水、氮供应对作物根系生理特性及吸收养分的影响

【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。

【关键词】：根系发育 养分累积动态 光合作用 伤流 硝态氮迁移 根系空间分布
【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
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