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施氮对中国棉田产量和水分利用效率影响的Meta分析

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农业机械学报 2023年第12期54卷 316-326页

作者：蔡焕杰李府阳赵政鑫张学桂刘轩昂王茂东西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学中国旱区农业节水研究院陕西杨凌712100

为系统分析不同气候条件、土壤基础条件和农田管理措施条件下施氮对棉花产量和水分利用效率的影响,收集了国内外已发表的103篇中英文文献,筛选其中37篇文献,共获得301组产量和127组水分利用效率数据。基于Meta分析方法定量分析了不同生... 详细信息

为系统分析不同气候条件、土壤基础条件和农田管理措施条件下施氮对棉花产量和水分利用效率的影响,收集了国内外已发表的103篇中英文文献,筛选其中37篇文献,共获得301组产量和127组水分利用效率数据。基于Meta分析方法定量分析了不同生产条件下施氮对棉花产量和水分利用效率的影响,同时利用偏相关分析找出施氮条件下棉花产量和水分利用效率的主要影响因素。结果表明,以不施氮为对照,施氮能够显著提高棉花的产量和水分利用率。在年均降水量200~500 mm的地区施氮对产量和水分利用率的提高作用最为明显,效应量分别为34.02%和54.15%;施氮对产量和水分利用率的提高作用均随着日照时数的增大而增大。当土壤pH值为6~8时,施氮对棉花产量和水分利用效率的提高作用最为明显,效应量分别为28.52%和24.59%;在不同土壤质地中施氮对产量和水分利用效率的提高作用均表现为在砂土中效应量最大,分别为46.71%和26.29%;随着施肥频次的增加,施氮对棉花产量和水分利用率的提高作用逐渐增大;施氮对产量的提高作用随灌水量的增加而增加,对水分利用率的提高作用随灌水量的增加呈先增加后降低趋势。当施氮量为300~450 kg/hm2时,施氮对产量和水分利用效率的提高作用最为明显;当种植密度为1.5×10^(5)~2.5×10^(5)株/hm^(2)时,施氮对产量和水分利用效率的促进作用最为明显,效应量分别为38.48%和16.46%。施氮量和土壤pH值是施氮条件下棉花产量的主要影响因子;施氮量和灌水量是施氮条件下棉花水分利用效率的主要影响因子。本研究结果可为不同生产条件下棉花实现高产高效提供参考。

关键词：棉花产量水分利用效率施氮 Meta分析

毛乌素沙地黑沙蒿水分利用效率环境调控:从叶片到生态系统

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应用生态学报 2024年第4期35卷 997-1006页

作者：翟树琛王天娇李鑫豪郝少荣贾昕查天山刘鹏北京林业大学水土保持学院北京100083 宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站宁夏盐池751500 北京林业大学水土保持国家林业局重点实验室北京100083

水分利用效率(WUE)是预测气候变化对生态系统碳、水循环过程的关键指标。以往研究多从单一观测尺度对WUE响应环境的变化进行探究,鲜有研究对不同观测尺度WUE如何响应环境进行论述,这限制了对跨尺度碳水循环的深入理解。本研究选取毛乌... 详细信息

