黑杨无性系间长期水分利用效率差异的生理基础

试验于2003年6月10日至8月20日在温室中进行,采用完全随机区组设计,4个水分处理（充分供水、轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫）,6次重复.各水分处理严格控制浇水间隔：充分供水,每2d浇水1次;轻度胁迫,每3d浇水1次;中度胁迫,每4d浇水1次;重度胁迫,每5d浇水1次.每次浇水的量相同,500ml.试验材料为美洲黑杨杂交无性系,父本为哈佛杨（Populus deltoides Bartr.CI.‘Harvard＇）,母本为山海关杨（Populus deltoides Bartr.CV.‘shanhaiguanensis＇）,共10个无性系,编号为J1～J10.以当前优良品系108杨（Populus euramericana CV.‘114/69＇）和中林46杨（Populus deltoides Bartr.CV.‘Zhonglin 46＇）为对照,编号为CK1、CK2.测定了12个无性系间长期水分利用效率（WUEL）、光合参数（净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs、瞬时水分利用效率WUEi、最大净光合速率Pmax、光饱和点LSP、羧化效率Ce）及气孔特征参数（气孔频度、气孔大小、上/下表皮气孔数目比）、根冠比的差异,并深入分析了光合参数与WUEL、气孔特征参数与WUEL、根冠比与WUEL及光合参数之间的相互关系.结果表明：无性系间WUEL存在差异,这种差异随水分胁迫的加剧而更加显著.无性系间WUEL的差异在4个水分处理下表现出一致性,即WUEL最优的都是J2,其次为J6、J7、J8、J9.高WUEL的J2等无性系其气孔频度、气孔大小、Gs、Tr、Pn和根冠比在所有无性系中都处于适中的位置.它们的上/下表皮气孔数目比大,Pmax、LSP、Ce明显优于对照.Pmax高、LSP高、Ce大,表明高WUEL的J2等无性系光合能力强.Gs、Tr、Pn适中,表明J2等无性系在保证具有高WUEi的同时能保持较强的光合能力.根冠比适中,表明J2等无性系的光合产物在根、冠之间分配合理,能有充足的根系分布保证水分的供应,同时又有较多的光合产物积累在地上部分.气孔特征参数的差异是导致无性系间光合能力和WUEi差异,并最终导致WUEL差异的一个主要因子.气孔频度和气孔大小适中的无性系,其Gs、Tr、Pn适中,WUEi较高;上/下表皮气孔数目比大的无性系则具有较强的光合能力.无性系间WUEL的差异是一系列具有差异的生理参数共同作用的结果,高WUEL的无性系通常光合能力强、WUEi高、根冠比适中.今后工作中选育高WUE的无性系时,除需关注单个生理参数的突出作用外,更应关注生理参数的协同作用.

黑杨杂交无性系间叶片δ^(13)C、长期水分利用效率和光合特性的研究

在温室中通过严格控水的方法,对4个不同水分处理下,12个黑杨杂交无性系间长期水分利用效率(WUEL)、1δ3C和光合参数(Gs、Tr、Pn、WUEi、Ci、Pm ax、LSP、C e)的差异进行了研究,并分析了无性系间WUEL和δ13C差异与光合参数差异的相互关系.结果表明:不同水分处理下,δ13C和Gs、Tr、Pn、WUEi、Ci差异极显著.随水分胁迫的加剧,δ13C和WUEi增加,而Gs、Tr、Pn、Ci减少.同一水分处理下无性系间WUEL和1δ3C差异显著,Gs、Tr、Pn、WUEi、Ci差异极显著.无性系间WUEL和δ13C的差异在4个水分处理下表现出一致性,即WUEL最优的是J2,其次为J6、J7、J8、J9,同时这些无性系的1δ3C较高.Gs是影响WUEi的关键因子,Gs低的无性系WUEi高.J2、J6、J7、J8、J9的净光合速率(Pn)和瞬时水分利用效率(WUEi)虽不是最高,但其最大净光合速率(Pm ax)大,光饱和点(LSP)高,羧化效率(C e)大,光合能力强.无性系间1δ3C和WUEL差异的主要影响因子是Gs和光合能力,J2、J6、J7、J8、J9都具有Gs低和光合能力强的特点.各水分处理下1δ3C与WUEL均呈正相关,但由于水分引起的δ13C差异远大于无性系间的差异,因此二者的相关性仅在充分供水条件下表现较好,相关系数为0.707 7.

