土壤干旱对作物生长过程和产量影响的研究进展

水分短缺是作物生长中最大的限制因子,土壤干旱胁迫使植物的长势、生理机制、激素水平等都会发生一系列变化。在干旱半干旱地区,土壤水分亏缺能明显抑制作物根系和地上部生长,显著降低作物的生物量、产量和收获指数。禾谷类作物小麦（Triticum aestivum）在灌浆期遇到水分胁迫时,会引起光合速率降低、灌浆时间缩短、灌浆速率下降、植株老化提前,但是它能增加营养组织到籽粒中非结构性碳水化合物的再代谢。土壤水分和植物激素共同调控作物的灌浆过程,当遇到土壤干旱时,作物叶片、花、籽粒发育过程中植物生长调节剂ABA浓度明显增加,且ABA、乙烯、ACC等的浓度随着干旱程度而变化。植物对干旱的适应性主要表现在植物生理、形态上的改变,比如植株结构、干物质积累、植物组织渗透势、气孔导度等的变化。土壤干旱不利于植物生长,但有利于胁迫临界点的产生,这就有可能利用土壤干旱条件下在灌浆较慢时诱导整个植株衰老和更好地进行碳代谢来提高籽粒产量,如果在作物灌浆后期适度控制土壤干旱可以增加籽粒产量和收获指数,有助于农业生产中的节水,这对于发展可持续农业是迫切需要的。     

灌浆期升温和干旱胁迫对江苏冬小麦产量和干物质分配的影响

利用修订的WOFOST模型,结合全球气候变化的大背景以及江苏省冬小麦的实际情况,在冬小麦灌浆期进行了升温胁迫和干旱胁迫模拟,研究了江苏省冬小麦在气候变化背景下的农业气象灾害损失,并检验了WOFOST模型对复合胁迫的模拟能力.利用江苏省徐州、淮安和常州三个站点2008—2017年气象、土壤和冬小麦产量等资料,基于WOFOST作物模型,从地上部分的干物重和干物质分配两个角度探讨升温胁迫和干旱胁迫以及二者的复合胁迫对冬小麦产量形成的影响.结果表明,灌浆期升温和干旱复合胁迫严重影响冬小麦籽粒干物质积累和产量.升温(1℃、2℃、3℃)胁迫、干旱(轻度、中度、重度)胁迫以及二者复合胁迫均导致冬小麦减产率不同程度增大,籽粒干物质分配比例不同程度降低,复合胁迫的影响程度大于单一胁迫.升温对江苏南部冬小麦减产程度最大,籽粒干物质积累受阻最为严重;干旱对江苏中部冬小麦产量影响最为严重,籽粒干物质积累程度由南到北递减;复合胁迫下,减产率多表现为由南至北递增,而干物质积累程度递减.     

水分胁迫对华北平原冬小麦地上部分及产量的影响

以“济麦-22”为供试品种,利用中国气象局固城生态环境与农业气象试验站大型根系观测系统,研究冬小麦在重度干旱胁迫（≤40.0%）、轻中度干旱胁迫（40.1%-55.0%）和适宜（55.1%-80.0%）3种水分胁迫条件下地上部分对水分胁迫的响应,以探索水分胁迫对华北平原冬小麦产量的影响,分析不同水分胁迫对冬小麦产量的影响程度。结果表明：华北平原冬小麦在轻中度干旱胁迫和重度干旱胁迫下,小麦全生育期的天数缩短,株高、叶面积及灌浆速率均呈不同程度的减少。3种水分胁迫的株高增长量为适宜>轻中度胁迫>重度胁迫,灌浆速率为适宜>轻中度胁迫>重度胁迫。土壤水分胁迫引起冬小麦物质分配更多地向支持生长的茎秆转移,在生长发育过程中受到水分胁迫,小麦产量将降低,重度胁迫条件下小麦产量为适宜水分条件的69%。     

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。     

拉萨冬小麦生育后期籽粒形成与温度的关系

拉萨冬小麦生育后期温度偏低,灌浆速率比北方麦区小,灌浆时间长,籽粒产量高;蛋白质等主要营养成分含量低,品质较差。因此,高原热量条件对小麦产量为正效应,而对品质为负效应。     

土壤水分对冬小麦叶片光合速率影响模型构建

植物叶片光合速率是表征植物光合能力的重要参数,对土壤水分反应敏感,建立不同土壤水分对冬小麦叶片光合速率影响模型,有助于准确理解冬小麦的光合作用和产量形成。该文收集整理了1996—2017年我国冬小麦主产区11个试验地点、17个冬小麦品种的干旱和渍水试验数据共64组310个样本,分别构建干旱和渍水对冬小麦叶片光合速率影响的分段式和指数型模型,形成土壤水分对冬小麦叶片光合速率影响模型（the model for Soil Moisture Effects on leaf Photosynthesis rate of winter wheat,SMEP）。结果表明:随着土壤相对湿度增加,冬小麦叶片光合速率系数呈稳定低值-线性增加-稳定高值-缓慢下降的特点;随着渍水时间延长,冬小麦叶片光合速率系数呈缓慢下降-快速下降的特点。对SMEP模型进行回代检验、外推检验、单点验证、单发育期验证发现,模型模拟结果与文献数据有较好的一致性,回归系数在1.0附近,且均达到0.01显著性水平。SMEP模型将嵌入中国农业气象模式（CAMM1.0）,为CAMM不断完善提供科技支撑。     

