C3和C4植物光能利用效率和水分利用效率的比较研究

了解C3和C4植物光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)对光的响应关系,对揭示植物的光能利用与需水规律具有重要意义。以栾树(Koelreuteria paniculata)、辣椒(Capsicum annuum)、高粱(Sorghum bicolor)和玉米(Zea mays)为研究对象,用LI-6400光合仪测量了这4种植物的气体交换参数,并利用光响应机理模型所构建的叶片光能和水分利用效率对光的响应模型分别研究了它们的光能和水分利用效率的变化规律。结果表明:(1)栾树和辣椒的最大光能利用效率(LUE_max)和最大水分利用效率(WUE_max)比高粱和玉米低,所对应的饱和光强(I_L-sat)也小于高粱和玉米;(2)高粱的最大净光合速率(P_nmax)和饱和光强(I_sat)均比玉米小,但它的LUE_max和WUE_max却比玉米大。由此可知,C3植物的栾树和辣椒LUE_max和WUE_max比C4植物的高粱和玉米低,而相应的饱和光强(I_L-sat和I_W-sat)则没有这种趋势。     

微咸水灌溉下3种耐盐植物光合特性及水分利用效率比较研究

以微咸水灌溉下耐盐植物胡杨、柽柳和四翅滨藜为研究对象,采用Li-6400便携式光合测定系统对其主要光合参数及水分利用效率等进行了观测及比较分析。结果表明:(1)光强在0～2 000μmol.m-2.s-1范围内,净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)随光强变化均表现为柽柳始终处于较高水平,胡杨次之,四翅滨藜较小;(2)光强为400～2 000μmol.m-2.s-1时,3种耐盐植物的蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)大小顺序为柽柳>胡杨>四翅滨藜,而水分利用效率(WUE)却表现为四翅滨藜>柽柳>胡杨;(3)光强在0～400μmol.m-2.s-1时,蒸腾速率(Tr)和水分利用效(WUE)表现为胡杨较高,柽柳次之,四翅滨藜较小,但是四翅滨藜的胞间CO2浓度(Ci)高于胡杨和柽柳。综合比较3种耐盐植物中,四翅滨藜的水分利用效率较高,蒸腾耗水较少,属于节水型树种;而胡杨和柽柳的水分利用效率较低,蒸腾耗水较高,属于相对耗水型树种。此外,四翅滨藜、胡杨和柽柳能适应高温、光照强烈和干旱的环境,在一定程度上表明其具有较强的逆境适应性。     

内蒙古西部五种沙生植物营养成分分析

对内蒙古西部５种沙生植物的营养成分分析结果表明：随着生长期的推移，花棒、羊柴、柠条、沙拐枣和梭梭等５种植物的粗蛋白质含量呈线性下降的趋势；粗脂肪含量呈上升趋势；胡萝卜素含量呈先上升后下降的趋势。粗纤维、粗灰分、Ｃａ、Ｐ及无氮浸出物的含量在不同植物种间均有显著差异。     

内蒙古西部五种沙生植物营养成分分析

对内蒙古西部５种沙生植物的营养成分分析结果表明，随着生长期的推移，花棒，羊柴，柠条，沙拐枣和梭梭等５种植物的粗蛋白质含量呈线性下降的趋势，粗脂肪含量呈上升趋势，胡萝卜素含量呈先上升后下降的趋势，粗纤维，粗灰分，Ｃａ，Ｐ及无氮浸出物的含量在不同植物种间均有显著差异。     

稳定同位素在植物水分来源及利用效率研究中的应用

介绍了稳定氢、氧、碳同位素技术在定量区分植物水分来源及利用效率研究中的应用。以往大量研究结果表明,由于植物根系在吸收水分过程中没有发生同位素分馏,所以通过比较和分析植物木质部水分及其可利用水源的氢氧同位素δ值,就可以定量判断植物的水源;植物在光合作用过程中会产生碳同位素的分馏,从而使得植物叶片中的碳同位素组成能够成为指示植物水分利用效率的一个间接指标,是目前研究植物叶片长期水分利用效率的最佳方法;稳定同位素技术作为安全的示踪剂,有助于人类了解植物的生理生态功能,随着该技术的不断完善和研究的不断深入,同位素技术将会在生态学研究的许多领域得到广泛的应用。     

