CO2浓度升高对半干旱区春小麦光合作用及水分生理生态特性的影响

大气CO₂浓度升高已成为世界范围内重要环境问题。为了解大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用及水分生理生态特性的影响,在典型半干旱区定西利用开顶式气室(OTC)试验平台,以春小麦“定西24号”为供试品种,开展了CO₂浓度增加模拟试验。试验设对照(390μmol·mol^?1)、480μmol·mol^?1和570μmol·mol^?1等3个CO₂浓度(摩尔分数)梯度。结果表明:在对照和增加CO₂浓度条件下,春小麦叶片净光合速率和蒸腾速率日变化均呈“双峰型”分布,出现明显的“午休”现象;胞间CO₂浓度的日变化表现为斜“V”字型曲线;叶水势日变化呈现反抛物线曲线走向,在中午后出现水势曲线拐点。在不同生育时期内,净光合速率、气孔导度和胞间CO₂浓度均表现为开花期最大,乳熟期最小。而蒸腾速率表现为开花期最大,拔节期最小,叶片水平水分利用效率表现为孕穗期最大,乳熟期最小。随着CO₂浓度升高,春小麦叶片净光合速率、胞间CO₂浓度、水分利用效率和水势提高,气孔导度和蒸腾速率降低。与对照大气CO₂浓度相比,在480μmol·mol^?1浓度和570μmol·mol^?1浓度下,整个生育期净光合速率平均分别提高了14.68%和28.20%,气孔导度平均降低了15.29%和24.83%,胞间CO₂浓度平均提高了10.38%和26.15%,蒸腾速率平均减小了6.63%和12.41%,WUE平均增加了22.9%和46.9%。随着CO₂浓度升高,蒸腾失水减少,叶片水势不断增加,从而增强了春小麦对干旱胁迫的抵御能力。研究结果为我国半干旱区春小麦对全球气候变化下的敏感性及适应性提供理论参考。     

不同施氮处理下旱作农田土壤CH_4、N_2O气体排放特征研究

依托甘肃农业大学布设在定西市李家堡镇的长期施氮定位实验,对不同施氮农田CH4和N2O气体通量,采用静态箱-气相色谱法进行小麦生育期的连续观测,并对影响通量变化的环境因子同期观测.结果表明:5个施氮处理下(0、52.5、105、157.5、210 kg·hm-2),旱作农田土壤在小麦全生育期内表现为CH4累积通量的汇和N2O累积通量的源;且不施氮处理时,CH4累积吸收通量最大;施氮量为210 kg·hm-2时,土壤CH4的累积吸收通量所受抑制最大,即土壤CH4累积吸收通量随施氮量升高而降低.相反,不施氮处理时,土壤N2O的累积排放通量最小,施氮量为210 kg·hm-2时,土壤N2O的累积排放通量最大,土壤N2O累积排放通量随施氮量的增加而增大.综合分析,施氮量增大会抑制全生育期旱作春小麦田土壤CH4吸收通量,提高土壤N2O的排放通量.因此,合理控制施氮量有利于生育期旱作农田土壤减排.CH4平均吸收通量随土壤温度的升高而降低,随土壤水分的升高而升高;相反,N2O平均排放通量随土壤温度的升高而升高,随土壤水分的升高而降低.5~10 cm层次的土壤温度与CH4平均吸收通量呈极显著线性负相关,与N2O平均排放通量呈显著正相关.5~10 cm层次的土壤水分与CH4平均吸收通量呈极显著线性正相关,与N2O平均排放通量呈显著负相关.     

