[目的]探讨和田地区设施温室葡萄品种光合和叶绿素荧光日变化特征,综合评价其光合能力强弱,为该地区温室葡萄引种及栽培管理措施制定提供参考依据.[方法]以新疆和田地区设施温室引入的6个葡萄品种为材料,测定各品种光合有效辐射(PAR)、叶绿素相对含量(SPAD)、光合与叶绿素荧光参数,并利用主成分分析对各鲜食葡萄品种光合能力进行综合性评价.[结果](1)设施温室PAR在不同位置总体表现出棚前＞棚后＞棚中,在不同架面位置总体表现为架上＞架中＞架下.(2)葡萄叶片SPAD值在不同架面位置表现为架上＞架中＞架下,在品种间由高到低依次为'克瑞森无核''夏黑''新郁''户太八号''阳光玫瑰''妮娜女皇'.(3)各品种叶片Pn、Gs、Tr均呈现出双峰形日变化曲线,Gi总体呈现U形或W形日变化规律;Fv/F.与Fv/Fm总体上呈现先下降后上升的日变化规律.(4)6个葡萄品种的光合能力表现为'克瑞森无核'＞'夏黑'＞'阳光玫瑰'＞'新郁'＞'户太八号'＞'妮娜女皇'.[结论]'克瑞森无核'和'夏黑'相比其他品种有较高的Pn、Gs、Tr、Fo、Fm和较低的Fv/Fo与Fv/Fm,能够适应和田地区的高温与高光强设施环境.

目的:探究林下不同栽培模式的三叶青生长和光合特性的差异规律.方法:设置一年生三叶青林下地栽和袋栽2种模式,测定不同栽培模式下三叶青藤叶生长性状和光合特性的相关指标.结果:林下袋栽三叶青的主要农艺性状要优于林下地栽.袋栽模式下三叶青主茎长是地栽的3.04倍,林下袋栽的节数是地栽的2.09倍;林下袋栽模式下叶片的SPAD值和含氮量均显著高于地栽模式;2种模式下的光合指标之间变化趋势不尽相同,袋栽模式下叶片净光合速率、瞬时水分利用率、光合有效辐和叶面温度等指标均显著高于地栽模式;各个指标相关性分析表明三叶青的净光合速率与叶面温度呈显著正相关;光合有效辐射与SPAD值、叶片氮含量呈极显著正相关,与叶面温度呈显著正相关,而与主茎长和节数呈显著负相关.结论:林下袋栽模式下三叶青的生长和光合性能显著优于林下地栽,可为三叶青人工种植模式提供参考.

近地层臭氧(O3)已严重威胁到作物生产,而施肥可以调节土壤的养分平衡,进而促进作物生长.以两个水稻品种(徽两优898和南粳9108)为研究对象,利用开顶式气室,设置2个O3浓度处理(NF:环境大气为对照;NF40:环境大气+40 nmol/mol O3),每个O3处理下嵌套设置3个肥料处理(Ino:施无机肥处理,270 kg N hm-2 a-1;Red:减施无机肥30％处理,189 kg N hm-2 a-1;Com:有机无机肥配施处理,Red+有机肥鸡粪5000 kg hm-2 a-1),通过测定不同生育期水稻光合参数,探究不同肥料处理下O3对水稻不同生育阶段光合生理的影响.结果表明,NF40对水稻营养生长阶段的饱和光合速率(Asat)没有显著影响,而显著地降低了水稻灌浆期的Asat.基于两个水稻品种的Asat和相对叶绿素含量(SPAD)相对减少量与O3累积剂量关系的斜率,发现杂交稻徽两优898(Asat和SPAD的斜率:-1.55和-0.98)比常规稻南粳9108(Asat和SPAD的斜率:-0.92和0.06)对O3更敏感.此外,基于不同O3处理下水稻的气孔导度(gs)和胞间二氧化碳浓度(Ci),可以看出O3造成南粳9108光合速率降低的主要是非气孔因素,而徽两优898光合的降低是由气孔因素和非气孔因素共同限制.与Ino处理相比,Red处理主要通过降低叶片SPAD进而显著地抑制两种水稻品种的Asat,但Ino处理和Com处理间Asat没有显著差异,说明有机无机肥配施能部分缓解减施无机肥造成水稻光合的降低.O3和肥料处理对两个水稻的所有光合参数都没有显著的交互影响,表明短期有机无机肥配施并不能有效缓解O3对作物造成的负面影响.在O3污染背景下,研究结果可以为通过合理的农田氮肥管理措施减缓O3造成的作物减产提供理论依据.

