水分不足是黄土高原地区农业生产和社会经济可持续发展的主要限制因素，在当前地膜覆盖技术广泛应用、部分地区降水就地利用已接近极值的情况下，科学认识植物本身对黄土高原多变低水环境的适应机制，通过生长环境控制和生物改良结合的技术途径实现大范围旱作高产稳产成为一个新的突破方向。本书是黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室旱农团队自2010年以来围绕这一问题所做工作的系统总结，全书分为旱地作物生产力稳定提升的分子生理机制、旱作农田生产力稳定提升的生物环境调控和旱地农业生产与全球变化三大部分，涵盖了从分子水平的研究到大田产量试验，再到小流域尺度等不同层次的研究成果，对指导干旱半干旱地区旱作农业生产具有重要科学价值。
样章试读
目录
- 序
前言
第一篇 旱地作物生产力稳定提升的分子生理机制
第1章 抗坏血酸及糖脂在提高植物抗逆中的作用3
1.1 抗坏血酸在植物抗逆中的作用3
1.1.1 抗坏血酸在植物中的作用及其再生途径3
1.1.2 铝胁迫引起植物的氧化伤害4
1.1.3 抗坏血酸在植物耐铝中的作用机理5
1.2 半乳糖脂在植物抗逆中的作用14
1.2.1 半乳糖脂在植物生长发育中的功能14
1.2.2 调节植物体半乳糖脂合成的关键酶16
1.3 半乳糖脂在提高植物抗盐中的作用17
1.4 半乳糖脂在提高植物耐低磷胁迫中的作用22
1.5 半乳糖脂在提高植物耐铝胁迫中的作用24
参考文献26
第2章 硅提高植物抗旱抗盐的作用机制32
2.1 硅通过调控水孔蛋白表达提高植物根系的水导增强吸水来提高植物抗旱能力35
2.2 硅通过缓解盐胁迫引起渗透胁迫提高植物的抗盐能力38
2.3 硅通过调控根系水孔蛋白表达.增强根系吸水能力缓解盐引起的渗透胁迫40
2.4 在干旱胁迫下硅调节多胺的累积和1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)的减少可能参与了硅提高植物的抗旱能力46
参考文献50
第3章 转抗逆基因甘薯对干旱和复水的生理响应54
3.1 转抗逆基因甘薯研究进展54
3.1.1 引言54
3.1.2 甘薯遗传转化体系的建立和转化方法 55
3.1.3 转化甘薯的主要抗逆基因56
3.2 PEG胁迫及复水对甘薯幼苗叶片光合系统和抗氧化酶系统的影响63
3.2.1 PEG胁迫及复水对甘薯幼苗叶片光合作用的影响63
3.2.2 PEG胁迫及复水对甘薯幼苗叶片抗氧化酶系统的影响68
3.3 PEG胁迫及复水对甘薯幼苗根系抗氧化酶系统及水力学导度的影响73
3.3.1 水分胁迫时间及复水对转基因和非转基因甘薯根系SOD活性的影响73
3.3.2 水分胁迫时间及复水对转基因和非转基因甘薯根系APX活性的影响74
3.3.3 水分胁迫时间及复水对转基因和非转基因甘薯根系CAT活性的影响75
3.3.4 水分胁迫时间及复水对转基因和非转基因甘薯根系水力学导度的影响76
3.4 土壤干旱对甘薯生长？产量？收获指数和水分利用效率的影响78
3.4.1 土壤干旱对转基因和非转基因甘薯生长的影响79
3.4.2 土壤干旱对甘薯生物量形成的影响80
3.4.3 土壤干旱对甘薯耗水量以及水分利用效率的影响80
3.5 转基因甘薯应用前景及目前抗性研究中存在的问题83
参考文献84
第4章 外源Ca2+调控玉米根系吸水的生理生态机制90
4.1 引言90
4.2 干旱及旱后复水条件下外源Ca2+对玉米幼苗生长？钙含量和水分状况的影响93
4.2.1 外源Ca2+对干物质积累和钙含量的影响93
4.2.2 外源Ca2+对玉米幼苗根系形态和解剖结构的影响95
4.2.3 外源Ca2+对玉米气体交换参数和叶水势的影响100
4.3 干旱及旱后复水下外源Ca2+对玉米根水分运输特性的影响103
4.3.1 外源Ca2+对玉米幼苗整根系导水率的影响103
4.3.2 外源Ca2+对玉米幼苗根皮层细胞导水率的影响104
4.3.3 外源Ca2+调控玉米幼苗根吸水特性的生理机制105
4.3.4 冠层水分状况？根吸水特性与整株水分平衡106
参考文献 107
第5章 不同抗旱性玉米和高粱品种水力结构特性比较112
5.1 供试材料的抗旱性评价114
5.1.1 压力-容积曲线 (PV曲线 )114