开花前后变水条件对春小麦的补偿效应

在防雨棚内的盆栽实验条件下，研究了4种梯度的10种不分组合对红芒麦和宁春10号产量及耗水量等的影响。结果表明，试验期间充分灌水，轻度，中度，重度干旱处理，随着干旱程度的加剧，株高，干物质积累，产量，耗水量都逐渐减少；红芒麦灌浆期不同程度的,匀有利于产量的形成，促进物质运输，提高千粒重，同时减少水分消耗，提高WUE；孕穗期干旱处理后，灌浆期复水，会造成减产，和灌浆期相比，孕穗期是水分的敏感的时期，而灌浆期对水分亏缺不敏感，两种小麦相比较，宁春10号耗水量大，产量低，抗旱性较强，图2表2参7     

河套灌区春小麦-萝卜复种模式下土壤NO3--N动态

研究了河套灌区春小麦-萝卜复种模式下,土壤、土壤溶液和地下水NO₃^--N浓度的动态变化.结果表明:随着试验时间的延长,土壤表层NO₃^--N含量降低,深层(100～150cm)增加;土壤溶液中、下层NO₃^--N浓度(70、120cm)显著高于上层(30cm),尤其是在萝卜生长季.当前的灌溉条件下,不同年度、不同生长季土壤NO₃^--N淋失量的多少与土壤水分的下渗量密切相关,且输入的氮素中有30%以上以NO₃^--N的形式淋失掉.施肥区地下水NO₃^--N浓度显著高于未施肥区,且65.5%的水样超过WHO规定的上限(11.3mg/L).总之,经过连续2a的春小麦与萝卜复种可使表层土壤NO₃^--N含量明显降低,但由于中、下层土壤剖面中残留大量的NO₃^--N,因此在当前灌溉措施下,短期内NO₃^--N淋失是不可避免的.     

土壤水分和氮素水平对春小麦水分与氮素利用效率的影响

以抗旱性不同的三个春小麦品种为材料,研究它们在不同水氮水平下水分利用效率(WUE)和氮素利用效率(NUE)的变化,探讨二者间的相关性。结果表明:三个品种中,和尚头和定西35号的WUE相当,而定西35号的NUE最高。三个春小麦品种叶片NUE均随施氮量增加而降低,整株水平的NUE与氮素水平负相关。施氮量对春小麦叶片光合作用的瞬时WUE影响不显著,整株WUE与施氮量显著正相关。水氮耦合作用对春小麦NUE具有重要影响,整株NUE对水分条件的响应表现出明显的氮水平依赖性。春小麦品种氮素利用和水分利用两个生理过程之间存在"负偶联"关系。     

内蒙古河套灌区春小麦苗期生态系统CO2通量变化研究

在内蒙古河套灌区用连续自动采样箱的方法对不同施肥方式下的春小麦生态系统CO2净交换(NEE)进行观测,发现苗期(出苗-拔节期)春小麦生态系统主要是一个CO2净交换逐渐增大,固定碳逐渐增加的过程.在速效肥条件下,春小麦生态系统苗期CO2净交换的变化为-390.20～901.25 mg·m-2·d-1,日呼吸量在-800.35～-5865.22 mg·m-2·d-1;缓释肥负荷下CO2净交换变化为-206.00～1258.36 mg·m-2·d-1,日呼吸量在-407.02～-4986.52mg·m-2·d-1."-"表示从生态系统中丢失碳.从CO2净交换中减去生态系统的呼吸速率就得到植物的光合速率.采取缓释的施肥方式可以减少苗期CO2释放.此外,用气象因子包括瞬时光合有效辐射(PAR)、空气温度和土壤温度等对光合速率和呼吸速率构建简单的模型去模拟CO2通量的变化速率.结果表明,PAR与大气温度和10cm土壤温度分别是制约苗期春小麦生态系统呼吸和光合速率的主要因素.     