不同培育方式对胡杨光合特性和水分利用效率的影响

【目的】了解自然落种培育方式和人工挖坑培育方式胡杨的光响应特征及光能利用效率(LUE)与水分利用效率(WUE)对光的响应关系。【方法】以新疆塔里木河下游尉犁县34团2、3、5、7年4个林龄胡杨为研究对象,利用Li-6400XT便携式光合仪测定胡杨气体交换参数,并利用光响应模型及前人推导出的光能利用效率和水分利用效率的响应模型,分别研究它们的光响应特征及光能、水分利用效率的变化特征。【结果】无论何种培育方式,5、7年生胡杨P_n值普遍高于2、3年生胡杨,证明高林龄胡杨光合能力较强,胡杨在中高光强下LUE和WUE均与胡杨林龄成正比关系;人工挖坑培育方式下胡杨P_{n max}的平均值为24.84μmol/(m²·s),高于天然落种方式下胡杨的23.68μmol/(m²·s),证明其光合潜力大,另外其在强光下对光能和水分利用能力比天然落种方式下胡杨更强也更加稳定。【结论】人工挖坑培育方式胡杨因人为干预植株,改善了土壤养分条件,所以光合潜力大,对强光利用能力更强,水分利用能力更加稳定,在极端高温、干旱环境适应性更强...     

稳定碳同位素在植物水分利用效率研究中的应用

植物组织中的13C/12C小于空气中的13C/12C,说明在光合过程中植物对13C和12C的分辨率不同.植物对13C和12C分辨率的差别主要是由于光合作用过程中CO2经气孔扩散分差和酶羧化过程引起的.理论上的分析和实际的研究都表明碳同位素分辨率与植物水分利用效率高度相关因而利用碳同位素分辨率来衡量植物水分利用效率必将有广阔的应用前景.本文概述了稳定碳同位素的基本理论,从植物结构性碳、分布、功能群和抗旱节水育种等几个不同方面对稳定碳同位素在植物水分利用效率研究中的应用进行了简要总结,并就存在的主要问题进行了讨论.     

不同年龄黄山松蒸腾速率及水分利用效率的比较研究

采用Li-6400便携式光合分析仪,研究不同年龄阶段的黄山松在不同季节的蒸腾及水分生理生态的变化.结果表明,3个年龄段黄山松1年生针叶的时蒸腾强度具有明显的日变化,均呈明显的双峰曲线,但是峰值出现时间不同;幼龄阶段的时蒸腾速率与时气孔导度的日变化趋势的基本相似,而中龄和中幼龄黄山松,其时均蒸腾速率与气孔导度的变化趋势具有明显的差异,说明幼龄黄山松受气孔的限制较明显;蒸腾速率日均值的季节变化3个年龄段黄山松均为夏季的蒸腾速率较高;各年龄段黄山松的水分利用效率变化曲线均为双峰型,年平均水分利用效率的排序为中幼龄(5.062)＞幼龄(3.383)＞中龄(3.011),中幼龄黄山松具有较高水分利用效率表明其能更好地适应干旱环境;通过季节均值比较,发现夏季黄山松具有较高的水分利用效率,是其能生长在土壤浅薄甚至岩缝中的一个主要原因之一.     

科尔沁沙地21种植物水分提升作用的实证检验

对科尔沁沙地21种植物开展了水分提升作用检测和发生特点研究.试验采用上下层土壤隔离的自制栽植箱,通过控制上、下层土壤水分含量的方法检测植物水分提升作用.结果表明:有19个参试物种观测到水分提升作用,水分提升作用可能是沙生植物适应干旱环境的普遍特性;植物水分提升作用在00:00-06:00时段内发生频率和提升数量较高;不...     

红蓝光下光强对生菜电能、光能利用效率及品质的影响

通过调查红蓝LED光源下生菜的光能利用效率(LUE)和电能利用效率(EUE),以期确定人工光栽培环境下红蓝LED的优化光强参数。本试验LED光源的红蓝光配比设定为1∶1,光强分别为200、300和400μmol/(m2·s)的3个处理(分别以L200、L300和L400表示),生菜定植38d后收获。结果表明:1)定植至收获期间,对每次间苗所收获生菜的干重以及定植38d后收获生菜的干重进行累计计算,处理L300下生菜的EUE最大,为0.948%,较处理L200和L400下生菜的EUE分别高5.22%和46.6%;处理L200下生菜的LUE最大,为4.17%,较处理L300和L400下生菜的LUE分别高12.0%和59.3%。2)定植38d后处理L300下生菜地上部分的鲜干重最大,平均值分别为41.3和2.58g,较处理L200和L400下地上部分鲜重分别高23.5%和25.2%;地上部分干重分别高28.4%和12.8%。3)处理L300与处理L200相比,定植38d后前者叶片的可溶性糖含量较高,硝酸盐含量较低;但与处理L400之间无显著性差异。综合考虑光能、电能利用效率及干重累积量,推荐300μmol/(m2·s)作为红蓝LED组合光源下生菜生长较优的光照强度。     

