花后持续干旱对玉米生理参数及产量的影响

为研究玉米开花后的持续干旱对其生理过程及产量的影响,采用在玉米灌浆阶段持续控水的方式开展干旱胁迫试验,对主要光合参量(净光合速率P_n、蒸腾速率T_r)、光响应参数、水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)及产量结构进行观测和计算,分析它们对干旱的响应特征。结果表明:玉米花后干旱可导致P_n、T_r、WUE以及最大净光合速率(P_nmax)随干旱持续时间延长而减小,干旱持续15—27 d,1200μmol·m^-2·s^-1光强处P_n和T_r减小幅度分别由50. 0%增大到75. 1%、71. 7%增大到83. 6%; WUE和P_nmax减小幅度分别由21. 7%增大到47. 9%,由50. 9%增大到73. 2%;玉米百粒重和茎秆重分别显著减小11. 6%和23. 2%,果穗长、果穗粗和籽粒与茎秆比没有明显受到影响,秃尖比和株籽粒重虽有大幅增大和减小,但并不显著;研究时段内干旱导致玉米减产11. 7%。     

水分胁迫对扬花期冬小麦光合特性和干物质生产及产量的影响

试验于2016-2017年冬小麦生长季在临沂设施农业气象试验站自动控制遮雨棚内的水分控制场进行,以"齐麦2号"为试材,在水分关键期设计5个梯度水分处理(T1适宜水平,T2、T3、T4、T5分别按照冬小麦水分关键期比常年降水量减少20%、50%、75%、100%一次性补水)和1个雨养对照的水分控制试验,模拟研究不同程度干旱胁迫对扬花期冬小麦光合特性、干物质生产及产量的影响。结果表明:干旱胁迫下,扬花期冬小麦叶片叶绿素a含量、光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r),株高、叶面积、地上部分总干重均呈降低趋势,且干旱胁迫越重,降低幅度越大,T5处理叶绿素a含量、P_n、G_s、T_r、株高、叶面积及地上部分总干重分别较T1处理降低33.6%、67.4%、90.9%、84.6%、43.9%、19.1%和33.3%;随着干旱胁迫的加剧,水分利用效率(WUE)则呈先增加后降低的趋势,并在轻度干旱胁迫时达到最高;干旱胁迫促进植株养分向叶、鞘转移,减少对茎、穗的养分供给,不利于冬小麦产量提高,此外,扬花期干旱胁迫还造成冬小麦灌浆速率降低、不孕穗率升高,理论产量大幅降低。     

东北地区春玉米关键生育期干旱对根系生长的影响

利用锦州大型土壤水分控制试验场和根系观测系统开展东北地区春玉米拔节与抽雄期不同程度干旱胁迫试验,采用微根管方法观测春玉米根系的生长,研究春玉米不同发育期干旱胁迫对40 cm、120 cm和160 cm土壤深度根系分布的影响。结果表明:春玉米不同土壤深度直径为1 mm以下的细根多于粗根,40 cm土壤深度细根所占比例最大,与之相比,120 cm和160 cm土壤深度直径为1 mm以上粗根所占比例有所增大。春玉米拔节期干旱初期40 cm土壤深度根长密度(Root Length Density,RLD)随干旱加重而增大,干旱胁迫可以促进玉米根系向土壤深处生长;乳熟期后玉米上层根系因拔节期干旱而提前衰老;抽雄后干旱也可使玉米根系向更深层土壤伸展,但干旱出现过晚将减弱对根系生长的促进作用。此外,玉米长期干旱后复水可使根系在短时间内补偿性快速生长。     

辽宁春玉米出苗期水分胁迫试验初探

以丹玉39为试验材料,采用盆栽实验方法,研究辽宁春玉米25%、35%、45%、55%、65%、75%、85%、95%共8种供水处理条件下的玉米出苗率及玉米根系和叶片对水分胁迫的响应,旨在探索辽宁春玉米播种和出苗期间水分胁迫对玉米出苗及生长发育的影响,分析不同水分胁迫对其影响的程度。结果表明：玉米出苗率在中度到重度干旱条件下(<45%),为不能播种指标;在轻度干旱条件下(55%),为非经济播种指标;在适宜土壤水分条件下(65%—75%),为适宜播种指标;在85%左右时也为适宜播种指标;在偏湿条件下(95%),为可播种指标。玉米出苗期间,水分胁迫对玉米植株和根系的生长发育有较大影响,对根系影响比对植株的影响更显著。     

