0 引言
水分利用效率（Water Use Efficiency，WUE）是理解生态系统碳水循环耦合过程的重要指标，其水平取决于光合作用碳同化与农田水分蒸散两个过程的协调关系（Yu et al.，2004）。夏玉米是黄淮地区最主要的粮食作物，常年播种面积和产量均占全国玉米的20%以上（国家统计局，2018）。在全球变暖背景下，极端气候事件发生频率和强度不断增加（晋美朗杰等，2023；董思言等，2024），已对作物产量造成严重影响（姜鹏等，2023；张存杰等，2024；陈逸骁等，2024）。在夏玉米生长季，强对流天气引发的大风倒伏是影响玉米产量的重要气象灾害。研究表明，每年因倒伏造成的玉米减产达5%~25%，倒伏率每增加1%，产量将减少90~120 kg·hm-2（Kang et al.， 1999；Elmore and Ferguson， 1999）。倒伏不仅改变玉米群体结构，还会破坏茎秆疏导组织，削弱根系向叶片的水分与养料输送，并阻碍光合产物运输和果穗灌浆（刘佳丽，2012），从而直接影响产量（薛军等，2018）。
前人对夏玉米在不同生育阶段的大风灾害风险，以及不同阶段和类型倒伏对籽粒灌浆和产量的影响进行了较为深入的研究（吴雅欣等，2024；李树岩等，2025），然而，关于倒伏后玉米群体WUE的研究仍相对不足。这主要由于玉米属于高秆作物，群体光合作用与田间蒸散量的直接测定存在技术难点。与此同时，针对夏玉米在单叶、群体和区域尺度的WUE研究已取得大量成果（姜寒冰等，2019；Yu et al.，2020；庄淏然等，2023），为探讨倒伏后WUE提供了新的思路。此外，不同尺度（单叶、群体、区域）对WUE的定义存在差异，不同学科（农学、生态学）的研究视角和重点亦不尽相同；同时，区域差异、气候条件、作物类型和田间管理措施等因素都会明显影响WUE，使得现有研究结果差异较大，甚至出现相互矛盾的结论（Yu et al.，2021）。因此，对夏玉米倒伏后WUE的认识仍存在较大不确定性。涡度相关技术作为直接测定植被冠层-大气间能量与物质通量交换的有效方法，已成为国际通用的通量观测标准手段（陈世苹等，2020）。
以郑州农业气象试验站2016年8月25日发生的一次夏玉米倒伏灾害为研究对象，利用2017年未倒伏夏玉米在乳熟期至成熟期的通量观测数据、作物生长数据及气象数据，构建正常生长条件下的净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity，NEP）和蒸散量（Evapotranspiration，ET）模型，并计算WUE，利用2017年农田通量观测数据验证模型准确性。在此基础上，利用验证后的模型模拟2016年倒伏后夏玉米的NEP和ET，获得倒伏条件下的WUE模拟值；同时，基于未倒伏夏玉米的观测资料，假设2016年无倒伏发生，模拟NEP和ET并计算未倒伏的WUE理论值，对比分析乳熟期倒伏对群体WUE的影响。此外，结合田间生物量数据，评估倒伏对夏玉米产量水平WUE及产量形成的影响。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验地点位于河南省郑州农业气象试验站（34.72°N，113.65°E，海拔110.4 m）。当地多年平均气温为14.9 ℃，年平均降水量约670 mm。2016、2017年玉米生长季均种植杂交中熟品种“浚单20”，种植密度和最大叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）等作物主要生长情况及全生育期气象条件见表1。其中，2016年夏玉米生育期未进行灌溉，2017年于7月5—6日采用机井灌溉，灌溉量为600 m3·hm-2。2016年8月25日（乳熟后第3日）12：20，试验区出现大风天气，小时平均风速3.8 m·s-1，极大风速达18.1 m·s-1，并伴随23.8 mm的降水。此次大风导致玉米田块大面积倒伏，约50%植株受灾，以茎折为主，少部分根倒和茎倒。由于倒伏发生在灌浆中后期，未进行人工扶正。除该次灾害外，生育期内未出现其他气象灾害。2017年夏玉米生长季为正常年型，全生育期未发生典型灾害。
表1 2016、2017年夏玉米主要生长情况及全生育期气象条件
Tab.1
| 年份 | 播种日期 | 乳熟日期 | 成熟日期 | 种植密度/ （Plants·m-2） | 最大叶 面积指数 | 百粒重/g | 单产/ （kg·hm-2） | 日照 时数/h | 大于10 ℃ 积温/（℃·d） | 降水量/mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2016 | 6月2日 | 8月22日 | 9月12日 | 6.16 | 4.8 | 29.31 | 9 917.3 | 650.2 | 2 810.8 | 467.6 |