水分利用效率(WUE)是预测气候变化对生态系统碳、水循环过程的关键指标。以往研究多从单一观测尺度对WUE响应环境的变化进行探究,鲜有研究对不同观测尺度WUE如何响应环境进行论述,这限制了对跨尺度碳水循环的深入理解。本研究选取毛乌素沙地优势种黑沙蒿群落,于2022年6—10月,利用固定样地测定与原位连续监测方法对黑沙蒿的光合与蒸腾特征进行观测,分析黑沙蒿叶片、冠层和生态系统水分利用效率季节特征及其环境影响因素。结果表明:叶片水分利用效率(WUE_(L))与冠层水分利用效率(WUE_(T))和生态系统水分利用效率(WUE_(E))的季节变化差异明显。WUE_(L)在6月较大,在8、9月较小,波动范围为0.73~2.98μmol·mmol^(-1);WUE_(T)和WUE_(E)在6月最小,在7、8月最大,波动范围分别为0.10~7.00和0.06~6.25μmol·mmol^(-1)。WUE_(L)与气孔导度呈显著负相关;WUE_(T)与冠层导度和土壤含水量呈显著正相关,与饱和水汽压差呈显著负相关;WUE_(E)与10 cm土层土壤含水量(SWC_(10))呈显著正相关。结构方程模型表明,SWC_(10)和空气温度通过调节气孔导度影响净光合速率和蒸腾速率进而影响WUE_(L);饱和蒸气压差和SWC_(10)通过调节蒸腾速率对WUE_(T)产生影响;土壤含水量、空气温度和饱和蒸气压差通过调节生态系统总初级生产力对WUE_(E)产生影响。未来碳水循环的模型拟合应充分考虑环境因子对不同观测尺度WUE的影响路径与强度。

关键词：黑沙蒿水分利用效率季节变化环境调控

改进WHCNS模型模拟耕作方式对作物生长和水分利用效率的影响

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农业工程学报 2022年第14期38卷 117-126页

作者：任健王同朝梁浩关小康胡克林中国农业大学土地科学与技术学院农业农村部华北耕地保育重点实验室北京100193 河南农业大学农学院郑州450046 河海大学农业科学与工程学院南京210098

耕作改变了土壤物理特性,进而影响了作物生长和水分利用,定量研究不同耕作方式下的农田土壤水分动态与作物生长过程是制定合理耕作制度的基础。该研究在土壤水热碳氮模拟模型(Soil Water Heat Carbon Nitrogen Simulator,WHCNS)的基础... 详细信息

耕作改变了土壤物理特性,进而影响了作物生长和水分利用,定量研究不同耕作方式下的农田土壤水分动态与作物生长过程是制定合理耕作制度的基础。该研究在土壤水热碳氮模拟模型(Soil Water Heat Carbon Nitrogen Simulator,WHCNS)的基础上耦合了EPIC(Erosion-Productivity Impact Calculator)模型的土壤耕作模块,构建了适用于不同耕作方式的土壤水热碳氮过程模拟模型。利用华北平原南部河南商丘试验站2015—2017年实测的不同耕作方式下(深耕、免耕和轮耕)的土体储水量、叶面积指数、地上部干物质质量和产量数据对改进后的WHCNS模型进行了校验和模拟效果评价,并模拟分析了不同耕作方式对冬小麦和夏玉米农田蒸散量、作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,所有处理的土体储水量、叶面积指数和地上部干物质质量模拟值与实测值的相对均方根误差均小于30%,一致性指数均大于等于0.90,纳什系数均大于等于0.58,决定系数均大于等于0.90,作物产量模拟值与实测值的决定系数达到0.99。与深耕和免耕相比,轮耕的两季冬小麦蒸散量分别降低了8.8%~10.8%和13.8%~21.0%,水分利用效率分别提高了6.7%~9.4%和15.7%~24.9%。与深耕和轮耕相比,免耕的两季夏玉米蒸散量分别降低了12.5%~12.9%和20.7%~22.2%,水分利用效率分别提高了13.4%~15.2%和29.1%~31.3%。耕作方式对产量的影响并不明显。总体而言,改进后的WHCNS模型可以较好地模拟华北平原不同耕作方式下土壤水分与作物生长的动态过程。

关键词：蒸散作物土壤耕作方式产量 WHCNS模型水分利用效率

亚热带林地恢复过程的植物多样性与水分利用效率变化

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地理研究 2024年第3期43卷 776-790页

作者：樊荣徐含锋李超张航张欢陈磊王宁练西北大学城市与环境学院陕西省地表系统与环境承载力重点实验室西安710127 四川大学生命科学学院成都610064

受扰动的森林系统可以通过一系列演替过程进行修复,其中植物物种多样性变化是评估演替进程的重要指标,而植物的水分利用效率又是了解土壤水分条件对林带恢复影响的直观指标。因此,解析林带恢复(演替)过程中植物多样性变化与水分利用效... 详细信息

