集约化玉米体系养分高效利用的根际调控策略及技术途径

发布时间：2017-05-04 10:00

  本文关键词：集约化玉米体系养分高效利用的根际调控策略及技术途径，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无论是自然生态系统还是农田生态系统,根-土界面(根际)过程是制约各种养分从土壤进入植物体的关键环节。深入理解根际过程并采用合理的调控措施,有目的地定向调控作物生长环境条件,强化根际过程,有利于发挥养分资源高效利用的生物学潜力,减少对外部资源的过度依赖,对于作物生产的可持续性至关重要。本研究以玉米(尤其是根系)可塑性响应为重点,以养分根际调控为手段,在集约化玉米生产体系中,揭示了根际养分供应强度对玉米生长和养分吸收的调控作用；阐明了养分组合和施用位置对玉米侧根生长及其氮磷养分吸收效率的影响；研究了苗期和拔节期两次调控对玉米后期生长和养分吸收的影响；探讨了养分根际调控强化根际过程能否影响植株微量元素(锌和铁)的积累量；最后,进一步分析了铵加磷局部调控中不同养分供应对玉米生长和产量的影响及定量贡献。 主要结果和结论如下： 1.集约化玉米生产体系中,养分根际供应强度显著影响玉米苗期生长。不同磷供应强度下,玉米生长表现出直线加平台效应,磷养分临界供应强度为50kgP2O5ha-1时,显著增加地上部生物量,继续增加磷供应量,玉米生长未显著增加；而不同氮供应强度下,玉米生长表现出抛物线效应,氮养分(铵态氮)临界供应强度为70kg N ha-1时,显著增加地上部生物量,继续增加氮供应量(达到135或者195kgN ha-1),则降低或抑制玉米根系生长,并降低养分积累。 2.局部供应条件下,铵加磷调控显著增加一级侧根长度,侧根密度也表现出增加趋势。并且养分富集区单位根长/根重养分吸收效率显著高于撒施处理或者尿素加磷处理。表明,养分根际调控促进侧根伸长和增加养分吸收效率,从而提高地上部养分累积。 3.证实了玉米后期和苗期均可以对养分局部供应表现出明显的正效应。即在前期调控的基础上,当局部供应区养分耗竭时,再次进行局部养分调控,同样可以促进玉米中后期生长和养分吸收。表明维持局部供应区持续的养分供应可以有效促进玉米苗期和后期生长,促进开花期根系下扎,增加亚表层根长密度,促进玉米后期生长和养分积累。 4.证实了石灰性土壤上局部施用铵和磷,通过铵诱导的根际酸化可以强化根际过程,提高玉米植株锌和铁的积累量。铵加磷局部调控诱导根系增生和根际酸化使土壤微量元素有效性增加是提高玉米锌或铁吸收的主要原因,表明通过根际养分调控在一定程度上可以实现锌和铁的生物强化。 5.明确铵加磷局部调控中铵营养是影响玉米生长和籽粒产量的主要因素。铵对玉米花后关键时期(花后25天)地上部生物量累计速率、收获期生物量和籽粒产量的贡献超过50%。
【关键词】：根际调控 铵态氮加磷局部供应 根形态 氮效率 微量元素 玉米
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S513
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-11
• 第一章 前言11-28
• 1.1 研究目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究进展12-26
• 1.2.1 植物表型可塑性及根系觅食行为12-14
• 1.2.2 植物根系对异质性养分供应的形态可塑性响应14-16
• 1.2.3 植物根系对异质性养分供应的生理可塑性响应16-18
• 1.2.4 养分空间异质性及对植物根系生长和养分吸收的影响18-21
• 1.2.5 玉米高效获取养分的理想根形态及空间分布21-22
• 1.2.6 可持续农业根际调控策略22-24
• 1.2.7 基于土壤-作物互作体系的根际调控技术24-26
• 1.3 问题提出26-28
• 第二章 研究的总体思路28-30
• 2.1 研究目标与研究思路28
• 2.2 研究内容28
• 2.3 研究技术路线28-30
• 第三章 氮磷供应强度对玉米苗期生长和养分吸收的影响30-39
• 3.1 材料与方法30-31
• 3.1.1 田间试验设计30-31
• 3.1.2 植物取样和养分吸收的测定31
• 3.1.3 根系取样方法31
• 3.1.4 统计分析31
• 3.2 结果与分析31-37
• 3.2.1 总根长和侧根密度31-33
• 3.2.2 地上部生物量33-34
• 3.2.3 地上部氮磷积累量34-37
• 3.2.4 氮或磷临界供应强度37
• 3.3 讨论37-39
• 第四章 不同氮磷肥局部调控对玉米根系形态和养分吸收效率的影响39-53
• 4.1 材料与方法40-42
• 4.1.1 植物材料与培养40
• 4.1.2 测定指标与方法40-41
• 4.1.3 数据分析41-42
• 4.2 结果42-50
• 4.2.1 养分组成和位置对玉米生长的影响42-44
