提高养分、水分吸收的根系形态和生理调控
本文关键词:提高养分、水分吸收的根系形态和生理调控,由笔耕文化传播整理发布。
《西北农林科技大学》 2015年
提高养分、水分吸收的根系形态和生理调控
占爱
【摘要】:氮、磷是作物生长不可缺少的养分,是决定粮食作物生长发育和产量形成的主要因素。近年来,为提高产量,缓解氮、磷不足,农民往往过量施肥,导致养分吸收利用率降低,损失量增加,引起一系列环境问题。在干旱半干旱地区,除了养分不足,水分也是限制产量的主要因素。水分不仅直接影响作物生长发育,还间接影响土壤中养分有效性,降低作物对养分的吸收利用。根系是植物从土壤中吸收养分和水分的主要器官。根系形态构型具有很强的可塑性,易受土壤水分、养分的影响。同时根系形态构型和生理功能的变化也改变根系对养分和水分的吸收。因此,本研究首先分析了当前高产条件下作物养分需求规律,并通过长期定位试验探究了不同施肥对土壤养分和根系生长的影响。其次通过水、肥调控研究根系形态构型变化对植株养分和水分的吸收利用的影响,以及选用特定根系构型的基因型,研究根系构型变化对养分和水分吸收利用以及地上部生长的影响。主要研究结果如下:(1)冬小麦磷素吸收量随施磷量的增加而升高。过量施磷不能进一步增加产量或者籽粒中磷浓度,反而使磷累积在秸秆中。随产量水平的升高,生产1 Mg冬小麦籽粒的磷素需求呈下降趋势,这可能是由收获指数增加及籽粒磷浓度稀释效应所导致。适宜磷供应条件下,生物量和磷素累积在不同产量水平之间的最大差异发生在GS30到GS60这一阶段,说明改善小麦生育前期管理措施也是保证高产的关键因素。(2)受长期定位施肥的影响,与CK(不施肥)和NK(施氮、钾肥)处理相比,土壤Olsen-P、全磷和Ca Cl2-P在处理NPK(施氮、磷和钾肥)和MNPK(施氮、磷、钾肥并配施有机肥)的土壤表层大量累积,并随土壤剖面深度的增加逐渐降低。受土壤磷含量的影响,根系在土壤剖面中的分布也表现出在土壤表层大量分布,随土壤深度逐渐降低。此外施磷以及配施有机肥处理均显著促进土壤各层的根系生长,但是抑制AM菌根侵染率。植株吸磷量和地上部生长随施磷量增加而显著升高,但是植株地上部生物量在NPK和MNPK处理间差异不显著,表明过量施磷并不能持续促进作物生长。(3)磷、水同时供应显著促进根系生长,提高单位根长吸磷量、磷和水分利用效率,促进地上部生长。与上、下土层或左、右两室同时供磷和供水相比,磷、水仅在深层或同在一室时对地上部生长没有影响或影响很小,但显著提高单位根长吸磷量、磷和水分利用效率。这些结果表明,在干旱条件下,与全层供磷、水相比,给2/3(土柱试验)或者1/2根系(分根试验)提供磷肥和水分,即能够满足植株磷素需求,保证植株正常生长,同时还能节省33%(土柱试验)或50%(分根试验)的磷肥和水分。(4)在两个土壤水分条件下,当施磷量从0 mg kg-1增加到75 mg kg-1(水分充足)和100 mg kg-1(干旱胁迫)时,根长和根干重增加迅速,而根冠比、单位根重的根长以及Zm Pht1;1~Zm Pht1;4表达量则迅速降低。当施磷量高于75 mg kg-1(水分充足)和100 mg kg-1(干旱胁迫)时,根干重和根长维持在一个稳定的高水平,根冠比、单位根重的根长以及Zm Pht1;1~Zm Pht1;4表达量则维持在一个稳定的低水平。AM菌根对磷肥供应表现出先随施磷量增加迅速升高,在施磷量为25 mg kg-1(水分充足)和50 mg kg-1(干旱胁迫)时达到最大,之后随施磷量升高而降低,Zm Pht1;6对磷肥的响应趋势与AM菌根相似。从根系形态到基因水平的研究结果表明,根系形态、AM菌根侵染和Pht1家族5个磷转运子基因的表达在水分胁迫条件下对低磷胁迫更为敏感。因此,在相同施磷水平下,植株在水分胁迫条件下受到更强的低磷胁迫,从而需要投入更多的磷肥来满足植株生长。(5)侧根密度低但侧根长(FL)的自交系比侧根密度高但侧根短(MS)的自交系更能适应低氮胁迫,主要表现为:根系呼吸降低、深层土壤分布更多的根系、较高的氮素吸收、光合速率和SPAD值、以及高的生物量和产量。温室培养试验(GH)结果表明,低氮条件下FL自交系的侧根呼吸速率比MS自交系低67%。在宾夕法尼亚(RS)以及南非(SA)进行的田间试验结果表明,与MS自交系相比,低氮条件下FL自交系在深层土壤有更多的根系,表现为FL自交系在RS和SA的D95值分别为57.9 cm和36.9 cm,而MS自交系的D95值分别是49.6 cm(RS)和30.8 cm(SA)。