不同土壤水分条件下容重对玉米生长和水分利用的调控

【摘要】： 土壤容重是土壤的一项重要特性，它与土壤其他特性如土壤机械阻力直接相 关，影响植物根系的发育继而影响地上部的生长。一些报道证实，土壤机械阻力 象水分胁迫一样能诱导根源信号调控植物的生长。水分胁迫信号已得到广泛研究 并在生产实践中被用来调控气孔开度，控制水分散失，提高水分利用效率。本研 究在评价控制条件下土壤容重（机械阻力）对玉米生长影响的基础上试图探讨利 用土壤机械阻力调控作物行为的可能性。 用玉米作为实验材料进行分根实验。种子根平分在装有(土娄)土的分隔的白铁皮 桶中，土壤容重为 1.20gcm~(-3)、1.33gcm~(-3)或1.45gcm~(-3)。土壤容重分四种处理：低 容重（两边容重都为1.20gcm~(-3)）、中容重（两边容重都为1.33gcm~(-3)）、高容重（两 边容重都为1.45gcm~(-3)）和混合容重（一边为1.20gcm~(-3)另一边为1.45gcm~(-3)）。土 壤水分控制在高基质势（-0.17MPA）和低基质势（-0.86MPa）两个水平。玉米在步 入式生长箱中生长60天，生长箱相对湿度为75％，昼夜温度为28/23℃，光照时 间为12h，光合有效辐射光量子密度为500μmolm~(-2)s~(-1)。主要结果如下： 1.土壤机械阻力随容重的提高和土壤含水量的下降而增大 用土壤硬度计测得 的土壤机械阻力随容重的提高和土壤水分的下降而增大。高土壤基质势（-0.17MPa） 条件下，容重1.2、1.33和1.45gcm~(-3)土壤的机械阻力分别为0.51、0.93和1.38MPa， 而低土壤基质势（-0.86MPa）条件下的机械阻力分别为0.68、1.74和3.37MPa。 2.高容重和低基质势对根系和地上部生长都有显著的影响，但水分的影响更强 烈 当植株生长在紧实土壤或土壤基质势从-0.17MPa降到-0.86MPa时，根长、根 干重和地上部干重都显著降低，并且地上部干重的降幅更大。紧实土壤使根长降 低的同时还使根的直径增大。无论是容重增大还是土壤水分含量降低所引起的高 土壤阻力都使叶片扩展速度降低和植株变小。生长在紧实土壤中的植株变小不仅 是因为叶片扩展速度降低，同时是成熟叶片叶面积缩小的结果。这些结果表明植 物对水分亏缺和机械阻力反应的相似性。然而，当植株生长在混合容重土壤中时， 处在低容重土壤中的根系生长得到加强，补偿甚至超补偿高容重土壤中根系生长 的不足，整个植株的生长状况与低容重土壤中生长的植株接近。 3.根源信号ABA水平及其对气孔导度的调控 生长在高容重土壤中的植株与生 长在低容重土壤中的植株相比，其气孔导度和蒸腾速率都降低了，而叶水势和光 合速率没有变化。部分根系处在紧实土壤中的植株的气孔导度也降低，其气孔导 度与全部根系处在高容重土壤中的接近。象水分胁迫一样，气孔的反应可能与根 系受机械阻力后产生ABA有关。在高叶水势卜0．3 MPal下，气孔导度与木质部液 汁ABA浓度呈线性负相关，但在低叶水势个IMPa）下，ABA浓度的提高不能引 起气孔导度以同样幅度降低，这意味对于某一特定ABA浓度，其调控气孔能力 受叶水势的限制。受旱植株木质部液汁ABA浓度是高水分处理植株的5倍／容 重每增加 1．2 gein－3，木质部液汁ABA浓度增加一倍。照光期（光期）的木质部 ABA浓度比暗期的高。生长在混合容重土壤中植株，光期的木质部液汁ABA浓 度与 1．45 gCm－3的接近，暗期的介于 1．2 gCof’和 1．33 gCm－3的之间，这可能是光期 和暗期ABA在根径向运输途径不同的结果：在光期ABA主要由质外体途径运输， 在暗期主要由共质体途径运输，质外体途径运输可以补偿甚至超补偿根系吸收的 水分对ABA的稀释作用。 4．光用和暗用附片伸长速度的调控机理叶片伸长速度p随时间变化而变 化，在高土壤水分条件下，光期的Ly大于暗翔的，在低土羹水分下正好相反。 在相同土壤基质势下，容重对光期的LER没有影响，暗期的LER随容重增大而 降低，并且暗期的LER与暗期木质部液汁ABA浓度呈负相关。据此我们认为， LER在光期由叶水势决定，在暗期由根源信夸ABA决定，机械阻力对玉米地上 部的影响主 虫在暗期． 5．土缀羹质势和容重对根系吸水的影晌在低土壤基质势（心．86MPed下，非根 系导水阻力（包括土壤导水阻力和根土界面导水阻力）随容重的增大而减小，而 在高土壤基质势下几乎是一定值。水分胁迫和高机械阻力都使根系导水率沏f）降 低。水分胁迫可能是迈过促使根的内外皮层木质化和栓质化槽加导水阻力，机械 阻力则是通过憎加根直径，因为Lpf与根直径呈较好的负相关关系阻勺刃．g3卜根 系导水阻力占土根系统导水阻力的80％以上，因此根系导水率是决定根系吸水能 力的关键。 6．升压和降压过程根系导永串的差异及其可能的生理意义在用压