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《西北农林科技大学》 2002年
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水、氮供应对作物根系生理特性及吸收养分的影响

宋海星  
【摘要】: 作为吸收水分和养分、合成多种生理活性物质的器官,根系生长发育状况直接影响作物的生长及产量形成,在土壤供水受到较大限制的旱作农业中,根系的作用显得更为突出。然而,由于分离根系技术上的困难,涉及根系各方面的研究还远没有地上部深入。本文以玉米和小麦为供试作物,在遮雨棚内进行了微区田间试验,在不同栽培措施及水、氮供应条件下,研究了根系生理特性与作物养分吸收、植株生长之间的关系,主要结果如下: 1.氮素对玉米根系生理特性、养分吸收、光合作用及植株生长的影响受水分供应制约,水分供应较好(如本研究中的灌水处理)或水分胁迫较轻(如本研究中的未灌水、未限根处理)时,氮素供应促进了根系生长;增加了根系总吸收面积、活跃吸收面积和根系的TTC还原总量;增加了植株的伤流量和伤流液中硝、铵态氮、游离氨基酸及磷、钾含量;促进了根系对养分的吸收;改善了光合作用有关生理特性;从而增加了产量,减轻了限制根系生长的不良影响。水分胁迫严重时(如本研究中的未灌水、未覆膜、限制根系生长的处理),供氮导致了根系生长量、根系吸收面积和TTC还原总量降低;也导致了植株的伤流量和伤流液中硝、铵态氮、游离氨基酸及磷、钾含量下降;养分吸收减少;光合作用的气孔因素和非气孔因素限制均增加,光合速率下降;从而降低了作物养分吸收量与产量,加重了限制根系生长的不良影响。 2.限制根系生长虽然严重抑制了根系发育,但却增加了根系的活跃吸收面积、提高了根系的TTC还原强度(单位根重TTC还原量)。在根系自然生长情况下,作物旺盛生长时期根系活跃吸收面积和TTC还原强度,与养分吸收量及地上部分的生物量密切相关。这说明,在限制根系生长的逆境条件下,作物并不是被动地忍受逆境的胁迫,而是主动地调节其生理代谢过程,增强其对水分和养分的吸收能力,减缓逆境伤害。但由于尼龙袋中原有的水分和养分早期已消耗殆尽,根系又无法透出袋外由其他地方获取这两种生长要素,内在吸收功能改善并未改变作物吸收养分下降和产量降低的结局。 3.在不同水、氮供应条件下,植株氮、磷、钾吸收量与伤流量及其养分数量的变化趋势基本相同;植株氮、磷、钾吸收量与伤流吸收的养分量(伤流液养分浓度与植株消耗的水分乘积)呈显著正相关。这一结果表明,伤流量及其养分数量,既是作物生长势的反映,也是作物吸收、转运水分与养分能力的标志。 4.玉米干物质和养分吸收量,随生育期持续增加,其变化动态可用S曲线方程描述。玉米生长期间干物质与养分吸收并非同一速率,前期上升快,至最高峰后缓慢 2 水、氮供应对作物根系生理特性及吸收养分的影响 下降。在氮、磷、钾三要素中,氮、钾吸收速率高,上升快,下降也快;磷吸收速率 低,上升慢,下降亦慢。养分最大吸收速率出现的时间,钾最早,氮次之,磷最晚。 但三者均早于干物质最大累积速率出现的时间。氮肥利用率与干物质累积、养分吸收 速率有类似变化趋势;氮肥最高瞬时利用率与氮素最大吸收速率出现的时间基本一 致。灌水明显提高氮肥累积和瞬时利用率;水分和氮素供应增加养分吸收及干物质累 积速率,但未改变其变化趋势。水分和氮素供应促进了营养体养分向籽粒的运转,提 高了养分在籽粒中的分配比例,从而提高了籽粒产量。 5.玉米根系发育状况及水分供应明显影响硝态氮的迁移及分介。根系自然生长 时,离主茎不同距离的各位点硝态氮浓度差异小;而限制根系生长时,各位点硝态氮 浓度差异大。离主茎 0-10cm范围的耕层土壤中硝态氮含量的变化趋势是,d]远到近 逐渐降低,这一变化趋势与耕层士壤中根系吸收面积的变化相反。灌水可缩小远、近 不同位点的硝态氮浓度差异,而且限制根系生长时,各位点的硝态氮浓度与土壤水分 有相当一致的变化规律。后者表明,硝态氮随着植物吸收水分的过程,作为溶质而向 根面迁移。 6.小麦根系及其生理特性的空问分布变化是:离主茎 0—10cm范围水平方向上, 根系干重、土壤样方内全部根系的hC还原量(TTC还原量)和土壤样方内全部根 系的吸收面积,随着离主茎距离的增加而逐渐减少。离地面0~60cm范围垂直方向上, 根系干重、TTC还原量和根系吸收面积,随着土层深度的加深而逐渐降低;随生育 期的后延,深层土壤的TTC还原强度有所加强。单位根重吸收面积,在上述范围的 水平和垂直方向上,均变化较小。根系总吸收面积与TTC还原量的变化趋势相一致, 二者呈极显著正相关。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:S311

【引证文献】
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