小麦进化过程中叶片气孔和光合特征演变趋势

根据小麦属内种间的进化关系选取21种小麦品种为实验材料,研究了小麦进化过程中气孔特征和光合特征的演变趋势。结果表明,无论是A,B,D染色体组还是A,G染色体组,气孔长度、宽度、周长、面积均随倍性水平的升高而呈增大趋势,而气孔指数无显著变化;A,B,D染色体组气孔密度随倍性升高呈减少趋势。二倍体小麦的Pn值最高,六倍体小麦的Fv/Fm值较高,二倍体小麦叶片叶绿素含量显著高于四倍体和六倍体小麦。不同倍性小麦的净光合速率与气孔导度间均存在极显著相关关系,表明气孔传导力是小麦光合能力的主要限制因素之一。气孔导度与单一气孔特征之间无显著相关关系。A,B,D染色体组不同倍性小麦叶片气孔密度差异显著,其大小顺序为二倍体〉四倍体〉六倍体;A,B,D染色体组不同倍体小麦叶片的气孔长度、宽度、周长、面积差异显著,顺序均为六倍体〉四倍体〉二倍体,气孔密度降低可能是A,B,D染色体组六倍体小麦光合能力降低的原因。随着倍性的升高,小麦的抵抗光抑制能力越强,因此光化学能转换效率可能不是小麦进化过程中光合能力变化的原因。A,B,D染色体组中二倍体的叶绿素含量显著大于四倍体和六倍体,而A,G染色体组中倍体间叶绿素含量差异不显著,说明叶绿素的降低可能是A,B,D染色体组六倍体光合能力降低的原因之一。     

二倍体小麦种间气孔与光合特征差异

选取5个二倍体小麦种为实验材料,利用数码图像显微镜处理系统、气体交换参数测定系统和叶绿素荧光动力学参数测定系统,研究了二倍体小麦种间气孔特征与光合特性的差异.结果表明,二倍体小麦种间气孔和光合特征存在较大的差异:其中S基因型(Ae.Sect.Sitopsis)的气孔长度、周长和面积最大,而其宽度、密度和气孔指数却是最小的;D基因型(Ae.Tauschii)的气孔宽度、密度和气孔指数最大,而其长度、周长和面积却是最小的;D基因型(Ae.Tauschii)的净光合速率最大,而S基因型(Ae.Sect.Sitopsis)的净光合速率最小.气孔周长与气孔面积呈显著正相关关系,而气孔密度与气孔面积呈显著负相关关系.二倍体小麦的净光合速率与气孔导度呈显著正相关关系,同时气孔限制值的变化趋势与细胞间隙CO2浓度的变化趋势相反,说明二倍体小麦的光合能力主要受气孔限制.在几个种中,乌拉尔图小麦(T.urartu)具有较高的净光合速率和气孔导度,同时细胞间隙CO2浓度最低,气孔限制值最大,在光合能力和耐光抑制方面有较明显的优势;而野生一粒小麦(T.boeoticum)则在光合能力和耐光抑制方面不存在优势.同时,乌拉尔图小麦(T.urartu)的叶绿素含量最高,而野生一粒小麦(T.boeoticum)最低,叶绿素含量可能也是造成二倍体种间光合能力差异的原因之一.     

基于作物需水与自然降水适配度的湖南省防旱避灾种植制度优化

季节性干旱对湖南省农业生产造成很大影响,明确防旱避灾种植制度,可为指导当地农业生产提供科学依据。基于湖南省代表站点1981-2007年的气候数据和作物生育期资料,依据干燥度和地形地势特点,划分不同类型区,并在各区域内选取代表站点和代表性种植制度,采用FAO推荐的分段单值平均作物系数法订正了作物系数。比较了主要种植制度的作物需水与自然降水适配度及作物需水与自然降水适配度保证指数,确定了湖南省基于自然降水的防旱避灾种植制度。研究结果表明:各区域基于自然降水资源的防旱避灾种植制度分别为:(1)湘中偏北湿润中低海拔地形复杂区和湘东北半湿润中低海拔山地丘陵区为麦-稻和薯-稻种植模式;(2)湘北半湿润低海拔平原区为油-棉、油-稻和豆-稻种植模式;(3)湘东偏北半干旱低海拔平原与盆地丘陵过渡区为油-苕、油-棉和油-稻种植模式;(4)湘东南较干旱中低海拔丘陵区为油-稻、麦-稻和薯-稻种植模式;(5)中南部较干旱中低海拔盆地区为油-稻和油-棉种植模式;(6)湘西北较湿润中高海拔中山低山区为薯-稻和油-苕种植模式;(7)湘西南较湿润中高海拔丘陵区为油-苕、油-稻、麦-稻和薯-稻种植模式;(8)湘西干旱高海拔山地丘陵区为油-苕和油-棉种植模式。     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应.Ⅲ.基于降水量距平百分率的南方地区季节性干旱时空特征