叶片δ^(13)C与长期水分利用效率的关系

该文测定并研究了不同水分处理下,不同黑杨无性系的长期水分利用效率(WUEL)、叶片δ^(13)C、光合作用、气孔及其相互关系.结果显示无性系间WUEL、δ^(13)C、光合作用、气孔都存在差异.4个水分处理下J2、J6、J7、J8、J9都是WUEL较优的无性系,同时它们的δ^(13)C高、净光合速率Pn和瞬时水分利用效率WUEi较高、气孔频度和气孔大小适中、上/下表皮气孔数目比大.气孔的差异是导致无性系间Pn和WUEi差异,并最终导致WUEL、δ^(13)C差异的关键因子.δ^(13)C和WUEL呈正相关,充分供水条件下相关性最好.

长期施肥对冬小麦产量和水分利用效率的影响

对长期定位施肥试验第32年度的测定数据进行分析,探讨长期施肥对黄绵土区冬小麦产量和土壤水分的变化及其利用效率的影响。结果表明,施肥提高了冬小麦籽粒产量.有机肥与化肥配施的增产效果更显著。肥料单施增产率在60%以上,肥料配施增产率在120%以上。冬小麦产量以有机肥配施氮磷钾处理最高(4 932.00 kg/hm^2),较对照(不施肥料)提高189.16%.水分利用效率也最高[9.65kg/(hm^2·mm)],较对照提高174.15%。不同施肥处理0~20 cm土层土壤含水量较播前下降缓慢,20~80 cm土层土壤含水量则均迅速下降。冬小麦收获后0~100cm土壤有效储水量较播前下降,下降最大的是有机肥配施氮磷钾处理,为56.6 mm,土壤耗水量最大,为511.00 mm。可见,肥料配施提高作物产量,但也增加了土壤耗水量,土壤干燥化程度也将加剧。

长期垄作覆盖对旱地冬小麦、夏玉米产量和水分利用效率的影响

通过2004—2014年长期定位试验,研究不同降水年型垄作覆盖对旱地冬小麦、夏玉米产量及水分利用效率的影响,旨在为旱作区高效农耕措施的选择提供理论依据和技术支撑.结果表明,与传统耕作处理相比,垄作覆盖有利于提高冬小麦和夏玉米的穗粒数和千粒质量,而对于冬小麦和夏玉米穗数的提高效果不明显;不同降水年型垄作覆盖处理均显著或极显著提高了旱地冬小麦—夏玉米周年产量,平均增产达17.0%;对冬小麦而言,长期垄作覆盖处理较传统耕作处理平均增产7.4%,增产效果表现为欠水年>平水年>丰水年,极端干旱的年份垄作覆盖则表现出明显的减产效应,减产幅度为8.9%;不同降水年型垄作覆盖处理夏玉米产量均极显著高于传统耕作处理,平均增产24.4%.不同降水年型垄作覆盖处理冬小麦、夏玉米及周年的平均水分利用效率分别为14.8、23.7、19.6 kg/(hm2·mm),较传统耕作处理极显著提高了6.99%、32.82%、22.2%.综上,长期定位垄作覆盖在不同降水年型下对夏玉米的增产效果优于冬小麦.

薯蔓并长期水分调控对甘薯光合生理指标、产量和水分利用效率的影响

分别于胶东地区胶州(典型平原)和莱阳(典型丘陵)2个种植区进行田间试验,于薯蔓并长期设置3个补充灌溉水平,CK、T_(1)、T_(2)分别为0、150、300 m^(3)/hm^(2),研究不同灌水用量对甘薯光合生理指标、产量和水分利用效率的影响.结果表明:薯蔓并长期补充灌溉提高了土壤含水量、叶片相对含水率和叶面积指数,促进了地上源器官的建成;适量灌溉(T_(1)处理)与CK相比,均显著提高了甘薯净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))和蒸腾速率(T_(r)).胶州地区适量灌溉显著提高了甘薯产量,但过量灌溉(T_(2)处理)与CK相比差异不显著;莱阳地区T_(2)处理产量最高,T_(1)处理次之,较CK均显著增产.胶州地区T_(1)处理的补充灌溉利用效率和总水分利用效率均为最高,其中总水分利用效率较CK提高29.1%;而莱阳地区的补充灌溉利用效率和总水分利用效率均以T_(2)处理为最高,其中总水分利用效率较CK提高55.3%.平原薯区(胶州地区)在薯蔓并长期进行适量灌溉能促进干物质量的累积,改善甘薯源库关系,进而提高产量;而丘陵薯区(莱阳地区)则需要多水灌溉,以提高产量和水分利用效率.

