宽幅精播技术节水高产理论机制仍不明确.本研究于2017-2019年小麦生长季,以'济麦22'为试验材料,在测墒补灌节水栽培条件下,设置宽幅精播、常规条播两种种植方式和20、25、30 cm3种行距,研究了种植方式对小麦根系生物量、衰老特性、水分利用特性、棵间蒸发量和籽粒产量的影响,以探索宽幅精播种植方式对小麦根系生理特性、耗水特性及籽粒产量的影响.结果表明:宽幅精播条件下行距为25 cm处理(K25)0～20和20～40 cm 土层根重密度、根系可溶性蛋白含量、根系活力较其他处理分别提高7.2％～23.9％、8.7％～25.1％、10.7％～29.9％和 7.3％～27.6％、8.0％～38.5％、15.2％～32.7％;同一行距下,宽幅精播处理土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例显著高于常规条播处理,而灌溉量和棵间蒸发量低于常规条播处理;K25处理开花至成熟期耗水量及耗水模系数显著高于其他处理,籽粒产量、水分利用效率和灌水利用效率也显著高于其他处理.综上,本试验条件下采用基本苗180～270株·m-2、行距25 cm是黄淮海麦区宽幅精播种植方式下节水高产的适宜种植模式.

植被降水利用效率(PUE)是评价植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标.以年净初级生产力(NPP)数据、年降水量数据为基础,利用地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,计算并研究了 2000-2020年青海湖流域植被降水利用效率时空分布格局及其地形效应,结合年均气温、年均地表温湿度、年生长季光合有效辐射吸收系数和年植被覆盖度等数据,探讨了PUE与各因子间的相关关系.结果表明:(1)青海湖流域单位像元(1 km2)PUE平均值在0.4-0.7 gC m-2 mm-1间变化,平均为0.54 gC m-2 mm-1,且在年际间无显著变化趋势(R2=0.05,P≥0.05).在空间上,青海湖流域多年PUE平均值环湖呈现不均匀分布,除青海湖东岸外,PUE值随湖面距离增大呈减小趋势;其高值区主要集中分布在青海湖西岸和南岸的半环区;年PUE变化趋势的斜率值为-0.05-0.04 gC m-2 mm-1 a-1,其中显著变化的区域占流域面积的29.63％.(2)青海湖流域多年PUE平均值在海拔效应和坡度坡向两种不同微地形效应下表现出明显的差异.海拔每升高50 m,PUE值将减少0.02 gC m-2 mm-1;随坡度增加,PUE值呈降低趋势,平坡至险坡(＞45°)的变化范围为0.3-0.61 gC m-2 mm-1;不同坡向PUE值表现为由东北坡向西南坡递减,范围为0.52-0.56 gC m-2 mm-1.(3)在空间上,青海湖流域PUE值与地表温度、光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数相关性较为明显.沿海拔梯度,空气温度和地表温度与PUE呈极显著正相关(R2=0.94,P＜0.01;R2=0.98,P＜0.01),光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数与PUE显著正相关(R2=0.89,P＜0.05;R2=0.90,P＜0.05;R2=0.86,P＜0.05),地表土壤湿度与PUE无显著相关性(R2=0.16,P≥0.05).评估了青海湖流域植被降水利用效率的特征及其与各因子间的相关关系,明确了植被对降水的利用能力及其耗水特性,可为青海湖流域植被保护和国家公园建设提供理论参考.

