【摘要】：植物對資源的高效利用及權(quán)衡策略是植物生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點問題之一。光能、水分和氮素作為植物生長的必需資源,其環(huán)境供給水平與植物獲取能力、利用效率的關(guān)系,植物冠層與根系結(jié)構(gòu)、生物量分配對水氮水平的響應(yīng)等問題尚待進一步研究。本研究應(yīng)用抗旱性不同的三個春小麥品種為材料,設(shè)置不同水分和氮素供應(yīng)水平,通過田間試驗探討春小麥冠層、根系結(jié)構(gòu)與功能、生物量積累與分配對水分和氮素水平的響應(yīng),分析了春小麥品種氮素、水分和光能利用率及其權(quán)衡關(guān)系。取得以下主要結(jié)果:(1)三個春小麥品種間表型(冠層高度、比葉面積、葉傾角、根長、根尖數(shù)、根平均直徑、根體積、根表面積、根投影面積)可塑性有明顯差異。比葉面積、葉傾角、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸與冠層氮素含量在冠層垂直水平上差異顯著。抗旱性品種和尚頭與西旱2號根系大、冠層高、葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量高、蒸騰速率低,對土壤水分和氮素吸收和保持能力強。不抗旱性品種寧春4號群體株型緊湊、冠層氮素垂直分布梯度明顯、光資源捕獲利用能力強、光合電子流向光化學(xué)反應(yīng)方向的分配比例高、凈光合速率高。增加灌水和適量施氮(和尚頭與西旱2號在施氮150kg·hm-2、寧春4號在施氮225kg·hm-2時)可以通過改變小麥冠層、根系結(jié)構(gòu)功能,促進春小麥光能截獲和水氮吸收能力的提高。(2)寧春4號繁殖分配、籽粒產(chǎn)量、灌溉水利用效率及產(chǎn)量構(gòu)成因素(有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重)明顯高于抗旱品種。西旱2號生物產(chǎn)量及各器官生物量積累最大,光能利用效率最高。和尚頭生物量水分利用效率最高�？购敌云贩N和尚頭與西旱2號對土壤水分敏感性低、對氮素敏感性高,不抗旱品種寧春4號相反。減少灌水對不抗旱品種的生物量水分利用效率提高效果明顯,提高氮素水平對抗旱品種的生物量氮素利用效率和籽粒氮素貢獻(xiàn)率更高。灌水量增加后,三個小麥品種生物量水分利用效率明顯降低。增加施氮水平,小麥植株氮素獲取量增加,氮素利用效率(氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力)顯著下降。(3)氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率與光能利用效率、生物量水分利用率極顯著負(fù)相關(guān),光能利用率與生物量水分利用率顯著正相關(guān)。所以,春小麥氮素利用率與光能、水分利用效率間存在明顯的權(quán)衡關(guān)系。本研究探討了不同抗旱性小麥品種資源利用效率及其對水氮水平的響應(yīng),為更好地理解植物光能、水分與氮素利用效率間的權(quán)衡關(guān)系提供了科學(xué)依據(jù),明確了有利于提高不同抗旱性品種資源利用效率的灌水和施氮水平,對綠洲灌區(qū)農(nóng)業(yè)資源高效利用具有重要實踐指導(dǎo)意義。
[Abstract]:The efficient utilization and tradeoff strategy of plant resources is one of the hot issues in plant ecology and agroecology. Light energy, water and nitrogen are essential resources for plant growth. The relationship between environmental supply level and plant acquisition capacity, utilization efficiency, plant canopy and root structure, and the response of biomass allocation to water and nitrogen levels need to be further studied. In this study, three spring wheat varieties with different drought resistance were used as materials, different water and nitrogen supply levels were set up, and the canopy, root system structure and function of spring wheat were studied through field experiments. The responses of biomass accumulation and allocation to water and nitrogen levels were analyzed. The utilization efficiency of nitrogen, water and light energy and their trade-offs were analyzed in spring wheat varieties. The main results were as follows: (1) there were significant differences in phenotype (canopy height, specific leaf area, leaf inclination, root length, root tip number, root mean diameter, root volume, root surface area, root projection area) among the three spring wheat varieties. Specific leaf area, leaf inclination, soluble sugar, soluble protein, proline and nitrogen content in canopy were significantly different at vertical level. The drought-resistant varieties had large root system, high canopy, high content of leaf osmotic regulator, low transpiration rate and strong ability to absorb and maintain soil water and nitrogen. Ningchun 4, a non-drought-resistant variety, has compact plant type, obvious vertical distribution gradient of nitrogen in canopy, strong ability to capture and utilize light resources, high distribution ratio of photosynthetic electron to photochemical reaction direction and high net photosynthetic rate. The increase of irrigation water and appropriate amount of nitrogen application (when applying nitrogen 150kg hm-2, Ningchun 4 at N 225kg hm-2) could change the structure and function of root system by changing the canopy of wheat. (2) the reproductive allocation, grain yield, irrigation water use efficiency and yield components of Ningchun No. 4 were significantly higher than those of drought-resistant varieties (number of effective panicles, number of kernels per ear, 1000-grain weight). The biological yield and biomass of each organ of Xihan 2 were the largest, and the light energy utilization efficiency was the highest. The biomass water use efficiency of Heshantou was the highest. Drought resistant cultivar HeShangtou and Xihan 2 had low sensitivity to soil moisture and high sensitivity to nitrogen, but the non-drought-resistant cultivar Ningchun 4 was opposite. The effect of reducing irrigation on the biomass water use efficiency of drought resistant varieties was obvious, and the increase of nitrogen level to the biomass nitrogen use efficiency and grain nitrogen contribution rate of drought-resistant varieties was higher than that of non-drought resistant varieties. The biomass water use efficiency of the three wheat varieties decreased significantly after the increase of irrigation amount. With the increase of nitrogen application level, the amount of nitrogen in wheat plants increased, and the nitrogen use efficiency (nitrogen dry matter production efficiency, nitrogen harvest index, agricultural efficiency of nitrogen fertilizer) was increased. (3) nitrogen dry matter production efficiency was negatively correlated with light energy use efficiency, biomass water use efficiency, and light energy use efficiency was positively correlated with biomass water use efficiency. Therefore, there is an obvious trade-off relationship between nitrogen use efficiency and light energy, water use efficiency of spring wheat. In this study, the resource utilization efficiency of wheat varieties with different drought resistance and their responses to water and nitrogen levels were discussed, which provided a scientific basis for better understanding of the trade-offs among plant light energy, water use efficiency and nitrogen use efficiency. It is clear that irrigation and nitrogen application level are beneficial to improve the resource utilization efficiency of different drought-resistant varieties and have important practical guiding significance for the efficient utilization of agricultural resources in oasis irrigation area.
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S512.12

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