5.1.2 叶表皮导度115
5.1.3 快速离体过程中光合速率的变化115
5.1.4 产量及水分利用效率116
5.2 茎木质部水分传输效率及栓塞脆弱性118
5.2.1 玉米？高粱茎导水率及脆弱性曲线118
5.2.2 玉米？高粱茎木质部解剖结构特征120
5.3 叶木质部水分传输效率及栓塞脆弱性122
5.3.1 玉米？高粱的叶水分传输效率及对栓塞的脆弱性122
5.3.2 玉米？高粱的水力安全范围阈值124
5.3.3 玉米？高粱的水势和气孔导度日变化126
5.4 讨论128
5.4.1 茎水力学特性128
5.4.2 叶水力学特性130
5.5 下一步研究的问题132
参考文献136
第6章 植物整体水分平衡的调控142
6.1 引言142
6.2 不同抗旱性玉米品种维持整株水分平衡的策略差异145
6.2.1 形态与解剖结构差异145
6.2.2 叶气体交换参数和水分状况146
6.2.3 根系和叶导水率变化146
6.2.4 植物整合多方面特性以维持冠层失水147
6.2.5 维持叶片水分平衡的策略差异149
6.2.6 木质部薄壁细胞是否可以调节Kleaf151
6.2.7 根导水率的响应差异与整株水分平衡151
6.3 玉米根？叶导水率变化与ZmPIPs基因转录调节的关系152
6.3.1 短期水分胁迫下玉米叶片水分状况参数变化152
6.3.2 短期水分胁迫对玉米叶？根系以及整株导水率的影响152
6.3.3 短期水分胁迫下ZmPIPs基因的mRNA含量变化154
6.3.4 叶蒸腾与根？叶导水特性相互关系157
6.3.5 ZmPIPs参与调节根？叶导水阻力短期响应 159
6.3.6 通过调节ZmPIP1.2表达改变水分跨膜阻力的优势159
参考文献160
第7章 大穗型小麦品系高产生理机制研究165
7.1 大穗型小麦产量形成过程中光合特性的动态变化167
7.1.1 小麦产量及其构成因素的变化167
7.1.2 不同生育期小麦叶绿素含量的动态变化168
7.1.3 不同生育期小麦叶片光合速率变化169
7.1.4 不同生育期小麦叶片荧光参数变化169
7.1.5 不同生育期小麦叶面积系数的动态变化171
7.1.6 讨论172
7.2 大穗型小麦叶片性状与养分含量及氮素分配特征的研究173
7.2.1 小麦不同生育期旗叶比叶面积 (SLA )的变化173
7.2.2 小麦不同生育期旗叶干物质含量 (LDMC )的变化174
7.2.3 小麦不同生育期叶片营养元素平均含量的变化175
7.2.4 小麦抽穗期叶片性状与营养元素的相关性177
7.2.5 小麦成熟期氮素在小麦不同器官的积累与分配177
7.2.6 讨论180
7.3 大穗型小麦单穗及不同穗位籽粒灌浆过程研究181
7.3.1 小麦旗叶全展后光合速率的变化动态182
7.3.2 小麦籽粒千粒重动态变化182
7.3.3 小麦籽粒灌浆速率动态变化183
7.3.4 小麦籽粒灌浆参数及次级参数的差异与变化185
7.3.5 讨论189
7.4 大穗小麦品系产量与主要农艺性状的相关性及通径分析191
7.4.1 大穗小麦产量及构成特点191
7.4.2 小麦主要农艺性状间的相关性194
7.4.3 小麦产量与主要农艺性状的关系194
7.4.4 讨论195
参考文献196
第二篇 旱作农田生产力稳定提升的生物环境调控
第8章 旱地作物根系提水作用203
8.1 引言203
8.2 黄土高原旱地作物根系提水特征及影响因子 205
8.2.1 扬花期冬小麦浅层土壤24h含水量变化205
8.2.2 作物根系提水作用生育期特征206
8.2.3 不同水势差？不同养分及种植方式对作物根系提水作用的影响209
8.2.4 不同作物生育期提水总量213
8.3 根系提水作用与作物根系特征关系及水分养分调节效应214
8.3.1 夏玉米根系特征215
8.3.2 不同冬小麦品种根系特征216
8.3.3 根系提水作用与根系生物量和体积的关系217
8.3.4 根系提水作用与作物产量效应218
8.3.5 根系提水作用下不同处理冬小麦耗水量及水分利用效率219
8.4 讨论与结论221
参考文献222
第9章 花后干旱及复水对小麦物质转运的调控226
9.1 干旱对小麦叶片和叶鞘碳水化合物代谢的调节机制226