为探究黄淮冬麦区测墒补灌节水条件下协同提高小麦产量和水氮利用效率的氮肥管理措施,以小麦品种'烟农1212'为材料,在拔节期和开花期将各处理 0～40 cm土层土壤相对含水量均补灌至 70%条件下,设置3 个施氮水平,即150(N1)、210(N2)和 270 kg·hm-2(黄淮冬麦区常规施氮量,N3),研究施氮量对小麦开花后旗叶光合特性、13 C同化物积累与转运及水氮利用效率的影响.结果表明:N2和N3处理开花后14～35 d旗叶光合能力显著高于N1处理,N2与N3处理间差异不显著.13 C同位素示踪结果显示,N2处理开花后营养器官13C同化物转运量比N1和N3处理分别高 12.1%和 7.1%,成熟期13C同化物在籽粒中的分配量比N1和N3处理分别高10.1%和5.3%.施氮量亦调节了小麦不同生育阶段的耗水量、耗水模系数和总耗水量,小麦全生育期耗水量表现为N2与N3处理无显著差异,但均显著高于N1处理,N2处理拔节至成熟期阶段耗水量和耗水模系数均较高.N2处理水分利用效率比N3和N1处理分别高 7.5%和 4.8%,籽粒产量比N3和N1处理分别高4.7%和10.9%,氮肥偏生产力比N3处理高 34.6%.综合考虑小麦籽粒产量和水氮利用效率,施氮量为210 kg·hm-2处理为研究区测墒补灌节水条件下的最佳施氮量.

为了探讨东北雨养区不同颜色地膜覆盖与种植密度对春玉米干物质积累和产量的影响机制,以良玉99为试验材料,设置3种覆盖处理(裸地、无色透明地膜和黑色地膜覆盖)和5个种植密度(60000、67500、75000、82500和90000株·hm-2)完全组合的田间小区试验,对春玉米水热效应、干物质积累和产量性状等进行分析.结果表明:黑膜覆盖明显提高拔节后玉米干物质积累量和生物量,其生物量较其他处理增加3.2％～8.2％;成熟期生物量随着种植密度的增加先增大后减小,以82500株·hm2最大,较其他密度处理增加5.2％ ～28.3％.无色透明地膜覆盖处理的前期平均土壤温度较其他处理分别提高0.4～2.7℃,加快了生育进程,提高了玉米茎叶干物质转运量(T)、转运率(TE)和对籽粒产量贡献率(TC);叶和茎+叶干物质的T、TE和TC均以60000株·hm-2密度处理最大,而茎干物质转运效果以75000株·hm-2最优.在抽穗期,黑膜处理的耗水量和日耗水强度最大,分别较其他处理增加10.6％ ～ 14.9％和10.6％～24.5％;耗水量和日耗水强度均以90000株·hm-2密度处理最大,较其他处理分别高6.8％～15.7％和7.0％～20.0％.黑膜和82500株·hm-2密度处理组合明显提高了玉米的水分利用效率,较其他处理增加了4.6％～40.9％,其产量较其他处理增加3.0％ ～ 39.7％.在抽穗期,玉米茎叶干物质量与玉米产量和产量构成要素的相关性最大;茎叶干物质量每减少1 kg· hm-2,群体产量下降约0.79 kg·hm-2;茎叶干物质量每降低10％,产量下降10％左右.在增加种植密度的基础上,采用黑色地膜覆盖可以增加春玉米于物质积累量、提高春玉米产量和水分利用效率.

试验于2013-2014和2014-2015年连续2个生长季在自动控制干旱棚内的隔离池中进行,拔节期设3个灌水梯度,灌水量分别为0(J0)、37.5(J1)、75mm(J2),扬花期设3个灌水梯度,灌水量分别为0(F0)、37.5(F1)、75 mm(F2),灌浆期所有处理均按75 mm灌溉,共9个处理,研究不同灌溉模式对小麦中后期不同生育阶段植株生长、耗水量、水分利用效率、光合特性和产量构成因素的影响.结果表明:拔节期干旱(0和37.5 mm)显著降低了小麦扬花期的净光合速率和拔节后的叶面积,扬花期的灌水量直接影响扬花期后的旗叶净光合速率;拔节期干旱扬花期补水和扬花期干旱灌浆期补水都可以有效提高植株的干物质量;拔节期灌水量越多,全生育期耗水量越大;除J1F2外,全生育期灌水量越大,耗水量越大,产量也越高;J1F2处理产量和水分利用效率最高.扬花期充足的灌水量使J1F2处理具有较高的花后旗叶净光合速率,此期补偿性灌溉加快了干物质积累,也保证了较高的穗粒数,使其最终产量高于J2F2处理或与之持平,同时J1F2拔节期较低的灌水量降低了小麦生育中后期的耗水量,其水分利用效率也显著高于其他处理.综上,J1F2是小麦生育中期理想的水分处理组合.

