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利用气体交换参数预测萎蔫系数的方法研究

利用气体交换参数预测萎蔫系数的方法研究

作者：周谷西北农林科技大学

学位级别：硕士

萎蔫系数(PWP)是确定土壤有效水范围、植物有效性、土壤水分时空演变等的变量,常定义为水分特征曲线上土壤水势-1.5 MPa时的含水量。最近研究表明,萎蔫系数受土壤质地和植物耐旱机制的影响,PWP可能发生在小于-1.5 MPa的含水量下,即比经... 详细信息

萎蔫系数(PWP)是确定土壤有效水范围、植物有效性、土壤水分时空演变等的变量,常定义为水分特征曲线上土壤水势-1.5 MPa时的含水量。最近研究表明,萎蔫系数受土壤质地和植物耐旱机制的影响,PWP可能发生在小于-1.5 MPa的含水量下,即比经典值更干燥的环境下。因此,基于土壤性质的测量结果存在着不确定性,而基于植物叶片形态的机器视觉有着图像信息处理的困境。为此,本研究引入了一种基于植物性状的优化方法,通过植物对土壤含水量响应,即气体交换参数的临界值获取PWP。本研究分为2步骤,一是确定优化法的可行性和准确性,二是探讨有机质和土壤质地对该方法的具体影响。主要结论如下:(1)在三次函数拟合下,土壤水分有效性下限阈值在四种土壤、四种植物、多种有机质含量中呈现出相同规律:气孔导度g先于光合速率P、蒸腾速率T对土壤水分做出响应,对水分具有更高的敏感度;气孔导度作为指标时,水分有效性的下限阈值从高到低依次为:中粘土(红壤)>砂粉土(黑土)>轻砂土(黄绵土)>砂壤土(紫色土)>重砂土(沙黄土)。此外,土壤质地、植物类型、有机质含量显著影响萎蔫系数(P萎蔫系数与土壤水分有效性的下限阈值呈现相同规律,表明砂粒相对含量越高土壤萎蔫系数越小,黏粒相对含量越高萎蔫系数越大;4种植物的萎蔫系数由高到低依次为:大豆、向日葵、羊草、苜蓿,表明植物愈耐旱,其永久萎蔫系数越低;萎蔫系数和土壤有机质含量存在正相关关系,有机质含量增加时重砂土的萎蔫系数增幅大于中粘土。轻砂土在植物永久萎蔫时对应的水势均低于经典值(-1.5Mpa),中粘土处于经典值附近。(2)植物气体交换参数(P、T、g)对土壤水分的临界响应值可准确预测萎蔫系数,即三次函数拟合下土壤有效水下限阈值与实测萎蔫系数具有数值上的一致性。P和T动态变化确定的土壤有效水下限与实测值的拟合方程分别可解释总变异都在93%以上,其斜率与1的最大偏差为0.07,证明两者都可作为指标进行萎蔫系数的测定。但气孔导度(g)作为评价指标时,R在0.94以上,与萎蔫系数线性关系的斜率较前两者都更为靠近1,与实测萎蔫系数具有高度一致性,证实了气体交换参数预测萎蔫系数的可行性。在该方法中,将更有代表性的气孔导度对土壤含水量的反应与实测萎蔫系数联系起来,不仅保证了植物在测量过程中的存活,还是一个简单易行的原位测定方法。此外,水分特征曲线法预测的萎蔫系数与气体交换参数预测的萎蔫系数进行比较,在轻砂土上利用气体交换参数预测的相对误差小于水分特征曲线,但在中粘土上两种预测方法都适用。(3)基于气体交换参数预测萎蔫系数的准确性受到有机质含量和土壤质地的影响。有机质与相对误差呈线性关系,为负相关:有机质含量越高,土壤预测精度越高;在中粘土上使用该方法的相对误差小于在重砂土使用的相对误差。砂粒相对含量与使用新方法的相对误差呈负相关,粉粒、黏粒与相对误差为正相关。但在原位测定时,并不代表低砂粒含量、高粉粒和高黏粒含量的土壤,使用该方法测定萎蔫系数时就一定具有高精度。砂粒含量降低或是粉粒、黏粒含量增加时,其对应的相对误差先降低,过了临界含量后增加。相对颗粒组成的临界值分别为砂粒35.63%、粉粒39.10%、黏粒25.27%,土壤为沙壤土时使用新方法预测精度最高。新方法提出测定8次以上的关键观测(包含气孔导度和对应土壤含水量),即可准确预测萎蔫系数;田间测量时段集中在降雨后和长期干旱后,预测值与传统生物法实测值的相对误差小于6%。因此,推广至原位测量时,新测定方法能正确预测萎蔫系数,进而减少了原位测定的人力物力需求。