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。     

华北地区冬小麦叶片光合作用模型在农业干旱预测中的应用研究

在冬小麦抽穗—灌浆期进行了水分胁迫实验,利用美国Licor公司生产的Licor-188B辐射量子照度仪及Licor-6400便携式光合作用测定仪,对水分胁迫引起的冬小麦光合生理生态变化进行了系统观测,系统地给出了冬小麦多种农业气象指标对水分胁迫的响应状况。在大量实测数据基础上,给出了包含辐射强度、温度及土壤水分因子的冬小麦叶片光合作用模式。该模式具有严格的理论推导过程和大量实验数据的支持,改进了传统水分胁迫对叶片光合速率影响的简单阶乘方法,从而为进一步准确推算水分胁迫对大田冬小麦光合作用的可能影响,以及水分胁迫对区域农业干旱的可能影响奠定了前提条件。该研究是冬小麦干旱预测模型的叶片子模型,为冬小麦农业干旱预测模型提供了丰富的基本参数,同时也为建立冬小麦干旱预测模型奠定了基本条件。     

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...     

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...     

基于WCSODS的小麦渍害模型及其在灾害预警上的应用

在WCSODS（小麦模拟优化决策系统）中增加了过量土壤水对小麦光合作用、干物质分配、叶片衰老等影响模块,实现了渍害条件下对冬小麦生长和产量的模拟。用试验资料和区域统计单产对模型进行了检验,结果表明:模拟误差在10%以内。灵敏度分析的结果亦表明:随着渍水持续天数的增加,小麦渍害加重,10 d渍水对产量影响不大,而30 d渍水可造成减产7%~32%;当渍水天数相同时,以孕穗期的渍害对产量影响最大;灌浆期、拔节期次之,冬前分蘖期的影响较小。这与当地小麦专家的看法相一致,说明小麦渍害模型具有一定的合理性。利用本模型和南京、南通两地的历史气象和产量资料,对大面积小麦平均单产进行了试预报,结果基本令人满意。     

有限供水对冬小麦根系生长发育的影响及其对底墒的利用特征

试验在中国气象局固城农业气象试验基地人工控制农田水分试验场进行。在底墒充足的条件下采用三种水分处理:I₁拔节期一次性供水75 mm; I₂返青期供水37.5 mm, 拔节期供水37.5 mm; I_CK生长季内无水分供应。生育期内遮去自然降水。试验结果表明, I₁处理由于有充足的底墒配合有限水分胁迫, 有助于减少冬小麦表土层 (0~30 cm) 的根生物量, 增加根系干物质向土壤深层分配, 挖掘深层土壤水分, 提高了土壤水供应量和有效底墒供水率.另外, I₁处理增加了需水关键期的有效蒸腾耗水比例, 提高了水分利用效率.虽然由于前期的水分胁迫降低了I₁处理总穗数, 但由于增加了籽粒数和籽粒重, 产量反而有所增加。     

安徽省冬小麦水分盈亏特征及其对产量的影响

利用安徽省1971—2010年的气象资料和冬小麦产量资料,采用水分盈亏指数分析了安徽省冬小麦全生育期和关键期（孕穗至乳熟期）水分盈亏的时空变化特征,以及旱涝对产量的影响。结果表明：冬小麦全生育期和关键期水分盈亏指数基本呈纬向分布,合肥以北水分亏缺明显,江淮南部及其以南地区水分供应基本充足,越往南水分盈余程度越大,总体来看缺水程度关键期大于全生育期;近40年冬小麦水分盈亏指数的时间变化趋势不明显,但年际波动大,旱涝灾害风险增加。干旱主要发生在沿淮淮北地区,涝渍在江淮及其以南地区发生频率较高,典型旱涝年平均减产率分别为4.2%和12.4%;造成冬小麦减产10%的中度旱灾风险北部大于南部,中度涝灾风险南部大于北部。南部涝渍风险和造成的产量损失明显大于北部的干旱,水分偏多的南部地区要尽量减少冬小麦的种植。     

土壤水分对冬小麦影响机制研究

文中通过试验系统地研究了冬小麦叶片气孔形态与土壤湿度的关系,结果表明:土壤干旱使气孔密度增加,上表皮的密度大于下表皮;气孔开张度随土壤湿度下降而变小;气孔导度与土壤湿度呈指数相关,随土壤含水量的下降呈指数减少。随土壤湿度的改变小麦的生理过程也发生改变,蒸腾速率随土壤湿度下降呈指数减小。并研究了土壤干旱对叶绿素超微结构的影响及与脯氨酸的关系。     

几种农业防旱措施及其集成的试验研究

通过 1 997～ 1 999年在河北省衡水半干旱地区对冬小麦进行耕作、覆盖、底墒和补水灌溉等综合应变防御技术田间试验研究 ,在拔节期以有限水分胁迫效益指标 ( 55% )为依据 ,制定出脯氨酸含量大于 0 .30 g/ 1 0 0 g为小麦受旱的生化指标 ;选取土壤水分、叶面积系数、生物量、补水量、水分利用效率等小麦受旱程度的特征量进行综合分析 ,得出了平均每实施一项抗旱技术 ,可使小麦增产 4.3% ,以深松 覆盖 足墒综合配套技术增产效果最明显 ,可增产 2 7.0 % ,水分利用效率达到 2 0 .1 kg/ ( mm· hm2 ) ,其次是深松 覆盖 欠墒综合配套技术