新疆石河子垦区主要作物需水特征及水效益比较

根据新疆石河子垦区50年气象数据资料,计算分析了主要作物需水量变化及自然降水条件下农田水分平衡状况,并对主要作物水分生产效率效益进行了比较.结果表明:春小麦、冬小麦、春大豆、春谷子、苜蓿需水量均呈上升趋势,其中春小麦增加幅度最大,每5 a平均增加6.6 mm,而春玉米、水稻、棉花需水量呈下降趋势.粮食作物中以水稻亏水量最高,冬小麦、春玉米次之,而春大豆、春谷子、春小麦、薯类作物相对较小,经济作物中以糖类作物亏水量最高,其次为加工番茄、苜蓿、棉花,而瓜类、麻类、油料作物相对较小.不同灌溉方式下作物水分利用效率效益差异较大,粮食类作物如春小麦、春玉米水分利用效率高于其他作物,而果菜类作物如葡萄、蟠桃、线椒水分经济效益最高.     

不同光质组合对生菜生长和能量利用效率的影响

【目的】筛选较优的光质组合,提高人工光植物工厂生菜产量和能量利用效率。【方法】以光强为200μmol/(m~2·s),R/B为4/1的红蓝光(RB)为对照,在光强为150μmol/(m~2·s),R/B为4/1的红蓝背景光基础上,分别添加50μmol/(m~2·s)的绿光(G)、黄光(Y)、橙光(O)和远红光(FR)组成4种不同光质组合处理,分别用RBG、RBY、RBO和RBFR表示,对不同光质组合处理生菜的生长及形态、光合能力、能量利用效率等指标进行比较研究。【结果】RBG、RBO和RBFR处理生菜地上部鲜质量较RB处理分别增加14.5%,14.5%和30.8%,地上部干质量分别增加13.3%,24.1%和29.9%(P0.05)。RBG处理可以增加生菜的株高、总叶面积、净光合速率和能量利用效率。与RB处理相比,RBY处理对生菜的地上部干、鲜质量影响不显著;RBO处理可以提高生菜叶片的光合能力和能量利用效率。RBFR处理可以增加生菜的地上部干、鲜质量,但在实际生产中,生菜叶片较易出现烧尖现象。【结论】RBG和RBO是工光植物工厂生产中较为合适的光质组合。     

绿洲灌区典型间作模式的产量和光能利用效率

为寻求河西绿洲灌区低耗水、高光效、高产多熟种植模式,在限量灌水条件下,通过大田试验对该区主要种植模式的产量和光能利用率进行了量化分析.结果表明:4种间作模式土地当量比均大于1,排序为玉米/豌豆>玉米/油菜>小麦/玉米>小麦/大豆;在同等可比面积上,小麦、玉米、豌豆和油菜在间作模式下均较单作表现出显著增产效应,但在不同模式下增产效应不同,小麦在小麦/玉米和小麦/大豆2种间作模式下产量分别提高49.14%、51.50%,玉米在玉米/油菜、玉米/豌豆和小麦/玉米3种间作模式中产量分别提高20.88%、53.48%、70.34%.各间作模式下的光能利用率为玉米/豌豆>玉米/油菜>玉米/小麦>小麦/大豆.玉米/豌豆间作模式可作为目前河西绿洲灌区低耗水、高光效型种植模式之一.     

7种园林树种光合参数及水分利用效率的研究

用LI-6400光合系统分析仪,测定了7种园林树种的生理生态指标的日变化。结果为:水分利用效率就日平均值而言,依次为欧洲丁香(8.74)>棣棠(8.20)>紫藤(6.76)>玉兰(6.39)>小花溲疏(4.62)>连翘(3.46)>山桃(2.51)。结果表明,前3种园林树种相对于其他树木的水分利用效率较高。这些数据有助于在园林生产实践中进行树种的选择和作为制定水分管理措施的依据。     

北京地区典型绿化树种水分利用效率及其影响因素

目的在北京地区绿化率需求提升和水资源短缺背景下,城市绿化与城市生产、生活用水矛盾日益尖锐。因此,探寻城市绿化树种对干旱生境的响应机制,筛选低耗水、高水分利用的园林绿化树种,成为北京高质量城市森林景观建设的重要需求。方法该研究以北京地区落叶树种银杏、栾树、国槐和常绿树种侧柏、油松和白皮松盆栽幼树为研究对象,基于碳稳定同位...     