干旱胁迫对冬小麦水分关键期的生理特性和物质生产影响

以冬小麦品种“齐麦2号”为试材,在水分关键期(拔节期~扬花期),设计5个水分处理(T1处于适宜水平,T2、T3、T4、T5分别按照水分关键期常年降水量减少20%、50%、75%、100%进行一次性补水)和1个雨养对照水分控制试验,模拟研究不同程度干旱胁迫对水分关键期冬小麦光合生理特性、抗氧化酶活性及产量结构的影响。结果表明：轻度干旱胁迫会造成冬小麦叶片最大光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度降低,气孔限制值升高,气孔因素是导致冬小麦叶片光合速率降低的主要原因;而当干旱胁迫达到重度时,胞间CO2浓度升高,气孔限制值降低,非气孔因素是导致冬小麦叶片光合速率降低的主要原因。轻度干旱胁迫会使得冬小麦叶片SOD酶、POD酶、CAT酶活性显著升高,从而减轻MDA含量升高对冬小麦叶片膜系统的损伤,复水后抗氧化酶活性和MDA含量均可恢复至正常水平,而重度干旱胁迫下冬小麦叶片SOD酶、POD酶、CAT酶活性不同程度降低,复水后抗氧化酶活性及MDA含量均无法恢复至正常水平,抗氧化酶系统遭受不可逆损伤。此外,水分关键期干旱胁迫还导致冬小麦灌浆速率降低、不孕穗率升高,理论产量大幅降低。研究结论可为科学评估干旱胁迫对冬小麦生长发育及产量形成的影响提供理论依据。     

马铃薯对土壤水分胁迫响应的研究进展

干旱是马铃薯生产的主要限制因子。本文综述了近年来马铃薯生长发育、生理生态特征、产量形成等对水分亏缺响应的研究进展。干旱胁迫可引起播种后的种薯延迟或者不能发芽,出苗后的植株生长缓慢、叶片光合能力降低,最终导致块茎产量和收获指数下降。同时,随着水分胁迫时间的延长和胁迫强度的增加,干旱的抑制作用也逐渐增大。马铃薯叶片扩张速率的土壤有效水(PAW)为0.73(低敏感性品种)~1.00(高敏感性品种),植株相对生长速率、光合速率、蒸腾速率的PAW阈值分别为0.87、0.60、0.60。目前马铃薯生产中基于土壤和植株两个方面监测作物水分状况的监测指标和要素包括基于土壤的土壤水分、潜在蒸发、蒸发皿蒸发等以及基于植物的气孔导度、复水后的光合恢复、叶片/茎秆水势、叶绿素、叶片扩张、叶片相对含水量、作物水分胁迫指数、冠层温度等。在此基础上,提出了未来干旱对马铃薯生产影响研究中应着重加强的关键科学问题,为防旱减灾奠定一定的理论基础。     

土壤水分胁迫对冬小麦旗叶光合特性的影响

以土壤水分适宜做对照(CK),轻度水分胁迫(50%～70%)、中度水分胁迫(小于50%)3种处理在河北固城可控式土壤水分试验场,选择冬小麦灌浆初期的晴朗天气,采用Li-Cor 6400便携式光合作用仪,观测了3种处理的冬小麦旗叶光合作用参数的日变化。试验结果表明:土壤水分适宜时冬小麦旗叶净光合速率的日变化为"单峰型",未出现明显的"午休"现象,水分胁迫的处理都呈"双峰型",中度胁迫反而比轻度胁迫光合"午休"要短2h;3种处理的蒸腾速率日变化都呈"双峰型",气孔导度是反映叶片气体交换的重要指标,蒸腾速率与气孔导度成极显著正相关;土壤水分适宜或土壤干旱时冬小麦旗叶对环境变化的应变性较迟钝;轻度水分胁迫时冬小麦旗叶净光合速率比CK高2.8%～9.0%,蒸腾速率与CK基本相近,水分利用效率(WUE)比CK高10.6%～12.9%,这可能是一定程度的水分胁迫下冬小麦节水增产的生理调节机理。     

