本文關(guān)鍵詞：玉米高效利用磷資源的根系互作過程及其作用機制

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【摘要】：改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)高度依賴大量磷肥投入的生產(chǎn)模式,充分發(fā)揮植物高效利用磷資源的生物潛力是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的新方向。植物根系形態(tài)、生理特征受局部養(yǎng)分的影響,也受相鄰植物的調(diào)控,而有關(guān)互作體系植物根系如何協(xié)同響應(yīng)局部養(yǎng)分和相鄰植物,高效利用磷資源的研究相對較少。本研究以玉米為研究對象,利用分根土培、砂培的方法結(jié)合遮蔭和微根管原位跟蹤照相技術(shù),系統(tǒng)研究了相鄰植物玉米、蠶豆對目標玉米利用磷資源的影響,揭示了互作體系玉米根系生長的動態(tài)規(guī)律,探討了根系覓食磷資源的行為,分析光照對目標玉米根系生長與空間分布的影響,以深入理解相鄰植物調(diào)控玉米根系高效利用磷資源的作用機制。主要結(jié)果與研究進展如下：(1)蠶豆提高根際磷的有效性,誘導(dǎo)玉米根系的增生,促進玉米對磷的吸收利用：玉米/蠶豆體系目標玉米總根長、地上部生物量以及磷吸收量顯著高于玉米/玉米體系；不同供磷強度下,相鄰植物蠶豆的根長顯著低于相鄰植物玉米,但其酸性磷酸酶和有機酸的分泌顯著高于玉米；局部磷資源刺激了玉米根系的增生,對蠶豆根系生長沒有顯著影響,同時相鄰植物蠶豆活化土壤難溶性磷,提高土壤磷的有效性促進了目標玉米根系的生長,目標玉米磷的吸收量顯著高于磷均質(zhì)供應(yīng)的處理。該研究揭示了植物根系響應(yīng)局部養(yǎng)分和相鄰植物的根際調(diào)控機制。(2) 相鄰植物通過改變玉米根系的生長方向影響其根系覓食局部磷資源的行為：玉米/玉米體系目標玉米躲避相鄰植物玉米；玉米/蠶豆體系目標玉米根系沿著蠶豆根系生長。在遠離相鄰植物的磷富集區(qū),玉米/玉米體系目標玉米根系生物量、總根長、細根比例顯著高于玉米/蠶豆體系,其停留在磷富集區(qū)的時間顯著低于玉米/蠶豆體系,養(yǎng)分的供應(yīng)方式對根系停留在養(yǎng)分富集區(qū)的時間沒有顯著影響。該研究闡明了相鄰植物通過影響根系空間分布調(diào)節(jié)根系覓食養(yǎng)分行為的機制。(3) 玉米根系對局部磷資源和相鄰植物的協(xié)同響應(yīng)隨植物生長時間呈動態(tài)變化：生長前期互作體系目標玉米對相鄰植物玉米、蠶豆無響應(yīng),目標玉米根系空間分布受養(yǎng)分資源的影響,后期目標玉米躲避相鄰植物生長,根系空間分布開始出現(xiàn)不對稱性；增加養(yǎng)分競爭區(qū)域磷的供應(yīng)強度,目標玉米出現(xiàn)空間分布不對稱性的時間推遲；不同養(yǎng)分處理,玉米/蠶豆體系目標玉米空間不對稱性出現(xiàn)的時間早于玉米/玉米體系。該研究表明相鄰植物的生長時期影響目標玉米根系的空間分布。(4) 玉米根系對局部磷資源和不同相鄰植物的協(xié)同響應(yīng)依賴于光照強度對相鄰植物根系生長的影響：降低光照顯著降低了植物根系生物量和總根長；與高光照條件相比,降低光照強度玉米/玉米體系目標玉米根系對相鄰植物玉米和磷資源的協(xié)同響應(yīng)消失；玉米、蠶豆之間的親緣識別效應(yīng)表現(xiàn)為玉米躲避蠶豆生長,并且這種響應(yīng)不受光照強度的影響,增加競爭區(qū)域養(yǎng)分供應(yīng)強度,可以緩解目標玉米對蠶豆的躲避行為。該研究表明玉米／蠶豆體系玉米根系的生長與分布由養(yǎng)分的有效性和根系間的親緣識別效應(yīng)共同決定。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S513

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本文編號：1300067