受扰动的森林系统可以通过一系列演替过程进行修复,其中植物物种多样性变化是评估演替进程的重要指标,而植物的水分利用效率又是了解土壤水分条件对林带恢复影响的直观指标。因此,解析林带恢复(演替)过程中植物多样性变化与水分利用效率差异,对了解林带恢复过程的控制因素及森林生态系统的保护和可持续发展具有重要的意义。然而,中国相关研究大多集中于温带大陆性山地气候林带,亚热林带水热状况截然不同,但相关研究仍较欠缺。在此基础上,本研究选取受严重人为/自然灾害影响的四川小寨子沟自然保护区,通过传统的样地植被调查和辛普森指数、贝格-派克指数、香农指数等生物多样性指标,归纳不同林型的植被演替过程中物种多样性的变化规律;结合叶片稳定碳同位素方法,对其不同演替阶段三种林型(原始林、次生林和人工林)的植物水分利用效率差异进行分析。结果表明不同林型演替具有阶段性差异,原始林演替阶段最高,但水分胁迫和氮营养竞争较强,植被的生长受到限制;人工林物种单一阶段最低,优势种的氮营养竞争是限制该林型植被生长的主控因子;而次生林由于恢复时间较长,处于较高演替阶段,氮营养和水分充足,植被生长较快。

关键词：亚热带林带小寨子沟自然保护区植被演替植物多样性指数稳定碳同位素水分利用效率

长白山阔叶红松林5种主要树种水分利用效率与叶片养分特征

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应用生态学报 2022年第2期33卷 304-310页

作者：田金园袁凤辉关德新吴家兵王安志中国科学院沈阳应用生态研究所中国科学院森林生态与管理重点实验室沈阳110016 中国科学院大学北京100049

以长白山阔叶红松林中5种优势树种(红松、水曲柳、色木槭、蒙古栎、紫椴)为研究对象,利用稳定碳同位素技术分析了植物的水分利用效率(WUE),测定了叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)3种营养元素的含量用以分析植物对养分的利用特征,并综合分析了植... 详细信息

以长白山阔叶红松林中5种优势树种(红松、水曲柳、色木槭、蒙古栎、紫椴)为研究对象,利用稳定碳同位素技术分析了植物的水分利用效率(WUE),测定了叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)3种营养元素的含量用以分析植物对养分的利用特征,并综合分析了植物WUE与叶片养分含量之间的关系。结果表明:冠层不同位置微气象因子的差异导致WUE存在差异,4个阔叶树种的WUE表现为上层>中层>下层,红松的WUE表现为上层>下层>中层。树种间WUE的差异表现为常绿针叶树种红松的WUE大于两个散孔材阔叶树种(紫椴和色木槭),小于两个环孔材阔叶树种(水曲柳和蒙古栎),复叶树种水曲柳具有最高的WUE,红松当年生新叶显著高于老叶。常绿针叶树种红松当年生新叶及老叶的碳含量、C/N均显著高于其他4个阔叶树种,氮含量和N/P显著低于4个阔叶树种,红松老叶的磷含量显著低于4个阔叶树种,当年生新叶的磷含量与阔叶树种差异不显著。5个树种WUE与叶片C含量的相关性较差,与叶片N含量均呈正相关,常绿针叶树种和落叶阔叶树种的WUE与叶片P含量之间的相关性相反。

关键词：阔叶红松林稳定碳同位素水分利用效率叶片养分

宁夏盐池县生态系统水分利用效率时空特征及其影响因素

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干旱区研究 2024年第4期41卷 650-660页

作者：马龙龙易志远魏采用周峰李明涛乔成龙杜灵通宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地宁夏银川750021 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏银川750021 宁夏回族自治区遥感调查院宁夏银川750021 宁夏回族自治区矿产地质调查院宁夏银川750021

