羊草群落的水分利用

羊草(Leymus chinensis (Trin.)Tzvel.)群落的土壤水分具有明显的成层性:0～40 cm是根系集中分布层,受降水和蒸散的直接影响,称为蒸散与降水相互作用层;40～120 cm贮水变化滞后于根系层贮水和群落蒸散的季节变化,称为主要贮水层;120 cm以下称为水分相对稳定/平衡层.1996年属平水年,生长季末土壤水盈余18 mm;1998年属丰水年,在连续强降雨时发生渗漏,生长季末土壤水亏缺15 mm.蒸腾-蒸散比(T/ET)不仅反映群落的繁茂和活力,而且反映植物对环境水资源的利用状况.1998年8月T/E7值较小(0.5),6月达0.7,7月受降水少影响而有所降低(0.6),8月水分利用效率达到最大(0.9),9月降到0.6.水分利用效率(WUE)在良好的水分条件下(1998年),主要受植物自身生长速度的限制,其季节变化与生长大周期吻合.深入分析WUE和T/E的内涵,提出蒸散效率(ETE)的概念,能更好地反映植物对环境水资源利用的状况或程度,具有实际意义.     

水分胁迫对冬小麦叶片CO_2/H_2O交换参数的影响

水资源严重匮乏已成为华北平原农业可持续发展的主要障碍因素 [1] ,提高有限水资源的利用效率显得十分重要。以前的研究主要注重农田水平作物与水分的关系 [2 ,4 ] ,利用作物生物学进行节水研究不够 [3,4 ] 。Roa等人认为作物适度的水分亏缺可获得高产 [15] ;Jensen等人认为适度水分胁迫甚至能使作物水分利用效率显著提高 [5,6] ,依此发展了调亏灌溉思想 ,对有限水量在作物生育期内时空最优分配制度进行研究 ,目前已为世界各国广泛关注 [6] 。作物 CO2 /H2 O交换参数包括光合速率、蒸腾速率、水分利用效率等 ,这些是确定作物水分高效利用…     

植物抗旱性中的补偿效应及其在农业节水中的应用

在论述植物补偿效应存在类型和研究范畴的基础上,详细评述了植物抗旱性中根系形态结构功能及地上部干物质积累、产量和水分利用效率方面的补偿效应及其影响因素,并对植物抗旱作用中补偿生长的可能生理学机制作了探讨。同时,对补偿效应在提高农业水分利用效率中的应用进行了讨论     

间套作提高农田水分利用效率的节水机理

综合国内外多学科的研究成果,从地表水向土壤水的转化效率、农田水分的有效性、植物冠层结构、灌溉用水量和作物产量等方面,论述了间套作提高农田水分利用效率的节水机理.结果表明:间套作能够促进植物根系对农田水分的充分利用,有利于增加根层土壤的贮水量;间套作一方面减小棵间蒸发、抑制无效蒸腾,另一方面优化作物系统的源-库关系,创造出有利于植物生长发育的小气候,为资源在时间和空间上的集约利用和高产打好基础,在不增加农田灌溉水的同时大幅度提高单位面积产量,促进作物水分利用效率明显提高.     

不同类型保水剂对冬小麦水分利用效率和根系形态的影响

采用田间小区试验,研究5种不同类型保水剂及2个施用水平对冬小麦产量、水分利用效率、根形态的影响.结果表明: 冬小麦茎蘖数、旗叶面积、产量和水分利用效率在不同类型保水剂及施用量处理之间存在显著差异.与对照相比,5种保水剂处理冬小麦产量增加1.3%～7.9%,水分利用效率由对照的17.1 kg·hm^-2·mm^-1提高到18.0～20.7 kg·hm^-2·mm^-1.保水剂对冬小麦根系的平均直径、总根长和总表面积的影响均达到显著水平,在0～20和20～40 cm土层,总根长分别增加3.7%～19.1%和6.3%～27.3%,总表面积分别增加6.5%～21.7%和2.9%～18.5%.冬小麦根系形态特征与冬小麦产量和水分利用效率均呈显著正相关.丙烯酰胺/无机矿物复合型保水剂对提高冬小麦水分利用效率和促进根系生长效果最为明显.     

