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土壤—植物系统水分关系的试验研究

李秧秧  
【摘要】: 当代研究田间土壤水分循环和平衡及五水(大气水、植物水、地表水、土壤水和地下水)转化是以土壤-植物-大气连续统一体(SPAC)为基础的。土壤-植物系统是SPAC中一个极其重要的子系统,其水分关系是整个SPAC中相对薄弱,亦相对困难的部分。对该系统水分关系的研究,不仅可丰富和完善SPAC水分运动理论,而且对确定水分优化调控的机理与技术以直接服务于水资源亏缺地区作物生产具有现实的指导意义。 本研究以玉米和小麦为试验对象,通过一系列土柱和田间小区实验,对土壤-植物系统水分关系中的一些重要问题,诸如(1)准原位土壤条件下玉米根木质部水势和水力导度沿轴向方向的变化;(2)玉米节根受干旱伤害的临界含水量;(3)干旱-复水对春小麦根系生长和根系吸水速率的影响:(4)典型经验根系吸水模型的适用性;(5)黄土区土壤水分对玉米的有效性;(6)氮亏缺对玉米单根径、轴向导度的影响;(7)春小麦根系对水分和氮肥的一些生理生态反应:(8)小麦进化材料水分利用效率和养分利用效率间的关系,进行了研究,取得了以下主要结论: 1. 用蒸腾计和解剖学方法分别研究了玉米根木质部水势和径、轴向导度沿轴向方向上的变化。发现根木质部水势在距根尖9cm以前是不断下降的,土壤干旱导致根木质部水势下降且前7cm根木质部水势的下降幅度增大。根尖是对水分胁迫最敏感的部位。正常水分处理根径向导度在3cm以前逐渐增加,3~10cm间达到最高值且维持稳定,10cm以后,根径向导度下降;土壤干旱导致根径向导度下降,沿轴向方向上的下降部位提前,轴向变化的梯度减小。正常水分处理根轴向导度在根尖2cm内增加很快,2~9cm之间增加幅度相对变缓,10cm以后不再变化。根尖4cm内轴向导度对水分胁迫不敏感,但干旱导致4cm以后轴向导度明显下降。 2. 利用根系脱水曲线形状的变化探讨了玉米节根受干旱伤害的临界含水量。发现根系的脱水曲线可用Weibull分布函数描述;二次连续的脱水过程中,其形状参数差值在整个相对含水量范围内变化不大,而尺度参数差值有明显的增大点,尺度参数和抗旱性的关系密切。抗旱性相对较强的陕单9号在相对含水量0.365以下,根系才受到干旱的明显伤害,此临界值低于抗旱性相对较弱的疙瘩白根受干旱伤害的临界含水量(0.428)。 3. 利用土柱试验研究了不同生育期干旱-复水对春小麦根系生长和根系吸水速率的影响。结果表明:苗期和拔节-开花期干旱均降低了根长,改变了根系发育的时间进程;增大了根冠比;降低了土体上层0~40cm的根长密度,增加了40cm以下的根长密度,但苗期干旱 的影响程度小于拔节-开花期。苗期和拔节-开花期干旱均降低了根系的吸水速率,复水后 根系吸水速率均表现出补偿效应,但苗期干旱-复水后根系吸水速率补偿效应的程度明显 大于拔节-开花期。· 4.用实测实验数据,比较了两个典型根系吸水模型(Feddes和 van Genuchten根系吸水模型) 在黄土区土壤上的使用效果。发现Feddes根系吸水模型模拟土壤含水量剖面分布的精度 高于 van Genuchen模型,严重干旱下 van Genuchten根系吸水模型模拟的土壤含水量剖 面与实测值有较大的误差。湿润处理土壤剖面上根系吸水速率峰总在土壤表层,而干旱 情况下根系吸水速率峰会逐渐向下延伸。vn Genuchten根系吸水模型低估了根系吸水速 率峰处的吸水速率。根系累计吸水速率和产量呈极显著正相关,利用其对黄土区土壤水 分有效性进行了评价,发现在土壤含水量界于23.3W13.5%范围内,土壤水分有效性以先 慢后快的抛物线规律下降。 5,用土柱试验研究了不同土壤水分条件下玉米谗光合速率的变化,发现玉米叶片光合速率 和产量呈显著正相关,因而可用来评价土壤水分的有效性。根据方差分析及LSD法检验 的理论,在95cd率保证下,拔节期和灌浆期土壤含水量分别在田间持水量的83%和73% 以上,水分是同等有效的;而在此以下,水分按抛物线规律递减。在99oh率保证下, 拔节期和灌浆期适宜的土壤水分下限分别为sl%和70%。以产量作评价指标时,在95% 和99oh率保证的前提下,土壤水分适宜的下限分别为81%和78%。 6.用蒸腾计法和解剖学方法分别研究了氮亏缺对玉米单根径、轴向导度的影晌。发现氮亏 缺导致根径向导度明显下降,径向导度对水孔蛋白抑制剂L不敏感。表明氮亏缺对细 胞-细胞途径水分传输的抑制是导致其水力导度下降的重要原因之一。氮亏缺对后生木质 部未成熟部位的轴向导度影响不大,但导致距根尖6cm以后的轴向导度明显下降,其原 因主要在于氮亏缺导致成熟的后生木质部导管数目和直径的减少。 7.利用土柱试验研究了不同水分和氮肥配合条件下春小麦根系的一些水分生理生态特性, 结果表明,中等程度施氮增加了总根重和深层土壤中的根重,改善了根系的水分关系, 提高了细胞膜的稳定性,因而有助于提高小麦的抗旱性。过量施氮增加上层根重对抗旱 性的意义并不大。严重水分胁迫下,过量施氮导致根细胞膜伤害率明显增加,根系水分 关系恶化,根系保水能力?


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