| 2017 | 6月4日 | 8月28日 | 9月22日 | 5.54 | 3.9 | 33.57 | 9 445.1 | 699.7 | 2 958.3 | 361.0 |
1.2 通量观测及数据处理
通量观测系统采用美国Campbell Scientific公司涡动协方差系统，包括1套LI-7500 CO2/H2O分析仪（架设高度3 m）、1套CSAT3三维超声风速仪、1套CNR2净辐射传感器、2层HFP01土壤热通量板及1套PAR LITE光合有效辐射传感器。仪器维护和数据下载按照中国气象局《自动气候站 观测业务规范（试行）》 (中国气象局.自动气候站 观测业务规范（试行）（气发〔2007〕484号），2007)执行。
1.3 作物观测
作物观测依据《农业气象观测规范（上卷）》（国家气象局，1993）进行。2016年夏玉米倒伏后增加灾后调查取样。
1.3.1 生长发育及产量调查
（1）发育期观测播种、出苗、三叶、七叶、拔节、抽雄、开花、吐丝、乳熟、成熟期等主要生育阶段。
（2）叶面积测量：在三叶、七叶、拔节、抽雄、乳熟和成熟期进行叶面积测量。2016年夏玉米成熟期，仅测定未倒伏植株的绿叶面积。人工测定采用长宽系数法。
（3）产量调查：成熟期随机选取4个样点，每点取10株，齐地面剪下并自然晒干，测定果穗长、果穗粗、株籽粒重、百粒重及籽粒与茎秆比。2016年每个样点分别选取倒伏与未倒伏植株各10株进行对比分析。
1.3.2 倒伏率测定
倒伏率分别采用现场调查和实景图像识别两种方法进行计算。
现场调查法：在夏玉米倒伏次日（2016年8月26日）调查100株植株，其中45株倒伏，倒伏率为45.0%。
实景图像识别法：通过农田实景图像（图1）识别夏玉米雄穗数，倒伏前总株数为81株，倒伏次日未倒伏株数为43株（53.1%），倒伏率为46.9%。
图1
图1
夏玉米倒伏前（a、c）、后（b、d）实景图像对比
（c、d为处理后的实景图像）
Fig.1
Comparison of summer maize before (a, c) and after (b, d) lodging
(The fig.c and fig.d are processed real-scene images)
两种方法结果接近，取其平均值，确定农田总倒伏率为46.0%。
1.4 群体水分利用效率的计算
1.4.1 群体WUE
与单叶尺度相比，群体尺度WUE能够更好地反映土壤蒸发作用，因此更接近实际生产状况（姜寒冰等，2019），其计算公式为
式中：WUEc为冠层水平的水分利用率，单位：mg C·g-1 H2O；NEP为净生态系统生产力，单位：mg·m-2·s-1；NEE为净生态系统碳交换量（Net Ecosystem Exchange），单位：mg·m-2·s-1；ET为蒸散量，经转换单位为g H2O·m-2·s-1。一般情况下，NEE在绝对值上等于NEP，其中NEE由CO2通量计算；ET由水汽通量计算。
产量水平水分利用效率WUEy定义为单位水分消耗所生产的干物质量，本文取乳熟至成熟期地上总生物量的变化量与ET的比值：
式中：Yb为地上总生物量变化量，单位：mg C·m-2，夏玉米生物量含碳率按0.35计算（高明博等，2011）。WUEy经转换单位为mg C·g-1 H2O。
1.4.2 NEP模拟
夏玉米农田NEP可表示为群体净光合速率与土壤呼吸速率之差（Peng et al.，2023）：
式中：Anc、Rs分别为群体净光合速率和土壤呼吸速率，单位均为mg·m-2·s-1。
群体净光合速率由群体总光合速率与暗呼吸速率差值（Collatz et al.，1991）表示：
式中：A、Rd分别为群体总光合速率和暗呼吸速率，单位均为mg·m-2·s-1。
群体总光合速率A利用尺度扩展的方法，采用单层大叶模型，首先，根据修正后的Farquhar光合作用生化模型（Farquhar et al.，1980），计算单叶片总光合速率P：
式中：
然后，把单叶片的总光合速率扩展到作物群体尺度：
式中：LAIL为逐日叶面积指数。
1.4.3 农田ET模拟
利用Penman-Monteith公式进行夏玉米农田蒸散量（ET）的计算（Allen et al.，1998）。公式如下：
式中：
2 结果分析
2.1 乳熟期NEP、ET和WUEc的模拟
2.1.1 正常年型