在2014-2015年遮雨棚下种植甘薯品种‘济薯21’,以全生育期正常灌水(WW)为对照,研究了全生育期(DS)、发根分枝期(DS1)、蔓薯并长期(DS2)和快速膨大期(DS3)干旱胁迫对甘薯光合作用、产量和耗水特性的影响.结果表明:DS、DS1、DS2和DS3的生物产量分别比WW降低31.3％、21.2％、19.6％和7.7％,收获指数分别降低19.9％、14.5％、14.1％和6.5％,薯干产量分别降低45.3％、33.1％、31.3％和14.2％.栽后100 d,DS、DS1、DS2和DS3的叶面积系数分别比WW减少77.1％、60.1％、39.2％和17.1％;栽后90 d,叶片光合速率分别比WW降低56.7％、26.6％、18.7％和9.5％.干旱胁迫降低了甘薯垄间的日蒸发量、蒸腾速率、耗水量和日耗水量,降低了土壤水利用效率而提高了灌溉水利用效率.干旱胁迫通过降低叶面积系数和光合速率,减少了生物产量及其向块根的分配,进而导致薯干产量显著降低.干旱胁迫时间越早、持续时间越长,对叶面积系数和光合速率,以及生物产量和收获指数的不利影响越大、导致减产幅度越大,水分利用效率越低.在有限的灌水条件下,甘薯生产中应尽可能减少前期干旱.

研究品种之间群体耗水特性的差异及其关键影响因素,为品种耗水特性评价与低耗水品种鉴选方法提供依据.选用水分亏缺条件下产量差异不显著,但耗水量差异极显著的冬小麦品种晋麦47和京41 1及其15个近等基因系为实验材料.利用防雨池和防雨棚开展实验,模拟水分亏缺条件.监测全生育期土壤水分含量,计算总耗水量,收获后测定籽粒产量,计算水分利用效率(WUE).同时,分别在拔节-孕穗期、抽穗-开花期和灌浆期3个不同生育期监测冠层-大气温度差值(CTD)、叶片蒸腾速率和气孔导度.结果表明,3个不同生育期,15个近等基因系及其亲本之间,CTD均达到显著差异.CTD的方差分析表明,基因型和年份均对不同生育期的CTD有显著影响,但是二者之间仅在抽穗-开花期存在互作(P=0.0002).15个近等基因系及其亲本之间耗水量存在显著差异,产量没有显著差异.源于耗水量的差异,部分品种/系之间WUE达显著差异.3个不同生育期,15个近等基因系及其亲本之间,CTD与总耗水量均呈极显著负相关关系.抽穗-开花期最高,2012-2013年度和2016-2017年度分别达到0.7042和0.6095.叶片蒸腾速率和气孔导度与群体总耗水量之间相关性很弱,3个生育期均未达到显著水平.对该组近等基因系材料,影响群体总耗水量的关键因素不是叶片蒸腾生理特性,而是群体冠层生长特性.表明构建合理的群体冠层结构不仅是获得高产的途经,而且是调控群体总耗水量,提高品种水分利用效率的重要途径.

