本文關(guān)鍵詞：提高養(yǎng)分、水分吸收的根系形態(tài)和生理調(diào)控，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《西北農(nóng)林科技大學(xué)》 2015年

提高養(yǎng)分、水分吸收的根系形態(tài)和生理調(diào)控

占愛  

【摘要】：氮、磷是作物生長(zhǎng)不可缺少的養(yǎng)分,是決定糧食作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的主要因素。近年來(lái),為提高產(chǎn)量,緩解氮、磷不足,農(nóng)民往往過(guò)量施肥,導(dǎo)致養(yǎng)分吸收利用率降低,損失量增加,引起一系列環(huán)境問題。在干旱半干旱地區(qū),除了養(yǎng)分不足,水分也是限制產(chǎn)量的主要因素。水分不僅直接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育,還間接影響土壤中養(yǎng)分有效性,降低作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。根系是植物從土壤中吸收養(yǎng)分和水分的主要器官。根系形態(tài)構(gòu)型具有很強(qiáng)的可塑性,易受土壤水分、養(yǎng)分的影響。同時(shí)根系形態(tài)構(gòu)型和生理功能的變化也改變根系對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收。因此,本研究首先分析了當(dāng)前高產(chǎn)條件下作物養(yǎng)分需求規(guī)律,并通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)探究了不同施肥對(duì)土壤養(yǎng)分和根系生長(zhǎng)的影響。其次通過(guò)水、肥調(diào)控研究根系形態(tài)構(gòu)型變化對(duì)植株養(yǎng)分和水分的吸收利用的影響,以及選用特定根系構(gòu)型的基因型,研究根系構(gòu)型變化對(duì)養(yǎng)分和水分吸收利用以及地上部生長(zhǎng)的影響。主要研究結(jié)果如下:(1)冬小麥磷素吸收量隨施磷量的增加而升高。過(guò)量施磷不能進(jìn)一步增加產(chǎn)量或者籽粒中磷濃度,反而使磷累積在秸稈中。隨產(chǎn)量水平的升高,生產(chǎn)1 Mg冬小麥籽粒的磷素需求呈下降趨勢(shì),這可能是由收獲指數(shù)增加及籽粒磷濃度稀釋效應(yīng)所導(dǎo)致。適宜磷供應(yīng)條件下,生物量和磷素累積在不同產(chǎn)量水平之間的最大差異發(fā)生在GS30到GS60這一階段,說(shuō)明改善小麥生育前期管理措施也是保證高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。(2)受長(zhǎng)期定位施肥的影響,與CK(不施肥)和NK(施氮、鉀肥)處理相比,土壤Olsen-P、全磷和Ca Cl2-P在處理NPK(施氮、磷和鉀肥)和MNPK(施氮、磷、鉀肥并配施有機(jī)肥)的土壤表層大量累積,并隨土壤剖面深度的增加逐漸降低。受土壤磷含量的影響,根系在土壤剖面中的分布也表現(xiàn)出在土壤表層大量分布,隨土壤深度逐漸降低。此外施磷以及配施有機(jī)肥處理均顯著促進(jìn)土壤各層的根系生長(zhǎng),但是抑制AM菌根侵染率。植株吸磷量和地上部生長(zhǎng)隨施磷量增加而顯著升高,但是植株地上部生物量在NPK和MNPK處理間差異不顯著,表明過(guò)量施磷并不能持續(xù)促進(jìn)作物生長(zhǎng)。(3)磷、水同時(shí)供應(yīng)顯著促進(jìn)根系生長(zhǎng),提高單位根長(zhǎng)吸磷量、磷和水分利用效率,促進(jìn)地上部生長(zhǎng)。與上、下土層或左、右兩室同時(shí)供磷和供水相比,磷、水僅在深層或同在一室時(shí)對(duì)地上部生長(zhǎng)沒有影響或影響很小,但顯著提高單位根長(zhǎng)吸磷量、磷和水分利用效率。這些結(jié)果表明,在干旱條件下,與全層供磷、水相比,給2/3(土柱試驗(yàn))或者1/2根系(分根試驗(yàn))提供磷肥和水分,即能夠滿足植株磷素需求,保證植株正常生長(zhǎng),同時(shí)還能節(jié)省33%(土柱試驗(yàn))或50%(分根試驗(yàn))的磷肥和水分。(4)在兩個(gè)土壤水分條件下,當(dāng)施磷量從0 mg kg-1增加到75 mg kg-1(水分充足)和100 mg kg-1(干旱脅迫)時(shí),根長(zhǎng)和根干重增加迅速,而根冠比、單位根重的根長(zhǎng)以及Zm Pht1;1~Zm Pht1;4表達(dá)量則迅速降低。當(dāng)施磷量高于75 mg kg-1(水分充足)和100 mg kg-1(干旱脅迫)時(shí),根干重和根長(zhǎng)維持在一個(gè)穩(wěn)定的高水平,根冠比、單位根重的根長(zhǎng)以及Zm Pht1;1~Zm Pht1;4表達(dá)量則維持在一個(gè)穩(wěn)定的低水平。AM菌根對(duì)磷肥供應(yīng)表現(xiàn)出先隨施磷量增加迅速升高,在施磷量為25 mg kg-1(水分充足)和50 mg kg-1(干旱脅迫)時(shí)達(dá)到最大,之后隨施磷量升高而降低,Zm Pht1;6對(duì)磷肥的響應(yīng)趨勢(shì)與AM菌根相似。從根系形態(tài)到基因水平的研究結(jié)果表明,根系形態(tài)、AM菌根侵染和Pht1家族5個(gè)磷轉(zhuǎn)運(yùn)子基因的表達(dá)在水分脅迫條件下對(duì)低磷脅迫更為敏感。因此,在相同施磷水平下,植株在水分脅迫條件下受到更強(qiáng)的低磷脅迫,從而需要投入更多的磷肥來(lái)滿足植株生長(zhǎng)。(5)側(cè)根密度低但側(cè)根長(zhǎng)(FL)的自交系比側(cè)根密度高但側(cè)根短(MS)的自交系更能適應(yīng)低氮脅迫,主要表現(xiàn)為:根系呼吸降低、深層土壤分布更多的根系、較高的氮素吸收、光合速率和SPAD值、以及高的生物量和產(chǎn)量。溫室培養(yǎng)試驗(yàn)(GH)結(jié)果表明,低氮條件下FL自交系的側(cè)根呼吸速率比MS自交系低67%。在賓夕法尼亞(RS)以及南非(SA)進(jìn)行的田間試驗(yàn)結(jié)果表明,與MS自交系相比,低氮條件下FL自交系在深層土壤有更多的根系,表現(xiàn)為FL自交系在RS和SA的D95值分別為57.9 cm和36.9 cm,而MS自交系的D95值分別是49.6 cm(RS)和30.8 cm(SA)。此外,低氮條件下,與MS自交系相比,FL自交系地上部相對(duì)生物量顯著增加75%(GH)、46%(RS)和41%(SA),同時(shí)產(chǎn)量增加31.5%(RS)。(6)水分脅迫(WS)條件下,側(cè)根密度低但側(cè)根長(zhǎng)(FL)的自交系較側(cè)根密度高但側(cè)根短(MS)的自交系降低了單位根長(zhǎng)呼吸速率,但在深層土壤有更多的根系,因而促進(jìn)對(duì)深層土壤水分吸收,改善植株水分狀態(tài)、CO2交換速率和氣孔導(dǎo)度,最終提高生物量和產(chǎn)量。溫室試驗(yàn)(GH)結(jié)果表明,與MS自交系相比,WS條件下FL自交系的單位根長(zhǎng)呼吸速率和單位軸根長(zhǎng)的側(cè)根呼吸速率分別降低46%和141%,增加根系在深層土壤中的分布(表現(xiàn)為D95在FL自交系中為118 cm,在MS自交系中為88 cm),葉片相對(duì)含水量升高(約8%),最終導(dǎo)致地上部生物量增加50%。在美國(guó)賓夕法尼亞(PA)和亞利桑那(AZ)進(jìn)行的田間試驗(yàn)結(jié)果表明,與MS自交系相比,WS條件下,FL自交系在深層土壤分布更多的根系,表現(xiàn)為D95在PA和AZ的FL自交系中分別為54 cm和55 cm,在MS自交系中分別為43 cm和45 cm,莖稈水δ18O值分別降低46%和44%,最終使地上部生物量增加51~67%。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q945
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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3 謝小林;顧振紅;朱紅惠;姚青;;球囊霉素相關(guān)土壤蛋白與根系形態(tài)的相關(guān)性研究[A];2012年鄂粵微生物學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)——湖北省暨武漢微生物學(xué)會(huì)成立六十年慶祝大會(huì)論文集[C];2012年