根源信号参与调控气孔行为的机制及其农业节水意义

在土壤干旱情况下,根源信号一方面向植物地上部分的长距离传输,为地上部分提供了土壤水分获取能力的测度,另一方面调控气孔开度,抑制蒸腾作用并提高植物的水分利用效率．文中综述了根源信号参与调控植物水分利用的生理机制和理论模型,指出该模型与根系吸水模型、气孔导度模型耦合,能够更好地反映植物叶片对土壤干旱以及大气干旱的响应、评述了在根源信号参与调控植物水分关系的基础上发展的调亏灌溉(RDI)、部分根系干旱(PRD)和控制性交替灌溉(CAI)等有效灌溉手段,有助于合理配置根系层供水量,通过根土相互作用和信号物质的传输,降低蒸腾和提高水分利用效率、另外,根源信号在调控根系生长发育、延缓地上部分生长以调节根冠比例,优化资源分配以利于生殖生长等方面均有所为,为全面提高农田水分利用效率提供节水生理基础。     

六种木本植物水分利用效率和其小生境关系研究

北京山区落叶阔叶林优势种的水分利用效率(WUE)与其所在地的气候条件有很密切的关系,特别是大气相对湿度、太阳辐射强度、饱和水汽压亏缺(VPD)和温度.辽东栎、山杏、大叶白蜡、北京丁香、荆条和核桃楸等植物在整个生长季水分利用效率的变化幅度在3.76～4.95 mmolCO2.mol1H2O之间,平均水分利用效率为4.428±0.386 mmo1 CO2.mol-1H 2O,水分利用效率以山杏最高,核桃楸最低.在整个生长季中,这些植物在早春时水分利用效率高于生长旺期.另外,同种植物生长在于旱瘠薄生境上的水分利用效率高.     

节水农业及其生理生态基础

提高自然降水和灌溉水利用效率是节水农业要解决的中心问题。近年实践证明,通过提高水分利用率的途径增加农田生产力存在很大潜力,节水和增产的目标可能同时实现。为实现这一目标,需要研究确定植物水分亏缺的允许程度。植物各个生理过程对水分亏缺的敏感性不同,综合文献报道和作者研究结果,水分亏缺对与作物产量密切相关生理过程影响的先后顺序为:生长—蒸腾—光合—运输。在一定条件下,有限水分亏缺不会对作物最终经济产量造成影响,但却能显著提高水分利用效率。     

羊草群落的水分利用

羊草(Leymus chinensis (Trin．)Tzvel．)群落的土壤水分具有明显的成层性：O-40cm是根系集中分布层,受降水和蒸散的直接影响,称为蒸散与降水相互作用层;40-120cm贮水变化滞后于根系层贮水和群落蒸散的季节变化,称为主要贮水层;120cm以下称为水分相对稳定／平衡层。1996年属平水年,生长季末土壤水盈余18mm;1998年属丰水年,在连续强降雨时发生渗漏,生长季末土壤水亏缺15mm。蒸腾-蒸散比(T/ET)不仅反映群落的繁茂和活力,而且反映植物对环境水资源的利用状况。1998年8月T/ET值较小(0．5),6月达O．7,7月受降水少影响而有所降低(O．6),8月水分利用效率达到最大(O．9),9月降到O．6。水分利用效率(WUE)在良好的水分条件下(1998年),主要受植物自身生长速度的限制,其季节变化与生长大周期吻合。深入分析WUE和T/ET的内涵,提出蒸散效率(ETE)的概念,能更好地反映植物对环境水资源利用的状况或程度,具有实际意义。     