• 4.2.2 养分组成和位置对玉米根系生长的影响44-46
• 4.2.3 养分组成和位置对局部施肥区侧根生长的影响46-47
• 4.2.4 养分组成和位置对氮磷养分吸收的影响47-48
• 4.2.5 单位根重/根长养分吸收效率48-49
• 4.2.6 地上部养分吸收与根长密度和土壤养分的相关性49-50
• 4.3 讨论50-53
• 4.3.1 养分组成和位置对玉米根系形态的影响50-51
• 4.3.2 养分组成和位置对玉米植株养分积累量的影响51-53
• 第五章 集约化条件下苗期和拔节期双调控对玉米后期根系空间分布和养分吸收的影响53-69
• 5.1 材料与方法54-56
• 5.1.1 田间试验设计54-55
• 5.1.2 植物取样、叶面积和养分吸收的测定55
• 5.1.3 根系取样和土壤矿物氮的测定55-56
• 5.1.4 玉米籽粒产量和养分效率56
• 5.1.5 统计分析56
• 5.2 结果与分析56-66
• 5.2.1 玉米地上部生长情况56-58
• 5.2.2 玉米苗期根系生长58-60
• 5.2.3 苗期和花期侧根(一级、二级)形态60-61
• 5.2.4 开花期根系空间分布61-62
• 5.2.5 玉米根长密度和土壤无机氮的相关性62-64
• 5.2.6 玉米不同阶段地上部氮和磷吸收量64-65
• 5.2.7 玉米千粒重、穗粒数和氮效率65-66
• 5.3 讨论66-69
• 5.3.1 铵加磷局部调控对根系生长和空间分布的影响66-67
• 5.3.2 铵加磷局部调控对玉米地上部生长和养分吸收的影响67
• 5.3.3 铵加磷局部调控对产量和氮效率的影响67-69
• 第六章 养分局部调控强化根际过程是否影响玉米地上部微量元素积累69-82
• 6.1 材料与方法70-71
• 6.1.1 植物生长70
• 6.1.2 植物取样及微量元素浓度测定70
• 6.1.3 根系样品的采集70-71
• 6.1.4 玉米籽粒产量和养分效率71
• 6.1.5 统计分析71
• 6.2 试验结果71-78
• 6.2.1 玉米地上部生长情况71-74
• 6.2.2 苗期根系生长情况和开花期根长密度74-76
• 6.2.3 不同阶段植株锌和铁浓度及其积累量76-78
• 6.2.4 玉米籽粒产量以及锌和铁收获指数78
• 6.3 讨论78-82
• 6.3.1 不同处理对玉米苗期和开花期根系生长和分布的影响78-79
• 6.3.2 不同处理对植株生长、锌和铁积累以及籽粒产量的影响79-82
• 第七章 氮磷局部调控对玉米灌浆期生长速率及产量的贡献82-93
• 7.1 材料与方法83-84
• 7.1.1 植物生长83
• 7.1.2 植物取样、叶面积和养分吸收的测定83-84
• 7.1.3 玉米籽粒产量和养分效率84
• 7.1.4 统计分析84
• 7.2 试验结果84-91
• 7.2.1 玉米地上部生长84-86
• 7.2.2 灌浆期植株生长速率和干物质分配86
• 7.2.3 籽粒氮磷浓度和主要生育期植株氮磷积累量86-87
• 7.2.4 玉米籽粒产量和氮农艺效率87-90
• 7.2.5 铵加磷调控中各养分对玉米生长的贡献90-91
• 7.3 讨论91-93
• 7.3.1 不同处理对玉米植株生长的影响91
• 7.3.2 不同处理对植株氮磷浓度和积累量的影响91-92
• 7.3.3 不同处理对籽粒产量和穗粒数的影响92-93
• 第八章 结论与展望93-96
• 8.1 结论93-94
• 8.2 主要创新点94
• 8.3 研究展望94-96
• 参考文献96-103
• 致谢103-104
• 作者简介104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 ;Effects of urea and(NH_4)_2 SO_4 on nitrification and acidification of Ultisols from Southern China[J];Journal of Environmental Sciences;2012年04期

2 ;Ideotype root architecture for efficient nitrogen acquisition by maize in intensive cropping systems[J];Science China(Life Sciences);2010年12期

3 任永哲;徐艳花;丁锦平;马原松;裴冬丽;李成伟;童依平;;非生物因素调控植物根系发育可塑性的研究进展[J];中国农学通报;2011年09期

4 王空军,郑洪建,刘开昌,张吉旺,董树亭,胡昌浩;我国玉米品种更替过程中根系时空分布特性的演变[J];植物生态学报;2001年04期

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