利用2017年夏玉米乳熟期观测数据，构建并率定夏玉米群体NEP和ET模型，对正常生长条件下夏玉米群体NEP、ET和WUEc在08：00—18：00（北京时，下同）时段进行模拟。图2为NEP、ET和WUEc实测值与模拟值的多日平均（8月28日—9月22日）日变化特征。结果表明，NEP与ET呈单峰型二次曲线分布，从08：00开始逐渐增大，NEP于13：00左右达最大，10：00—14：00模拟值较实测值小，其他时段较实测值大；ET于14：00左右达最大，13：00—18：00模拟值较实测值大。WUEc呈先增大后减小的变化趋势，09：30左右达最大值，之后逐渐减小。总体而言，正常年型夏玉米农田群体NEP和ET模拟值与实测值一致性较好，NEP模拟值和实测值及ET模拟值和实测值均呈极显著正相关，相关系数均为0.97（p<0.01），前者绝对误差为23.38 mg C·m-2·（30 min）-1，相对误差为8.98%；后者绝对误差为8.41 g H2O·m-2·（30 min）-1，相对误差为7.94%。WUEc模拟值和实测值也呈极显著正相关，相关系数为0.76（p<0.01），绝对误差为0.12 mg C·g-1 H2O，相对误差为5.32%。模型在正常年型下具有较高精度。
图2
图2
2017年夏玉米乳熟期至成熟期NEP（a）、ET（b）和WUEc（c）实测值和模拟值日变化特征
Fig.2
Diurnal variations of observed and simulated values of NEP (a), ET (b), and WUEc (c) from the milk stage to the maturity stage of summer maize in 2017
2.1.2 倒伏年型
基于所构建模型，对比2016年倒伏后与未倒伏条件下夏玉米群体NEP、ET和WUEc日变化特征。结果（图3）显示，倒伏后NEP、ET模拟值和实测值仍呈单峰型二次曲线分布，NEP最大值出现在12：00左右；ET模拟最大值出现在13：00，实测最大值出现在14：00，且08：00—14：00模拟值较实测值大；WUEc最大值出现在09：00左右。对比倒伏和未倒伏模拟值，倒伏后三个参数均明显低于未倒伏，NEP平均减少91.40 mg C·m-2·（30 min）-1，降幅为27.10%；ET平均减少18.49 g H2O·m-2·（30 min）-1，降幅为11.57%；WUEc平均减少0.43 mg C·g-1 H2O，降幅为20.78%。
图3
图3
2016年夏玉米乳熟期至成熟期NEP（a）、ET（b）和WUEc（c）未倒伏模拟值与倒伏后实测值和模拟值的日变化特征
Fig.3
Diurnal variations of simulated NEP (a), ET (b), and WUEc (c) for non-lodging summer maize, and the observed and simulated values after lodging from the milk stage to the maturity stage in 2016
2.2 乳熟期群体日WUEc的模拟
2.2.1 正常年型
利用2017年夏玉米乳熟期至成熟期观测数据，基于群体WUEc模型对日尺度WUEc进行模拟（图4）。结果表明，模拟值与实测值整体变化趋势较为一致，但在8月31日—9月2日及9月12—17日，实测值高于模拟值。两者平均值分别为1.41、1.49 mg C·g-1 H2O，相关系数为0.89（p<0.01），模拟的绝对误差为-0.08 mg C·g-1 H2O，相对误差为-5.39%。
图4
图4
2017年夏玉米乳熟期至成熟期群体WUEc模拟值与实测值变化
Fig.4
Variation of simulated and observed WUEc for summer maize from the milk stage to the maturity stage in 2017
2.2.2 倒伏年型
2016年夏玉米倒伏后WUEc模拟值与实测值具有较好的一致性（图5），总体呈下降趋势。倒伏后8月26—29日、8月31日—9月2日实测值较模拟值小，两者相关系数为0.80（p<0.01），绝对误差为0.02 mg C·g-1 H2O，相对误差为1.44%。与未倒伏相比，倒伏后WUEc模拟值明显降低；未倒伏条件下，基于CO2通量与作物蒸散模型计算的WUEc为1.54 mg C·g-1 H2O，倒伏后WUEc实测与模拟值分别为1.21、1.23 mg C·g-1 H2O，倒伏后模拟值较未倒伏模拟值降低0.31 mg C·g-1 H2O，降幅为20.37%。
图5
图5
2016年夏玉米乳熟期至成熟期群体WUEc模拟值与实测值变化特征
Fig.5
Variation of simulated and observed WUEc for summer maize from the milk stage to the maturity stage in 2016
2.3 倒伏对夏玉米产量的影响
2.3.1 倒伏后产量水平的WUEy