秸秆还田方式对旱地玉米产量和水分利用效率的影响

基于中国北方干旱地区18年的长期秸秆还田田间定位试验,开展了不同秸秆还田方式及施肥时期对春玉米产量及水分利用效率影响的比较研究。结果表明:与春施肥对应处理相比,不同方式秸秆还田秋施肥具有显著增产效果,18年累计增产玉米籽粒9.71～15.58 t/hm2,增产率为8.33%～16.19%;同时,玉米生育期耗水量减少,土壤贮水量增加,水分利用效率明显提高。4种不同秸秆还田方式对春玉米18年总产量、总水分利用效率的贡献从大到小依次为:秸秆过腹还田、秸秆覆盖还田、秸秆粉碎直接还田、秸秆未还田。不同的降水年型,对各处理玉米产量和水分利用也存在较大影响。正常年型玉米产量最高,偏旱年型玉米水分利用效率最高。秸秆覆盖还田秋施肥对偏旱年份的增产及水分利用效率提高的效果尤为突出。

荒漠区植物光合器官解剖结构对水分利用效率的指示作用

植物生理功能的发挥以结构为基础,因此,植物光合器官(叶片或同化枝)解剖结构会对水分利用效率(WUE)有一定的指示作用。通过对黑河流域优势种灌木光合器官的解剖特征和表征WUE的稳定碳同位素比率(δ13C)进行分析,试图从解剖结构的角度为荒漠植物WUE寻求一个有效的指示指标。结果显示:(1)除花棒外,轴状光合器官植物的δ13C值均高于叶状。(2)不同荒漠植物光合器官及不同组织厚度变化范围较广,叶厚度(Tl)或轴直径(Da)、角质层厚度(Tc)、表皮厚度(Te)、栅栏组织厚度(Tp)、海绵组织厚度(Ts)、贮水组织厚度(Ta)的最大值分别约为最小值的6.9、5.8、11、4、3.5和3.5倍。荒漠区多数轴状光合器官植物的Da以及Te高于叶状。(3)所研究优势种灌木的δ13C值与Tl或Da之间存在极显著的正相关关系(r=0.719,P<0.01),与不同组织厚度(Tc、Te、Tp、Ts和Ta)之间相关性不显著。由此可知,从植物光合器官的解剖结构来看,荒漠区植物的WUE可以用Tl或Da来表征,叶片越厚,越有利于植物高效利用水分,且轴状光合器官植物的WUE高于叶状。

^(13)C同位素判别技术在评价植物水分利用效率中的应用

由于在农田中无法直接测量植物水分利用效率,本文通过介绍13C同位素判别技术的原理及其测定方法,以及利用13C/12C技术测定植物生理水分利用率的原理,评述了碳的稳定同位素的判别技术在研究植物长期的水分利用效率(Season-long water use efficiency,缩写为WUEsl)的可能性以及在其他方面的应用。

长期秸秆还田对旱地玉米产量、效益及水分利用的影响

在我国北方地区的旱作农田,从1992年秋季开始至2011年,进行了连续19年的不同秸秆还田方式的春玉米长期定位试验,研究秸秆不还田(CK)、长期秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎直接还田(SC)、秸秆养畜粪肥还田(CM)对玉米籽粒产量、经济效益和水分利用的影响。结果表明,1)秸秆还田具有显著的增产增收效果,19年累计增产13.43～24.28 t/hm2,增产幅度11.57%～20.92%,纯效益增加了12831～18171 yuan/hm2;2)秸秆还田可以减少玉米生育期耗水量、增加土壤贮水总量、明显提高水分利用效率,其中秸秆养畜粪肥还田的增产增收效果以及秸秆覆盖还田的保水效果最为明显。不同的降水年型,对玉米产量和水分利用也存在较大影响,正常降水年型玉米产量最高,偏旱年型玉米水分利用效率最高。丰水年份和偏丰年份应当注意减少降水的无效耗散,秸秆覆盖还田在偏旱年份的增产效果尤为突出。