9.1.1 干旱对小麦旗叶和旗叶鞘可溶性总糖含量的影响227
9.1.2 干旱对小麦旗叶和旗叶鞘蔗糖含量的影响228
9.1.3 干旱对小麦旗叶中SPS和SS活性的影响229
9.1.4 干旱对小麦旗叶鞘中SPS和SS活性的影响231
9.1.5 干旱与叶源光合产物的转运的影响231
9.2 干旱对小麦茎秆碳水化合物代谢的调节机制234
9.2.1 干旱对小麦茎中可溶性总糖含量的影响234
9.2.2 干旱对小麦茎中糖组分含量的影响235
9.2.3 小麦茎秆中可溶性总糖和糖组分含量之间的关系238
9.2.4 干旱对小麦茎中果聚糖外水解酶活性的影响238
9.2.5 干旱对小麦茎中蔗糖磷酸合成酶活性的影响239
9.2.6 干旱对小麦茎中蔗糖合成酶活性的影响239
9.2.7 干旱与小麦茎中碳水化合物的动员241
9.3 干旱对小麦籽粒中蔗糖向淀粉转化的调节机制243
9.3.1 干旱条件下小麦籽粒淀粉积累量及其积累速率的变化243
9.3.2 干旱条件下小麦籽粒蔗糖合成酶活性及蔗糖含量的变化245
9.3.3 干旱条件下小麦籽粒淀粉合成酶活性的变化246
9.3.4 干旱影响籽粒淀粉积累速率与淀粉合成相关酶活性的关系249
9.3.5 干旱影响籽粒淀粉合成的原因 249
9.4 干旱条件下小麦储藏物质积累转运与穗粒重的关系251
9.4.1 干旱对小麦花后干物质积累动态的影响251
9.4.2 干旱对小麦各营养器官花前储藏物质转运的影响256
9.4.3 干旱对小麦茎秆及组成节间花后储藏物质转运的影响260
9.4.4 小麦营养器官储藏物质积累转运与穗粒重积累的关系261
9.4.5 干旱条件下的小麦源库关系调控263
9.5 干旱对小麦产量？收获指数和水分利用效率的影响266
9.5.1 干旱对小麦生长的影响266
9.5.2 干旱对小麦产量及其构成因素的影响267
9.5.3 干旱对小麦地上生物产量及收获指数的影响267
9.5.4 干旱对小麦耗水量和水分利用效率的影响268
9.5.5 干旱对小麦产量形成要素的影响268
9.6 旱后复水对小麦灌浆期蔗糖代谢和淀粉积累的补偿机制271
9.6.1 旱后复水对小麦光合作用的补偿效应272
9.6.2 旱后复水对小麦蔗糖合成的补偿效应273
9.6.3 旱后复水对小麦产量形成的补偿效应274
9.6.4 旱后复水对小麦产量水分利用效率的补偿机制277
参考文献279
第10章 高产高效旱地玉米适宜土壤供氮量284
10.1 引言284
10.2 旱地玉米生产现状284
10.3 不同氮肥用量对旱地玉米生长发育的影响286
10.3.1 干物质和氮素积累286
10.3.2 植株氮浓度287
10.3.3 产量及产量构成288
10.4 不同氮肥用量对氮肥利用效率及氮素平衡的影响289
10.4.1 氮肥利用效率289
10.4.2 氮素平衡290
10.5 高产高效旱地玉米适宜供氮量291
10.6 讨论292
10.6.1 不同氮肥用量对玉米生长发育的影响292
10.6.2 不同氮肥用量对氮肥利用效率及氮素平衡的影响293
10.6.3 高产高效旱地玉米最优供氮量293
参考文献 294
第11章 旱地小麦高产高效施氮研究297
11.1 不同施氮量对小麦干物质积累和运转的影响297
11.1.1 不同施氮量对小麦花后干物质积累及运转的影响297
11.1.2 不同施氮量下花前干物质对籽粒的贡献302
11.1.3 施氮量与小麦物质运转的关系303
11.2 不同施氮量对小麦氮素积累分配和转运的调节305
11.2.1 不同施氮量对小麦花后氮积累和运转的影响305
11.2.2 不同生长阶段小麦植株对氮素的吸收307
11.2.3 不同施氮量下氮素在植株不同器官的分配309
11.2.4 不同施氮量对小麦植株氮素转移量和转移效率的影响309
11.2.5 不同施氮量对籽粒蛋白质含量和产量的影响311
11.2.6 不同施氮量对氮肥利用效率的影响311
11.2.7 不同施氮量对旱地小麦氮素转运的调节312
11.3 不同施氮量对谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性的影响313
11.3.1 不同施氮量对GS活性的影响313
11.3.2 不同施氮量对GDH活性的影响315