按照倒伏与未倒伏植株分别计算乳熟期至成熟期的生物量变化量，并结合实测蒸散量和Penman-Monteith方程模拟未倒伏条件下的蒸散量，得到产量水平的WUEy（表2）。结果表明，倒伏后WUEy为1.37 mg C·g-1 H2O，未倒伏WUEy为1.43 mg C·g-1 H2O，倒伏使农田WUEy减少0.06 mg C·g-1 H2O，降幅为3.87%。
表2 2016年乳熟期至成熟期夏玉米产量水平WUEy
Tab.2
| 类型 | 干物质增加量/ （g·m-2） | 蒸散量/mm | 水分利用率/ （mg C·g-1 H2O） |
|---|---|---|---|
| 倒伏 | 245.5 | 62.69 | 1.37 |
| 未倒伏 | 300.1 | 73.67 | 1.43 |
2.3.2 倒伏对夏玉米理论产量的影响
夏玉米倒伏与未倒伏条件下的产量结构特征见表3。由于倒伏发生在乳熟期，倒伏与未倒伏植株的果穗长与果穗粗差异不显著；倒伏后百粒重减少0.88 g，较未倒伏条件下降低2.8%（α=0.05）；倒伏后株籽粒重减少19.0 g，较未倒伏条件下降低10.8%（α=0.05）。倒伏后籽粒与茎秆比明显高于未倒伏条件，表明更多干物质向茎鞘转移。理论产量计算结果显示，倒伏植株较未倒伏降低1 172.9 kg·hm-2；在田块倒伏率46.0%的条件下，总体减产量为539.5 kg·hm-2，减产率约为5.0%。
表3 倒伏对夏玉米产量结构的影响
Tab.3
| 类型 | 果穗长/cm | 果穗粗/cm | 百粒重/g | 株籽粒重/g | 籽粒与茎秆比 | 理论产量/（kg·hm-2） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 倒伏 | 18.5 | 5.0 | 31.08 | 157.58 | 0.99 | 9 706.3 |
| 未倒伏 | 19.1 | 5.2 | 31.96 | 176.61 | 1.13 | 10 879.2 |
3 讨论
作物WUE由光合碳同化作用与农田水分蒸散共同决定（于贵瑞等，2004）。短时间尺度上，光合与呼吸受不同环境因子控制，CO2通量模拟值与实测值之间存在差异（胡中民等，2009）；此外，涡度协方差系统能量不闭合往往导致对湍流通量低估，从而低估蒸散量（刘渡等，2012）。因此，不同区域、气候条件、作物类型及田间管理措施下WUE差异明显（Yu et al.，2021）。本研究发现，倒伏后夏玉米NEP与ET均下降，且NEP的下降幅度更大，因而WUEc明显降低，倒伏后WUEc降低20.37%，WUEy降低3.87%，两种方法计算的结果均表明倒伏降低了农田水分利用效率。随着尺度扩展，碳固定效率逐级递减，而水分消耗逐级增加，导致WUE不断下降（王建林等，2010）。冯俊婷（2017）基于生物量计算的WUEy为0.90~1.41 mg C·g-1 H2O，高于基于CO2通量计算的WUEc（0.47~0.82 mg C·g-1 H2O），基于CO2通量计算的NEP与实际干物质累积量之间的差异，是导致该结果的主要原因（Stoy et al.，2006）。另外，由于大风倒伏灾害的突发性与随机性，自然大面积倒伏缺乏可重复的观测数据，因此对WUEc模拟结果的验证仍然有限。
夏玉米生育后期（乳熟期至成熟期）群体WUEc呈下降趋势，与战领等（2016）的研究一致，WUEc在生长旺季达到峰值后随作物的成熟逐渐下降，日均WUEc为1.20~1.40 mg C·g-1 H2O。WUEc年际间模拟值变化较大，2017年农田实测WUEc较2016年未倒伏条件下模拟WUEc小0.13 mg C·g-1 H2O，降低8.55%，主要由于2017年表层土壤含水量（86%）较2016年（69%）高。已有研究表明，当表层土壤含水量较高时，冠层尺度的蒸散速率模拟值偏低（张宝忠等，2013）。同时，夏玉米生育后期叶片衰老，光合和蒸腾作用均减弱，且成熟叶片WUE高于老叶与新叶（Field and Mooney，1983），导致群体WUE逐渐降低。冠层结构特征也是影响因素之一，较大冠层结构可截获更多的太阳辐射供叶片光合作用并抑制土壤蒸发，从而提高WUEc（Woodruff et al.，2009）。2017年作物群体密度与LAI均低于2016年，因此2017年WUEc偏低。倒伏破坏群体冠层结构，阻碍光合物质和水分的输送（刘佳丽，2012），不仅倒伏植株死亡，未倒伏植株叶片也不同程度受损（李树岩等，2015），在模型计算中未考虑倒伏后正常植株叶片受损情况，因而倒伏实测WUEc低于模拟值，可能与LAI模拟误差有关。
4 结论
利用作物、气象、灾害调查及CO2/H2O通量数据，对比分析了夏玉米倒伏与未倒伏条件下群体WUEc的变化特征。结果表明，倒伏后日均WUEc模拟值较未倒伏条件下的模拟值减少0.31 mg C·g-1 H2O，降幅为20.37%。产量水平的WUEy减少0.06 mg C·g-1 H2O，降低3.87%。倒伏导致NEP、ET同时减少，且NEP减少幅度更大，从而导致群体WUE降低，最终造成干物质累积量减少；倒伏后百粒重降低2.8%，株籽粒重降低10.8%，理论产量减产率约为5.0%。因此，在夏玉米生育后期发生茎折倒伏时，可提早收割以减少损失；而对根倒、茎倒及正常植株，应加强田间管理，促进植株恢复生长，以降低减产风险。
