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苜蓿、玉米根系提水作用机制研究

李唯  
【摘要】: 提水作用(hydraulic lift)也称根水倒流(water reverse flow)和负向运输(negative transport),是指在低蒸腾情况下,植物处于深层湿润土壤中的根系吸收水分,并通过输导组织运至浅层根系,进而释放到周围较干燥土壤中的现象。但至今尚未见到有关发生机理方面的系统研究和报道。 本文选用紫花苜蓿(Medicago sativa)、抗旱型8407玉米和丰产型中单二号玉米为试验材料,采取上下桶分根试验设计,利用503DR型中子水分仪、土壤张力计、BAU光合测定仪、红外线植物水分测定仪等测试方法,在2000年3月至2002年5月期间,对根系提水作用进行了较为系统的试验研究,取得如下主要结果: 1.根系提水作用是随着植物的生长发育,在一定时期和一定条件下出现的一种生理现象。一龄紫花苜蓿根系平均每株每夜表观提水量为8.02g;二龄紫花苜蓿为43.86g;丰产型中单二号玉米平均每株每夜表观提水量为7.52g,抗旱型8407玉米为4.76g。不同类型和不同品种间,根系提水作用差异显著。 2.植物的蒸腾速率,土壤的自然蒸发量,试验分根装置的上下桶隔水层均对根系提水作用有较大的影响。塑膜覆盖的试验土壤表面一夜间(20:00至次日凌晨5:00)的自然蒸发失水量为5.20g,2cm厚粗砂粒覆盖的为6.60g;一年生苜蓿一夜间每处理每株蒸腾失水平均为45.00g,中单二号每株为6.96g,8407每株为5.67g;由2cm厚粗砂粒为隔水层,其一夜间毛管升水量为6.66g,由打孔法为隔水层,其一夜间的毛管升水量为8.64g。 3.环境生态条件在一夜间的平均温差为4.2℃、平均相对湿度差为6.0%、上桶土壤平均温差在8.5℃变幅范围内,对苜蓿、玉米根系提水作用无明显影响。 4.相关性测定分析表明,根系提水作用与苜蓿、玉米的蒸腾速率(TR),光合速率(Pn)及气温均呈正相关,而与水分利用率(WUE)和气孔阻力(RS)和大气湿度(RH)均呈负相关。除与中单二号和8407玉米平均蒸 营清、玉米根系提水作用机理研究 摘要 腾速率相关显著,fo。。。一。8引6外,与其他指标相关性均不显著。 5.一龄紫花首稽一夜间能测到的根系最低提水量为9.759,最高为 187689;中单二号和 8407玉米杂交种最低分别为 0.459和 2.899,最高为 73.13g和 80.589。出观提水作用时的最高水@,紫花百猎为-0石40Mpa,8407 玉米为刁.502MPa,中单二号玉米为心.359Mpa;最低水势分别为刁.520MPa, -1.429MPa和-1.327MPa;最大水势差为 0.gi4MPa,0.825MPa和 0.67lMPa; 最小水势差为 0.326MPa,0.237MPa和 0.192MPa。因此,根系向土壤释放. 水分的容易程度,中单二号玉米>8407玉米>紫花盲移 根细胞保水能 力,紫花盲蓄>8407玉米>中单二号玉米。· 6.在所测范围内,上层土壤较低的水势和上下层土壤较大的水势差有 利于增加首蓉和玉米根系的提水量。根系夜间提水的土壤水势范围,紫花 首蒲在-0石40MPa至-1.520MPa乙间;8407玉米在-0.502MPa至-1.429MPa 之内;中单二号玉米在-0.359MPa至-1.327MPa之间c根系夜间提水的土壤 水势差范围:紫花首蓉为0.326MPa至0.914MPa,8407玉米为0.237MPa 至0.825MPa,中单二号玉米为0.192MPa至0.67lMPa。三品种根系夜间提 水量平均最高值均位于0石*P。~0厂Mh水势差度之间。 7.分析了植物根系提水作用的吸水、提升和释水的三过程以及根压和 蒸腾拉力在根系提水中的重要作用,形成了植物根系总提水作用和表观提 水作用的新概念,提出了植物根系提水量的大小与植物抗旱性强弱为负相 关的新观点。 8.讨论了植物根系提水作用现象的属性和有限性以及在旱作农业和牧 草栽培中应用的可行性。


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