土壤水分胁迫对作物的生长发育、生理特征及其产量影响的研究

论文摘要

水资源紧缺是一个世界性的难题,作物对水分胁迫响应的研究亦涉及到水资源的高效利用,因此也显得尤为重要。然而作物在受到水分胁迫时却表现出非常复杂的过程,在不同的反应阶段作物适应干旱的机制也是不尽相同的。因而研究水分胁迫下作物各阶段不同的生理生态指标的变化规律,利用作物本身的生理节水与抗旱能力,以有限水量的投入获得最大效益,为揭示作物高效用水机制提供科学依据。本试验在西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室的灌溉试验站进行,选取我国北方广泛栽培的大田作物冬小麦和夏玉米为试验材料,进行了不同水分条件下、不同水分胁迫时期的非充分灌溉试验。分析研究了冬小麦、夏玉米的生长发育、干物质积累与分配、产量和水分利用效率等,结果表明:（1）不同处理间株高相比有差异但不明显,总的来说冬小麦株高与土壤含水量成正比关系。拔节期为冬小麦株高上升增高的敏感期,任何程度的水分胁迫均能抵制冬小麦株高生长,且伴随土壤水分胁迫程度加剧而表现出增大的趋势。从整个生育期来说,拔节前期短暂的水分胁迫不影响株高生长,中后期复水可使其恢复到正常高度;拔节中后期为影响株高的需求水分的关键期,拔节中期最为关键,短暂的水分亏缺能明显降低株高增长量。抽穗期结束后,小麦株高大体上已不再变化,灌水对小麦茎秆伸长已不起作用。干旱胁迫造成冬小麦绿叶面积的伤害很大,且随着水分胁迫程度加剧而增大,各生育期也均呈现出明显的规律性。水分胁迫严重的处理叶面积绝对值小,并且后期变黄、衰退的也早。（2）土壤水分胁迫处理下冬小麦叶片叶绿素相对含量经过了一个先升高后降低的过程。在返青-拔节期到灌浆-成熟期,各处理间冬小麦叶片叶绿素相对含量无明显差异。在灌浆-成熟期后,各个处理冬小麦叶片叶绿素相对含量均呈快速下降趋势且各处理间表现出明显差异。水分胁迫对生长、发育造成严重影响,对于干物质的积累、运转、分配也产生严重影响,故在生产上应尽量避免发生重度或甚至中度水分胁迫。（3）随着土壤水分胁迫程度的加剧,冬小麦地上部分干物质积累以及籽粒产量受到的抑制作用也逐渐加大。灌浆期是冬小麦最终经济量形成的关键生育期,此生育期的干旱缺水会对其籽粒灌浆过程产生一定的负影响。本试验结果表明,冬小麦籽粒灌浆过程在重度水分胁迫处理下会明显缩短灌浆时间,灌浆所达到的峰值也较土壤水分适宜的低。即使冬小麦生育前期供水得到满足,而在孕穗、抽穗和灌浆期任一生育期内干旱缺水都会影响冬小麦灌浆持续时间,在很大程度上减少穗粒数,降低粒重,最终影响产量。因此,为了尽量减少冬小麦产量的损失,轻度的水分胁迫可允许发生在冬小麦拔节前期,而灌浆期则应保持一定的土壤含水量,使冬小麦灌浆顺利进行。土壤水分胁迫从冬小麦的干物质生产和籽粒形成的物质来源两方面影响其产量,使小麦产量下降。同时适度的水分胁迫在复水后可以加快贮存在营养器官中的物质向籽粒中转移,从而也弥补了产量的下降。为此在冬小麦适当生育期,适宜减少灌溉次数和灌水量并不明显影响产量,且能提高水分利用效率。（4）夏玉米从出苗到抽穗末期株高逐日增加,而后生育期内株高基本不在变化。其中拔节—抽穗期为夏玉米株高增速最快时期。夏玉米的整个生育期内,干旱胁迫对其株高的增大均有抑制作用。在生育前期不同土壤含水量对株高的影响较小,拔节期后株高的生长速率随着水分胁迫的加剧出现差异。在夏玉米灌浆期之前,茎粗一直呈增长趋势,到灌浆期以后茎粗不再变化甚至略微减少。拔节期是夏玉米茎粗增长最快的时期。茎粗的减少程度随水分胁迫的强弱而呈现出同步变化的趋势,干旱处理下的茎粗均较充分供水处理的小。夏玉米在整个生育期内,各个处理的单株叶面积的动态变化均呈现抛物线形,且单株最大叶面积大致出现在开花期前后。生育期前半期叶面积增长较快,后半期稳定且逐渐衰退,并随着水分胁迫的加剧衰退速度加快。（5）夏玉米地上部分干重在整个生育期内是一个逐渐增加的过程,无论土壤水分如何变化,均大致呈现出“S”型增长曲线,即为慢-快-慢的生长趋势。