CO2浓度与土壤水分胁迫对红松和云杉苗木影响的试验研究

全球气候变化对植物影响研究的主要内容是由于大气中CO2 浓度升高导致的气温升高和土壤干旱化对植物的影响。文中利用人工气候室试验研究了高CO2 浓度和土壤水分胁迫对红松和云杉的影响 ,结果表明 :CO2 浓度升高使红松和云杉生长量的增长率提高 ,土壤水分胁迫使树木生长量的增长率下降 ,且CO2 浓度升高的正效应要小于土壤水分胁迫的负效应。CO2 浓度升高使树木叶水势增大 ,土壤水分胁迫使树木叶水势减小 ,这从植物生理的角度说明了CO2 浓度变化和土壤水分胁迫对树木的影响机理 ,且在轻度干旱的情况下 ,高CO2 浓度使树木叶水势增大 ,但随着土壤干旱程度的加重 ,树木的叶水势逐渐减小。同时 ,从实验结果还可以看出 ,虽然大气中CO2 浓度和土壤湿度变化对苗木的影响显著存在 ,但与农作物和牧草等植物相比 ,这种影响仍要小得多。     

干旱胁迫对夏玉米叶片光合及叶绿素荧光的影响

选用华北地区大面积种植的夏玉米品种郑单958、承玉2号、鲁单981作为试验材料,通过研究干旱胁迫条件下的玉米叶片光合、叶绿素荧光等指标随着土壤水分的动态变化规律,以期为夏玉米干旱的生理生态变化监测及水分高效利用提供理论依据.研究发现,在土壤含水量70%左右时,随着土壤相对湿度的下降,上述3个夏玉米品种仍能保持其叶片水分状态.郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率在土壤水分中等条件下最大,分别为39.9、38.8、38.4 μmol CO2/m2 · s;在土壤相对湿度较低时,郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率下降趋势明显(P＜0.05).叶片水势变化规律为:在土壤相对湿度＞90%时,对水分胁迫郑单958、承玉2号不敏感,鲁单981敏感;在土壤相对湿度＜70%时,水分胁迫条件下承玉2号不敏感,而鲁单981、郑单958敏感.气孔导度(gs)变化规律:随着水分胁迫加剧,3个夏玉米品种气孔导度均下降,在土壤水分较高时,气孔导度变化规律不明显,在土壤水分较低时,气孔导度明显下降(P＜0.01),细胞间隙CO2浓度(Ci)随土壤水分胁迫加剧而上升.上述结果表明:与叶片的光合和水分状况相比,夏玉米的气孔对土壤水分的匮缺更为敏感.     

干旱胁迫对夏玉米叶片光合及叶绿素荧光的影响

选用华北地区大面积种植的夏玉米品种郑单958、承玉2号、鲁单981作为试验材料,通过研究干旱胁迫条件下的玉米叶片光合、叶绿素荧光等指标随着土壤水分的动态变化规律,以期为夏玉米干旱的生理生态变化监测及水分高效利用提供理论依据。研究发现,在土壤含水量70％左右时,随着土壤相对湿度的下降,上述3个夏玉米品种仍能保持其叶片水分状态。郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率在土壤水分中等条件下最大,分别为39．9、38．8、38．4μmolCO2／m^2·s;在土壤相对湿度较低时,郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率下降趋势明显（P〈0．05）。叶片水势变化规律为：在土壤相对湿度〉90％时,对水分胁迫郑单958、承玉2号不敏感,鲁单981敏感;在土壤相对湿度〈70％时,水分胁迫条件下承玉2号不敏感,而鲁单981、郑单958敏感。气孔导度（g1）变化规律：随着水分胁迫加剧,3个夏玉米品种气孔导度均下降,在土壤水分较高时,气孔导度变化规律不明显,在土壤水分较低时,气孔导度明显下降（P〈0．01）,细胞间隙CO2浓度（Ci）随土壤水分胁迫加剧而上升。上述结果表明：与叶片的光合和水分状况相比,夏玉米的气孔对土壤水分的匮缺更为敏感。     

