本文關鍵詞：基于作物葉片尺度水分高效利用的氣孔最優(yōu)調控機理研究與應用　出處：《中國農業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：為高效、精準調控作物蒸騰耗水,本研究以西北旱區(qū)典型C3作物(大豆和葡萄)和C4作物(玉米)為試驗對象,采用田間試驗和模型模擬相結合的方法,于2012～2015年在甘肅省武威市中國農業(yè)大學農業(yè)部作物高效用水武威科學觀測實驗站開展了田間作物氣孔-光合-蒸騰關系的試驗和新型抗蒸騰劑FZ在大豆上施用的效應試驗。分析了不同環(huán)境條件下氣孔在日尺度上的節(jié)律行為以及蒸騰速率、光合速率與氣孔導度的關系,探討了奢侈蒸騰的發(fā)生條件;建立了碳同化的邊際水分消耗λ與土壤水分的關系,改進了水分虧缺條件下的氣孔導度優(yōu)化模型,評價了改進后的模型(OSRM)與其他氣孔導度模型對大豆、葡萄和玉米葉片氣孔導度的模擬結果;推導出基于環(huán)境因子的最優(yōu)氣孔-光合-蒸騰耦合模型(OSRJ),量化了不同環(huán)境條件下奢侈蒸騰的可調控區(qū)間;并以指導生產實踐為導向,探索了新型抗蒸騰劑在西北旱區(qū)典型作物大豆上的調控效果。主要結果如下:(1)大豆、葡萄和玉米葉片在不同水分和天氣條件下氣孔導度、光合速率和蒸騰速率的日變化規(guī)律基本相似。土壤水分較高時,氣孔導度、光合速率和蒸騰速率的日變化同步,呈單峰曲線,峰值均出現在輻射最強的階段;大豆葉片在輻射穩(wěn)定階段會出現氣孔振蕩現象,振蕩頻率穩(wěn)定在7～16min。土壤水分較低時,大豆、玉米和葡萄葉片氣孔導度、光合速率和蒸騰速率的日變化不同步,在輻射穩(wěn)定階段均未出現氣孔振蕩現象。(2)明確了奢侈蒸騰的存在條件。作物奢侈蒸騰的存在與土壤水分狀況和光合有效輻射關系密切。只有土壤水分和環(huán)境光合有效輻射都比較高才會出現奢侈蒸騰。當土壤水分較高時,在典型晴天9:00～15:00作物葉片易出現奢侈蒸騰。(3)改進了基于氣孔和光合線性關系的氣孔導度優(yōu)化模型OSR,提高了大豆、葡萄和玉米全生育期葉氣孔導度的估算精度。對于不同年份大豆、葡萄和玉米葉氣孔導度,改進后的OSRM1和OSRM2模型估算比較穩(wěn)定,較之OSR模型、Jarvis模型和BBL模型估算精度平均分別提高了8%、37%和56%;在大豆、葡萄和玉米葉氣孔導度日變化的模擬上,無論是否水分虧缺,OSRM1和OSRM2模型估算精度最高。(4)建立了基于環(huán)境因子的最優(yōu)氣孔-光合-蒸騰耦合模型(OSRJ),量化了不同水分條件下大豆和葡萄葉片氣孔導度可調控區(qū)間。無論是大豆還是葡萄,嚴重虧水時,葉片氣孔導度在白天基本一直處于最優(yōu)狀態(tài)。中度虧水時,奢侈蒸騰一般出現在11:00-14:00。水分充足時,9:00-17:00出現奢侈蒸騰,如果用外源激素調控大豆葉片氣孔導度,使之在一天內平均降低23.4%,蒸騰速率會減小19.1%,光合速率降低0.9%,WUEi則提升41.5%。(5)評價了不同水分條件下噴施FZ的應用效果。常規(guī)灌溉條件下,結莢期噴施FZ分別提高超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)的活性38%和33%,但對氣孔開度、氣孔頻率氣孔導度、蒸騰速率和光合速率沒有顯著影響;從結莢期到鼓粒期連續(xù)3次噴施FZ分別提高子粒產量和水分利用效率23%和22%。虧缺灌溉條件下,結莢期噴施FZ后7天內氣孔導度和蒸騰速率顯著降低,但是光合速率和瞬時水分利用效率未受顯著影響;從結莢期到鼓粒期連續(xù)3次噴施FZ未顯著影響大豆最終生物量、耗水量、子粒產量和WUE。
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S311

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