洛阳旱地夏玉米生产潜力长周期定量模拟与评价

以洛阳孟津地区气象数据库、土壤数据库、作物数据库和多年田间试验数据库为基础,应用DSSAT作物生长模型估算了当地夏玉米光温生产潜力和光温水生产潜力,并对节水潜力开发现状及途径进行了分析.结果表明,洛阳孟津地区47a夏玉米光温生产潜力为6900.00～15805.00 kg · hm-2,均值为12039.96 kg · hm-2,可作为补灌区平均最高产量的上限参考值;光温水生产潜力为1529.31～13742.00 kg · hm-2,均值为8894.42 kg · hm-2,仅占光温生产潜力82%左右,可作为雨养夏玉米平均最高产量的上限参考值.夏玉米生育期内平均降水量为356.22mm,年际间波动幅度较大,平均水分满足率为71.9%,不同土壤类型及不同降雨年型夏玉米潜在水分利用效率变幅较大,波动范围为8.04～37.46 kg · hm-2 · mm-1,47a均值为26.424 kg · hm-2 · mm-1.近8a旱作夏玉米现实水分利用效率仅占潜在水分利用效率的45.87%,平均光温水生产潜力开发度为47.55%.夏玉米节水潜力非常大,采用合理的节水农业措施,加强农田建设,改善地力状况,增强土壤储水蓄水稳定能力,高效利用降水资源,提高水分利用效率是今后提高夏玉米产量的重要途径.     

黑龙港流域夏玉米产量提升限制因素

从产量构成因素及物质生产着手分析了黑龙港流域夏玉米产量进一步提高的限制因子.分析结果显示:穗数、穗粒数和千粒重均与产量显著相关,说明该地区夏玉米仍有继续增产的潜力;但在再高产过程中,单纯依靠穗数增加,产量增产幅度较小,应稳定在一定适宜的密度下,注重单位面积穗粒数和粒重的提高,但在穗数确定的情况下,穗粒数相对稳定,增加粒重成为再高产重要因素.因此,采取措施增强灌浆速率和延长灌浆时间是关键,即增强或稳定叶片在花后的有效光合能力.结果表明,增加叶片数量对产量贡献很小,而改善叶片质量、提高叶片功能,进而增加花后同化物合成至关重要.因此,茎秆和叶片的质量是再高产实现的关键技术突破点.同时,提高茎秆的花前物质转运比例也有助于提高于粒重,促进产量提升.在生产实践中,进一步挖掘产量必须搞清楚地上和地下两方面的关系,但目前对“根系-土壤”复合体的结构和功能研究相对较少.不合理耕作方式造成了土壤耕层太浅,严重影响了玉米根系生长发育,使生育后期吸收功能减弱,不利于产量形成.加之,吐丝前后阴雨寡照,造成穗粒数形成决定期的“源”不足,同时也限制了灌浆速率,提前播期,躲避灾害天气或推迟收获时期,延长灌浆时间等逆境栽培措施就显得尤为重要.     

Mineral nutrition and growth of tropical maize as affected by soil acidity

Soil constraints linked to low pH reduce grain yield in about 10% of the maize growing area in tropical developing countries. The aim of this research was to elucidate the reasons for this maize yield reduction on an oxisol of Guadeloupe. The field experiment had two treatments: the native non-limed soil (NLI, pH 4.5, 2.1 cmol Al kg^–1, corresponding to 20% Al saturation), and the same soil limed 6 years prior to the experiment (LI, pH 5.3, 0 cmol Al kg^–1). The soils were fertilized with P and N. The above-ground biomass, root biomass at flowering, grain yield and yield components, leaf area index (LAI), light interception, radiation-use-efficiency (RUE), P and N uptake, soil water storage, and soil mineral N were measured during the maize cycle. The allometric relationships between shoot N concentration, LAI and above-ground biomass in LI were similar to those reported for maize cropped in temperate regions, indicating that these relationships are also useful to describe maize growth on tropical soils without Al toxicity. In NLI, soil acidity severely affected leaf appearance, leaf size and consequently the LAI, which was reduced by 60% at flowering, although the RUE was not affected. Therefore, the reduction in the above-ground biomass (30% at flowering) and grain yield (47%) were due to the lower LAI and light interception. At flowering, the root/shoot ratio was 0.25 in NLI and 0.17 in LI, and the root biomass in NLI was reduced by 64% compared to LI. Nitrogen uptake was also reduced in NLI in spite of high soil N availability. Nevertheless, shoot N concentration vs aboveground biomass showed a typical decline in both treatments. In NLI, the shoot P concentration vs above-ground biomass relationship showed an increase in the early stages, indicating that P uptake and root-shoot competition for the absorbed P in the early plant stages controlled the establishment and the development of the leaf area.     

