水氮调控对棉花根系生长及产量的影响

发布时间：2017-08-21 22:33

  本文关键词：水氮调控对棉花根系生长及产量的影响

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【摘要】：根土界面是土壤水分和养分进入植物体内的主要通道，根系是根土界面的核心内容与物质基础，其分布与功能直接或间接地影响着地上部生长以及整个植株的生存和发展。在作物赖以生存的农田土壤环境中，水肥是对作物根系影响最经常、也是最易被人工调控的因素。棉花是我国干旱区绿洲农业最重要的经济作物，研究通过改进灌溉技术和施肥方式，变动根土界面水肥状况及其在剖面的分布，以优化棉花根系形态与结构，调节生理特性，增强棉株对水肥的吸收能力，提高利用效率，对干旱区棉花大面积节水高产高效栽培具有重要意义。本研究在管栽条件下，从根域容积与滴灌深度两方面入手，设置不同的水氮用量，采用膜下滴灌随水施肥技术模式，研究了棉花根系生长空间受限条件下植株形态与生理的适应性变化及与产量形成的关系；同时进行大田试验，，研究了不同产量水平下棉花根系形态生理及叶片生理特性的变化趋势；在综合研究的基础上，探讨了改变根系生长环境对根系形态生理的影响及与地上部生长发育的关系。主要研究内容与结果如下： 1、研究了根域限制条件下不同水氮供应量对棉花根系形态特征的影响。根域限制条件下，棉花各土层根系根表面积指数（RAI）、根长密度（RLD）、根体积密度（RVD）、根质量密度（RMD）、根系生物量与根冠比均低于对照。不同水氮处理间上述各参数均表现为W_0N_0（水氮亏缺）＞W_1N_0（氮素亏缺）＞W_0N_1（水分亏缺）＞W_1N_1（水氮适量），根域限制与水氮供应均使各土层根量减少。 2、研究了根域限制条件下不同水氮供应量对棉花根系生理活性的影响。根域限制条件下，根系抗氧化保护酶系（SOD、POD、CAT）活性均显著低于对照。水氮供应能有效调节根系生理特性，不同水氮处理间棉花根系抗氧化保护酶系活性表现为W_1N_1＞W_0N_1＞W_1N_0＞W_0N_0。在棉花根系生长受限条件下，优化生育期间水氮供应，可以增强根系抗氧化保护酶系活性，延缓根系衰老。 3、研究了根域限制条件下不同水氮供应量对棉花叶片生理特性及产量的影响。与对照相比，相同水氮供应条件下，根域限制处理棉花从开花期至盛絮期叶片抗氧化保护酶系（SOD、POD、CAT）活性、叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和光化学猝灭系数（qp）均显著降低，但潜在最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ΦPSII）未受到影响；盛花期和盛絮期根系生物量均显著降低，但地上部生物量、蕾铃生物量及籽棉产量均显著高于对照。根域限制条件下适量水氮供应处理的地上部生物量和蕾铃生物量均显著增加，最终单株铃数、单铃重和籽棉产量均显著高于其它处理。棉花根域容积受限条件下，通过优化生育期水氮供应，可以改善叶片光合性能、增加地上部干物质积累量及其向生殖器官分配比例。 4、研究了不同灌溉深度条件下不同水氮供应量对棉花根系形态特征的影响。0-40cm土层根系RVD、RMD、RAI与RLD均表现为CK（地表滴灌）＞H_0（滴灌深为地下20cm）＞H_1（滴灌深为地下40cm），而在40-80cm与80-120cm土层，上述各参数均表现为CK＜H_0＜H_1。水氮供应显著（P0.05）减小根量，不同水氮处理间根系各形态参数、根系生物量与根冠比均表现为W_0N_0＞W_1N_0＞W_0N_1＞W_1N_1。在土壤上层（0-40cm土层），随滴灌深度的增加及水氮供应均使根量减小，其中滴灌深度是主效因子。在灌溉深度下的各土层，水氮供应是根量减小的主效因子。 5、研究了不同灌溉深度条件下不同水氮供应量对棉花根系生理特性的影响。不同灌溉深度间各土层根系抗氧化保护酶系（SOD、POD与CAT）活性均表现为H_0＞CK＞H_1，不同水氮供应间均表现为W_1N_1＞W_0N_1＞W_1N_0＞W_0N_0。表明地下浅层滴灌与水氮供应均有助于提高根系抗氧化保护酶系活性，从整体上能延缓根系衰老。水氮供应是决定根系保护酶系活性的主效因子，适度水氮供应（W_1N_1）配合灌溉深度20cm（H_0）处理下根系保护酶系活性最高。 6、研究了不同灌溉深度条件下不同水氮供应量对棉花叶片生理特性及产量的影响。灌溉深度、水氮处理对棉花叶片抗氧化保护酶系（SOD、POD与CAT）活性、叶片气体交换参数（Pn、Gs）、叶绿素荧光参数（Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP）的影响与根系保护酶系活性的影响结果一致，灌溉深度与水氮供应的具有互作效应。