水旱脅迫條件下作物水分生產(chǎn)函數(shù)的統(tǒng)一模型

水旱脅迫是一種客觀存在的自然現(xiàn)象，其表現(xiàn)形式為土壤水分過(guò)多（澇漬）、過(guò)少（干旱）所形成的單獨(dú)脅迫、或者其不同形式交替脅迫的組合?，F(xiàn)行的作物水分生產(chǎn)函數(shù)主要以單一的受旱、受澇、受漬或者澇漬脅迫為條件，模型的形式有多種，各有相應(yīng)的適用范圍，但缺乏水旱交替脅迫下具有作物生理機(jī)理的統(tǒng)一模型。本課題利用2003~2011年開(kāi)展的棉花澇漬脅迫試驗(yàn)資料，同時(shí)在2014~2016年開(kāi)展了作物受旱、受澇和旱澇交替試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)觀測(cè)開(kāi)展了以下3方面的研究工作：1）揭示了單澇、單漬、單旱和澇漬綜合脅迫、水旱交替脅迫對(duì)棉花形態(tài)生長(zhǎng)（葉面積、株高和莖粗）及產(chǎn)量（干物質(zhì)產(chǎn)量和籽棉產(chǎn)量）的影響。同時(shí)比較了棉花不同形態(tài)生長(zhǎng)指標(biāo)的響應(yīng)差異，以及不同產(chǎn)量指標(biāo)的響應(yīng)差異；2）建立了以水位和通氣性為特征的澇漬脅迫綜合指標(biāo)，以通氣性和騰發(fā)量為特征的水旱脅迫綜合指標(biāo)；3）構(gòu)建了水旱脅迫條件下的作物產(chǎn)量模型。首先根據(jù)澇漬致災(zāi)機(jī)理構(gòu)建了適用于澇漬脅迫下的改進(jìn)Morgan模型和改進(jìn)CROPR模型，再將其改進(jìn)拓展應(yīng)用于更為復(fù)雜的水分條件:即單旱、單澇以及旱澇交替脅迫，利用澇漬脅迫試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)澇漬脅迫下的改進(jìn)Morgan模型和改進(jìn)CROPR模型進(jìn)行率定及驗(yàn)證，構(gòu)建了水旱脅迫下的改進(jìn)Morgan模型和改進(jìn)CROPR模型。 成果表明，澇漬、旱澇交替對(duì)棉花生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成會(huì)造成不利影響；先澇后漬對(duì)棉花形態(tài)生長(zhǎng)的抑制作用最為顯著，單澇次之，而單漬的影響很??；同其他生育期相比，發(fā)生在花鈴期內(nèi)的先澇后漬會(huì)給棉花的生長(zhǎng)及產(chǎn)量帶來(lái)嚴(yán)重的損害，其次是蕾期的先澇后漬，而吐絮期內(nèi)的澇漬影響很??；高溫會(huì)加重澇漬對(duì)棉花生長(zhǎng)的不利影響；澇漬的影響在脅迫期間及結(jié)束后比較明顯，但在澇漬結(jié)束之后的一段時(shí)間內(nèi)會(huì)得到一定的恢復(fù)；先旱后澇的影響以前期的受旱對(duì)莖和葉影響為主，后期的澇對(duì)棉花莖和葉生長(zhǎng)影響較?。磺捌诘暮祵?dǎo)致減產(chǎn)，而后期澇對(duì)前一階段的減產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)償。土壤含水量、通氣性、作物ET都可以作為描述旱澇的指標(biāo)。通過(guò)引進(jìn)澇漬脅迫指標(biāo)和旱澇綜合指標(biāo)，可以用Morgan模型、CROPR模型描述澇漬及水旱脅迫時(shí)棉花的干物質(zhì)積累和最終產(chǎn)量的形成。 本成果對(duì)于保障作物生長(zhǎng)、水資源高效利用、減少水旱災(zāi)害損失、合理管理農(nóng)田排水等具有理論與實(shí)際意義。 2100433B

