叶的WUE增加,倒3叶和倒5叶的WUE降低,两个穗型品种变化趋势一致。植株同一部位叶片的胞间CO2浓度(Ci)在品种间和种植密度之间均没有明显差异,但其气孔限值(Ls)均表现为多穗型品种济麦20低于大穗型品种维麦8号。