参考文献
涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用
[J].
通量观测是定量描述土壤-植被-大气间物质循环和能量交换过程的基础。涡度相关技术作为直接测量植被冠层与大气间能量与物质交换通量的技术手段, 已经逐步发展成为国际通用的通量观测标准方法。随着涡度相关技术在全球碳水循环研究中的广泛应用, 长期连续的通量观测正在为准确评价生态系统碳固持能力、水分和能量平衡状况、生态系统对全球气候变化的反馈作用、区域和全球尺度模型的优化与验证、极端事件对生态系统结构与功能影响等方面的研究提供重要数据支撑和机制理解途径。通过站点尺度通量长期动态观测, 明确了不同气候区和植被类型生态系统碳水通量强度基线及其季节与年际变异特征。通过多站点联网观测, 在区域和全球尺度研究生态系统碳通量空间变异特征, 揭示了区域尺度上温度和降水对生态系统碳通量空间格局的生物地理学控制机制。该文概括地介绍了涡度相关技术的基本原理、假设与系统构成, 总结了涡度通量长期联网观测在陆地生态系统碳水通量研究中的主要应用, 并对通量研究发展前景进行了展望。
中国干旱灾害的时空变化及其与直接经济损失的关联性研究
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[J].陆地生态系统的水循环与碳循环是地球表层系统物质循环与能量交换的核心，也是最基本的耦合的两个生态学过程。区域或全球尺度生态系统的水管理与碳管理是全球变化科学与可持续发展研究的两大主题，是人类维持全球生态系统的物质与能量循环、自然资源循环再生的重要生态学途径。我们在综合评述现代应用生态学研究的发展趋势，陆地生态系统水和碳循环与生态系统管理关系的基础上，提出了陆地生态系统水循环与碳循环过程管理的内容与思路，阐述了生态系统水和碳耦合循环机制与模拟综合研究的新设想。
近60 a中国极端天气气候事件变化趋势及2023年特征分析
[J].对不同区域极端天气气候事件变化规律的研究，有助于提高我国防灾减灾能力和有效应对气候变化风险。利用我国均一化的2 254个气象观测站逐日观测资料，分析评估近60 a和2023年我国及其各区域（未包含港澳台地区）发生的极端高温、极端低温、极端干旱、极端降水和极端台风等极端天气气候事件（简称“极端事件”）的时空特征。结果表明，1961年以来，我国极端事件总体呈下降趋势，其中1970—1990年代初下降趋势明显，1990年代后期以来增加趋势明显；极端高温事件呈显著增加趋势，进入21世纪后增加趋势更加明显；极端低温事件呈减少趋势；极端降水事件总体呈增加趋势；极端干旱事件呈下降趋势且阶段性特征明显；近60 a来受台风影响出现的极端风速和降水事件呈减少趋势，主要由极端台风风速事件减少造成，而极端台风降水事件呈缓慢上升趋势。2023年我国极端事件每站平均发生139次，比气候平均值偏多28.3%。其中，极端高温事件平均发生79次（偏多76.8%），为1961年以来历史最多年；极端低温事件平均发生20次（偏少23.8%）；极端降水事件平均发生14次，极端干旱事件平均发生26次，都接近常年平均值；极端台风事件平均发生0.41次（偏多4.2%），主要以极端台风降水事件为主。2023年极端事件主要出现在西南地区、江南西部、华南西部、西北地区中部和北部、内蒙西部、京津冀等地，其中四川东部、贵州南部、甘肃西部、内蒙西部等地超过200次。极端事件增多的主要原因是极端高温事件和极端干旱事件增多。综合等级指数分析表明，极端事件高危险区域主要位于南方地区，特别是东南沿海地区，近60 a综合等级指数增加的区域主要位于西南地区到东北地区南部这个过渡带上。2023年高危险区域主要出现在西南地区和西北地区中北部。
Physiological and environmental regulation of stomatal conductance, photosynthesis and transpiration: A model that includes a laminar boundary layer
[J].
Mid-season stalk breakage in corn: Hybrid and environmental factors