Trehalose accumulation in Azospirillum brasilense improves drought tolerance and biomass in maize plants

Bacteria of the genus Azospirillum increase the grain yield of several grass crops. In this work the effect of inoculating maize plants with genetically engineered Azospirillum brasilense for trehalose biosynthesis was determined. Transformed bacteria with a plasmid harboring a trehalose biosynthesis gene-fusion from Saccharomyces cerevisiae were able to grow up to 0.5 M NaCl and to accumulate trehalose, whereas wild-type A. brasilense did not tolerate osmotic stress or accumulate significant levels of the disaccharide. Moreover, 85% of maize plants inoculated with transformed A. brasilense survived drought stress, in contrast with only 55% of plants inoculated with the wild-type strain. A 73% increase in biomass of maize plants inoculated with transformed A. brasilense compared with inoculation with the wild-type strain was found. In addition, there was a significant increase of leaf and root length in maize plants inoculated with transformed A. brasilense . Therefore, inoculation of maize plants with A. brasilense containing higher levels of trehalose confers drought tolerance and a significant increase in leaf and root biomass. This work opens the possibility that A. brasilense modified with a chimeric trehalose biosynthetic gene from yeast could increase the biomass, grain yield and stress tolerance in other relevant crops.     

施硒对两种类型玉米硒元素分配及产量、品质的影响

通过盆栽试验,以普通玉米品种郑单958(ZD958)和糯玉米品种京紫糯218(JN218)为试验材料,研究了不同硒水平(0、10、25、50 mg·kg-1)下,玉米植株各器官对硒的分配和转运差异以及硒对玉米产量和籽粒品质的影响.结果表明： 低含量(≤10 mg·kg-1)硒促进了玉米生长,植株生物量和籽粒产量均显著增加;高含量(≥25 mg·kg-1)硒抑制了玉米生长,植株干物质积累量减少,籽粒产量和品质下降.施硒显著提高了玉米植株各器官的硒含量,硒在各器官的分配为根系>叶片>茎秆>叶鞘,两种类型玉米各器官硒含量均与土壤硒含量呈显著正相关.JN218在自然低硒土壤环境中具有较强的硒富集能力,而ZD958在10 mg·kg-1 硒水平下硒积累量高于JN218.如果以籽粒和地上部营养器官的硒积累量为评价标准,自然低硒(025 mg·kg-1)或高硒(25 mg·kg-1)土壤适宜种植JN218,而富硒(10 mg·kg-1)或硒污染(50 mg·kg-1)土壤适宜种植ZD958.     

遮荫对两个基因型玉米叶片解剖结构及光合特性的影响

以耐荫性不同的玉米品种郑单958(ZD958,耐荫性较强)和豫玉22(YY22,耐荫性较弱)为材料,研究了苗期50%遮荫对玉米叶片形态结构和光合特性的影响。结果表明:形态结构上,苗期遮荫处理后,玉米叶片变薄,单位面积叶绿体数目减少,基粒数、基粒厚度和片层数增加,但是YY22的叶绿体大部分发育不良,肿胀呈球形,基粒片层和基质片层出现不同程度的松散;而ZD958大部分叶绿体结构良好,各部分发育基本正常。光合特性上,弱光胁迫使玉米叶片叶绿素含量升高,净光合速率(Pn)、PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)和实际光化学效率(Φ_PSⅡ)降低,胞间CO₂浓度(Ci)和非光化学猝灭(NPQ)增加,但是YY22的Pn、Fv/Fm和Φ_PSⅡ显著下降,Ci和NPQ显著升高;而ZD958的Fv/Fm和Φ_PSⅡ下降幅度较小,且NPQ增加亦不显著。研究结果提示,弱光胁迫对玉米叶片形态结构和光合特性影响较大,且存在基因型差异,耐荫性较强的品种对弱光环境的适应性较强。     