阶段性干旱胁迫对小麦光合生理特性及产量结构的影响

在人工遮雨的条件下,采用盆栽的种植方式探究"皖麦68"营养生长期(返青期—开花期)及生殖生长期(开花期—成熟期)轻度干旱胁迫(土壤相对含水量为55%±5%)及复水(土壤相对含水量为70%±5%)对其光合生理特性及产量结构的影响。结果表明:返青期至成熟期充分供水(CK)的小麦旗叶光合参数和产量最高。开花至成熟期复水(DN)的小麦叶片在复水后光合能力迅速恢复,表现出了超补偿效应:光合速率(16.43μmol/(m~2·s))甚至超过了CK(15.01μmol/(m~2·s));采用非直角双曲线模型拟合小麦旗叶的光响应曲线,其中DN的曲角θ最大;DN产量较CK略有降低但千粒重为34.51 g,高于CK(34.44 g)。开花至成熟期轻度干旱(ND)及全生育期轻度干旱(DD)的小麦光合特征参数与产量均显著降低。DD产量最低、品质最差,但其收获指数I_H高于CK、仅次于DN。在小麦返青期—开花期进行水分管理适量减少灌溉,开花期—成熟期复水能够提升籽粒的干物质积累量,获得较高的产量及品质。     

复水对花铃期轻度干旱胁迫棉花形态特性和产量的解除效应研究

水资源匮乏是限制棉花可持续发展的主要因素之一,明确棉花干旱后的复水灌溉量、复水时间及其对生长发育的影响解除程度,可为制定有效抗旱减灾降损措施提供科学依据。采用精准水分模拟试验,研究了花铃期不同复水程度（50%、75%、100%灌溉量）对棉花轻度干旱胁迫（土壤湿度为50%-60%）形态特性、产量的解除效应。结果表明,干旱复水后,100%和75%复水量处理棉花蕾铃干物质、地上总干物质均高于或接近对照,干物质增加量与复水程度呈正比,而50%复水量处理始终低于对照,复水对干旱的解除效应不显著。复水过程中,棉田土壤湿度和植株叶片含水率的差异变化趋势一致,复水后第4d达到最高,随后逐渐下降;复水后第19天至30天,50%复水量叶片含水率显著低于对照,土壤已发展为重旱,而75%、100%复水量叶片含水率与对照间差异不显著,土壤为无旱状态,二者配合可快速监测棉田干旱状况。复水后株蕾铃数、单铃重、棉花纤维长度均低于对照,蕾铃脱落率增加,最终产量低于对照,但75%、100%复水量产量与对照差异不显著。50%复水量无法解除轻度干旱胁迫对棉花生长发育的影响,75%、100%复水量可有效解除干旱影响,且在复水后第19d内受旱棉花处于恢复生长的旺盛期,进行干旱复水灌溉时需考虑复水程度和时间差。     

水分胁迫/复水对谷子光合特性及产量影响

以谷子品种大金苗为研究对象,采用遮雨棚控水的大田试验方法,比较孕穗开花期和灌浆期水分胁迫/复水对叶片光合特性及产量影响,分析光合速率的限制因素,阐述光合速率、水分利用效率与产量的协同关系。结果表明:水分胁迫会导致谷子光合速率和产量下降,水分利用效率提高,随胁迫增强和持续时间延长,光合速率和产量下降幅度增大;水分胁迫后复水后,光合性能有所恢复,光合作用可产生补偿效应,水分胁迫越强和持续时间越长,补偿效应越低;轻度和持续时间短的水分胁迫,光合速率降低主要由气孔因素决定,随胁迫增强和持续时间延长,非气孔限制逐渐成为光合速率下降的主要原因;与孕穗开花期相比较,灌浆期水分胁迫对光合速率的影响更大且复水后光合性能恢复能力更低,光合速率与产量的协同关系更明显,产量对灌浆期水分胁迫更敏感。     

