干旱对作物生长过程影响机理及研究方法

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1、干旱对作物生长过程影响机理及研究方法　　引言　　农业生态系统是人类利用农业生物与非生物环境之间以及生物种群之间的相互关系建立起来，并按照人类的社会需求进行物质生产的有机整体，是一种被人类驯化、较大程度受人类控制的生态系统。植物净第一性生产力(NetPrimaryProductivity,NPP)反映了生态系统植被吸收碳的能力，是物质与能量运转研究的基础。农业生态系统是陆地生态系统的重要组成部分。全球耕地面积占陆地面积的1/10，农业生态系统平均每年的NPP约为3.5PgC，随着作物产量的升高，农业生态系统对全球碳循环的作用将

2、越来越大。　　干旱是一种对经济、社会、环境带来巨大影响的自然现象，对农业生态系统的影响尤为严重，其影响农作物的正常生长，给农业生产造成了巨大损失。20世纪90年代，中国平均每年受旱面积为2733万hm2，粮食因旱减产量与总产量之比达到了4.7%。在全球气候变化的背景下，大气CO2浓度的升高一定程度上可以提高水分利用效率，但是降水的减少和时空不均衡分布，加之温度升高带来的蒸散，增加影响了作物生长的水分环境，在全球很多地区造成了作物减产。随着全球气候变化的逐年加剧，干旱发生的频率、持续时间和危害度逐渐上升。中国是一个农业大国，同

3、时也是一个干旱频发的国家，随着中国人口增加，对农产品需求日益增加，干旱的频发将直接威胁中国的粮食安全。　　干旱对陆地生态系统生产力的影响主要表现在：降低光合作用效率，干旱通过影响气孔导度和限制蒸腾和水分吸收抑制光合作用效率；导致叶面积指数下降，降低生态系统的总初级生产力；改变生态系统的自养和异养呼吸；土壤温度升高和降雨量的变化使土壤微生物活动发生改变，必然引起土壤养分发生变化；通过引发火灾、病虫害等其他干扰形式间接影响生态系统生产力等。相比于森林、草地生态系统，农业生态系统的物种相对单一，农作物是农业生态系统的主体，干旱对农

4、业生态系统生产力的影响主要体现为限制农作物生长。干旱影响农作物生长的多个方面：干旱降低光合作用效率，影响干物质在农作物体内的分配，且干旱对农作物生长的影响与作物生长阶段差异有很大关系等。同时，与其他陆地生态系统不同，人类是农业生态系统的重要组成部分，人类通过合理的农田管理措施可以缓解干旱对农业生态系统的影响，降低干旱造成的作物减产损失。　　干旱持续时间长，影响范围广，受灾地区农作物品种复杂，干旱对农业生态系统影响的研究方法需要具备一定区域推广性、多品种适用的特点。因此，本研究在综述干旱对作物生长过程影响机理的基础上，总结了干

5、旱对作物生态系统生产力影响的研究方法，以期为该方面研究的继续深入提供指导。　　1干旱对作物生长过程的影响　　农作物是农业生态系统的主体。干旱对农业生态系统生产力的影响研究集中在干旱对农作物生长量以及产量的影响上。干旱对作物生长影响方式主要体现为影响正常光合作用以及干物质的体内分配上。由于作物生长具有一定的生长模式，作物不同生育期需水存在差异，因此干旱对作物生长的影响因发生时期不同也有所差异。　　1.1干旱对光合作用的影响　　干旱通过影响作物光合作用使农业生态系统发生变化。NPP主要由叶片吸收的太阳辐射而形成，叶片将太阳辐射转

6、化成干物质的效率受水分和养分条件的制约，并通过生物量和作物产量的变化来反映干旱的影响。植物光合作用效率是植物生产力和作物产量高低的根本决定因素。光合作用将无机物质转化为有机物，同时固定太阳光能，是地球上最重要的化学反应，作物在一定水分胁迫条件下，光合作用的同化能力明显下降。　　许多普通作物，包括小麦、水稻、大豆等均属于C3植物。C3植物的光合抑制主要通过2种方式：气孔限制和非气孔限制。气孔限制一般发生在水分胁迫较轻的情况下，随着干旱胁迫的持续时间和胁迫程度的不断加重，非气孔限制起主要作用。Torrecillas等观察2种西红

7、柿在水分亏缺下的生长，土壤水分控制在50%田间持水量，发现最低叶片水势降至-1.8MPa和-1.4MPa，作物的叶片气孔导度出现了明显下降，以降低水分的过多散失，但气孔的关闭却导致了体内用于光合作用的CO2浓度的降低，从而降低了光合作用效率。很多相关研究表明，作物对于环境的响应主要由体内的激素所控制，作物体内水势的轻微变化会导致体内pH值的变化，从而改变由根部合成的脱落酸(ABA)浓度，进而影响气孔行为。在此条件下，Lam）比例降低，增加中等根（直径0.25~0.45mm）和粗根（直径>0.45mm）。齐健等通过水分控

8、制试验发现，当发生水分胁迫时，干物质积累也发生相应变化，玉米根系和地上部的生物量都出现了降低，但根系会改变自身形态结构和构型，根冠比上升并影响地上部光系统的建成和产量。玉米在干旱胁迫条件下根重、根数与产量所呈现的显着正相关关系，也被韩希英等和高世斌等的试验所发现和证明，并认为根系与耐旱性关