大喇叭口及灌浆期倒伏对夏玉米产量损失的研究

【目的】研究不同生育时期和倒伏类型对夏玉米干物质积累、产量及产量构成因素的影响,定量评估倒伏对夏玉米造成的产量损失。【方法】以浚单20为试验材料,开展2个生长季夏玉米倒伏田间控制试验,分别在大喇叭口期和灌浆期进行不同类型人工倒伏模拟。大喇叭口期倒伏处理为:轻度根倒伏(BR1)、重度根倒伏(BR2)、低节位茎倒伏(BSL)和高节位茎倒伏(BSH);灌浆期倒伏处理分别为:轻度根倒伏(FR1)、重度根倒伏(FR2)、低节位茎倒伏(FSL)和高节位茎倒伏(FSH)。研究倒伏后夏玉米的叶面积指数、干物质量、产量及产量构成因素(穗长、穗粗、秃尖率、穗粒数和百粒重)的变化,计算表征玉米受害程度的相对损失率。【结果】倒伏会显著降低叶面积指数,其中灌浆期茎倒伏损失率最大,成熟期叶面积指数较对照分别降低38.9%(FSL)和50.7%(FSH)。倒伏后地上部干物质积累量减少,除灌浆期轻度根倒伏(FR1)外,其他时期及类型倒伏总干物质积累量均显著降低(P<0.05),其中灌浆期茎倒伏处理干物质积累量降低最显著,乳熟后期总干物质积累量不增反降,分别较对照降低34.9%(FSL)和46.8%(FSH)。同时,倒伏影响干物质在茎、叶和穗中的分配,茎、叶干物质量所占比例增加,穗干物质量比例降低,其中灌浆期茎倒伏茎秆干物质量比例显著增高,较对照提高9.2%(FSL)和3.7%(FSH),穗干物质量显著降低,较对照减少9.9%(FSL)和7.0%(FSH)(P<0.05)。倒伏使穗变短、变细,秃尖增加。灌浆期倒伏穗长显著缩短,比对照短3—4 cm,穗粗显著降低(P<0.05),2年试验中除FSL(2012年)处理外,灌浆期倒伏的秃尖率均显著高于对照(P<0.05),大喇叭口期倒伏秃尖率与对照差异不显著,其中FSH(2011年)处理秃尖率最高,达27.4%。倒伏灾害同时影响穗粒数和百粒重,倒伏后均表现出减少趋势,与产量的相关系数分别为0.729和0.842(P<0.01)。受2年试验条件差异影响,2011年各倒伏处理的穗粒数显著低于对照,2012年仅灌浆期茎倒伏与对照差异显著。倒伏影响百粒重,其中灌浆期处理最显著(P<0.05)。穗粒数和百粒重与产量显著相关,相关系数分别为0.729和0.842(P<0.01)。倒伏显著降低产量,除大喇叭口期轻度根倒伏BR1外,其他倒伏处理的产量均显著低于对照(P<0.05)。大喇叭口期倒伏BR2、BSL和BSH产量损失率2年平均分别为13.9%、27.9%和27.1%;灌浆期倒伏FR1、FR2、FSL和FSH产量损失率,2年平均分别为29.0%、38.4%、45.0%和48.3%。【结论】相同倒伏类型,灌浆期倒伏较大喇叭口期倒伏影响更大;在同一生育时期,茎倒伏比根倒伏影响更明显,但茎倒伏高、低节位处理之间产量损失差异不显著。各倒伏处理的产量损失表现为灌浆期茎倒伏最高,大喇叭口期根倒伏最低。

农业气候区划方法研究进展

农业气候区划是合理利用农业气候资源的有效途径,得到了广泛地关注和应用。本文着重从农业气候区划指标选取方法、农业气候区划方法以及地理信息系统在农业气候区划中的应用三个方面,总结了农业气候区划方法的研究进展,评述了不同区划方法的优缺点,并提出了未来可能的研究方向,以期对该领域的研究提供参考。

冬小麦越冬中期冻害高光谱敏感指数研究

利用试验箱进行冬小麦冻害盆栽试验,观测受冻前后叶片光谱反射率、叶绿素含量并分析其变化规律;通过对高光谱数据进行倒数对数、一阶导数、二阶导数变换,与叶绿素含量进行相关分析,寻找表征冻害胁迫的特征值,获得识别和评价冻害差异程度的波段或指数。结果表明,(1)在可见光范围内叶绿素含量与原始光谱反射率呈负相关,在近红外范围内呈正相关,与倒数对数光谱的相关性则相反。一阶导数光谱大部波段相关性通过0.01水平的显著性检验,二阶导数光谱仅少部分波段通过。(2)相关性分析表明,冻害监测的敏感性波段为684.92nm处倒数对数光谱、578.37nm处一阶导数光谱、571.93nm处二阶导数光谱,这些波段与叶绿素的相关系数均通过0.01水平的显著性检验,且相关系数最大,其中以倒数对数光谱为自变量的估算模型最优。(3)叶绿素含量与高光谱特征变量的相关性分析表明,以由蓝边面积(SDb)和红边面积(SDr)计算的VI3(VI3=SDr/SDb)或VI5[VI5=(SDr-SDb)/(SDr+SDb)]为自变量的抛物线模型最优,其训练样本拟合与验证样本精度检验水平均最高,因此VI3、VI5为冬小麦冻害监测的敏感指数。研究结果揭示了冬小麦冻害后高光谱特征,可为促进高光谱技术在冬小麦长势监测和估产中的应用,提高冬小麦冻害遥感监测的准确性提供依据。