4 嵇慶才;周明耀;張鳳翔;周春林;薛亞鋒;;水肥耦合條件下水稻根系形態(tài)及其活力研究[A];農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——2005年中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集第二分冊(cè)[C];2005年

5 王艷;米國(guó)華;張福鎖;;玉米根系形態(tài)對(duì)光照、氮水平反應(yīng)的基因型差異[A];青年學(xué)者論土壤與植物營(yíng)養(yǎng)科學(xué)——第七屆全國(guó)青年土壤暨第二屆全國(guó)青年植物營(yíng)養(yǎng)科學(xué)工作者學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2000年

6 楊曌;李紅;張新全;李向林;萬(wàn)里強(qiáng);;湘西南濕熱地區(qū)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿根系形態(tài)和生理生化性狀綜合評(píng)價(jià)[A];中國(guó)草學(xué)會(huì)飼料生產(chǎn)專業(yè)委員會(huì)第十六次學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 占愛;提高養(yǎng)分、水分吸收的根系形態(tài)和生理調(diào)控[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

2 張耗;水稻根系形態(tài)生理與產(chǎn)量形成的關(guān)系及其栽培調(diào)控技術(shù)[D];揚(yáng)州大學(xué);2011年

3 于坤;滴灌方式和水氮處理對(duì)釀酒葡萄幼苗生理特性和根系形態(tài)的影響[D];石河子大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 張萌;不同形態(tài)氮肥配施對(duì)直播冬油菜生長(zhǎng)、根系形態(tài)及光合特性的影響[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 陳磊;磷素供應(yīng)及過(guò)氧化氫對(duì)小麥根系形態(tài)的影響[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2011年

3 褚光;超級(jí)稻根系形態(tài)生理及其與產(chǎn)量形成的關(guān)系[D];揚(yáng)州大學(xué);2013年

4 方華為;不同品種蔬菜對(duì)鎘的吸收及根系形態(tài)特征研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：提高養(yǎng)分、水分吸收的根系形態(tài)和生理調(diào)控，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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