水分利用效率(WUE)是衡量植物光合固碳和水分消耗之间权衡关系的重要指标。研究区域植被WUE的时空变化特征对区域生态恢复、水资源的合理利用与开发等方面至关重要。本研究基于MODIS的GPP和ET数据评估2000—2019年盐池县植被WUE的时空... 详细信息

水分利用效率(WUE)是衡量植物光合固碳和水分消耗之间权衡关系的重要指标。研究区域植被WUE的时空变化特征对区域生态恢复、水资源的合理利用与开发等方面至关重要。本研究基于MODIS的GPP和ET数据评估2000—2019年盐池县植被WUE的时空变化特征及其主要的影响因子。结果表明:(1)2000—2019年盐池县的ET和GPP分别以7.61 mm·a^(-1)和7.23 g C·m^(-2)·a^(-1)的速率显著增加,空间上呈西北高东南低的分布特征,具有较强的空间异质性。(2)近20 a,盐池县植被WUE变化范围在0.80~1.11 g C·kg^(-1)·H_(2)O之间,多年均值为0.91 g C·kg^(-1)·H_(2)O,年际变化不显著;从空间上来看,全县WUE存在较强的异质性,高值主要分布在东北部,低值位于西南部。(3)近20 a,宁夏盐池县WUE在空间上有54.70%的区域呈上升趋势,主要分布在东北部;45.30%的区域以下降趋势为主。未来,盐池县61.48%区域的植被WUE变化趋势具有较强的同向持续性;而38.52%的区域将会发生逆转。(4)在不同研究时段,各土地利用类型的WUE均表现为:林地>耕地>草地。(5)在年际尺度上,植被WUE与GPP呈显著正相关关系,而与ET不相关;GPP的变化主要与ET、NDVI和降水呈显著正相关关系。这表明盐池县植被恢复在增强植被生产力的同时,也加剧了区域水分消耗,为盐池未来生态植被重建和水资源的合理开发提供了科学依据。

关键词：水分利用效率总初级生产力蒸散荒漠草原生态恢复宁夏

CO_(2)浓度增加和水分亏缺对典型绿肥植物光合性能及水分利用效率的影响

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应用生态学报 2022年第4期33卷 995-1002页

作者：郭大港李菲高晓东何娜娜赵西宁西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

探讨大气CO_(2)浓度和水分变化对3种典型绿肥植物光合性能及水分利用效率的影响,可为未来气候变化情形下草地生态系统适应性管理提供理论支持。本试验利用可精准控制CO_(2)浓度的人工气候室,设置400(自然大气)和800μmol·mol^(-1)(倍增... 详细信息

探讨大气CO_(2)浓度和水分变化对3种典型绿肥植物光合性能及水分利用效率的影响,可为未来气候变化情形下草地生态系统适应性管理提供理论支持。本试验利用可精准控制CO_(2)浓度的人工气候室,设置400(自然大气)和800μmol·mol^(-1)(倍增)两个CO_(2)浓度,80%土壤田间持水量(FC)(充分灌水对照)、55%~60%FC(轻度水分亏缺)、35%~40%FC(中度水分亏缺)、水分亏缺)4个水分梯度,研究CO_(2)浓度增加和水分亏缺对甘蓝型油菜、白三叶和紫花苜蓿叶绿素含量、气体交换参数及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:同一CO_(2)浓度下,与充分灌水对照相比,当土壤水分水分为55%~60%FC时,3种植物的叶绿素总含量无显著变化,而白三叶和紫花苜蓿的光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r))降低了6%~25%,但WUE无显著性差异。与大气CO_(2)浓度相比,CO_(2)浓度倍增使充分灌水处理下甘蓝型油菜的P_(n)显著降低了21.5%,而显著增加了轻度水分亏缺下3种植物的P_(n),且增加了中度水分亏缺下甘蓝型油菜和紫花苜蓿的P_(n),但只对重度水分亏缺下紫花苜蓿的P_(n)有所改善;CO_(2)浓度倍增显著增加了白三叶和紫花苜蓿在所有水分处理下的WUE,但只增加了甘蓝型油菜在轻度水分亏缺下的WUE。CO_(2)浓度和水分的交互作用对3种植物的P_(n)均有显著影响,但仅对甘蓝型油菜的WUE有显著影响。综上,3种植物对大气CO_(2)浓度倍增和水分亏缺的响应存在明显差异,CO_(2)浓度升高能改善轻度水分亏缺对3种植物光合性能和WUE的不利影响,但只改善了重度水分亏缺下紫花苜蓿的光合性能。