中国小麦主产省不同筋型冬小麦品质形成的气候条件分析

为明确冬小麦品质形成的气候条件,本研究利用2006-2015年中国5个小麦主产省(河北、山东、河南、安徽、江苏)冬小麦的10个品质指标数据及其抽穗至成熟期的气候资料,统计并分析了5个省内冬小麦抽穗至成熟期的气候资源特征、4种筋型(强筋、中强筋、中筋和弱筋)冬小麦的品质特征以及两者的关系。结果表明,不同筋型冬小麦同一品质指标的主导气候因子不同,同种筋型冬小麦的不同品质指标的主导气候因子也不同。整体上看,冬小麦品质形成的主导气候因子为温热和水湿因素。强筋冬小麦品质主要受抽穗至成熟期内≥32℃的高温日数和降水量影响,温热条件越好,强筋冬小麦品质越优;中强筋冬小麦品质主要受抽穗至成熟期内降水日数和气温日较差影响,且两者的贡献均为负(延伸性除外);中筋冬小麦品质主要受抽穗至成熟期内最高温度和降水日数影响,最高温度越高,品质越差;对于弱筋冬小麦,抽穗至成熟期内日最高气温≥32℃的持续天数越多或空气湿度越大,其品质越差。

大气CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮水平对稻田CH4排放的影响

为探究大气CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮水平对稻田CH_(4)排放的影响,基于CO_(2)浓度自动调控平台开展水稻试验,以“南粳9108”为试验品种,采用静态箱-气相色谱法测定CH_(4)通量。在背景大气CO_(2)浓度(CK)的基础上,设置CO_(2)浓度缓增(C_(1)处理,从2016年开始逐年增加40μmol·mol^(-1),至2018年增加120μmol·mol^(-1))和骤增(C_(2)处理,CO_(2)浓度每年均增加200μmol·mol^(-1))处理;在常规施氮量(N 1处理,25 g·m^(-2))的基础上设置氮肥减施处理(N_(2)处理,15 g·m^(-2))。结果表明,CO_(2)浓度缓增、骤增和不同施氮量均没有改变稻田CH_(4)通量的季节变化规律,总体上呈现先增加后减小的趋势。在整个生育期,CO_(2)浓度缓增、骤增对稻田单位产量CH_(4)排放量无显著影响。在C_(2)条件下,与N 1处理相比,N_(2)处理水稻产量显著降低45.2%(P=0.037),同时稻田单位产量CH_(4)排放量显著增加63.3%(P=0.008)。综上所述,随着CO_(2)浓度升高,氮肥减施至15 g·m^(-2)会减少水稻产量,同时增加稻田单位产量CH_(4)排放。

CO_(2)浓度缓增和氮肥减施对冬小麦田N_(2)O排放的影响

为探明麦田氧化亚氮(N_(2)O)排放对二氧化碳(CO_(2))浓度缓增与氮肥减施的响应,选用扬麦22为试验材料,基于开顶式气室(OTC)构成的CO_(2)浓度自动控制平台开展田间试验.在环境大气CO_(2)浓度(AC,对照)的基础上设置CO_(2)浓度缓增处理(EC,自2016—2017年冬小麦生长季起在AC基础上逐年增加40μmol·mol^(-1),至2018—2019年生长季CO_(2)浓度比AC高120μmol·mol^(-1));在常规施氮量(N_(1),25 g·m^(-2))基础上设置氮肥减施处理(N_(2),15 g·m^(-2)).使用静态暗箱-气相色谱法进行冬小麦田N_(2)O的气样采集与通量测定.结果表明:冬小麦生育期内,不同CO_(2)浓度与氮肥水平下冬小麦田N_(2)O通量生长季变化较为一致,整体均呈现波动下降特征;AC处理下,与N_(1)处理相比,N_(2)处理使得N_(2)O累积排放量显著降低45.2%(P=0.004),EC处理下,不同氮肥水平对冬小麦田N_(2)O排放无显著影响;在冬小麦孕穗至乳熟期时,氮肥减施处理对麦田N_(2)O排放的影响较为明显;CO_(2)浓度缓增与氮肥减施共同作用时,施氮量是影响麦田N_(2)O排放量的主要因素.