分析季节性干旱时空特征和发生规律,可为全球气候变化背景下制定抗旱减灾对策提供理论依据.本研究利用南方15个省（市、区）的气象台站1959-2008年逐日降水、气温资料,以国家标准《气象干旱等级》中的降水量距平百分率作为干旱指标,并进行修正,计算了1959-2008年南方地区干旱指数,分析了年、季、月尺度干旱频率的空间分布特征、以及干旱强度、干旱站次比的年际变化.结果表明： 研究期间,南方地区年尺度干旱风险总体较小.干旱空间特征存在明显的季节性差异,南方地区季节性干旱以秋旱发生频率最高、强度最重,其多发生在长江中下游地区和华南地区等主要农作区;其次为冬旱,主要发生在西南地区西部和华南地区等冬作区;春旱和夏旱较轻,春旱多发区在西南地区西南部、华南南部以及淮北等地,夏旱多发区在长江中下游地区、福建东南沿海和西南地区东北部.研究区干旱多发区呈明显的月际波动变化和空间转换,11月到次年5月,干旱多发区范围随季节推移减小,5-11月,干旱多发区范围随季节推移增大,4-6月干旱发生范围最小,11-12月干旱多发区范围最广.1959-2008年,南方地区年尺度干旱范围略有减小、干旱强度略有增强,但不同季节表现不尽相同：春旱范围略有减小、强度减轻,夏旱范围明显减小、强度减轻,秋旱范围明显增大、强度增重,冬旱范围减小、强度减轻.     

1961-2015年黄淮海地区冬小麦干热风灾害时空分布特征

干热风是影响北方小麦后期生长和产量形成的重大气象灾害之一,在黄淮海地区主要有高温低湿型和雨后青枯型两种类型。利用黄淮海冬麦主产区65个站点1961-2015年的逐日气象数据和冬小麦生育期资料,综合分析了过去55 a该地区干热风日数和干热风过程的总体时空分布与变化特征。结果表明：（1）年平均干热风日数、过程次数高值区位于河北中南部、河南北部、山东北部和西部等地,其中河北中南部为黄淮海地区的干热风重发区。（2）干热风多年平均初日和最早初日的空间分布均呈从南向北、从内陆到沿海逐渐推后的特征;随着小麦灌浆成熟进程,干热风发生日数呈逐渐增多趋势,灌浆中后期干热风日数多、程度重,是干热风危害的集中期和防御关键期。（3）黄淮海地区干热风日数、过程次数总体均呈减少趋势,其中重干热风日数、重过程次数减少趋势更为明显;从地区差异来看,冀东南、鲁西北、豫东北等地减少趋势更为明显。但在气候变暖背景下,极端天气气候事件频发,部分年份仍存在发生较重干热风的可能,如2001年区域平均干热风日数达8.1 d,成为1961-2015年干热风日数最多的年份,因此对干热风的防御仍需引起足够的重视。     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅵ.防旱避灾种植模式优化布局

南方地区是我国重要的农业种植区,季节性干旱严重影响该地区的农业生产.本文基于南方地区不同干旱分区中选取的13个典型地区1981-2007年气象资料和作物生育期、产量等资料,依据各地逐年降水量将其分为干旱年、正常年和丰水年3种不同降水年型,利用作物水分临界期需水量与降水量的耦合度、气象产量、单位面积产值以及全生育期的水分利用效率和降水量5个指标,对典型地区种植模式的综合效益进行评价,得到南方不同区域不同降水年型下的优化种植模式.结果表明: 半干旱区在干旱年型下,宜采取2种抗旱种植模式：马铃-玉米-甘薯和冬小麦-中稻-甘薯.半湿润区在干旱年型下,种植模式以冬小麦-中稻-甘薯最优,油菜-中稻-甘薯次之.在温润区(即典型的季节性干旱区),江南地区在3种年型下均以马铃薯-双季稻最优;西南地区宜搭配抗旱作物进行三熟制种植,如冬小麦-中稻-甘薯、冬小麦-玉米-甘薯、马铃薯-双季稻等.从最大程度利用水热资源角度考虑,三熟种植模式最优,以水旱轮作为主,丰水年型宜搭配水稻.     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅴ.南方地区季节性干旱特征分区和评述