2015-2016年在西北黄土高原半干旱区进行大田定位试验,以‘陇春35号’为试验材料,设全膜覆土穴播(PMS)、全砂覆盖穴播(SM)和露地穴播(CK)3个处理,分析旗叶光合特性、春小麦耗水特性和产量构成因子之间的关系.结果表明:PMS和SM在0～300 cm土层的土壤贮水量在灌浆前分别较CK提高47.8和31.6 mm,灌浆期均较CK降低15.6 mm.PMS和SM提高春小麦挑旗-抽穗期和扬花-灌浆期的土壤耗水.PMS和SM的叶面积指数分别较CK提高59.0％ ～73.7％和40.1％～52.7％,叶片SPAD值分别较CK提高3.5％～28.4％和2.9％ ～23.9％.PMS的光合速率和气孔导度在春小麦挑旗、抽穗、扬花期分别较CK提高23.5％、33.0％、17.7％和32.6％、76.4％、66.9％,灌浆期分别较CK降低26.2％和16.4％;PMS和SM的气孔限制值在抽穗、扬花、灌浆期分别较CK降低14.6％、23.9％、22.3％和25.7％、29.8％、17.4％.叶片瞬时水分利用效率PMS在挑旗期较CK提高57.8％,扬花期降低11.2％.PMS的表观量子效率在抽穗、扬花期分别较SM和CK增加22.6％、18.7％和26.8％、14.3％.PMS和SM春小麦的株高和产量构成因子均显著高于CK,且在干旱年份增幅较大;PMS的产量较CK和SM分别提高36.2％和8.7％,水分利用效率分别提高9.4％和3.4％.因此,PMS和SM提高了小麦灌浆前土壤贮水,加剧了挑旗到抽穗和扬花到灌浆期的耗水,提高了小麦叶片SPAD值和叶面积指数,增强了小麦灌浆前旗叶光合功能,促进“库”的建成和同化物的转运,实现增产和水分高效利用.PMS在丰水年份的增产潜力和干旱年份的适应能力比SM更强.

于2016-2018年小麦生长季,在山东省兖州市史家王子村进行田间试验,供试品种为‘济麦22’,在150(N1)、180(N2)和210(N3) kg·hm-23个施氮量下,拔节期设置畦灌和撒施追氮(W1)及微喷带灌溉和追氮水肥一体化(W2)两种灌溉施氮方式,研究了测墒补灌条件下灌溉施氮方式对小麦水分利用、光合特性及干物质积累与转运的影响.结果表明:同一施氮量条件下,W2两年度灌浆期7日平均棵间蒸发量均显著低于W1处理,60～160 cm土层土壤水分消耗量显著高于W1处理;W2两年度开花后14、21和28 d的旗叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著高于W1处理;W2开花期和成熟期干物质积累量及小麦开花后干物质积累在籽粒中的分配显著高于W1处理;W2两年度总耗水量与W1处理均无显著差异,籽粒产量、水分利用效率和氮肥利用效率显著高于W1处理,施氮量为210 kg· hm-2的籽粒产量、水分利用效率和氮肥利用效率最高.综合考虑,同一施氮量水平下,微喷带灌溉和追氮水肥一体化处理优于畦灌和撒施追氮处理,总施氮量210 kg·hm-2、拔节期采用微喷带灌溉和追氮水肥一体化的N3W2处理是本试验条件下节水节肥的最优处理.

利用便携式光合测定系统Li-6400,在人为浇水至土壤水分饱和后的自然耗水过程中,分析2年生绿竹盆栽苗叶片在连续多级土壤水分下的光合作用光响应过程.结果表明:在土壤相对含水量53.5％～95.6％条件下,绿竹光合作用光响应过程不会受到明显的强光抑制,且在相对水分亏缺条件下(53.5％ ～69.6％)达到更高的光合作用水平,而在严重水分亏缺后(土壤相对含水量≤33.6％)产生明显光抑制.在对绿竹叶片逐步失水过程的光响应拟合中,直角双曲线模型对净光合速率(Pnmax)的拟合值远高于实测值;直角双曲线模型、非直角双曲线模型和指数模型3种模型拟合的光饱和点(LSP)远低于实测值.在严重水分亏缺阶段,3种模型对光响应曲线拟合存在较大误差.气孔限制值(Ls)及瞬时水分利用效率(WUEinst)具有相似的阈值响应过程,表现为随着土壤相对含水量减少而先增大后减小,且最大值出现在53.5％ ～69.6％条件下,这一结果与光合作用光响应过程取得Pnmax的土壤相对含水量范围相同,具有一定的表征意义.绿竹旱涝管理最佳的土壤相对含水量为53.5％～69.6％,较高土壤含水量下(69.6％～95.6％)绿竹也有良好的光合表现.直角双曲线修正模型对绿竹在相对含水量为23.1％ ～ 95.6％条件下的光合作用光响应过程拟合较好,而其余3种模型均有局限性.