其在三叶-拔节期地上部分干物重增加相对缓慢;拔节-抽穗期干物重增加加快;抽穗-灌浆期前期干物重增加较快,后期则趋势变缓;灌浆-成熟期干物质增加相对平缓甚至保持不变或稍有减少。拔节-抽穗期和抽穗-灌浆期为夏玉米地上部分干重对水分较敏感的时期。夏玉米的生长发育处于高温季节,整个生育内需水量较多,产量与土壤水分含量密切相关但并非完全呈直线关系,夏玉米对水分的需求有适度的界限。在三叶-拔节期中度水分胁迫处理,在其后复水,不仅不会减产,还会高产甚至增产,同时也可以起到节水的目的。试验还表明,土壤水分胁迫对夏玉米生长发育、干物质积累以及产量形成的影响有明显的阶段性,水分胁迫处理对夏玉米生育后半期的影响强度大于生育前半期。因此说明夏玉米节水的主要阶段在其生育前半期,当然生育后半期的水分管理也不容忽视。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 非充分灌溉研究进展
• 1.2.2 水分胁迫条件下作物光合特性的研究进展
• 1.2.3 水分胁迫下作物形态结构特性的研究现状
• 1.2.4 水分胁迫对作物产量影响的研究现状
• 1.2.5 水分胁迫与耗水量关系的研究进展
• 1.2.6 作物生长模拟研究现状
• 1.3 存在的问题与不足
• 1.4 研究内容
• 1.5 研究方法与技术路线
• 第二章 材料与方法
• 2.1 试验区概况
• 2.2 试验方案设计
• 2.3 试验小区布置
• 2.4 试验设备
• 2.5 研究项目与测定方法
• 2.5.1 土壤含水量的测定
• 2.5.2 作物生育期观测
• 2.5.3 地上部分生物量的测定
• 2.5.4 光合系统指标的测定
• 2.5.5 叶绿素相对含量的测定
• 2.5.6 灌浆过程的测定
• 2.5.7 气象资料的观测
• 2.6 数据处理及统计分析方法
• 第三章 水分胁迫对冬小麦生理生态及产量等的影响
• 3.1 土壤水分胁迫下冬小麦形态指标的变化
• 3.1.1 土壤水分胁迫下冬小麦株高的变化动态
• 3.1.2 土壤水分胁迫下冬小麦叶面积的变化动态
• 3.2 土壤水分胁迫下冬小麦叶绿素的变化动态
• 3.3 土壤水分胁迫对冬小麦光合特性的影响
• 3.3.1 水分胁迫对旗叶光合速率的影响
• 3.3.2 土壤水分胁迫对冬小麦蒸腾速率的影响
• 3.3.3 土壤水分胁迫对冬小麦气孔导度的影响
• 3.3.4 冬小麦气孔导度分别与光合速率和蒸腾速率的关系
• 3.4 土壤水分胁迫下冬小麦地上部分干物质积累
• 3.5 土壤水分胁迫下冬小麦成熟期干物质分配
• 3.6 土壤水分胁迫下冬小麦籽粒灌浆特性
• 3.6.1 冬小麦籽粒灌浆进程的Logistic 曲线拟合
• 3.6.2 土壤水分胁迫下冬小麦灌浆特性分析
• 3.7 土壤水分胁迫对冬小麦产量及其构成因子的影响
• 3.8 土壤水分胁迫对冬小麦水分利用效率的影响
• 3.9 本章小结
• 第四章 水分胁迫对夏玉米生理生态及产量的影响
• 4.1 土壤水分胁迫对夏玉米生长发育特性的影响
• 4.1.1 不同处理条件下夏玉米株高变化规律
• 4.1.2 不同处理条件下夏玉米茎粗的变化规律
• 4.1.3 不同处理条件下夏玉米叶面积的变化规律
• 4.2 土壤水分胁迫对夏玉米地上部分物质积累的影响
• 4.3 土壤水分胁迫下夏玉米的产量以及水分利用效率
• 4.3.1 不同处理对夏玉米各生育期农田阶段耗水量的影响
• 4.3.2 不同水分处理对夏玉米产量及水分利用效率的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.1.1 土壤水分胁迫对冬小麦的生长发育、生理特征及产量的影响
• 5.1.2 土壤水分胁迫对夏玉米的生长发育、生理特征及产量的影响
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介