此外,低氮条件下,与MS自交系相比,FL自交系地上部相对生物量显著增加75%(GH)、46%(RS)和41%(SA),同时产量增加31.5%(RS)。(6)水分胁迫(WS)条件下,侧根密度低但侧根长(FL)的自交系较侧根密度高但侧根短(MS)的自交系降低了单位根长呼吸速率,但在深层土壤有更多的根系,因而促进对深层土壤水分吸收,改善植株水分状态、CO2交换速率和气孔导度,最终提高生物量和产量。温室试验(GH)结果表明,与MS自交系相比,WS条件下FL自交系的单位根长呼吸速率和单位轴根长的侧根呼吸速率分别降低46%和141%,增加根系在深层土壤中的分布(表现为D95在FL自交系中为118 cm,在MS自交系中为88 cm),叶片相对含水量升高(约8%),最终导致地上部生物量增加50%。在美国宾夕法尼亚(PA)和亚利桑那(AZ)进行的田间试验结果表明,与MS自交系相比,WS条件下,FL自交系在深层土壤分布更多的根系,表现为D95在PA和AZ的FL自交系中分别为54 cm和55 cm,在MS自交系中分别为43 cm和45 cm,茎秆水δ18O值分别降低46%和44%,最终使地上部生物量增加51~67%。
【关键词】:
【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】:2015
【分类号】:Q945
【目录】:
下载全文 更多同类文献
CAJ全文下载
(如何获取全文? 欢迎:购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)
CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 梁银丽,康绍忠,张成娥;不同水分条件下小麦生长特性及氮磷营养的调节作用[J];干旱地区农业研究;1999年04期
2 张丛志;张佳宝;赵炳梓;张辉;;作物对水分胁迫的响应及水分利用效率的研究进展[J];节水灌溉;2007年05期
3 曹爱琴,廖红,严小龙;低磷土壤条件下菜豆根构型的适应性变化与磷效率[J];土壤学报;2002年02期
4 张福锁;王激清;张卫峰;崔振岭;马文奇;陈新平;江荣风;;中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J];土壤学报;2008年05期
5 鲁如坤,时正元,赖庆旺;红壤长期施肥养分的下移特征[J];土壤;2000年01期
6 张岁岐,山仑;磷素营养对春小麦抗旱性的影响[J];应用与环境生物学报;1998年02期
7 严小龙,廖红,戈振扬,罗锡文;植物根构型特性与磷吸收效率[J];植物学通报;2000年06期
8 慕韩锋;王俊;刘康;刘文兆;党廷辉;王兵;;黄土旱塬长期施磷对土壤磷素空间分布及有效性的影响[J];植物营养与肥料学报;2008年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杨学云;长期施肥条件下塿土磷素累积与淋失研究[D];西北农林科技大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨先明;石灰性潮土长期定位施肥对优质小麦根际营养及产量和品质的影响研究[D];河南农业大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨俊霞;郭爱花;陈钰;;不同供磷水平对韭菜根构型及酸性磷酸酶活性的影响[J];山东农业科学;2008年07期
2 周海燕;吴德敏;李彦;张英鹏;刘兆辉;江丽华;;秸秆还田条件下不同氮肥运筹对冬小麦产量、农艺性状及氮素利用效率的影响[J];山东农业科学;2011年05期
3 谢中平;束维正;;水稻缓释肥料肥效试验[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年19期
4 张蕊;张富平;郝艳丽;;水分胁迫条件下磷素营养对小麦抗旱性影响的研究进展[J];安徽农业科学;2007年11期
5 黄泽林;覃志豪;;利用MODIS数据监测大面积土壤水分与农作物旱情研究[J];安徽农业科学;2008年11期
6 徐华丽;卜容燕;朱德雄;刘学军;李培根;刘威;李小坤;;武汉市郊晚稻氮磷钾肥效果及推荐用量研究[J];安徽农业科学;2010年12期
7 刘小玲;贾良良;韩宝文;李春杰;刘文菊;刘孟朝;;不同养分管理模式与耕作栽培措施对作物产量和土壤肥力的影响[J];安徽农业科学;2011年23期