植株地上部生物量与产量在各处理间表现均与Pn相同；而根系生物量、根冠比的表现与之相反。表明浅层滴灌配合适宜的水氮运筹有利于协调棉花植株地上部与地下部生长、缓解营养生长与生殖生长之间的矛盾，使资源达到最优化。 7、研究了不同产量水平条件下大田棉花根系生长发育特性。在规模化种植的膜下滴灌棉田，随产量水平的提高，全土层RLD、RAI、RVD与RMD降低；根系与叶片抗氧化保护酶系（SOD、POD与CAT）及硝酸还原酶（NR）活性均随产量水平提高而增加；根冠比和根系生物量随产量水平的提高而降低，而地上部生物量、产量各构成因子均随产量水平提高而增加。在产量水平较高的棉田，根冠比降低与根系生理活性增强均能促进地上部的生长发育，优化产量结构与形成，最终提高产量。 结合管栽试验与大田试验结果，综合分析棉花根系形态生理特征与地上部生物量及产量的关系，认为在干旱区膜下滴灌条件下，棉花产量水平提高，需要较高的地上部生物产量，但不一定需要较大的根系生长，根系适度缩小，可以降低根系冗余。从本文结果来看，大田棉花的根冠比以0.21-0.32为宜。通过膜下滴灌水肥调控，控制根系大小，提高根系生理（SOD、POD、CAT与NR）活性可作为棉花高产栽培的主攻方向，也是棉花品种遗传改良的根系形态与生理选择指标。
【关键词】：棉花 水氮调控 根域限制 灌溉深度 根系形态与生理 产量
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S562
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目录10-14
• 缩略词表14-15
• 前言15-16
• 第一章 文献综述16-22
• 1 根域限制对作物生长的影响16-17
• 1.1 作物根系生长对根域限制的响应16-17
• 1.2 根域限制对作物地上部分生长的影响17
• 2 灌溉深度对作物生长的调控17-19
• 2.1 作物根系生长对不同灌溉深度的响应18
• 2.2 不同灌溉深度对作物地上部生长的影响18-19
• 3 水氮供应对作物生长的调控效应19-20
• 3.1 作物根系生长对水氮调控的反应19-20
• 3.2 水氮调控对作物地上部生长的影响20
• 4 根系生长与地上部光合生产的关系20-21
• 5 本研究拟解决的关键问题21-22
• 第二章 水氮供应对根域限制棉花根系生长的影响及与植株地上部的关系22-54
• 第一节 根域限制下水氮供应对棉花根系分布及产量的影响22-35
• 1 材料与方法22-25
• 1.1 研究区概况22-23
• 1.2 试验设计23-24
• 1.3 测定项目与方法24-25
• 1.4 数据分析25
• 2 结果与分析25-32
• 2.1 棉花根表面积指数（RAI）与根长密度（RLD）的变化25-26
• 2.2 棉花根体积密度（RVD）与根质量密度（RMD）的变化26-27
• 2.3 棉花生物量累积与分配的变化27-29
• 2.4 棉花产量及其构成因子的变化29-30
• 2.5 棉株根系形态特征与地上部生物学产量及经济产量的相关性30-32
• 3 讨论32-34
• 3.1 根域限制和水氮供应对根系形态特征的影响32-33
• 3.2 棉花根系形态特征与地上部性状及产量的关系33
• 3.3 根域限制对棉花产量形成的影响及对水氮供应的响应33-34
• 4 小结34-35
• 第二节 根域限制下水氮供应对棉花根系生理特性的影响35-42
• 1 材料与方法35
• 1.1 试验区概况35
• 1.2 试验设计35
• 1.3 测定项目与方法35
• 1.4 数据分析35
• 2 结果与分析35-40
• 2.1 棉株根系丙二醛（MDA）含量的变化35-36
• 2.2 棉株根系抗氧化保护酶系活性的变化36-38
• 2.3 棉株根系硝酸还原酶（NR）活性的变化38
• 2.4 根系生理特性与地上部生物学产量及经济产量的相关性38-40
• 3 讨论40-41
• 3.1 根域限制和水氮供应对棉花根系生理特性的影响40-41
• 3.2 棉花根系生理特性与地上部生物量及产量的关系41
• 4 小结41-42
• 第三节 根域限制下水氮供应对棉花叶片生理特性的影响42-54
• 1 材料与方法42-43
• 1.1 试验区概况42
• 1.2 试验设计42
• 1.3 测定项目与方法42-43
• 1.4 数据分析43
• 2 结果与分析43-51
• 2.1 植株叶面积的变化43-44
• 2.2 叶片叶绿素相对含量（SPAD 值）的变化44-45
• 2.3 叶片丙二醛（MDA）含量的变化45
• 2.4 叶片抗氧化保护酶系活性的变化45-47