在"第三次全国农作物种质资源普查与收集行动"项目中,调查和收集了四川省大豆地方种质资源,鉴定了 192份大豆种质资源的形态特征和主要农艺性状.收集的大豆种质资源来自四川省16个市(州)的41个县(区),集中分布在雅安市、乐山市、广元市、巴中市和泸州市.结果表明,大豆种质资源12个表型性状的变异系数范围在10.11％～57.62％之间,单株粒数的变异系数最大,叶绿素相对含量SPAD值的变异系数最小.相关分析结果表明,株高、茎粗、分枝数、单株荚数、单株粒数之间呈极显著正相关,百粒重与分枝数和单株荚数均呈极显著负相关.主成分分析提取到3个主成分,累计贡献率达76.29％,能够反映大豆种质资源表型性状的大部分信息.聚类分析将192份大豆种质资源划分为4个类群,分别具有高百粒重、多荚、高SPAD值和叶柄长等不同的特征,筛选出7份优异大豆种质资源.此外,四川省大豆种质资源籽粒颜色和籽粒类型丰富.本研究揭示了四川省大豆种质资源表型的遗传多样性,为高产大豆的亲本选择以及专用、特用大豆种质资源筛选提供理论依据.

[目的]褐飞虱Nilaparvata lugens种群监测的自动化和智能化尚未实现.本研究旨在探究水稻受褐飞虱危害后冠层光谱和温度以及叶片叶绿素相对含量与为害虫量的关系,建立基于高光谱、热成像和叶绿素等多信息融合的误差反向传播(back propagation,BP)神经网络监测褐飞虱的方法,为田间褐飞虱种群监测向自动化与智能化方向发展提供方法支持.[方法]在可控条件下利用方形塑料框培育水稻,并在分蘖期接入雌雄1:1配对的不同对数(0,1,2,3,4,5,6和7对)的褐飞虱雌、雄成虫,然后连续多次(接虫后16,27,32,44和60 d时)调查接虫区水稻上褐飞虱虫量(每4穴稻上个体数),并采用高光谱仪和热成像仪分别测定水稻冠层光谱反射率和冠层温度,利用土壤和植物分析仪器开发(soil and plant analyzer development,SPAD)叶绿素仪测定叶片叶绿素的相对含量(SPAD值);采用Pearson相关法分析各测量指标与褐飞虱虫量的相关性;采用多元散射校正对光谱反射率数据进行降噪处理;采用连续投影算法对高光谱反射率数据进行降维和敏感波段筛选;分别以光谱反射率单一信息及其与冠层温度和SPAD值融合后的多源信息为输入量,采用普通和加入粒子群算法优化的BP神经网络建模,构建褐飞虱为害不同时段后种群大小的神经网络监测模型.[结果]褐飞虱为害后水稻冠层光谱在近红外的730-930 nm波段反射率、水稻冠层温度与气温的差值(冠气温差)和叶片的SPAD值均与褐飞虱虫量呈显著负相关.利用连续投影算法筛选出的冠层光谱敏感波段处反射率并降噪后建立的BP神经网络监测5个危害时段褐飞虱虫量的预测集决定系数R2在0.504～0.892之间;融合冠层光谱、冠气温差和叶片SPAD值等多信息建立的BP神经网络监测褐飞虱虫量的预测集R2提升到0.640～0.975;在多源信息基础上再选用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法优化BP神经网络后监测褐飞虱虫量的精度提高,预测集R2提升到0.931～0.991,模型预测效果好.[结论]基于水稻冠层高光谱与热成像和叶片SPAD值等多信息融合的PSO-BP神经网络方法监测褐飞虱虫量的精度高、效果好,有望用于田间褐飞虱种群的自动监测.

