基于15N标记的干旱区滴灌肥料氮的去向和效益研究

【目的】采用¹⁵N示踪法,研究滴灌肥料氮与土壤氮素的转化和去向以及在土壤中的残留分布,为新疆滴灌春小麦氮肥优化管理提供科学依据。【方法】试验于2019年在石河子大学农学院试验站进行,供试春小麦材料为强筋型‘新春38’(XC38)和中筋型‘新春49’(XC49)。试验设7个施氮(N)水平：300、285、270、255、240、225和0 kg/hm²,分别记作N300、N285、N270、N255、N240、N225和N0处理。每个试验小区内,安装未封底的PVC管(直径11 cm,高65 cm),管内施用与该处理等量的¹⁵N标记尿素。于小麦成熟期,测定PVC管内植株样品与土壤样品中的¹⁵N丰度,同时在小区内测定产量,计算氮素利用效率。【结果】两品种春小麦吸收的氮素来自肥料的比例为30.49%～36.06%,对土壤氮的依赖程度在60%以上。随着氮肥施用量的降低,对土壤氮的依赖程度逐渐增加。¹⁵N标记氮肥在土壤中的总残留率为24.05%～31.60%,主要集中在0—40cm土层,土...     

滴灌春小麦根系形态特征及内源激素含量对花期干旱及复水的响应

为探明北疆地区不同抗旱性滴灌春小麦品种根系形态及内源激素在开花期干旱后复水过程中的变化特征及其与生物量的关系，以春小麦耐旱性强品种新春6号和耐旱性弱品种新春22号为材料，在土柱栽培下设置常规灌溉（CK）、开花期轻度干旱和中度干旱3种水分条件，分析了干旱胁迫后复水条件下不同耐旱性小麦品种根系形态特征、渗透调节物质及内源激素和生物量的差异。结果表明，两个品种的根长密度（RLD）、根体积密度（RVD）、根表面积密度（RSAD）、可溶性糖（SS）含量、脯氨酸（Pro）含量、生长素（IAA）含量、赤霉素（GA₃）含量、玉米素（ZT）含量、地上部干物质积累量（SDM）以及产量均在干旱复水后随时间呈先增后降趋势，以轻度干旱后复水条件下表现最佳。两个品种比较，在轻度干旱后复水条件下新春6号的RLD、RVD、RSAD、SS含量、Pro含量、IAA含量、GA₃含量、ZT含量、ABA含量、SDM及产量较新春22号平均高出3.38%、4.30%、4.29%、21.84%、10.81%、5.99%、10.02%、16.05%、3.13%、6.86%和3.47%。经相关分析，两个品种于各处理下的RLD、RVD、RSAD、SS含量、Pro含量与IAA含量、GA₃含量和ZT含量间均呈显著正相关，与ABA含量呈显著负相关。综上所述，较优的根系生长及生理代谢是春小麦具有较高抗旱性的原因；轻度干旱后复水可调节滴灌春小麦根系渗透调节物质和内源激素含量变化，进而优化根系形态，促进干物质向穗部转运及产量形成，可作为新疆滴灌春小麦灌溉模式。     

施氮量对滴灌春小麦茎鞘NSC积累与转运的影响

在新疆气候条件下,为明确滴灌春小麦不同茎鞘节位果聚糖和NSC向籽粒转运提高产量的氮素响应机制,采用裂区试验设计,以强筋小麦‘新春37号’（XC37）、中筋小麦‘新春6号’（XC6）为主区,分别以施氮量300、255、210、0 kg·hm^-2为副区,研究施氮量对滴灌春小麦茎鞘不同节位(穗下节间、倒二节间、其余节间) 果聚糖和非结构碳水化合物（NSC）的积累转运及其对产量贡献的影响。结果表明,随生育期的推进,两个品种春小麦茎鞘蔗糖果糖基转移酶(SST)活性、果聚糖含量、NSC含量及茎鞘干物质量呈先升后降的变化趋势,而果聚糖外水解酶(FEH)活性则为先降后升再降的趋势,各指标均以施氮量255 kg·hm^-2处理表现最优;各节位相比,其余节果聚糖代谢酶活性、果聚糖含量、NSC含量以及茎鞘干物质量最大,其果聚糖、NSC以及茎鞘干物质对产量贡献率分别比倒二节高11.18%~35.77%、14.77%~45.65%和25.81%~33.83%;两品种比较,XC37茎鞘中贮藏物质积累运转效率高于XC6,其果聚糖、NSC以及茎鞘干物质对产量贡献率分别比XC6高32.53%~116.74%、26.06%~35.26%和6.32%~21.73%;施氮量与品种互作效应对果聚糖、NSC花前转运率和贡献率及其穗下节干物质对产量贡献率均有显著影响。研究表明,果聚糖和NSC代谢及产量在施氮量为255 kg·hm^-2时表现最佳,该施氮量是新疆滴灌春小麦适宜的施氮水平。     

施氮量对滴灌春小麦叶片光合生理性状的影响

在北疆气候条件下,为明确不同氮肥施用量对滴灌春小麦叶片光合特性与同化物累积的调控效应,以强筋小麦新春37号(XC37)、中筋小麦新春6号(XC6)为试验材料,采用裂区试验设计,在CK1 (300 kg hm^–2)、A1 (255 kg hm^–2)、B1 (210 kg hm^–2)、CK2 (0 kg hm^–2)施氮水平下,研究施氮量对小麦叶片光合关键酶活性、气体交换参数、叶绿素荧光参数、干物质累积分配、产量及氮肥利用率(NUE)的影响。结果表明,随施氮量的增加,光合关键酶活性、气体交换参数、叶绿素荧光参数、地上部干物质累积(SDM)、穗重(SPDM)及产量均呈先升后降的趋势。其中以A1处理表现出高的Ru BPC酶活性、PEPC酶活性、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、SDM、SPDM、产量和NUE,比其余处理高出10.51%～30.45%,7.05%～64...     