人工湿地对提高春小麦抗逆性的作用

黄河上游白银段,污水灌溉导致了春小麦的抗逆性下降。研究利用人工湿地处理受污黄灌水的春小麦,对提高春小麦抗逆性的作用。结果显示:人工湿地能够高效降低重金属在灌溉水中的含量,从而显著的(P<0.05)提高了春小麦的抗逆性,减轻了氧化损伤。因此,人工湿地可用于灌溉水的前处理中,以达提高灌溉水质量,从而减轻污灌水对春小麦的危害,确保农作物的安全和清洁生产。     

内蒙古河套灌区春小麦挥发性有机物排放特征

于2021年5月下旬至6月中旬,采用动态箱采样法对内蒙古河套灌区17种春小麦排放生物源挥发性有机物(BVOC)进行了研究,同时记录了温度、湿度和光合有效辐射(PAR)等参数.结果表明:内蒙古河套灌区春小麦主要排放异戊二烯、α-蒎烯和甲苯,生长期其排放率分别为(0.85~39.31),(2.60~14.32)和(6.41~35.39)ng/(g·h),成熟期其排放率分别为(1.75~7.99),(1.11~5.81)和(1.91~25.61)ng/(g·h);生长期异戊二烯、单萜烯类和BTEX标准状态(T=303K,PAR=1000µmol/(m²·s))下排放率分别为(12.92±5.14),(11.98±7.13)和(23.13±7.32)ng/(g·h),成熟期分别为(2.47±0.64),(5.73±1.19)和(14.23±5.27)ng/(g·h),生长期的排放率明显大于成熟期;一定环境温度和PAR范围内,河套灌区春小麦BVOC排放率与环境温度和PAR均呈指数相关,具有明显的日变化特征,但环境温度超过45℃时会抑制其BVOC排放率.     

腾格里沙漠东南缘春小麦生态系统养分平衡研究

对不同养分类型（养分平衡、养分亏缺、养分严重亏缺）春小麦生态系统养分平衡研究表明，第一类型的生物产量和籽粒产量最高，籽粒中氨、磷、钾含量最多；第二类型的生物产量、籽粒产量较低，籽粒中氮、磷、钾含量较少；第三类型生物产量、籽粒产量最低，籽粒中氮、磷钾含量最少，研究还表明，春小麦养分平衡与土壤中氮、磷含量有关，春小麦从土壤中吸收钾，主要依赖于本身的吸收能力。     

利用小麦三叶期毒害效应指标表征成熟期籽实产量Ni毒害的探讨

为探明小麦三叶期幼苗和成熟期籽实产量的Ni毒害效应及其相互关系,实现小麦作物Ni毒害的早期诊断,以春小麦"冀张春3号"为材料,采用盆栽试验方法,研究了外源Ni对小麦三叶期幼苗生长发育和成熟期籽实产量的影响,并对小麦三叶期和成熟期的生理指标进行相关分析.结果表明,外源Ni投加量100 mg·kg~(-1),茎叶干质量和籽实产量无明显下降(p0.05),茎叶中可溶性糖含量(p0.05)和硝酸盐含量(p0.01)增加,茎叶干鲜比值增加;Ni投加量≥100 mg·kg~(-1),茎叶干质量、可溶性糖、硝酸盐含量和成熟期籽实产量均明显下降(p0.05或p0.01),茎叶中淀粉和抗坏血酸含量明显增加(p0.05或p0.01),茎叶干鲜比值下降.土壤中各形态Ni与小麦三叶期幼苗中Ni呈显著正相关(p0.01),土壤和幼苗中Ni与茎叶干质量、可溶性糖和籽实产量均呈显著负相关(p0.05或p0.01),表明小麦三叶期幼苗毒害和成熟期籽实产量下降是由作物体内Ni毒害造成的且无观察效应浓度(NOEC)一致;同时试验观察到小麦三叶期幼苗茎叶干质量、可溶性糖和硝酸盐含量变化与成熟期籽实产量呈显著正相关关系(p0.05或p0.01),表明利用小麦三叶期幼苗Ni毒害效应指标表征成熟期籽实产量Ni毒害是可行的.试验确定外源Ni对小麦成熟期籽实产量的无观察效应浓度为:土壤全Ni含量为139.08 mg·kg~(-1),土壤有效态Ni(DTPA提取)含量为21.59 mg·kg~(-1),小麦茎叶Ni含量为15.37 mg·kg~(-1),小麦根系Ni含量为361.78 mg·kg~(-1).