不同施肥处理下麦田水分利用过程及其效率特征

通过田间试验(2010—2011年),就不同施肥处理下麦田水分利用过程及其效率特征进行研究。结果表明:施磷量为90kg/hm2条件下,配施氮量在0～135kg/hm2时,农田耗水率(农田耗水量占总的供水量的比率,ET/SW)和蒸腾比率(蒸腾量占农田耗水量的比率,T/ET)随配施氮量的增加逐渐提高,考虑蒸腾消耗的作物水分利用率(籽粒产量与蒸腾量的比值,Y/T)和降水利用效率(Y/P)在施氮量为180kg/hm2时达到最大。施氮量为90kg/hm2条件下,配施磷量在90～180kg/hm2时,各处理的农田水分消耗率、蒸腾比率几乎相同,但明显高于单施氮肥处理,只考虑蒸腾消耗的作物水分利用率随施磷量的增加逐渐提高,降水利用效率在施磷量为90kg/hm2时达到最大值。与不施肥处理相比,施磷量为90kg/hm2与施氮量为180kg/hm2处理的麦田,冬小麦从拔节期至成熟期的农田耗水量增加23.5%,蒸腾量增加186.8%;农田水分消耗率提高10.5%,作物蒸腾比率提高200%,作物水分利用效率(Y/ET)达到11.13kg/(hm2.mm),降水利用效率达到18.73kg/(hm2.mm)。

定位施肥对冬小麦生长、产量及水分利用的影响

基于长期定位施肥试验,研究了不同施肥对冬小麦生长、产量及水分利用的影响。结果表明:不同施肥均能促进冬小麦株高、叶面积、生物量的增长,株高、叶面积、生物量均为:单施氮肥处理(N)高于不施肥处理(CK),氮磷配施处理(NP)显著高于CK和N处理,三个有机肥处理(M、NM和NPM)均较高。不同施肥对冬小麦光合速率影响显著,NPM处理的光合速率在各个生育期均最高;其次分别为NM处理和NP处理,而M处理在前期较高,后期下降较快,N和CK处理均较低。不同施肥处理小麦产量:NPM>NM>M>NP>N>CK,不同施肥均能显著增加小麦产量(增产量为341～4388kg/hm2),除M和NM处理,其他处理均有显著差异;冬小麦耗水量和水分利用效率均随施肥水平提高而增加,NPM和NP处理显著高于N和CK处理。表明在本试验年单施氮肥对小麦生长及产量影响较小,单施有机肥及不同肥料配施均能显著促进小麦生长及产量提高,有机肥的增产效应显著高于无机肥,其中NPM处理的产量及水分利用效率均最高。

施肥和降水年型对旱地玉米产量及水分利用的影响

在我国北方半湿润偏旱区的山西省寿阳县旱农试验区,经过长达10年的定位试验结果表明,施肥可使水分利用效率明显提高,是不施肥处理的2.25倍;旱地玉米产量和水分利用效率,同时受生育期降水量和播前土壤贮水量两个因素的影响.干旱年份,玉米产量的提高更依赖于土壤水分、养分的协调供应,施肥的增产效果受到土壤水分亏缺的限制,合理施肥、培肥土壤、保蓄水分,可增强旱地玉米抵御干旱的能力;丰水年份和正常年份,肥料的增产作用得到充分发挥,丰水年份应注意蓄水保墒.