11.3.3 酶活性与氮素转运317
11.4 不同施氮量与水分利用的关系317
11.5 水氮互作对小麦物质积累和转运的调节320
11.5.1 对氮素吸收和利用的影响320
11.5.2 对冬小麦干物质转运的影响320
参考文献332
第12章 旱地小麦高产栽培技术335
12.1 不同栽培模式协同提高产量和水分利用效率335
12.1.1 不同栽培模式对籽粒产量及其构成的影响335
12.1.2 不同栽培模式对收获指数的影响337
12.1.3 不同栽培模式对小麦水分利用效率的影响337
12.1.4 不同栽培模式提高产量的技术原理337
12.2 不同供水模式的小麦增加产量与水分利用效率技术338
12.2.1 不同供水模式对冬小麦产量的影响339
12.2.2 不同供水模式对冬小麦产量构成因素的影响340
12.2.3 不同供水模式对水分利用效率的影响341
12.2.4 营养生长期与生殖生长期供水模式的产量效应差异 341
12.2.5 不同供水模式的增产增效技术原理342
12.3 旱地小麦栽培技术体系344
12.3.1 旱地小麦覆盖栽培技术345
12.3.2 旱地小麦有限灌溉技术346
12.3.3 旱地小麦土壤培肥技术347
12.4 旱地小麦栽培技术规程348
12.4.1 旱地小麦栽培技术标准348
12.4.2 旱地小麦栽培施肥技术规程350
12.4.3 旱地小麦生长发育与管理模式350
12.4.4 旱地小麦高产栽培试验示范350
参考文献354
第13章 黄土高原旱作春玉米高产高效栽培体系构建356
13.1 引言356
13.2 材料和方法357
13.2.1 Hybrid-Maize模型357
13.2.2 旱地玉米产量潜力估算357
13.2.3 春玉米高产高效栽培体系构建357
13.2.4 高产高效栽培体系的田间验证357
13.3 结果与分析358
13.3.1 长武地区气候条件358
13.3.2 长武地区旱作春玉米产量潜力估算359
13.3.3 旱地玉米栽培措施优化360
13.3.4 旱地春玉米高产高效栽培体系的技术集成366
13.3.5 栽培体系的田间验证366
13.3.6 旱地玉米高产高效栽培技术规程367
13.4 讨论368
13.5 小结369
参考文献370
第14章 旱区农田作物生产模拟与少量水优化利用技术374
14.1 DSSAT作物模型375
14.1.1 DSSAT作物模型简介375
14.1.2 DSSAT模型研究进展378
14.2 AquaCrop作物模型381
14.2.1 AquaCrop作物模型简介 381
14.2.2 AquaCrop作物模型研究进展389
14.3 DSSAT模型在关中地区冬小麦适用性评价以及灌溉制度的优化390
14.3.1 CropWat-DSSAT模型结构简介392
14.3.2 DSSAT4.5数据库组建395
14.3.3 模型参数的调试与验证398
14.3.4 模拟试验设计401
14.3.5 结果与分析402
14.3.6 结论及讨论416
14.4 DSSAT模型在黄土丘陵区春玉米种植中的适用性评价及其在水肥管理中的应用418
14.4.1 DSSAT模型数据库组建419
14.4.2 模型参数调试与验证420
14.4.3 模拟试验设计与结果与分析426
14.4.4 主要结论433
14.5 AquaCrop模型在渭北旱塬地区冬小麦？春玉米的适用性评价434
14.5.1 数据收集？整理和分析434
14.5.2 模型在渭北旱塬区春玉米生产中的适用性评价439
14.5.3 模型在渭北旱塬区冬小麦生产中的适用性评价444
14.5.4 总结与讨论447
参考文献449
第三篇 旱地农业生产与全球变化
第15章 大气CO2浓度升高对玉米幼苗碳氮资源分配的影响457
15 .1 高浓度CO2与水分胁迫对玉米光合能量流动的影响458
15.1.1 高浓度CO2对受旱植株PSⅡ的活性的影响459
15.1.2 高浓度CO2对受旱植株PSⅡ能量传递效率的影响460
15.1.3 高浓度CO2对受旱植株最大光合速率的影响461
15.1.4 讨论461
15.2 高浓度CO2与水分胁迫互作对玉米体内碳氮分配与转运的影响463
15.2.1 玉米生物量与碳氮积累的变化464