干旱和复水对羊草碳氮分配的影响

植物的碳氮营养及其相互关系是最重要的基本生物过程之一,阶段性干旱对植物碳氮分配的影响研究甚少。实验以中国北方草原的典型植物羊草为材料,研究不同干旱持续期复水对羊草碳氮含量、分配及其相互关系的影响。结果表明:短期和中期干旱使植株生物量、氮素水平和单株总氮量增加,但长期干旱使之降低。水分处理对碳含量的影响不显著。干旱后复水降低了各器官特别是绿叶的碳氮比。中度持续干旱的氮素利用率(NUE)最高、短期干旱最低。羊草各器官氮素绝对量占整株的百分比从大到小依次为:绿叶、根茎、根、枯叶和茎鞘,其中叶片的氮素总量占植株的一半以上;随着干旱持续期的增加,氮素对根部的投资亦加大。羊草受到适当干旱驯化后复水引发的超补偿作用可促进羊草植株生长、提高氮素水平,并在一定程度上通过碳氮分配的调节作用来适应于阶段性的干旱胁迫。     

有限水分胁迫对小麦生长状况的影响及合理灌溉的土壤相对湿度指标

在人工控制水分条件下 ,通过田间小间隔不同水分等级和持续时间试验 ,分析了水分胁迫对小麦生理、生态及产量的影响 ,探讨了小麦对不同水分胁迫后复水的滞后作用和补偿效应 ,得出了有利于小麦高产、高效的轻度水分胁迫临界土壤相对湿度指标为 55% .     

海南番茄春季干旱灾害等级指标

春季干旱是威胁海南岛番茄生长的主要灾害,为了实现番茄春季干旱实时监测预警,需要建立合适的干旱等级指标。以持续干旱日数和补充水量为试验因子,进行2因素9水平的均匀设计试验,以番茄死苗率评估干旱程度,筛选番茄干旱致灾因子,以土壤相对湿度划分干旱等级为参考,构建干旱灾害等级指标,分析番茄生理参数和产量对不同等级干旱胁迫的响应。研究结果表明:在干旱胁迫下,番茄死苗率呈明显的增加趋势,与持续干旱日数的一次项和二次项关系显著;在不同深度土壤层中,番茄死苗率与20 cm土壤相对湿度的相关关系最明显,相关系数达到-0.84;以20 cm土壤相对湿度划分的干旱等级为参考,得到番茄无旱、轻旱、中旱、重旱的等级指标分别为26 d、26~31 d、31~35 d、≥35 d。在无旱-轻旱-中旱-重旱胁迫下,番茄净光合速率、气孔导度和蒸腾速率分别呈减小-增大-减少-减小的趋势,胞间CO_2分别呈减少-增大-增大-增大,番茄相对产量损失逐渐加重。     

粮食作物对高温干旱胁迫的响应及其阈值研究进展与展望

以大气温度升高和降水波动为主要标志的气候变暖对农业生产产生了重要影响,农作物生长发育、形态建成、生理生化过程等对气温、水分变化的响应特征、机理与后果等的研究,对揭示气候变化对农作物的影响及其机制具有重要作用,是制定适应对策的重要前提之一。本文分别回顾了国内外水稻、小麦、玉米等主要粮食作物生长、发育、生理生态因子、产量、水分利用效率等对高温、水分亏缺的反应以及对二者的协同响应,评述了高温和干旱缺水影响过程中作物的阈值反应及其临界值,讨论了当前高温干旱对作物影响研究中存在的问题。在此基础上,提出了今后应着重加强研究的关键科学问题:(1)干旱/湿润条件下的温度、水分阈值,以及多因子协同胁迫下作物的忍耐极限;(2)胁迫程度、时期、历时与作物自身生理生化过程的关系,以及细胞和分子水平上的响应机制;(3)作物对适度干旱的补偿效应在高温下是被削减还是增加,需要进一步研究和探索。     