长期施肥对水稻光合特性及水分利用效率的影响

在实施了27年的长期田间定位试验区,研究了长期不同施肥对红壤区水稻光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:在不施肥(CK)、无机肥(N、NP、NPK)、有机肥(猪粪+紫云英绿肥,M)和无机肥与有机肥配施(NPKM)处理中,长期施用肥料,特别是有机肥与无机肥配施提高水稻各生育期剑叶叶绿素含量、净光合作用速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率和水稻产量,降低水稻剑叶胞间CO2浓度;水稻剑叶叶绿素含量、净光合作用速率、气孔导度、蒸腾速率随发育阶段演进而减小,孕穗期>齐穗期>乳熟期,而胞间CO2浓度相反;水分利用效率以齐穗期为最大;水稻发育阶段叶绿素含量、净光合速率和水稻产量之间均呈显著正相关;长期施用肥料,特别是有机肥与无机肥配施更有利于红壤区水稻的生长发育、产量和水分利用效率的提高。

水分胁迫对四倍体刺槐苗生长和光合作用的影响

Differences in drought tolerance were studied among three strains of black locust(Robinia pseudoacacia L.) clones(one-year-old micropropagated K2,K3 clones and a common diploid clone CK) under simulated natural drought conditions.The experiment was carried out as a randomized complete blocks design.The following physiological variables were examined,biomass and allocation,photosynthetic characteristics,i.e.net photosynthetic rate(Pn),transpiration rate(E),stomatal conductance(Gs),intercellular CO2 concentration(Ci),instantaneous water use efficiency(WUEI),and long-term water use efficiency(WUEL).Results showed that the K2 and K3 had greater biomass,with the K3 displaying favorable ratio of root biomass to shoot and leaf biomass.Net photosynthetic rate(Pn) declined along with Gs,Ci and the ratio intercellular/ambient(Ci/Ca),under increasing drought stress.The decline in photosynthesis was mainly due to stomatal limitation.The K2 and K3 showed higher WUE and Pn than the CK.There were significant differences of drought level on WUEL,and the WUEL of K2 and K3 was greater than that of CK.Evaluation based overall physiological characteristics indicates the K2 and K3 are more drought tolerant,which are well adapted to the drought-stricken area of Northwest China.

梨枣在果实生长期对土壤水势的响应

以4年生梨枣为试验材料,在果实生长期设置了4个土壤水势水平,研究不同处理梨枣茎秆直径生长、光合速率、蒸腾速率、叶片相对含水量以及果实数量对土壤水势的响应,探讨了梨枣果实生长期适宜的土壤水势范围。结果表明:1)在果实缓慢生长期,茎秆直径生长缓慢;土壤水势高于-84 kPa时能显著地降低落果率。2)果实快速生长期,茎秆直径日最大值和叶片相对含水量能反映梨枣的水分状况;适当的控制土壤水势能显著的提高叶片的水分利用效率;土壤水势高于-84 kPa时果实快速生长期出现坐果现象。3)果实生长期前期的土壤水势低至-461 kPa会影响果实生长期叶片的功能和后期的坐果。因此,梨枣果实生长期的适宜的土壤水势范围为-41—-84 kPa,提高了叶片水分利用效率,提高了单果重,不影响产量。

京郊山地旱作区作物水分生态适应性系统评价

为了提高京郊山地旱作区农作物产量,以延庆县为例,依据农户调查、田间试验和数学模型等方法,从作物生长期间降水状况、作物生长发育与降水分布的时序关系、农田水分供需平衡与作物生态适应性判定和作物水分利用效率等方面,对京郊山地旱作区主要作物生态适应性进行了系统评价。结果表明:不同作物降水利用状况存在明显差异,其规律是:多年生苜蓿>春玉米>春大豆>春谷子>马铃薯。5种作物中春玉米、春谷子和春大豆生长发育与降水分布耦合性较好,马铃薯和多年生苜蓿生长发育与降水分布耦合性较差。农田作物水分满足率和生态适应性指数,4种春作物排序依次为:春玉米>春谷子>春大豆>马铃薯。水分利用效率依次为春玉米>苜蓿>春谷子>春大豆>马铃薯。研究结果可为京郊山地旱作区制定合理的种植制度提供理论依据。

烤烟旺长期需水特点的研究

研究了烤烟旺长期的需水特点 ,结果表明 ,烤烟旺长期最佳土壤相对含水量应保持在 75 %～ 85 % ,在此土壤水分范围内 ,烟株对水分的利用效率最高 ,烟叶气水与外界的气体和水分交换最为通畅 ,而且根系的生长、茎的增高以及叶面积的增大方面都优于其它土壤水分环境中的烟株。