目的:探索旱作区调节蒙古黄芪土壤水热、促进蒙古黄芪冠层发育和抗旱增收的栽培模式.方法:采用裂区设计,设置立旋耕和普旋耕2种旋耕方式,黑膜、玉米秸秆和露地栽培3种覆盖方式,研究立旋耕和地表覆盖对蒙古黄芪土壤水热、冠层发育及产量的影响.结果:因种子成熟期蒙古黄芪耗水量较大,其0～100 cm 土壤贮水量低于苗期和花期,但立旋耕覆黑膜和普旋耕覆黑膜两个覆膜处理在苗期至种子成熟期0～100 cm 土壤贮水量均显著高于普旋耕+露地栽培(CK);不同处理苗期至种子成熟期8:00、14:00和18:00不同深度土层温度均呈先增加后降低的趋势,其中立旋耕覆黑膜处理与CK的土壤温差在花期最高(5.5℃);不同处理苗期至种子成熟期蒙古黄芪冠层温度均表现为CK最高,立旋耕覆黑膜处理最低;蒙古黄芪各生育期叶片叶绿素含量相对值(SPAD值)、叶面积指数(LAI)、单根鲜重、产量和经济收益均以立旋耕覆黑膜处理最高,立旋耕露地栽培、立旋耕覆黑膜和立旋耕覆秸秆处理各指标均显著高于CK.结论:立旋耕结合地表覆盖可使蒙古黄芪处于相对稳定的土壤水热环境中,尤其立旋耕覆黑膜是促进旱作区蒙古黄芪冠层发育、提高土壤水热和产量的重要栽培模式.考虑到覆黑膜会对环境造成污染,立旋耕露地和覆秸秆栽培模式可代替覆黑膜应用于蒙古黄芪的栽培生产中.

植物叶功能性状的变异模式以及相关关系一直是解析植物对气候变化响应机制的关键,然而不同生长型阔叶植物间叶片结构性状和光合生理性状变异及相关性的异同性尚不清晰.该研究以典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林中的优势或常见的18种阔叶植物为研究对象,通过测量4个结构性状(叶面积(LA)、叶片厚度(LT)、叶干物质含量(LDMC)和比叶质量(LMA))和4个光合生理性状(叶绿素值(SPAD)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和净光合速率(Pn)),分析了在不同生长型阔叶植物叶片结构性状和光合生理性状的变异及相关性.结果表明:不同生长型植物叶功能性状的变异范围为7.73％-74.54％,其中种间变异是LA和LT的主要变异来源,Ci、SPAD、LDMC以及LMA的变异主要由生长型驱动,Gs和Pn变异的主要来源是种内;不同生长型叶功能性状间存在显著差异,其中草本的LA、LT和Ci显著高于灌木和乔木,乔木的LMA、LDMC、SPAD、Pn和Gs显著高于灌木和草本;不同生长型之间Pn和LMA、LDMC之间具有显著的异速生长关系,且斜率大于1,而SPAD和LA、LT、LDMC、LMA,Ci与LT、LDMC、LMA之间则呈斜率小于1的异速生长关系;草本采取"快速投资-收益"型(获取型)策略,相对而言,乔木采取"缓慢投资-收益"型(保守型)策略,灌木采取介于乔木与草本之间的资源利用策略,这可能与不同生长型植物所处环境的光照条件有关.植物叶片结构性状和光合生理特征的变异及相互关系的研究对于揭示植物资源获取与分配策略具有重要意义.

为研究植物工厂环境下不同光强对陆地棉(Gossypium hirsutum L.)生长发育的影响,本试验在植物工厂内,以陆地棉品种湘FZ001为试验品种,采用16 h光照、8 h暗期循环,设置3种光强处理(L1为450 μmol?m-2?s-1,L2为600 μmol?m-2?s-1,L3为750 μmol?m-2?s-1),测量棉花的各器官干重,使用直尺测量棉花株高,用SPAD-502叶绿素仪测量棉花叶片的叶绿素相对含量,使用Flour Pen 110测量棉花的初始荧光(F0)、最大荧光(Fm)等6个叶绿素荧光参数.L1光强处理下棉花的叶绿素相对含量和株高最大,L2光强处理下棉花的根干重最大,3种光强处理下的棉花茎、叶和单株总重从高到低依次为L3>L2>L1,F0和Fm从高到低依次为L1>L2>L3,最大光化学量子产量(Fv/Fm)从高到低依次为L2>L3>L1.同一光强处理下棉花的光化学猝灭系数(qp)、有效量子产量(φPSII)变化曲线相同,3种光强处理下棉花的qp、非光化学猝灭(NPQ)、φPSII在生长前期差异不大,后期差异较大.从生长后期来看,3种光强处理下棉花的qp、φPSII从高到低依次为L3>L2>L1,NPQ从高到低依次为L2>L3>L1.棉花单株总干重、茎干重、叶干重在高光强下较大,光强太高或太低都会抑制棉花根的生长,低光强可促进棉花的株高.与L1和L3光强处理下的棉花相比,L2光强适宜棉花的生长,既避免了棉花植株间争光,也避免了光抑制现象,叶绿素含量适中,使得棉花的光化学效率最高.本研究可为棉花工厂化生产和棉花育种加速器研发与应用提供指导.