二倍体、四倍体和六倍体小麦产量及水分利用效率

试验选用了6个不同染色体倍性的小麦进化材料（3个二倍体、2个四倍体和1个六倍体）,分别在不同水肥条件下研究其根系、地上生物量、产量、蒸腾耗水量和水分利用效率等指标,旨在阐明小麦进化材料产量及水分利用效率的差异及水肥条件对这些特性的影响。试验表明：不同倍性小麦进化材料的生物量、产量和水分利用存在显著的差异,而且水肥条件对其有显著影响。在染色体倍性由2n→4n→6n的进化过程中,小麦根系及地上生物量均先增加后降低,而产量却显著增加,这与收获指数的增加有关。小麦产量的大小顺序为：T.aestivum〉T.dicoccum〉T.dicoccoides〉Ae.squarrosa〉Ae.speltoides〉T.boeoticum。水分亏缺显著降低小麦的生物量、产量和收获指数;在不同水分条件下,增加施肥量有利于这些指标的增加。但是水分亏缺下,增加施肥却降低各小麦材料的根系生物量。随小麦的进化,蒸腾耗水量显著降低,这与其生育期缩短有关;而生物量水分利用效率和产量水分利用效率却显著升高,且后者的差异要大于前者。各小麦产量水分利用效率的大小排序与产量的完全一致。水分亏缺处理显著减少各小麦进化材料的蒸腾耗水量47％～52％，而显著增加生物量水分利用效率3％～40％；但水分亏缺对产量水分利用效率的促进作用却随染色体倍性的增加而降低，甚至降低六倍体小麦T.aestivum的产量水分利用效率19％。不同水分条件下，高肥处理均有利于蒸腾耗水量、生物量水分利用效率和产量水分利用效率的增加。     

Physiological N response of field-grown maize hybrids (Zea mays L.) with divergent yield potential and grain protein concentration

Fertilizer N availability impacts photosynthesis and crop performance, although cause–effect relationships are not well established, especially for field-grown plants. Our objective was to determine the relationship between N supply and photosynthetic capacity estimated by leaf area index (LAI) and single leaf photosynthesis using genetically diverse field-grown maize (Zea mays L.) hybrids. We compared a high yield potential commercial hybrid (FR1064 x LH185) and an experimental hybrid (FR1064 x IHP) with low yield potential but exceptionally high grain protein concentration. Plant biomass and physiological traits were measured at tassel emergence (VT) and at the grain milk stage (R3) to assess the effects of N supply on photosynthetic source capacity and N uptake, and grain yield and grain N were measured at maturity. Grain yield of FR1064 x LH185 was much greater than FR1064 x IHP even though plant biomass and LAI were larger for FR1064 x IHP, and single leaf photosynthesis was similar for both hybrids. Although photosynthetic capacity was not related to hybrid differences in productivity, increasing N supply led to proportional increases in grain yield, plant biomass, LAI, photosynthesis, and Rubisco and PEP carboxylase activities for both hybrids. Thus, a positive relationship between photosynthetic capacity and yield was revealed by hybrid response to N supply, and the relationship was similar for hybrids with a marked difference in yield potential. For both hybrids the N response of single leaf CER and initial Rubisco activity was negative when expressed per unit of leaf N. In contrast, PEP carboxylase activity per unit leaf N increased in response to N availability, indicating that PEP carboxylase served as a reservoir for excess N accumulation in field-grown maize leaves. The correlation between CER and initial Rubisco activity was highly significant when expressed on a leaf area or a total leaf basis. The results suggest that regardless of genotypic yield potential, maize CER, and potentially grain yield, could be improved by increasing the partitioning of N into Rubisco.     