关键词：萎蔫系数气体交换参数气孔导度土壤质地有机质

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自然干旱胁迫下盆栽勋章菊萎蔫系数测定

北方园艺 2013年第9期 67-69页

作者：周晓慧王韡戴斌吴阳清陆小平苏州大学金螳螂建筑与城市环境学院江苏苏州215123

以从国外引进的勋章菊品种"日出"和"星白"为试材,研究了自然干旱胁迫下2个勋章菊品种的蒸腾速率日变化、耗水量、存活天数及萎蔫系数。结果表明:在温度为32～35℃、紫外线照射强度为8级的条件下,胁迫第4天"日出"已死亡,而"星白"在干旱... 详细信息

以从国外引进的勋章菊品种"日出"和"星白"为试材,研究了自然干旱胁迫下2个勋章菊品种的蒸腾速率日变化、耗水量、存活天数及萎蔫系数。结果表明:在温度为32～35℃、紫外线照射强度为8级的条件下,胁迫第4天"日出"已死亡,而"星白"在干旱胁迫第5天出现死亡。二者的萎蔫系数分别为17.80%和14.80%。表明"星白"勋章菊有较强的抗旱性,为勋章菊在夏季景观应用中降低成本养护、节约水资源提供了参考。

关键词：蒸腾速率勋章菊萎蔫系数

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茶树叶水势、萎蔫系数与耐旱力的关系

茶叶 1999年第3期25卷 147-149页

作者：潘根生骆耀平钱利生浙江大学茶学系杭州310029

本文研讨厂“七五”以来新育成的浙农121等6个茶树良种叶水势和萎蔫系数与耐旱力的关系。结果表明：不同供水水平，不同茶树品种叶水势与美蔫系数的变化趋势大体一致；高湿、中湿条件下，叶水势变化小，低温条件下，叶水势变化明显，下... 详细信息

本文研讨厂“七五”以来新育成的浙农121等6个茶树良种叶水势和萎蔫系数与耐旱力的关系。结果表明：不同供水水平，不同茶树品种叶水势与美蔫系数的变化趋势大体一致；高湿、中湿条件下，叶水势变化小，低温条件下，叶水势变化明显，下降幅度大；叶水势高，萎蔫系数低的茶树品种，耐旱力较强。

关键词：茶树水势萎蔫系数耐旱力

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水曲柳等树种光合、耗水及萎蔫系数比较研究

林业科技 2010年第3期35卷 10-13页

作者：王晶英王展赵雨森东北林业大学黑龙江哈尔滨150040

对水曲柳等10个树种净光合速率、蒸腾速率的日变化和季节变化、耗水量以及萎蔫系数进行研究的结果表明,光合速率和蒸腾速率表现出明显的日变化和季节变化,具体的日变化趋势和季节变化规律存在差异,日均净光合速率旱柳>银中杨>紫丁香>白... 详细信息

对水曲柳等10个树种净光合速率、蒸腾速率的日变化和季节变化、耗水量以及萎蔫系数进行研究的结果表明,光合速率和蒸腾速率表现出明显的日变化和季节变化,具体的日变化趋势和季节变化规律存在差异,日均净光合速率旱柳>银中杨>紫丁香>白榆>白桦>水曲柳>暴马丁香>黄菠萝>紫椴>胡桃楸;日均蒸腾速率旱柳>白榆>银中杨>黄菠萝>紫丁香>水曲柳>白桦>暴马丁香>紫椴>胡桃楸;单株年耗水量银中杨>旱柳>白桦>紫丁香>白榆>水曲柳>暴马丁香>紫椴>胡桃楸>黄菠萝。萎蔫系数胡桃楸>黄菠萝>旱柳>白桦>紫椴>银中杨>水曲柳>暴马丁香>白榆>紫丁香。