• 2.5 叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）的变化47-49
• 2.6 叶片叶绿素荧光参数的变化49-51
• 3 讨论51-53
• 3.1 根域限制和水氮供应对棉花叶片衰老特性的影响51-52
• 3.2 根域限制和水氮供应对棉花叶片光合速率的影响52
• 3.3 根域限制和水氮供应对棉花叶片叶绿素荧光参数的影响52-53
• 4 小结53-54
• 第三章 不同灌溉深度下水氮供应量对棉花根系生长的影响及与植株地上部的关系54-83
• 第一节 不同灌溉深度下水氮供应对棉花根系分布及产量的影响54-65
• 1 材料与方法54-56
• 1.1 试验区概况54
• 1.2 试验设计54-55
• 1.3 测定项目与方法55
• 1.4 数据分析55-56
• 2 结果与分析56-62
• 2.1 棉株根表面积指数（RAI）、根体积密度（RVD）、根质量密度（RMD）的变化56-57
• 2.2 棉株根长密度（RLD）的变化57-58
• 2.3 棉株生物量累积与分配的变化58-59
• 2.4 棉株产量及其构成因子的变化59-60
• 2.5 根系形态特征与地上部生物学产量及经济产量的相关性60-62
• 3 讨论62-64
• 3.1 不同灌溉深度下水氮供应对棉花根系形态特性的影响62-63
• 3.2 不同灌溉深度与水氮供应对棉花生物量与产量的影响63-64
• 3.3 棉花根系形态特征与地上部生物学产量及经济产量的关系64
• 4 小结64-65
• 第二节 不同灌溉深度下水氮供应量对棉花根系生理特性的影响65-73
• 1 材料与方法65
• 1.1 试验区概况65
• 1.2 试验设计65
• 1.3 测定项目与方法65
• 1.4 数据分析65
• 2 结果与分析65-71
• 2.1 根系 MDA 含量的变化65-66
• 2.2 根系抗氧化保护酶系活性的变化66-68
• 2.3 根系硝酸还原酶（NR）活性的变化68-69
• 2.4 根系生理特性与地上部生物量及产量的相关性69-71
• 3 讨论71
• 3.1 不同灌溉深度与水氮供应量对棉花根系生理特性的影响71
• 3.2 棉花根系生理特征与产量的关系71
• 4 小结71-73
• 第三节 不同灌溉深度下水氮供应量对棉花叶片生理特性的影响73-83
• 1 材料与方法73-74
• 1.1 试验区概况73
• 1.2 试验设计73
• 1.3 测定项目与方法73-74
• 1.4 数据分析74
• 2 结果与分析74-81
• 2.1 棉株叶面积的变化74
• 2.2 叶片叶绿素含量（OD 值）的变化74-75
• 2.3 叶片丙二醛（MDA）含量的变化75-76
• 2.4 叶片抗氧化保护酶系活性的变化76-77
• 2.5 叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）的变化77-79
• 2.6 叶片叶绿素荧光参数的变化79-81
• 3 讨论81
• 3.1 不同灌溉深度与水氮供应对棉花叶片衰老特性的影响81
• 3.2 不同灌溉深度与水氮供应对棉花叶片光合速率的影响81
• 3.3 不同灌溉深度与水氮供应对棉花叶片叶绿素荧光参数的影响81
• 4 小结81-83
• 第四章 膜下滴灌高产棉田根系特性及与产量形成的关系83-96
• 1 材料与方法83-84
• 1.1 试验区概况83
• 1.2 试验设计83-84
• 1.3 测定项目与方法84
• 1.4 数据分析84
• 2 结果与分析84-94
• 2.1 不同产量水平下棉花根系形态的变化84-85
• 2.2 不同产量水平下根系生理的变化85-88
• 2.3 不同产量水平下棉株叶面积指数（LAI）的变化88
• 2.4 不同产量水平下叶片生理特征的变化88-91
• 2.5 不同产量水平下棉株生物量累积与分配的变化91-92
• 2.6 不同产量水平下产量及其构成因子的变化92
• 2.7 根系形态生理特征与地上部生物学产量及经济产量的相关性92-94
• 3 讨论94-95
• 3.1 不同产量水平下棉花根系形态与生理特性的变化94
• 3.2 不同产量水平下棉花地上部形态与生理特性的变化94-95
• 3.3 棉花根系形态生理特征与地上部性状及产量的关系95
• 4 小结95-96
• 第五章 主要结论、创新点与展望96-100
• 5.1 主要结论96-97
• 5.2 创新点97-98
• 5.3 研究展望98-100
• 参考文献100-106
• 致谢106-107
• 作者简介107-108
• 导师评阅表108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：715544