8 赵海超;龚学臣;抗艳红;田再民;乔海明;郭洪伟;;不同施磷量对马铃薯苗期抗旱性的影响[J];安徽农业科学;2012年06期
9 李敏;叶舒娅;刘枫;袁嫚嫚;郭熙盛;;施用缓释氮肥对夏玉米产量和氮肥利用率的影响[J];安徽农业科学;2012年16期
10 郝文佳;张学洪;蔡湘文;邓小玲;;不同水分处理对铬富集植物李氏禾生长的影响[J];现代农业科技;2008年22期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王润元;中国西北主要农作物对气候变化的响应[D];兰州大学;2010年
2 陈波浪;绿洲棉田磷素养分资源高效利用机理和技术研究[D];新疆农业大学;2010年
3 郭营;小麦不同矿质营养处理下苗期、产量和籽粒性状的QTL分析[D];山东农业大学;2011年
4 石玉华;不同栽培技术体系对冬小麦产量品质和光能水氮利用效率的影响[D];山东农业大学;2011年
5 王平;不同氮效率类型小麦氮代谢差异及其机理分析[D];山东农业大学;2011年
6 王成雨;氮肥水平和种植密度对冬小麦冠层结构与功能的影响[D];山东农业大学;2011年
7 隋常玲;控释肥硫膜在土壤中的降解转化机理及对作物生长的影响研究[D];山东农业大学;2011年
8 孙曰波;玫瑰(Rosa rugosa)根系生物学特性及对水肥空间异质性响应的研究[D];山东农业大学;2011年
9 秦晓波;减缓华中典型双季稻田温室气体排放强度措施的研究[D];中国农业科学院;2011年
10 杜君;基于GIS的我国小麦施肥指标体系的构建[D];中国农业科学院;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 柴彦君;鄂北岗地不同品种冬小麦氮效率差异性的研究[D];华中农业大学;2010年
2 王亚艺;水稻—油菜轮作中钾肥效应及作物—土壤体系钾素动态变化研究[D];华中农业大学;2010年
3 罗喜娜;低磷胁迫下水稻苗期的适应性反应及其QTL分析[D];华中农业大学;2010年
4 张娜;水肥耦合对红松、落叶松人工林细根形态的影响[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 刘佳;土壤相对含水量对辣椒生长及生理的影响[D];甘肃农业大学;2010年
6 王先挺;水肥优化管理降低氮素淋溶损失与提高双季稻氮肥利用率的研究[D];浙江大学;2011年
7 解建侠;土豆及其根系生长的模拟研究[D];昆明理工大学;2009年
8 叶壮;滴灌条件下液体磷源在石灰性土壤的有效性及磷肥高效利用研究[D];石河子大学;2010年
9 王敏姿;马里兰百日草扎哈拉系列植物抗旱性与耐盐性研究[D];中南林业科技大学;2010年
10 马玉娥;栾树对锰矿区污染土壤抗逆特征研究[D];中南林业科技大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘毅志,张漱茗,李新政;氮磷钾化肥对高产夏玉米籽粒品质的影响[J];山东农业科学;1985年02期
2 徐恒永,赵振东,张存良,刘爱锋,刘建军,毕德锋,杭新杰,晁岳华,张怀友,耿金茹;氮肥对优质专用小麦产量和品质的影响Ⅰ.氮肥对产量及产量形成的影响[J];山东农业科学;2000年05期
3 于淑芳,,张漱茗,刘光栋,张玉兰;山东主要土壤无机磷的转化和有效性[J];山东农业科学;1994年06期
4 贾振华,李华,姜子英;施肥对小麦产量与品质形成影响的研究 Ⅰ、追施氮肥时期对产量与蛋白质同步形成的影响[J];北京农学院学报;1988年02期
5 葛晋纲,蔡庆生,周兴元,宋刚;土壤干旱胁迫对2种不同光合类型草坪草的光合特性和水分利用率的影响[J];草业科学;2005年04期
6 张为政;陈魁卿;;有机肥对土壤有机磷组分及其有效性的影响[J];东北农学院学报;1988年02期
7 杜金哲,李文雄,白祥和,胡尚连,刘锦红;春小麦子粒蛋白质积累和产量形成规律及施氮的调节作用[J];东北农业大学学报;1999年01期
8 于沪宁;农业生态系统的水热耗散过程与节水调控[J];地理科学进展;2000年01期
9 莫兴国,刘苏峡;麦田能量转化和水分传输特征[J];地理学报;1997年01期