干旱对冬小麦光合、渗透调节物质和抗氧化酶活性的影响

在大田人工防雨棚下小麦田中,设置充分灌溉(CK,土壤相对湿度为80%)、干旱处理1(T1,土壤相对湿度为40%)和干旱处理2(T2,土壤相对湿度为60%)3种供水条件,研究不同程度干旱对冬小麦叶片各生育期光合作用相关生理指标、渗透调节物质、膜脂过氧化以及抗氧化系统的影响。结果表明,与CK相比,T1处理组气体交换参数、光合色素含量随发育期的推进均表现为先略升高后大幅下降。同时,干旱条件下冬小麦启动自身保护机制,具体表现为可溶性糖、丙二醛含量持续升高,可溶性蛋白、游离脯氨酸以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性等则呈现先升高后下降的变化趋势;T2处理组各参数变化趋势总体上与T1处理一致,但其升高和降低幅度有所减弱。可见,不同程度干旱条件下,冬小麦通过增加渗透调节物质含量在一定程度上减缓了水分散失,但至生育后期已不能满足自身对水分的需求;通过增强抗氧化系统酶活性消除了部分活性氧,但活性氧含量仍不断增加,最终造成膜脂过氧化加剧、膜透性增加、叶绿素降解、光合速率降低、叶片衰老加速。

过程降雨入渗土壤深度的推算方法

大气降水经植被层的截留损失后降落入流域土壤表面,将在土壤界面发生水分的分配和转化,部分水分将会通过土壤孔隙入渗,部分水分会在土壤表面蒸发,其余水分将沿坡面流动汇集形成地表径流。对于一次降水过程来说,降水期间地表水汽含量近于饱和,同时降水历时一般较短,因此土壤表面蒸发量可以忽略不计。本文以2009年2月7-9日河南省118个站点实际观测资料为基础,根据观测降雨前、后土壤含水量,确定由于降雨引起的土壤含水量变化深度,即降雨渗透深度,得到一组降雨量与渗透雨量数据系列,利用实验资料建立降雨与渗透深度相关关系计算区域降雨渗透量;就降水地土壤中的渗透过程和渗透深度作以分析探讨,为各地湿土层厚度分析、农业生产、防汛抗旱与预测提供科学依据。

大气CO_(2)浓度缓增对冬小麦土壤呼吸的影响

为研究大气CO_(2)浓度缓增对冬小麦(Triticum aestivum)土壤呼吸的影响,基于开顶式气室组成的CO_(2)浓度自动调控平台,在2017—2019年开展了两季冬小麦CO_(2)浓度缓增试验.每季试验在背景大气CO_(2)浓度基础上(CK,对照),均设置了CO_(2)浓度缓增处理(C_(80)和C_(120),即从2016年起逐年增加40μmol·mol^(-1),至2017—2018年和2018—2019年冬小麦生长季CO_(2)浓度分别为CK+80μmol·mol^(-1)和CK+120μmol·mol^(-1)).采用静态暗箱-气相色谱法测定土壤呼吸速率.结果表明:CO_(2)浓度缓增没有显著改变土壤呼吸的季节变化规律,但是会显著影响冬小麦旺盛生长期的土壤呼吸速率.在2018—2019年冬小麦抽穗-扬花期,C_(120)处理使土壤呼吸速率显著增加50.2%(P=0.008),且使得生长季土壤碳排放显著增加25.9%(P=0.044),而在2017—2018年冬小麦生长季,与CK相比,C_(80)处理对土壤呼吸没有显著影响.土壤呼吸与土壤温度呈指数正相关,与CK相比,CO_(2)浓度缓增降低了土壤呼吸对温度的敏感性.研究表明,CO_(2)浓度缓增120μmol·mol^(-1)增加了冬小麦生长季土壤碳排放.

夏玉米长势卫星遥感动态监测指标研究

通过野外样点布设获取地面农学参数平均株高、群体密度、干物重和叶面积指数,经过频数统计分析,获得夏玉米一、二、三类苗苗情农学指标。结合MODIS遥感数据,进行农学参数和归一化植被指数(NDVI)的相关分析,结果显示,NDVI和平均株高、叶面积指数以及生物量都呈显著正相关,其中NDVI和叶面积指数关系最为显著(各生育期R2>0.623),因此可通过建立叶面积指数和NDVI的关系确定夏玉米长势遥感指标,为大面积遥感监测夏玉米长势提供科学依据。

基于CERES-Maize的黄淮平原夏玉米阶段缺水模拟分析

利用1991~2004年黄淮夏播玉米区8个试验站的气象、土壤、田间管理等基础数据对DSSAT 4.0中的CERES-Maize模型进行参数调整和检验。使用调参后的模型模拟黄淮夏播玉米区不同生育期缺水对玉米产量的影响。模拟结果表明,在营养生长阶段,拔节期为水分对玉米产量影响关键期;生殖生长阶段,灌浆期为水分关键期,其中灌浆前期水分对产量影响最大。7叶期和拔节期缺水时最大叶面积指数显著降低,阻碍植株干物质积累,茎叶干重显著降低;灌浆前期缺水穗粒数显著减少;灌浆中期缺水显著降低百粒重。