Physiological traits contributed to the recent increase in yield potential of winter wheat from Henan Province,China

This experiment aims to test the traits responsible for the increase in yield potential of winter wheat released in Henan Province, China. Seven established cultivars released in the last 20 years and three advanced lines were assayed. The results showed that grain yield was positively correlated with harvest index（HI）, kernel number per square meter, and aboveground biomass. In addition, the HI and aboveground biomass showed an increasing trend with the year of release.Therefore, we can conclude that bread wheat breeding advances during recent decades in Henan Province, China,have been achieved through an increase in HI, kernel number per square meter, and aboveground biomass. A higher d13C seems also to be involved in these advances, which suggests a progressive improvement in constitutive water use efficiency not associated with a trend towards lower stomatal conductance in the most recent genotypes. However, genetic advance Researchdoes not appear related to changes in photosynthesis rates on area basis when measured in the flag leaf or the spike,but only to a higher, whole‐spike photosynthesis. Results also indirectly support the concept that under potential yield conditions, the spike contributed more than the flag leaf to kernel formation.     

地质封存CO2泄漏对玉米根系形态的影响

碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage,CCS）是应对全球气候变化、实现煤炭清洁利用的有效手段之一,但是地质封存的CO₂存在泄漏的风险,可能对农田生态系统产生重大威胁,影响我国粮食安全。根系生长是地上部和地下部相互作用、相互促进的统一过程,其形态特征对作物生产力有显著影响,但CCS泄漏对植物根系的影响评估尚不多见。本文以玉米为研究对象,采用盆栽底部通入CO₂的方法模拟不同CO₂泄漏情景,研究CK（0 g m^-2 d^-1）和G1000（1000 g m^-2 d^-1）和G2000（2000 g m^-2 d^-1）三种泄漏情景下CO₂对玉米根系形态的影响。结果表明：CO₂泄漏对玉米根系形态有明显的影响,随着泄漏量的增大总根长从40290.81 cm减少至21448.18 cm,减少46.77%,其中细根大幅减少;CO₂泄漏造成玉米明显减产,最大减产率达26.64%;玉米的地上部生物量较地下部生物量对CO₂泄漏更加敏感。综合来看,随着CO₂泄漏量增大,对玉米根的生长、地上部生物量、地下部生物量以及产量有显著的抑制作用。作物根系形态对封存CO₂泄漏的响应可为CCS泄漏监测和生态修复提供系统科学依据。     

外源钙离子对盐胁迫玉米气孔特征、光合作用和生物量的影响

探讨盐胁迫下玉米气孔特征、光合作用和生物量对外源钙离子的响应,有助于深入理解添加外源钙离子(Ca²⁺)缓解玉米盐胁迫的作用机理.以‘京科665’品种为试材,研究了NaCl胁迫下(100 mmol·L^-1)添加不同浓度外源Ca²⁺(0、5、10、20、40、80 mmol·L^-1)对玉米幼苗气孔特征、光合作用和生物量的影响.结果表明: 不同Ca²⁺浓度对盐胁迫下玉米的气孔密度影响不大,但显著减小了气孔形状指数、气孔面积、气孔长度、气孔宽度和气孔周长.同时,随着外源Ca²⁺浓度的逐渐提高,玉米叶片的净光合速率(P_n)呈先升高后降低的趋势,且气孔导度(g_s)和胞间CO₂浓度(C_i)均显著降低,表明不同浓度Ca²⁺通过改变玉米气孔结构特征进一步限制光合作用过程,最终导致P_n降低.另外,外源Ca²⁺促进盐胁迫下玉米幼苗生物量增加,但根冠比显著降低,表明盐胁迫下添加外源Ca²⁺对地上部分的缓解作用大于地下部分.