[J].Mid‐season corn (Zea mays L.) stalk breakage in south central Nebraska resulted from 100 mph winds on 8 July 1993 and 80 mph winds on 1 July 1994. Corn growth stages at the time of damage ranged from V10 to V14. Observations of field studies were taken to determine: (i) the impact of stalk breakage on grain yields of different hybrids; (ii) yield compensation by remaining plants; and (iii) the influence of soil and cultural factors on susceptibility to wind damage. We recorded stalk breakage on over 100 corn hybrids in evaluation trials at one site in 1993 and at two sites in 1994 to address objective i. Twelve hybrids were chosen at each site and yield components from broken and standing plants were recorded separately to determine whether remaining standing plants compensated for broken plants (objective ii). We also evaluated stalk breakage on a N management study and a site‐specific management/ variable rate study to address objective iii. In 1993 stalk breakage ranged from 7 to 88%, and grain yield was reduced 1.5 bu/acre for every 1% increase in stalk breakage. Breakage in 1994 ranged from 1 to 37% at one site and from 5 to 51% at the other site. Grain yield was reduced by 1.5 and 1.8 bu/acre for every 1% increase in stalk breakage, respectively. Remaining plants did not compensate for grain loss from broken plants at any site. Percentage yield loss is directly related to percentage stalk breakage. Stalk breakage increased with increasing N rate but was reduced with sidedress relative to preplant N application and no‐till relative to conventional tillage. Stalk breakage in the site‐specific management study correlated (positively) with soil organic matter content. Factors that accelerated plant growth early in the growing season increased susceptibility to stalk breakage. Unfortunately, management practices that result in slow early plant growth also limit yield potential. Planting tolerant hybrids is the best way to avoid losses. More information is needed on why individual plants break and why specific hybrids are more prone than others to mid‐season stalk breakage.
Gap filling strategies for defensible annual sums of net ecosystem exchange
[J].