关键词：光合速率蒸腾速率耗水量萎蔫系数

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塞罕坝山杏幼苗萎蔫系数的研究

河北林业科技 2006年第6期 18-18页

作者：武玉梅塞罕坝机械林场河北围场068450

该文通过对塞罕坝山杏萌芽期10 cm、20 cm苗高时期萎蔫系数的研究,探索出了山杏在砾石土土壤条件下幼苗各个发育期对土地水分的最低要求,填补了山杏生态特性的部分空白,为山杏育苗及直播造林提供了重要依据。

关键词：山杏幼苗萎蔫系数

基于土壤水分有效性的主干结果型苹果园调亏灌溉制度研究

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基于土壤水分有效性的主干结果型苹果园调亏灌溉制度研究

作者：华丽丽塔里木大学

学位级别：硕士

南疆地处我国极端干旱区,水资源匮乏且时空分布不均匀。区域苹果园灌溉方式主要以大水漫灌为主,水分利用率较低。针对这一问题,本文以构建适宜南疆主干结果型苹果园的调亏灌溉制度、提高水分利用率为目标,于2022年在新疆生产建设兵团第... 详细信息

南疆地处我国极端干旱区,水资源匮乏且时空分布不均匀。区域苹果园灌溉方式主要以大水漫灌为主,水分利用率较低。针对这一问题,本文以构建适宜南疆主干结果型苹果园的调亏灌溉制度、提高水分利用率为目标,于2022年在新疆生产建设兵团第一师五团十一连开展苹果园调亏灌溉试验。试验共设置4个处理,即充足灌溉（W1）、轻度亏缺（W2）、中度亏缺（W3）和重度亏缺（W4）。基于土壤水分有效性,所有灌溉处理的灌溉上限均为田间持水量(θ,单位:cmcm)即相对含水量100%;试验将土壤易效水与难效水的分割点作为土壤水分亏缺阈值,即充足灌溉处理的灌溉下限,其对应的相对含水量为75%;萎蔫系数为植物发生永久萎蔫时对应的土壤含水量,对应为重度亏缺处理的灌溉下限,其对应的相对含水量为45%;因此,土壤难效水区间即土壤水分亏缺区间对应的相对含水量为75%-45%,将其三等分的分割点分别对应土壤水分轻度、中度、重度亏缺的临界值,因此,轻度亏缺和中度亏缺处理的灌溉下限对应的相对含水量分别为65%和45%。试验设计灌溉土层深度0-60 cm,实时监测土壤含水量的方式,当土壤相对含水量分别降低到75%、65%、55%和45%时,W1、W2、W3和W4处理分别开始灌溉。试验研究了不同灌溉处理对土壤水分变化、耗水量、果树生长生理、苹果产量与品质的影响,筛选了适宜的灌溉制度。研究主要结果如下:（1）灌溉水是果树耗水的主要来源。生育期内0-60 cm土层的土壤水分变化幅度高于60-120 cm土层的土壤水分变化幅度,果树根系吸收主要集中在0-60 cm土层,灌溉水是土壤耗水的主要来源。W1、W2、W3和W4处理的总灌水量分别为525.6、424.8、339.6和288.6 mm,对应的耗水量分别为574.8、477.6、396.6和344.4 mm。（2）土壤水分亏缺导致蒸腾速率和光合速率下降;适当的调亏灌溉可以起到抑制枝条生长的效果,增加叶片可溶性糖含量、MDA含量和POD活性,提高产量、改善品质。W1、W2、W3和W4处理对应的苹果产量分别为20707.5、226687.5、18465.0和18480.0 kg,W2处理的品质最优。（3）综合产量、品质、灌溉量与水分利用率等指标,适宜南疆主干结果型苹果园的调亏灌溉管理模式为轻度调亏灌溉,其灌溉制度为:（1）实时监测土壤含水量,当土壤相对含水量降低至65%时开始灌溉;（2）灌水定额（IWQ）的计算公式为IWQ mm=0.35×θ×H,式中,H=600 mm;（3）根据实际情况进行灌溉管理,无需设定具体的灌溉次数。

关键词：田间持水量萎蔫系数灌溉量耗水量水分利用率

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基于黄金分割点的土壤毛管水断裂量计算方法

浙江农业科学 2023年第2期64卷 489-491页

作者：华丽丽迟春明塔里木大学农学院塔里木大学南疆绿洲农业资源与环境研究中心新疆阿拉尔843300

为了解决毛管水断裂含量精准计算与土壤水分有效性准确评价问题。采用黄金分割点理论对土壤最大有效水分区间进行分割,建立了基于田间持水量(θ_(fc))与萎蔫系数(θ_(wp))计算土壤毛管水断裂含量(θ_(rc))的理论公式:(θ_(rc)-θ_(wp))/... 详细信息