关键词： CO_(2)浓度倍增水分亏缺气体交换参数水分利用效率

青藏高原植被水分利用效率时空变化及与气候因子的关系

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应用生态学报 2022年第6期33卷 1525-1532页

作者：崔茜琳何云玲李宗善云南大学地球科学学院昆明650500 中国科学院生态环境研究中心北京100085

水分利用效率(WUE)是研究陆地碳水循环耦合的有效指标,青藏高原是我国最重要的生态安全屏障,了解WUE的特征以及变化机制,对研究高原生态系统碳水循环和水资源合理利用有重要意义。本研究基于MODIS的总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,... 详细信息

水分利用效率(WUE)是研究陆地碳水循环耦合的有效指标,青藏高原是我国最重要的生态安全屏障,了解WUE的特征以及变化机制,对研究高原生态系统碳水循环和水资源合理利用有重要意义。本研究基于MODIS的总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,分析青藏高原WUE的时空变化特征以及气候因子对WUE的影响。结果表明:2001—2020年,在GPP和ET的共同作用下,青藏高原WUE呈上升趋势;WUE平均值较高的区域为高原东南部、东北部,低值区为高原中部。草地、沼泽、高山植被WUE呈增长趋势,灌丛、阔叶林、针叶林呈下降趋势。WUE与年均气温呈显著正相关,敏感性随着气温的升高而增加;WUE与年降水量呈非线性关系,降水量小于700 mm时,WUE对降水敏感性随着降水增加而减小,降水量大于700 mm,降水敏感性随着降水增加而增大。青藏高原超过75%的区域WUE与降水呈负相关,与气温相比,WUE受降水影响的面积更大,未来气候暖湿化将导致WUE降低。

关键词：青藏高原水分利用效率时空变化气候因子敏感性

加气对西北旱区膜下滴灌棉花生长与水分利用效率的影响

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农业工程学报 2022年第14期38卷 108-116页

作者：王振华韩美琪宋利兵宗睿温越武小荻石河子大学水利建筑工程学院石河子832000 现代节水灌溉兵团重点实验室石河子832000 农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室石河子832000

针对膜下滴灌棉田土壤根际低氧胁迫抑制棉花水分利用问题,探讨不同生长阶段加气灌溉对棉花生长发育及水分利用的影响。研究设置了苗期、蕾期、花铃期、蕾期+花铃期、苗期+蕾期+花铃期5个加气阶段,以生育期不加气为对照进行田间试验。结... 详细信息

针对膜下滴灌棉田土壤根际低氧胁迫抑制棉花水分利用问题,探讨不同生长阶段加气灌溉对棉花生长发育及水分利用的影响。研究设置了苗期、蕾期、花铃期、蕾期+花铃期、苗期+蕾期+花铃期5个加气阶段,以生育期不加气为对照进行田间试验。结果表明:花铃期加气土壤呼吸和土壤温度峰值较其他处理延后,使加气效果得到延长,更好地改善了土壤环境,在获得最大产量的同时,水分利用效率也最高。土壤氧气含量对棉花产量的影响程度最大,且花铃期土壤氧气含量对产量和水分利用效率的正面影响均大于其他生育期。因此,在棉花花铃期进行加气灌溉是缓解覆膜造成的棉花根际低氧胁迫,提升棉花产量与水分利用效率的最佳时期。研究结果对揭示加气灌溉对棉花生长的影响机制及进一步提高水土资源利用率提供了理论依据。

关键词：棉花土壤温度膜下滴灌加气灌溉呼吸速率水分利用效率