灌溉和施氮对河西走廊紫花苜蓿生物量分配与 水分利用效率的影响

确定河西地区紫花苜蓿栽培草地的合理施氮量和灌溉量,对优化当地紫花苜蓿栽培草地生物量分配和提高水分利用效率具有重要意义。本研究利用田间试验研究了不同灌溉量(W1:当地灌溉量的60%;W2:当地灌溉量的80%;W3:当地灌溉量1 920 m3·hm-2)和施氮量[N1:0 kg(N)·hm-2;N2:40 kg(N)·hm-2;N3:80 kg(N)·hm-2;N4:120 kg(N)·hm-2]对2年生紫花苜蓿生物量分配特征及水分利用效率的影响。结果表明:灌溉量为W2和W3时均显著增加了紫花苜蓿株高、单株分枝数、地上生物量,及20~40 cm、40~60 cm和0~60 cm土层的根系体积、根系生物量和水分利用效率,且W2和W3的紫花苜蓿株高、单株分枝数和地上生物量差异不明显,说明采用当地灌溉量的80%水量时,紫花苜蓿水分利用效率最高。随着施氮量增加,紫花苜蓿单株分枝数、叶茎比、根系体积、根系生物量、地上和地下生物量比和水分利用效率均呈现先增加后降低的趋势,且在施氮量为80 kg(N)·hm-2时最大,说明紫花苜蓿根系发育和水分利用效率对氮的响应均存在剂量效应。在水氮互作条件下,处理W2N2或W2N3中紫花苜蓿株高、单株分枝数、根系体积和0~20 cm、20~40 cm、0~60 cm根系生物量及地上生物量与地下生物量比值和水分利用效率达到最优。结合上述分析得出在灌溉量W2和施氮N3时,紫花苜蓿地上地下生物量比值和水分利用效率达最大值,表明河西走廊紫花苜蓿栽培草地的适宜灌溉量为当地灌溉的80%,施氮量为80 kg·hm-2,此时紫花苜蓿水分利用效率和地上地下生物量比值配置最优。     

不同盐胁迫水平下硅对高羊茅幼苗生物量、酶活性和渗透调节物质的影响

采用盆栽试验研究了高羊茅(Festuca arundinacea)幼苗在不同盐浓度胁迫下生物量、抗氧化酶活性和渗透调节物质对硅的响应。结果显示,随盐浓度增加高羊茅生物量逐渐降低,而盐浓度小于50 mmol·L~(-1)或大于250mmol·L~(-1)时,硅对高羊茅生物量没有明显影响,盐浓度介于50到250mmol·L~(-1),硅显著提高了高羊茅生物量(P0.05)。随着盐浓度增加过氧化氢酶(CAT)活性呈上升趋势,过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性先上升后下降,添加硅虽然提高了POD、SOD和CAT活性,但不同酶显著增加时盐浓度存在一定的差异。可溶性糖和可溶性蛋白含量随着盐浓度的增加呈先上升后下降的趋势,丙二醛含量呈上升趋势,盐浓度为200和250mmol·L~(-1)时,可溶性糖和可溶性蛋白含量达到峰值,添加硅均降低了高羊茅体内可溶性糖、可溶性蛋白和丙二醛含量。上述结果表明,硅对高羊茅适应盐胁迫能力的影响在盐浓度间存在分异,过低或过高盐浓度时,硅对高羊茅适应性没有显著影响,中盐浓度时,硅能通过增强高羊茅体内的抗氧化酶活性、改善渗透调节过程和降低膜质氧化来增强其对盐胁迫的适应性。     

不同盐生境下硅对高羊茅生物量及生理生化特征的影响

利用水培实验研究了不同盐生境下硅对高羊茅幼苗生物量及生理生化特征的影响。研究结果表明,高羊茅幼苗生物量随着盐浓度增加而逐渐降低,200mmol/L的盐浓度为高羊茅幼苗的临界盐浓度,盐浓度小于该临界值时,添加硅显著增加了高羊茅幼苗生物量;盐浓度大于该临界值时,硅对高羊茅幼苗生物量没有明显影响,说明硅调节盐生境下高羊茅的生长能力与环境内的盐浓度密切相关。在盐浓度临界值之内,水培条件下硅通过增加盐胁迫下高羊茅幼苗体内SOD、CAT、POD活性,降低盐胁迫条件下高羊茅幼苗体内的丙二醛、脯氨酸、可溶性糖含量和相对电导率,其中盐浓度为100mmol/L时,丙二醛含量降幅最大,为18.05%,当盐浓度为50mmol/L时,脯氨酸含量降幅最大,为23.63%。这不仅说明了硅可增强高羊茅幼苗适应盐生境的能力,而且证明了硅直接参与了盐胁迫条件下高羊茅的生理生化过程。     