A biochemical model of photosynthetic CO2 assimilation in leaves of C3 species
[J].
Leaf age and seasonal effects on light, water, and nitrogen use efficiency in a California shrub
[J].
Combining ability for rind puncture resistance in maize
[J].Stalk lodging of maize (Zea mays L.) may cause annual yield losses of more than 5%. Stalk strength can be improved by selecting for rind puncture resistance; however, additional information on the genetic nature of rind puncture resistance is needed. A seven‐parent (B73, H111, L266, L329, L605, L668, and L729) diallel was evaluated in 1994 and 1995 with the following objectives: (i) to estimate general (GCA) and specific combining ability (SCA) and reciprocal effects for rind puncture resistance and (ii) to ascertain whether ear‐internode data could be used in lieu of Internode 3 data. General combining ability variance was only significant at the ear internode, whereas SCA variance was not significant at either internode. Reciprocal effects were unimportant at either internode. For the ear internode, progeny performance can be adequately predicted from GCA estimates. Inbred lines L329 and L729 exhibited significant positive GCA effects at the ear internode, whereas B73 and L668 showed significant negative GCA effects at this internode. Inbred lines L329 and L729 could be used for developing hybrids or germplasm with stronger stalks. Year × genotype interactions were detected for both internodes, indicating that genotypes should be evaluated in more than one environment. Ear‐internode data provided experimental precision similar to that for Internode 3, but genetic differences among crosses were detected only in the ear‐internode data. The ear internode provided more convenient and useful information on rind puncture resistance. Rind puncture resistance of the ear internode would be a relatively easy trait to improve by practicing recurrent selection in a population developed from the germplasm evaluated in this study.
Mid-season lodging modulates photosynthesis, evapotranspiration, and dry matter accumulation and distribution simulated by the optimized model in maize
[J].Mid-season lodging in maize (Zea mays L.) often restricts grain yield potential and is a great hurdle in improving production efficiency. The aim of this research was to study the effects of lodging on photosynthesis, evapotranspiration, dry matter accumulation, and distribution in a maize population.
An evaluation of models for partitioning eddy covariance-measured net ecosystem exchange into photosynthesis and respiration
[J].
Coordination of leaf structure and gas exchange along a height gradient in a tall conifer
[J].The gravitational component of water potential and frictional resistance during transpiration lead to substantial reductions in leaf water potential (Psi(l)) near the tops of tall trees, which can influence both leaf growth and physiology. We examined the relationships between morphological features and gas exchange in foliage collected near the tops of Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) trees of different height classes ranging from 5 to 55 m. This sampling allowed us to investigate the effects of tree height on leaf structural characteristics in the absence of potentially confounding factors such as irradiance, temperature, relative humidity and branch length. The use of cut foliage for measurement of intrinsic gas-exchange characteristics allowed identification of height-related trends without the immediate influences of path length and gravity. Stomatal density, needle length, needle width and needle area declined with increasing tree height by 0.70 mm(-2) m(-1), 0.20 mm m(-1), 5.9 x 10(-3) mm m(-1) and 0.012 mm(2) m(-1), respectively. Needle thickness and mesophyll thickness increased with tree height by 4.8 x 10(-2) mm m(-1) and 0.74 microm m(-1), respectively. Mesophyll conductance (g(m)) and CO(2) assimilation in ambient [CO(2)] (A(amb)) decreased by 1.1 mmol m(-2) s(-1) per m and 0.082 micromol m(-2) s(-1) per m increase in height, respectively. Mean reductions in g(m) and A(amb) of foliage from 5 to 55 m were 47% and 42%, respectively. The observed trend in A(amb) was associated with g(m) and several leaf anatomic characteristics that are likely to be determined by the prevailing vertical tension gradient during foliar development. A linear increase in foliar delta(13)C values with height (0.042 per thousand m(-1)) implied that relative stomatal and mesophyll limitations of photosynthesis in intact shoots increased with height. These data suggest that increasing height leads to both fixed structural constraints on leaf gas exchange and dynamic constraints related to prevailing stomatal behavior.
Modeling the water use efficiency of soybean and maize plants under environmental stresses: Application of a synthetic model of photosynthesis-transpiration based on stomatal behavior
[J].
Global synthesis of the impact of droughts on crops’ water-use efficiency (WUE): Towards both high WUE and productivity
[J].