10 刘昌明;土壤-植物-大气系统水分运行的界面过程研究[J];地理学报;1997年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 崔振岭;华北平原冬小麦—夏玉米轮作体系优化氮肥管理—从田块到区域尺度[D];中国农业大学;2005年
2 曹宁;基于农田土壤磷肥力预测的我国磷养分资源管理研究[D];西北农林科技大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李会合;;硫对东南景天叶绿素含量和根系形态的效应[J];环境科学与技术;2013年10期
2 谢小林;顾振红;朱红惠;姚青;;球囊霉素相关土壤蛋白与根系形态的相关性研究[J];菌物学报;2013年06期
3 李继光;金兰淑;陈禹桥;林国林;韩晓日;李廷强;杨肖娥;朱恩;;氮对低镉处理下东南景天根系形态及镉积累的影响[J];中国农学通报;2007年03期
4 房娟;陈光才;楼崇;张建锋;;Pb胁迫对柳树根系形态和生理特性的影响[J];安徽农业科学;2011年15期
5 杨勇;江荣风;李花粉;王巍;郑瑞伦;;土壤容重改变对锌/镉超累积植物遏兰菜根系特征及吸镉的影响[J];环境科学;2010年12期
6 赵华;徐芳森;石磊;王运华;;植物根系形态对低磷胁迫应答的研究进展[J];植物学通报;2006年04期
7 李继光;朱恩;李廷强;柳丹;杨肖娥;林国林;韩晓日;张玉龙;;氮对镉胁迫下东南景天根系形态及镉积累的影响[J];环境污染与防治;2007年04期
8 嵇晓雷;杨平;;关于植物根系形态分布研究进展与新方法探讨[J];森林工程;2011年04期
9 景蕊莲,昌小平,朱志华,胡荣海;小麦幼苗根系形态与反复干旱存活率的关系[J];西北植物学报;2002年02期
10 黄文滨;毛春霞;杨彬;王丽红;周青;;Pb和AR对大豆幼苗根系形态的复合影响[J];农业环境科学学报;2012年03期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 严小龙;;作物磷效率的根系形态构型特性及其分子生物学基础[A];第八届全国青年土壤暨第三届全国青年植物营养与肥料科学工作者学术讨论会论文集[C];2002年
2 王晓茹;董合林;刘敬然;李鹏程;刘爱忠;孙淼;李永旗;王刚;;棉花对钾高效吸收的根系形态学和生理学特征[A];中国棉花学会2014年年会论文汇编[C];2014年
3 谢小林;顾振红;朱红惠;姚青;;球囊霉素相关土壤蛋白与根系形态的相关性研究[A];2012年鄂粤微生物学学术年会——湖北省暨武汉微生物学会成立六十年庆祝大会论文集[C];2012年
4 嵇庆才;周明耀;张凤翔;周春林;薛亚锋;;水肥耦合条件下水稻根系形态及其活力研究[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第二分册[C];2005年
5 王艳;米国华;张福锁;;玉米根系形态对光照、氮水平反应的基因型差异[A];青年学者论土壤与植物营养科学——第七届全国青年土壤暨第二届全国青年植物营养科学工作者学术讨论会论文集[C];2000年
6 杨曌;李红;张新全;李向林;万里强;;湘西南湿热地区不同秋眠级紫花苜蓿根系形态和生理生化性状综合评价[A];中国草学会饲料生产专业委员会第十六次学术研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 占爱;提高养分、水分吸收的根系形态和生理调控[D];西北农林科技大学;2015年
2 张耗;水稻根系形态生理与产量形成的关系及其栽培调控技术[D];扬州大学;2011年
3 于坤;滴灌方式和水氮处理对酿酒葡萄幼苗生理特性和根系形态的影响[D];石河子大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 张萌;不同形态氮肥配施对直播冬油菜生长、根系形态及光合特性的影响[D];华中农业大学;2015年
2 陈磊;磷素供应及过氧化氢对小麦根系形态的影响[D];中国农业科学院;2011年
3 褚光;超级稻根系形态生理及其与产量形成的关系[D];扬州大学;2013年
4 方华为;不同品种蔬菜对镉的吸收及根系形态特征研究[D];华中农业大学;2011年
本文关键词:提高养分、水分吸收的根系形态和生理调控,由笔耕文化传播整理发布。
本文编号:64450
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/64450.html