水旱脅迫條件下作物水分生產函數的統一模型項目摘要

水旱脅迫是一種客觀存在的自然現象，其表現形式為土壤水分過多（澇漬）、過少（干旱）所形成的單獨脅迫、或者其不同形式交替脅迫的組合?，F行的作物水分生產函數主要以單一的受旱、受澇、受漬或者澇漬脅迫為條件，模型的形式有多種，各有相應的適用范圍，但缺乏水旱交替脅迫下具有作物生理機理的統一模型。本課題通過試驗觀測，研究作物生長環(huán)境（水、氣、養(yǎng)分等）、作物生理及形態(tài)特征（氣孔開度、葉水勢、葉面積指數、株高、莖粗等）對水旱脅迫的響應，研究水旱脅迫對作物干物質積累過程及最終產量的影響，揭示作物及其生長環(huán)境對水旱脅迫的響應規(guī)律，形成描述水旱脅迫的特征指標，建立水旱交替脅迫條件下的作物水分生產函數的統一模型。本研究擬解決農業(yè)生產中水旱災害評估和防災減災中的一個關鍵性的科學問題，其成果對于保障農作物生長、實現水資源高效利用、減少水旱災害損失、合理調度及管理農田水利工程等具有重要的理論與實際應用價值。

水旱脅迫是一種客觀存在的自然現象，其表現形式為土壤水分過多（澇漬）、過少（干旱）所形成的單獨脅迫、或者其不同形式交替脅迫的組合。現行的作物水分生產函數主要以單一的受旱、受澇、受漬或者澇漬脅迫為條件，模型的形式有多種，各有相應的適用范圍，但缺乏水旱交替脅迫下具有作物生理機理的統一模型。本課題利用2003~2011年開展的棉花澇漬脅迫試驗資料，同時在2014~2016年開展了作物受旱、受澇和旱澇交替試驗，通過試驗觀測開展了以下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、水旱交替脅迫對棉花形態(tài)生長（葉面積、株高和莖粗）及產量（干物質產量和籽棉產量）的影響。同時比較了棉花不同形態(tài)生長指標的響應差異，以及不同產量指標的響應差異；2）建立了以水位和通氣性為特征的澇漬脅迫綜合指標，以通氣性和騰發(fā)量為特征的水旱脅迫綜合指標；3）構建了水旱脅迫條件下的作物產量模型。首先根據澇漬致災機理構建了適用于澇漬脅迫下的改進Morgan模型和改進CROPR模型，再將其改進拓展應用于更為復雜的水分條件:即單旱、單澇以及旱澇交替脅迫，利用澇漬脅迫試驗數據，對澇漬脅迫下的改進Morgan模型和改進CROPR模型進行率定及驗證，構建了水旱脅迫下的改進Morgan模型和改進CROPR模型。 成果表明，澇漬、旱澇交替對棉花生長和產量形成會造成不利影響；先澇后漬對棉花形態(tài)生長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)生在花鈴期內的先澇后漬會給棉花的生長及產量帶來嚴重的損害，其次是蕾期的先澇后漬，而吐絮期內的澇漬影響很??；高溫會加重澇漬對棉花生長的不利影響；澇漬的影響在脅迫期間及結束后比較明顯，但在澇漬結束之后的一段時間內會得到一定的恢復；先旱后澇的影響以前期的受旱對莖和葉影響為主，后期的澇對棉花莖和葉生長影響較?。磺捌诘暮祵е聹p產，而后期澇對前一階段的減產會產生補償。土壤含水量、通氣性、作物ET都可以作為描述旱澇的指標。通過引進澇漬脅迫指標和旱澇綜合指標，可以用Morgan模型、CROPR模型描述澇漬及水旱脅迫時棉花的干物質積累和最終產量的形成。 本成果對于保障作物生長、水資源高效利用、減少水旱災害損失、合理管理農田排水等具有理論與實際意義。 2100433B

植物蒸騰失水與根部吸水之間的收支關系稱為水分平衡。前者大于后者時，植物含水量下降，水勢和膨壓也相應降低。超過一定限度時，植物的正常生理過程就會受到干擾，甚至使植物遭受損傷，這種水分虧缺稱為水分脅迫或水分逆境。土壤水分過多也對植物造成傷害，也是脅迫，但那是由于土壤漬水阻斷根系的氧氣供應，妨礙有氧呼吸而造成的。植物各項生理功能對水分脅迫的敏感性差別很大。生長（特別是細胞膨大階段）最為敏感。溫室中生長的，正在伸展的玉米與向日葵葉片水勢只要比供水充分的葉片低0.2～0.3MPa就足以使生長明顯減緩。細胞壁合成、細胞分裂、蛋白質合成和硝酸還原酶的活力等也對水分脅迫敏感。水分脅迫還引起脫落酸合成量大大增加；乙烯釋放量增多；氣孔關閉，光合作用減弱；以及花、果、葉脫落。中生植物萎蔫時，體內可溶性糖和氨基酸特別是脯氨酸含量明顯增加。同時一些水解酶從相應的區(qū)隔中釋放出來，因而產生了破壞作用。更嚴重的水分脅迫最終將導致生物膜系統嚴重損壞，造成植物死亡。

植物對水分脅迫有多種抗御的功能，就其與脅迫的關系可以分為三大類：①逃避，例如沙漠中的短命植物，在一次降雨之后，短時期（一個月）內就完成從種子萌發(fā)到開花結籽的整個周期。植物實際上不直接經受水分脅迫；②回避，植物雖經受水分脅迫，但以某些響應防止了體內不利影響的發(fā)生。例如干旱時氣孔關閉，防止了水分的散失和體內水勢的下降；根冠比增高使供應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度脫水，直到氣干狀態(tài)仍不死亡；再獲雨水時能很快恢復生命活動，也稱為復蘇植物。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，只留下長成的葉和芽，含水量降到干重的50%也不引起嚴重損傷，雨后仍能重新生長。

作物水分虧缺是指作物吸水速度低于失水速度，造成作物體內水分不足而妨礙正常生理活動的現象。

基于聯系函數的系統綜合評價模型將集對同異反思想應用于系統綜合評價函數中，充分考慮系統綜合評價函數的實際意義，較傳統單純應用“數學變換”建立系統綜合評價函數的方法，更具有實際意義，實例分析結果表明：基于聯系函數的系統綜合評價模型方法簡單，具有實際意義，評價結果準確、合理、可信，具有推廣應用價值 。