春小麦光合生理和产量对干旱-复水的响应

为探究不同生育时期土壤干旱对不同抗旱性小麦品种光合生理特性和产量的影响,以抗旱性弱品种"新春22号(XC22)"和抗旱性强品种"新春6号(XC6)"为试验材料,在土柱栽培和大田条件下,分别设置常规灌溉(CK)、分蘖期轻度干旱(W1)、分蘖期中度干旱(W2)、拔节期轻度干旱(M1)和拔节期中度干旱(M2)5种处理,研究小麦叶片叶面积指数(LAI)、叶绿素含量、气体交换参数和叶绿素荧光参数及地上部干物质积累、穗重与产量的变化。结果表明:抗旱性弱品种"XC22"受水分胁迫影响更大,复水后恢复能力较弱,仅W1处理能恢复到与CK相等水平。同"XC22"相比,抗旱性强品种"XC6"在M1处理后,"补偿效应"表现更加明显,RuBPC酶活性、气体交换参数与叶绿素荧光参数均能在复水后快速恢复至CK水平,较其他处理恢复能力更强,乳熟期其净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)与叶绿素荧光参数的暗适应下最大荧光产量(Fm)、光适应下最大荧光产量(Fm'')、PSⅡ实际光合量子产量(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(qp)较CK分别显著提高11.39%,7.50%,7.38%和7.86%,6.78%,17.24%,2.48%。轻度干旱处理并未减少小麦干物质积累和产量,反而有助于穗重的增加,且"XC6"在M1处理下,干物质积累、穗重与产量均显著高于CK。光合参数与产量的相关与通径分析表明,产量与Pn、Gs、Fm、Fm''、qp呈极显著正相关,且Pn在产量形成中的促进作用更大。春小麦花后光合生理特性的恢复与保持受拔节期水分胁迫影响更显著。在新疆滴灌模式下,生育前期轻度干旱胁迫,有利于抗旱性强品种小麦复水后光合性能改善,增加地上部干物质积累,促进光合产物向生殖器官的转运,有利于产量形成。     

不同抗旱性春小麦根系生长对干旱胁迫的响应及滴灌复水补偿效应

【目的】研究不同干旱敏感型春小麦根系生长对阶段干旱胁迫的形态及生理响应差异，阐明新疆滴灌条件下春小麦的抗旱节水生理机制，为新疆麦区进一步节水高产提供科学依据。【方法】2021—2022年采用土柱栽培法，以强抗旱性品种新春6号和弱抗旱性品种新春22号为材料，分蘖和拔节期分别设置轻度（T1和T3,60%—65%FC,FC为田间持水量）、中度（T2和T4,45%—50%FC）干旱胁迫处理后滴灌复水，以常规滴灌为对照（CK,75%—80%FC），研究生育前期干旱胁迫下根系形态特征（根长密度（RLD）、根体积密度（RVD））、抗氧化系统（丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD））、渗透物质（脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS））及根系活力的时空变化特征，分析滴灌春小麦根系生长对干旱-复水的补偿效应。【结果】随干旱胁迫程度增加，根长密度和根体积密度呈先增后降的变化趋势，轻度干旱（T1和T3）条件下，显著增加了20—60 cm土层的根长密度和根体积密度。各土层根系丙二醛含量随着胁迫程度的加剧呈上升趋势，而SOD、POD、脯氨酸及可溶性糖均随干旱程度加剧呈先升后降趋势，并随土层加...     

2个不同抗旱性小麦品种耗水特征及根系生理特性对开花期干旱的响应

为探明不同抗旱性小麦品种的耗水特征、根系生理特性及产量对开花期干旱的响应，以抗旱性强品种"新春6号"（XC 6）和抗旱性弱品种"新春22号"（XC 22）为试材，在土柱栽培和大田条件下设置常规灌溉（CK）、开花期轻度干旱（T1）和中度干旱（T2）处理，研究干旱胁迫对滴灌麦田耗水特征、不同土层根系生理特性和产量的影响。结果表明：开花期干旱后2个小麦品种全生育期耗水量和耗水强度均表现为CK>T1>T2，拔节—孕穗期耗水模系数最大。T1处理复水后伤流液、根系活力、根系水力学导度（Lpr）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性及可溶性蛋白（SP）含量显著提高，进而促进地上部质量和千粒重增加，提高产量和水分利用效率。与XC 22相比，XC 6伤流液、Lpr、根系活力、SOD、POD、SP含量、地上部质量以及产量均显著增加，T1处理下XC 6的伤流液、Lpr较XC 22高5.4%~25.1%，2.2%~15.7%；0—20，20—40，40—60 cm土层SOD （6.9%~20.0%，2.6%~24.7%和3.6%~31.1%）、POD （4.1%~19.1%，3.9%~25.2%和3.7%~21.6%）、CAT （7.8%~15.2%，8.3%~13.3%和10.8%~13.3%）活性及SP （4.5%~20.4%，0.8%~29.4%和1.3%~7.9%）含量显著高于XC 22。根质量、地上部质量和产量与耗水量呈二次抛物线关系，与伤流液、Lpr、MDA和CAT活性呈显著正相关。水分处理与品种互作对Lpr、POD、CAT活性及SP含量影响显著。因此，抗旱性强品种开花期轻度干旱可降低耗水量，提高根系SP含量及抗氧化酶活性，增强根系活力，促进地上部质量提高，有利于提高产量和水分利用效率。