不同盐浓度下硅对高羊茅苗期生长及光合特征的影响

坪用高羊茅(Festuca arundinacea)因长期多频灌溉往往生长在土壤盐渍化或潜在盐渍化的生境中,本研究采用盆栽试验分析了不同盐浓度下硅对两个高羊茅品种(抗性强的XD和抗性弱的K31)种子发芽、苗期生物量及光合特征的影响。结果表明,盐浓度、硅、品种、盐浓度×品种以及硅×盐浓度互作均显著影响了高羊茅种子发芽及苗期光合特征(P0.05)。两个品种XD和K31的出苗率、保苗率、生物量以及光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、气孔限制值(L_s)均随盐浓度增加呈整体下降趋势,而胞间CO_2浓度(C_i)随盐浓度增加整体呈上升趋势。硅在一定盐浓度范围内显著提高了XD和K31的出苗率、保苗率、生物量、P_n、G_s和L_s,而降低了C_i、T_r(P0.05),且同一盐浓度下K31对硅响应的敏感性大于XD,这说明添加硅对盐生境下高羊茅生长的影响与品种自身抗性密切相关。     

硅对不同抗性高羊茅耐盐性的影响

为研究不同盐生境下硅对不同抗盐品种高羊茅(抗性强的XD和抗性弱的K31)耐盐性的影响,采用盆栽试验研究了添加硅对不同盐生境下两个高羊茅品种形态指标和保护酶活性的影响。结果表明:两个高羊茅品种的株高、分蘖数、叶片数、叶长、叶宽、地上含水量和生物量均随盐浓度增加呈降低趋势,而SOD、CAT和POD活性呈先增加后降低趋势,其中盐浓度为150、100mmol·L~(-1)时XD和K31的保护酶活性分别达到峰值。添加硅显著增加了两个高羊茅品种的株高、分蘖数、叶片数、叶长、地上含水量、地上生物量、SOD、CAT和POD(P0.05),但两个品种高羊茅对硅响应存在盐浓度分异,具体表现为:盐浓度≤50mmol·L~(-1)时添加硅显著增加了XD分蘖数和叶片数(P0.05),而对K31无显著影响;盐浓度≤100mmol·L~(-1)时加硅显著增加了XD的株高、叶长、地上生物量、SOD和CAT活性,盐浓度为150、200mmol·L~(-1)时,加硅显著增加了K31的株高、叶长、地上生物量、SOD、POD和CAT活性(P0.05);硅仅在盐浓度≥200mmol·L~(-1)时显著增加了K31的地上含水量(P0.05),而对XD地上含水量在任何盐浓度下均无显著影响。说明添加硅能够增强高羊茅的耐盐性,而且增强程度因盐浓度和高羊茅品种存在分异,在较高盐渍化条件下,硅对抗盐性较弱品种耐盐性增强的幅度大于抗盐性较强品种,使得抗盐性较弱的高羊茅品种能够通过添加硅肥而适应盐浓度较高的盐渍化土壤,扩大其适应范围成为可能。     

不同盐浓度下硅对高羊茅根系特征的影响

利用盆栽试验研究了不同盐浓度生境下硅对高羊茅(Festuca arundinacea)根系生物量和根系形态特征的影响。结果表明,在盐浓度0-300 mmol·L~(-1)的范围内,高羊茅根系生物量、根系表面积、根系体积、根系平均直径和根系总长均随盐浓度增加而呈降低趋势,高羊茅根冠比随盐浓度增加呈现先增加后降低趋势。硅对高羊茅根系生物量和根系特征的影响与盐浓度密切相关,当盐浓度≤150 mmol·L~(-1)时,硅显著提高了高羊茅根系生物量、根系表面积和根系总长(P0.05),说明硅在一定盐浓度下通过增加高羊茅根系生物量,改变根系形态特征,提高高羊茅在盐生境的生长能力。     

硅对不同抗性高羊茅耐盐性的影响

为研究不同盐生境下硅对不同抗盐品种高羊茅 (抗性强的XD和抗性弱的K31)耐盐性的影响,采用盆栽试验研究了添加硅对不同盐生境下两个高羊茅品种形态指标和保护酶活性的影响。结果表明:两个高羊茅品种的株高、分蘖数、叶片数、叶长、叶宽、地上含水量和生物量均随盐浓度增加呈降低趋势,而SOD、CAT和POD活性呈先增加后降低趋势,其中盐浓度为150、100 mmol·L^-1时XD和K31的保护酶活性分别达到峰值。添加硅显著增加了两个高羊茅品种的株高、分蘖数、叶片数、叶长、地上含水量、地上生物量、SOD、CAT和POD(P<0.05),但两个品种高羊茅对硅响应存在盐浓度分异,具体表现为:盐浓度≤50 mmol·L^-1时添加硅显著增加了XD分蘖数和叶片数(P<0.05),而对K31无显著影响;盐浓度≤100 mmol·L^-1时加硅显著增加了XD的株高、叶长、地上生物量、SOD和CAT活性,盐浓度为150、200 mmol·L^-1时,加硅显著增加了K31的株高、叶长、地上生物量、SOD、POD和CAT活性(P<0.05);硅仅在盐浓度≥200 mmol·L^-1时显著增加了K31的地上含水量(P<0.05),而对XD地上含水量在任何盐浓度下均无显著影响。说明添加硅能够增强高羊茅的耐盐性,而且增强程度因盐浓度和高羊茅品种存在分异,在较高盐渍化条件下,硅对抗盐性较弱品种耐盐性增强的幅度大于抗盐性较强品种,使得抗盐性较弱的高羊茅品种能够通过添加硅肥而适应盐浓度较高的盐渍化土壤,扩大其适应范围成为可能。