在干旱特征研究的基础上开展季节性干旱分类分区,可为不同干旱区域应对全球气候变化、制定抗旱减灾对策和防控技术提供理论依据.以国家标准中的气象干旱、农业干旱指标为主要依据,利用南方地区268个气象台站1959-2008年的气候资料,在分析南方地区季节性干旱的气候背景和分布特征的基础上,采用综合因子与主导因子相结合方法、逐级指标筛选法,综合灾害分析和聚类分析方法,对季节性干旱进行3级分区.一级分区以年干燥度和季干燥度为主要指标,以年尺度和主要作物生长季的降水量为辅助指标,将南方区域分为半干旱区、半湿润区、湿润区和极湿润区4个一级区;在此基础上再划分为川滇高原山地温凉半干旱区,江北温暖半湿润区、华南暖热半湿润区和西南高原温凉半湿润区3个半湿润区,长江流域温热湿润区、华南暖热湿润区和西南山地温暖湿润区3个湿润区,以及华南暖热极湿润区和江南西南山区温凉极湿润区2个极湿润区,共9个二级干旱分区.最后基于多个干旱指标的干旱频率和干旱强度,将南方区域分成29个三级干旱区.在分区基础上对不同季节性干旱特征分区分布情况、干旱特点及对农业生产影响进行评述,并提出了防旱避灾措施.     

干旱胁迫对大豆苗期生长发育和生理生态特征的影响

对土壤逐步干旱下大豆幼苗形态特征和生理生态特征的变化研究表明:随着胁迫强度的增加,大豆苗期的光合速率、蒸腾速率、气孔导度降低,且相互之间呈显著正相关;随着胁迫时间的延长,叶绿素含量和叶片含水量呈低-高-低的变化趋势;在胁迫初期,对干物质分配率的影响很小,随着胁迫时间的增加,差异越来越大;随着干旱胁迫天数和强度的增加,游离脯氨酸含量呈逐渐递增的趋势,尤其是重度胁迫下积累能力更强。     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅳ.基于作物水分亏缺指数的玉米干旱时空特征

基于1959－2008年中国南方地区249个气象台站的地面观测资料,以作物水分亏缺指数为玉米干旱指标,计算其干旱频率和干旱站次比,分析中国南方地区春玉米和夏玉米各生育阶段发生干旱的时空分布特征.结果表明: 从干旱发生频率的空间分布看,春玉米在淮北、云南北部和华南南部发生的干旱较严重,在其他地区的干旱相对较轻;除了长江中下游地区、华南北部和西南东部的夏玉米在生育后期干旱较严重,研究区域内夏玉米在其生育前期和中期干旱较轻.从干旱面积和强度的变化趋势看,长江中下游地区春玉米在七叶到拔节阶段的干旱强度明显增加,在吐丝后到乳熟阶段的干旱面积和强度呈减小趋势;夏玉米在拔节后期到抽雄阶段以及吐丝后到乳熟阶段的干旱都呈减轻趋势.西南地区春玉米、夏玉米的干旱强度和范围没有明显趋势.从干旱面积和范围的年际和年代际变化看,长江中下游地区夏玉米的变化较大,而西南地区差异较小.     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅰ.降水资源演变特征

基于中国南方地区15个省（市、自治区）262个气象台站1959-2008年的降水量资料,分析了季尺度降水量的趋势系数、降水变率、年际及年代际标准化降水距平的变化特征.结果表明：研究期间,中国南方地区降水变化趋势的季节差异较大,大部分地区春季和秋季降水量呈减少趋势,夏季和冬季降水量呈增多趋势,但西南部分地区略有不同;研究区域春旱发生可能性减小,夏旱、秋旱和冬旱发生的可能性增加;春旱更易发生在华南地区和西南地区,夏旱和秋旱发生可能性较高的地区为长江中下游地区和华南地区,冬旱发生可能性较高地区由华南地区扩大为华南和长江中下游地区.中国南方地区春季和秋季降水自20世纪80年代以来明显偏少,夏季和冬季降水在20世纪90年代以前偏少、20世纪90年代偏多、21世纪以来又偏少.中国南方各区域季节尺度降水量标准距平的年代变化基本一致,研究时段内秋季降水量呈减少趋势,夏季和冬季降水量呈增加趋势.