[目的]探索节水、控水方式调控苹果水分高效利用效率的机制,优化渭北苹果主产区节水、丰产和增收的管理方式.[方法]以陕西省咸阳市乾县铁佛镇果友协会试验站8年生'烟富3号/T337'苹果树为试材,设置充分灌溉(灌溉后土壤相对含水量为75％)和轻度亏缺灌溉(灌溉后土壤相对含水量为50％)2个灌水量水平,组成果实生长期和膨大期均充分灌溉(CK)、果实生长期和膨大期均轻度亏缺灌溉(W1)、果实生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉(W2)及果实生长期充分灌溉和膨大期轻度亏缺灌溉(W3)4个灌溉模式处理,测定春梢生长指标、果实品质指标和果实产量指标,计算水分利用效率、灌溉水利用效率、果实综合评价满意度,以明确最佳的亏缺灌溉方式.[结果](1)苹果新梢长度及叶片叶绿素相对含量(SPAD)在各处理间无显著性差异,而其春梢直径在各处理下显著降低.(2)与CK相比,单果质量在W1处理下显著降低了 10.3％,果实可滴定酸含量在W2处理下显著降低14.7％,果形指数和可溶性固形物含量在3种水分亏缺灌溉处理下均无显著变化.(3)W1处理能显著提高果皮黄色值b*,W2处理能显著提高果皮色泽饱和度C*,而各亏缺灌溉处理对果皮亮度值L*和红绿值a*均无显著影响.(4)与CK相比,果实产量在各亏缺灌溉处理下降低13.4％～24.7％,但仅W1处理降幅达显著水平;果树灌溉水利用效率在各亏缺灌溉处理均不同程度提高,但仅W1处理显著提高了 38.0％;果树耗水量和水分利用效率在各亏缺灌溉处理下无显著性差异.(4)果实综合评价满意度表现为W2＞CK＞W3(W1).[结论]陕西渭北地区苹果在生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉(W2)模式下果实的综合评价满意度最高,果实产量、单果重无显著变化,而果实品质较优,果树水分利用效率较高.

实时、准确获取叶绿素含量信息对及时了解农作物受害程度、指导农业生产和估测产量等具有重要意义.为探索受渍冬小麦各层叶片叶绿素相对含量(SPAD)的最优估测模型,本研究设置排灌可控的冬小麦渍害胁迫梯度微区试验,分析了15个常用高光谱特征指数与SPAD的相关关系,并对基于多元线性回归、支持向量机、BP神经网络、决策树和随机森林模型的受渍冬小麦各层叶片SPAD的估算结果进行了对比分析.结果表明:短期渍水(≤3d)对冬小麦分层叶片的SPAD值影响不明显,当渍水时间大于9 d时,SPAD值随着渍水时间的增加降低较为明显,在生长后期为0;15个高光谱特征指数与SPAD均达到极显著相关水平(P＜0.05),其中Ctr2、Dy、NDVI和SIPI 4个指数与SPAD的相关性最好,其相关系数的绝对值分别达到0.880、0.868、0.868和0.833;与基于L1、L2和L3层叶片SPAD相比,基于平均SPAD的高光谱估算结果最好,其R2达到0.719;与其他4个估算模型相比,随机森林模型可较好地估算各层叶片的SPAD值,其R2、RMSE、RE分别为0.824,4.359和2.96％.可见,利用高光谱信息进行受渍冬小麦SPAD估算时可采用平均SPAD值,且基于随机森林模型的估算结果较好.