基于WOFOST模型的辽西地区典型旱年不同播期玉米干旱损失评估

针对干旱灾害频发的辽西地区, 以春玉米为研究对象, 选取WOFOST作物模型, 利用干旱胁迫控制试验数据、田间试验数据和气象数据驱动模型, 进行典型旱年的模型适用性及不同播期的干旱损失评估研究。结果表明: 经过参数校准后的WOFOST模型能够较好的模拟辽西地区典型旱年春玉米产量及损失。辽西地区不同播期受干旱的影响程度不同, 因旱减产风险随播期推迟而减小, 2015年(中旱)干旱导致的平均减产率可达59%—61%, 2018年(轻旱)可达20%—39%, 2020年(中旱)可达36%—62%。不同生育期内干旱对产量的影响程度不同, 总体上拔节期—抽雄期和抽雄期—乳熟期持续重旱对产量的影响最大, 其次是抽雄期—乳熟期、拔节期—抽雄期。玉米各生育期受干旱影响程度, 朝阳站最大, 其次是黑山站和阜新站。辽西地区在旱年, 拔节期—抽雄期发生中旱和重旱风险随播期推迟而增加, 抽雄期—乳熟期发生中旱和重旱风险随播期推迟而减少, 当拔节期—抽雄期和抽雄期—乳熟期连续发生重旱, 干旱灾损程度随播期推迟而加重, 减产率可高达46%—84%。     

水分关键期干旱胁迫对冬小麦矿质元素积累、产量和品质的影响

干旱是制约我国粮食产量和品质提升的主要农业气象灾害之一。土壤水分与矿质元素交互作用，共同影响冬小麦的生长发育及产量、品质，探究水分关键期冬小麦叶片矿质元素积累、产量和籽粒品质对不同程度干旱胁迫的响应，对科学施肥和干旱灾害防御具有现实意义。本文以冬小麦品种“齐麦2号”为试材，在水分关键期(拔节—扬花期)设计5个梯度的水分控制试验(T1处理为适宜水平，T2、T3、T4处理分别按照基准补水量75.0 mm的80%、50%、25%一次性补水，T5处理不补水)，模拟研究水分关键期干旱胁迫对冬小麦叶片氮、磷、钾矿质元素积累和光合色素、光合参数以及产量和籽粒品质的影响。结果表明：水分控制期间至复水后，T1处理下冬小麦叶片全氮、全磷、光合色素含量及最大净光合速率(Maximum Net Photosynthetic Rate,P_nmax)、表观量子效率(Apparent Quantum Efficiency,AQE)、光饱和点(Light Saturation Point,LSP)均最高，受干旱胁迫影响，T2、T3、T4和T5处理下上述要素均显著降低，且干旱胁迫程度越重降低幅度越...     

干旱对夏玉米根冠及产量影响试验

为揭示干旱对夏玉米根冠生长及产量形成的影响,2013—2015年在山东夏津、山西运城和河北固城开展夏玉米水分胁迫控制试验,研究不同干旱条件下玉米根冠及产量的变化,厘定干旱敏感时段及临界阈值。结果表明:同一干旱程度,影响玉米地上干物重、产量的关键时段为拔节-抽雄期,抽雄期最敏感,影响根系、根冠比的关键时段为出苗-拔节期,拔节期最敏感。不同干旱程度,在快速失墒阶段,不同生育时段的地上干物重、根干重、根冠比均呈下降趋势,分别较对照减少11.7%~67.8%,35.2%~85.8%和15%~62%;干旱维持阶段与快速失墒阶段相比,地上干物重呈持续下降趋势,较对照减少24.3%~89.7%,根干重、根冠比呈上升趋势或无明显差异,分别较对照减少9.7%~80.8%,9.6%~62%。出苗-拔节期,土壤相对湿度60%~62%为玉米地上部生长及形成合理根冠比的临界阈值;出苗-七叶期,土壤相对湿度51%~60%利于根系生长。土壤相对湿度62%为影响玉米产量的临界阈值,土壤相对湿度31%~40%,出现在拔节、抽雄等敏感期,玉米减产七成以上。土壤相对湿度50%~60%持续时间少于8 d,复水后根冠可迅速恢复生长,但对产量仍有一定程度的影响,减产1.4%~6.6%。