为了解决毛管水断裂含量精准计算与土壤水分有效性准确评价问题。采用黄金分割点理论对土壤最大有效水分区间进行分割,建立了基于田间持水量(θ_(fc))与萎蔫系数(θ_(wp))计算土壤毛管水断裂含量(θ_(rc))的理论公式:(θ_(rc)-θ_(wp))/(θ_(fc)-θ_(wp))=0.618。该公式计算的θ_(rc)与最优分割法计算的θ_(rc)间存在极显著的线性相关关系(R^(2)=0.9997,P<0.001)。

关键词：毛管水断裂含量田间持水量萎蔫系数土壤水吸力

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温带半干旱地区草坪草与主要杂草抗旱性的比较研究

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生态学杂志 2005年第1期24卷 1-5页

作者：王艳荣赵利清邵元虎内蒙古大学自然资源研究所呼和浩特010021

测定温带半干旱区草坪草 (草地早熟禾 )和 6种主要杂草 (早开堇菜、止血马唐、鼠掌老鹳草、鹅绒委陵菜、欧亚旋复花、铺地委陵菜 )的萎蔫系数和干旱胁迫下的存活天数 ,根据耗水系数对 7种植物的抗旱性进行了比较。结果表明 ,止血马唐的... 详细信息

测定温带半干旱区草坪草 (草地早熟禾 )和 6种主要杂草 (早开堇菜、止血马唐、鼠掌老鹳草、鹅绒委陵菜、欧亚旋复花、铺地委陵菜 )的萎蔫系数和干旱胁迫下的存活天数 ,根据耗水系数对 7种植物的抗旱性进行了比较。结果表明 ,止血马唐的萎蔫系数最小 ,草地早熟禾的萎蔫系数次之 ,欧亚旋复花的萎蔫系数最大 ,草地早熟禾、止血马唐的萎蔫系数分别与欧亚旋复花、鼠掌老鹳草的萎蔫系数有显著差异。 7种植物的生理抗旱性大小依次是草地早熟禾 >止血马唐 >铺地委陵菜 >鹅绒委陵菜 >早开堇菜 >鼠掌老鹳草 >欧亚旋复花。

关键词：草坪草杂草萎蔫系数抗旱性

水分胁迫对引进牧草渗透调节物质及叶绿素荧光参数的影响

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西北植物学报 2007年第9期27卷 1826-1832页

作者：杨顺强任广鑫杨改河冯永忠张强西北农林科技大学农学院

通过盆栽控水试验,分析了8种美国引进禾本科牧草在不同水分胁迫下叶片的叶绿素、脯氨酸、可溶性糖含量和叶绿素荧光参数等的变化.结果表明,叶片叶绿素相对含量总体呈随水分胁迫程度加剧而降低的趋势,并在严重胁迫(HWS)下达到最低;在轻... 详细信息

通过盆栽控水试验,分析了8种美国引进禾本科牧草在不同水分胁迫下叶片的叶绿素、脯氨酸、可溶性糖含量和叶绿素荧光参数等的变化.结果表明,叶片叶绿素相对含量总体呈随水分胁迫程度加剧而降低的趋势,并在严重胁迫(HWS)下达到最低;在轻微水分胁迫(SWS)下各牧草脯氨酸含量增加缓慢,随水分胁迫的进一步加剧而急骤升高;可溶性糖含量随水分胁迫的加剧而持续增加;叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ均随水分胁迫加剧先升高后降低,在轻度水分胁迫下达到最大,但各草种间变异情况不同.运用隶属函数法所得牧草综合抗旱性强弱顺序为:Ⅳ>Ⅰ、Ⅷ>Ⅱ>Ⅴ>Ⅲ>Ⅵ>Ⅶ,运用萎蔫系数直接评价的抗旱性结果为:Ⅳ>Ⅷ>Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅴ>Ⅵ>Ⅶ,即猫尾草(Ⅰ)、无芒雀麦(Ⅳ)和新麦草(Ⅷ)抗旱性较强,而细茎披碱草(Ⅵ)、高冰草(Ⅶ)较差.

关键词：禾本科牧草抗旱性水分胁迫叶绿素荧光萎蔫系数