15.2.2 玉米新叶碳氮素供应的变化特征465
15.2.3 玉米源器官的碳氮素输出模式 465
15.2.4 不同叶龄玉米叶片碳氮素的分配模式468
15.2.5 讨论471
15.3 高CO2浓度下玉米体内氮素转运模式对氮素胁迫的响应472
15.3.1 玉米库叶氮素供应对氮胁迫的响应473
15.3.2 玉米植株体内15N分配对氮胁迫的响应474
15.3.3 玉米植株体内氮平衡对氮胁迫的响应475
15.3.4 讨论476
15.4 主要结论479
参考文献479
第16章 旱作高产农田环境效应研究483
16.1 前言483
16.2 N2O测定方法484
16.3 高产高效旱作覆膜玉米栽培体系的氧化亚氮减排潜力486
16.3.1 覆盖措施对土壤环境因子的影响486
16.3.2 覆盖措施对土壤N2O排放的影响488
16.3.3 覆盖措施对产量和地上部氮素吸收量的影响491
16.3.4 覆盖措施对单位产量N2O排放量的影响491
参考文献492
第17章 黄土丘陵区天然草地群落及其优势种对短期补水的响应494
17.1 引言494
17.2 白羊草和达乌里胡枝子光合生理生态特征495
17.2.1 7月份补水后光合生理日变化495
17.2.2 7月份补水后光合生理瞬时值动态变化498
17.2.3 8月份补水后光合生理日变化500
17.2.4 8月份补水后光合生理瞬时值动态变化503
17.3 草地群落生物量及群落指数505
17.3.1 群落物种组成和相对重要值506
17.3.2 草地群落地上生物量507
17.3.3 草地群落多样性指数507
17.4 草地群落土壤呼吸特征508
17.4.1 土壤呼吸速率日变化508
17.4.2 补水后土壤呼吸速率瞬时值比较508
17.4.3 土壤呼吸速率与地温及气温相关性 508
17.5 本章小结510
参考文献514
第18章 植物水分利用效率随环境因子变化的研究518
18.1 引言518
18.2 植物功能群间水分利用效率的差异520
18.2.1 乔木？灌木与草本植物间水分利用效率的差异520
18.2.2 落叶与常绿乔灌植物间水分利用效率的差异523
18.2.3 一年生与多年生草本植物间水分利用效率的差异523
18.2.4 禾草与非禾草间植物水分利用效率的差异523
18.3 环境因子对植物水分利用效率的影响524
18.3.1 降雨及蒸散量对植物水分利用效率的影响524
18.3.2 环境温度对植物水分利用效率的影响524
18.3.3 海拔效应对植物水分利用效率的影响524
18.3.4 地理经纬度对植物水分利用效率的影响527
18.4 植物功能群间水分利用效率的环境异质性531
18.4.1 植物功能群间水分利用效率对环境响应差异的现象531
18.4.2 植物功能群间水分利用效率对环境响应差异的实质531
参考文献533
第19章 气候和土地利用变化对小流域生产力影响的定量评价536
19.1 研究方法与研究区域537
19.1.1 研究方法537
19.1.2 研究区概况537
19.2 小流域植被生产力形成过程模型构建540
19.2.1 模型结构541
19.2.2 模型描述542
19.2.3 算法设计543
19.2.4 模型验证551
19.2.5 讨论554
19.3 小流域土壤水分平衡和植被NPP模拟555
19.3.1 太阳辐射空间分布555
19.3.2 土壤水分平衡分析556
19.3.3 植被碳同化过程559
19.3.4 讨论 562
19 .4 土地利用变化对植被NPP的影响563
19.4.1 退耕还林前后流域土地利用变化及其对NPP的影响564
19.4.2 流域土地利用变化情景设计565
19.4.3 不同土地利用情景下流域土壤水分平衡模拟565
19.4.4 不同土地利用情景下流域植被NPP的变化模拟567
19.4.5 讨论569
19 .5 气候变化对流域土壤水分和植被NPP的影响570
19.5.1 气候变化情景设计570
19.5.2 气候变化对土壤含水量的影响572
19.5.3 气候变化对植被NPP的影响574
19.5.4 讨论578
19.6 主要结论579
参考文献 580
京公网安备 11010102004214号