不同灌水处理下土壤水分动态及玉米水分利用效率研究

试验以"郑单958"和"浚单20"为试材,研究了田间不同灌水处理对土壤贮水量动态变化和玉米水分利用效率的影响。结果表明:表层土壤贮水量受降水影响较大,30～60 cm土壤水分含量在整个生育时期内变化最为剧烈,80～100 cm土壤整个生育时期水分含量稳定,无灌溉处理的耗水深度主要集中在60～100 cm土层。抗旱品种"郑单958"产量受灌水量的影响较小。"浚单20"灌水比不灌水处理平均增产8.02%。玉米2品种处理水分利用效率一般以不灌水处理较高,灌水处理水分利用效率均值比不灌水处理降低51.18%。因此,在水资源紧张的太行山山前平原区,选用抗旱玉米品种并灌水1次,即可减少农田耗水,又能保证较好的作物产量。     

Approaches to achieve high grain yield and high resource use efficiency in rice

This article discusses approaches to simultaneously increase grain yield and resource use efficiency in rice. Breeding nitrogen efficient cultivars without sacrificing rice yield potential, improving grain fill in later-flowering inferior spikelets and enhancing harvest index are three important approaches to achieving the dual goal of high grain yield and high resource use efficiency. Deeper root distribution and higher leaf photosynthetic N use efficiency at lower N rates could be used as selection criteria to develop N-efficient cultivars. Enhancing sink activity through increasing sugar-spikelet ratio at the heading time and enhancing the conversion efficiency from sucrose to starch though increasing the ratio of abscisic acid to ethylene in grains during grain fill could effectively improve grain fill in inferior spikelets. Several practices, such as post-anthesis controlled soil drying, an alternate wetting and moderate soil drying regime during the whole growing season, and non-flooded straw mulching cultivation, could substantially increase grain yield and water use efficiency, mainly via enhanced remobilization of stored carbon from vegetative tissues to grains and improved harvest index. Further research is needed to understand synergistic interaction between water and N on crop and soil and the mechanism underlying high resource use efficiency in high-yielding rice.     

等高反坡阶措施下玉米水分利用效率对坡耕地土壤水分变化的响应

【目的】探明坡耕地等高反坡阶措施下作物水分利用效率对土壤水分变化的响应,为云南坡耕地作物种植提供科学依据。【方法】以玉米为供试材料,在2019－2020年进行大田试验,设置等高反坡阶措施（2个不同坡度布设等高反坡阶的坡耕地样地）与原状坡耕地无处理（1个未扰动的对照样地）两种处理方式,通过野外定位监测方法,分别在玉米播种前及拔节期、抽雄期、吐丝期、灌浆期和成熟期,使用时域反射仪（TDR-300）在坡上、坡中、坡下3个坡位随机选点测定0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土层的土壤体积含水率,并分析作物群体光合势（LAD）、叶片瞬时水分利用效率(LWUE)的相关响应。【结果】等高反坡阶措施下玉米群体光合势（LAD）高于对照样地,其中以坡中促进效果最为显著,平均增幅为19.3%,且在生长后期保持相对较高的LAD并持续较长时间;等高反坡阶样地玉米蒸腾速率（T_r）与对照样地无显著差异,但净光合速率（P_n）、叶片瞬时水分利用效率（LWUE）均高于原状坡耕地样地;等高反坡阶样地土壤水分表现为坡中＞坡下＞坡上,布设该措施后土壤水分增高,平均增幅为24.4%,同时提高了土壤水分有效性以及中效水和易效水的占比(90%);LWUE与P_n、LAD呈极显著正相关（P<0.01）,与土壤体积含水率呈显著正相关（P<0.05）。通径分析表明,P_n和土壤体积含水率对玉米LWUE起主导作用,等高反坡阶措施可以提高P_n和土壤水分,进而获得较高的LWUE。【结论】布设等高反坡阶措施可以提高坡耕地土壤水分,使玉米叶片维持较高的光合作用并保持最佳的生理状态,可以提高作物叶片瞬时水分利用效率并促进玉米生长发育,进而为玉米干物质生产奠定生理基础。     

水肥处理对玉米叶片水分利用效率及其光合特性的影响

采用田间小区试验方法,研究了水肥处理对玉米叶片水分利用效率及光合特性的影响。结果表明,在不同的水肥处理下,整个生育期内净光合速率、水分利用效率、叶片气孔导度、蒸腾速率的变化基本一致。在中水(90 m3.hm-2)、中肥(其中N、P、K分别为160、60、110 kg.hm-2)情况下,玉米叶片净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)在开花期达到最大;叶片气孔导度(Gs)、蒸腾速率(E)在抽雄期达到最大。中水、高肥(N、P、K分别为240、90、170 kg·hm-2)情况下,蒸腾速率与气孔导度之间的相关性显著高于中水、低肥(其中N、P、K分别为80、30、50 kg·hm-2)和中水、中肥处理下的蒸腾速率与气孔导度之间的相关性;蒸腾速率与气孔导度间存在线性关系,呈正相关,气孔导度的变化影响着蒸腾速率的变化。