水旱脅迫是一種客觀存在的自然現(xiàn)象，其表現(xiàn)形式為土壤水分過(guò)多（澇漬）、過(guò)少（干旱）所形成的單獨(dú)脅迫、或者其不同形式交替脅迫的組合。現(xiàn)行的作物水分生產(chǎn)函數(shù)主要以單一的受旱、受澇、受漬或者澇漬脅迫為條件，模型的形式有多種，各有相應(yīng)的適用范圍，但缺乏水旱交替脅迫下具有作物生理機(jī)理的統(tǒng)一模型。本課題通過(guò)試驗(yàn)觀測(cè)，研究作物生長(zhǎng)環(huán)境（水、氣、養(yǎng)分等）、作物生理及形態(tài)特征（氣孔開(kāi)度、葉水勢(shì)、葉面積指數(shù)、株高、莖粗等）對(duì)水旱脅迫的響應(yīng)，研究水旱脅迫對(duì)作物干物質(zhì)積累過(guò)程及最終產(chǎn)量的影響，揭示作物及其生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)水旱脅迫的響應(yīng)規(guī)律，形成描述水旱脅迫的特征指標(biāo)，建立水旱交替脅迫條件下的作物水分生產(chǎn)函數(shù)的統(tǒng)一模型。本研究擬解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水旱災(zāi)害評(píng)估和防災(zāi)減災(zāi)中的一個(gè)關(guān)鍵性的科學(xué)問(wèn)題，其成果對(duì)于保障農(nóng)作物生長(zhǎng)、實(shí)現(xiàn)水資源高效利用、減少水旱災(zāi)害損失、合理調(diào)度及管理農(nóng)田水利工程等具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

植物蒸騰失水與根部吸水之間的收支關(guān)系稱(chēng)為水分平衡。前者大于后者時(shí)，植物含水量下降，水勢(shì)和膨壓也相應(yīng)降低。超過(guò)一定限度時(shí)，植物的正常生理過(guò)程就會(huì)受到干擾，甚至使植物遭受損傷，這種水分虧缺稱(chēng)為水分脅迫或水分逆境。土壤水分過(guò)多也對(duì)植物造成傷害，也是脅迫，但那是由于土壤漬水阻斷根系的氧氣供應(yīng)，妨礙有氧呼吸而造成的。植物各項(xiàng)生理功能對(duì)水分脅迫的敏感性差別很大。生長(zhǎng)（特別是細(xì)胞膨大階段）最為敏感。溫室中生長(zhǎng)的，正在伸展的玉米與向日葵葉片水勢(shì)只要比供水充分的葉片低0.2～0.3MPa就足以使生長(zhǎng)明顯減緩。細(xì)胞壁合成、細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)合成和硝酸還原酶的活力等也對(duì)水分脅迫敏感。水分脅迫還引起脫落酸合成量大大增加；乙烯釋放量增多；氣孔關(guān)閉，光合作用減弱；以及花、果、葉脫落。中生植物萎蔫時(shí)，體內(nèi)可溶性糖和氨基酸特別是脯氨酸含量明顯增加。同時(shí)一些水解酶從相應(yīng)的區(qū)隔中釋放出來(lái)，因而產(chǎn)生了破壞作用。更嚴(yán)重的水分脅迫最終將導(dǎo)致生物膜系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞，造成植物死亡。

植物對(duì)水分脅迫有多種抗御的功能，就其與脅迫的關(guān)系可以分為三大類(lèi)：①逃避，例如沙漠中的短命植物，在一次降雨之后，短時(shí)期（一個(gè)月）內(nèi)就完成從種子萌發(fā)到開(kāi)花結(jié)籽的整個(gè)周期。植物實(shí)際上不直接經(jīng)受水分脅迫；②回避，植物雖經(jīng)受水分脅迫，但以某些響應(yīng)防止了體內(nèi)不利影響的發(fā)生。例如干旱時(shí)氣孔關(guān)閉，防止了水分的散失和體內(nèi)水勢(shì)的下降；根冠比增高使供應(yīng)單位葉面積的根吸收表面積增加，從而改變供求比等；③忍耐，變水型旱生植物能忍受強(qiáng)度脫水，直到氣干狀態(tài)仍不死亡；再獲雨水時(shí)能很快恢復(fù)生命活動(dòng)，也稱(chēng)為復(fù)蘇植物。恒水植物中北美南部沙漠區(qū)的Larrea tridentata，旱季中老葉和小枝脫落，只留下長(zhǎng)成的葉和芽，含水量降到干重的50%也不引起嚴(yán)重?fù)p傷，雨后仍能重新生長(zhǎng)。

作物水分虧缺是指作物吸水速度低于失水速度，造成作物體內(nèi)水分不足而妨礙正常生理活動(dòng)的現(xiàn)象。

基于聯(lián)系函數(shù)的系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)模型將集對(duì)同異反思想應(yīng)用于系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)中，充分考慮系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的實(shí)際意義，較傳統(tǒng)單純應(yīng)用“數(shù)學(xué)變換”建立系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的方法，更具有實(shí)際意義，實(shí)例分析結(jié)果表明：基于聯(lián)系函數(shù)的系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)模型方法簡(jiǎn)單，具有實(shí)際意義，評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確、合理、可信，具有推廣應(yīng)用價(jià)值 。