Explaining variation in the effects of take-all (Gaeumannomyces graminis var. tritici) on nitrogen and water uptake by winter wheat

Two field experiments, in 1999 and 2000, were used to test whether reductions in root growth and function explained the effects of take-all on crop water and nitrogen uptake. The fungicide silthiofam was used to manipulate take-all independently of other factors. Soil water content was manipulated from heading to determine effects on disease progress and resource capture. Epidemic progress was significantly delayed in the presence of silthiofam, leading to reductions in disease in both experiments. Effects of silthiofam were reduced by increasing soil water late in the season, although only in 2000 did increased soil water content have a direct effect, leading to a higher rate of disease increase. Higher levels of disease in the absence of silthiofam did not affect root growth as measured by total root length density (TRLD), but did lead to significantly reduced healthy root length density (HRLD, a measure of functional roots) in both experiments. Only in 2000 were there any significant effects of increased take-all on water and nitrogen uptake. This was attributed to the higher TRLD in the (1999) crop, which allowed HRLDs to be maintained above a critical threshold (where water and nitrogen uptake start to be severely affected) despite loss of functional root to disease. The effects of take-all on nitrogen uptake were more likely to affect crop canopy size and duration than the relatively small effects observed on water uptake. Increasing soil water content allowed the crop to take up more water in absolute terms despite, in 2000, increasing levels of disease and reducing HRLD.     

不同根区温度对冬小麦生长发育及养分吸收的影响

以Hoagland营养液为介质,采用自制的恒温培养系统研究了不同根区温度对冬小麦生长发育以及N、P、K养分吸收的影响。结果表明:小麦冬前至返青期低温处理明显抑制根系发育,根长、根体积、根系生物量、叶面积、地上部生物量、养分累积量均比常温处理显著降低,其中越冬前低温处理对地上部的影响大于对根系的影响,而返青期低温处理对根系的影响大于地上部;越冬前和越冬期高温促进了根系生长,但地上部生物量和养分累积量呈降低趋势,返青期高温抑制了根长和根体积的增加,但有促进地上部生长的作用。     

秸秆覆盖条件下不同施氮水平冬小麦氮素吸收及土壤硝态氮残留

通过田间定位试验研究秸秆覆盖条件下施氮量对小麦氮素吸收利用及土壤硝态氮残留的影响.试验包括覆盖(不覆盖和秸秆覆盖4500 kg/hm2)和施氮量(0,75,150,225和300 kg N/hm2)两个因素,共10个处理,重复3次.3年结果表明:秸秆覆盖对冬小麦吸氮量没有显著影响,但在偏旱年份,秸秆覆盖有利于提高氮肥利用效率.与不覆盖类似,秸秆覆盖冬小麦吸氮量在3年间呈持续增加趋势.不论秸秆覆盖还是不覆盖,施氮量小于等于150 kg/hm2时,对土壤硝态氮残留量均没有显著影响;施氮量高于150 kg/hm2时,土壤残留硝态氮量则显著增加,0～200 cm剖面出现明显的累积峰,秸秆覆盖土壤残留硝态氮累积峰较不覆盖处理深40 cm左右.     

河北省小麦全蚀病菌变种类型鉴定

2007年从河北省的保定、石家庄、邢台小麦主产区采集小麦全蚀病株,共分离得到62个菌株,对其所属的变种类型进行了形态学和分子生物学鉴定。根据形态、培养性状、生理特性以及在小麦、高粱、水稻、玉米、燕麦等禾本科作物上的致病性,初步认定测定的所有菌株均为禾顶囊壳小麦变种(Gaeumannomyces graminisvar.tritici)。进一步采用4个变种的特异性引物进行PCR扩增,在所有菌株中扩增出870bp的条带,该片段为禾顶囊壳小麦变种特异性片段,证实所测菌株均为禾顶囊壳小麦变种。     

小麦返白系返青后根系生长及养分吸收利用特性的研究

采用管栽试验研究了返青后小麦返白系根系生长及养分吸收利用规律。结果表明,返白系返白期间光合速率低于正常小麦,完全复绿后光合速率表现出补偿效应,这种补偿效应可持续到灌浆初期。返青后地上部和根系生长、养分摄取量明显低于正常小麦,但产量与正常小麦无差异(P>0.05)。返白系的同化效率高,养分利用效率高于正常小麦。磷和钾的代谢可能与返白系的返白有关。     

不同土壤水分处理对冬小麦根冠生长的影响

通过温室冬小麦不同水分处理(土壤含水量分别为田间持水量的75%～100%,65%～55%,35%～45%)盆栽试验,研究了冬小麦根冠对水分的响应。试验结果表明:不同供水量并不影响冬小麦根系、冠层干物质累积过程的总趋势,但随胁迫的增强,根、冠干物质累积速率、干物质累积总量降低,且二者并不呈线性相关关系;根冠比(R/S)随胁迫的增强而增大;水分供应量的减少缩短了冬小麦的生育周期,随胁迫的增强,根冠生物量最大值出现的时间提前;充分供水的处理则有最大的根冠比(R/S)。这可能是由于水分胁迫发生,大量的同化产物运往根系,分配于根系的同化干物质增加,调整了根系的结构,改善其功能以增大水分的吸收量,缓减植株由于缺水造成的损失,导致根系干重增加,根冠比增加。对于供水超过75%的植株,根冠比达到所有处理的最大,可能原因为过量水分促使庞大根系的建成,从而消耗较多的同化产物,使根重增加,冠重减少。     

根控肥（CULTAN）对小麦生长发育及品质的影响

根据德国波恩大学Sommer教授提出的CULTAN的原理与山西临汾研究了根控肥和传统施肥处理对小麦生长发育及品质的影响,结果表明:根控肥处理比传统施肥处理不论从小麦的生长发育,还是品质方面都表现出较好的优势,尤其是硫铵、尿素和DCD添加剂混合物的根控肥处理其面团的吸水率、稳定时间和评价值明显提高.同时根控肥处理土壤剖面中碱解氮的含量显著高于传统施肥处理.因此在生产优质强筋小麦的地区,应推广施用根控肥,达到优质小麦产量与品质的协调统一.     

滴灌次数对冬小麦根系生长及时空分布的影响

以新冬18号为材料,利用双管分根管栽法,模拟田间试验研究了拔节期后不同滴灌次数W1（6次）、W2（7次）、W3（9次）、W4（11次）（每次内、外管分别滴30 mm ）对0～100 cm土层含水量,0～100 cm土层初、次生根干重和长度、根系活性分布及产量的影响。结果表明,随滴灌次数及总滴灌量的增加,0～40 cm土层的含水量增加,并延缓该土层的初生根干重和根长的衰减、促进次生根干重和根长增长,增加孕穗期至花后20 d初、次生根干重密度、根长密度及根系活性,而对40～100 cm土层根系的生长影响较小。小麦产量和水分利用效率均以W4最高,分别为25．5 g·管－1和1．36 kg·m－3。当滴灌量少、湿润土层浅时,小麦深层初、次生根生长易受严重抑制,且根系分布浅,初生根提前衰老,导致千粒重降低而减产。     

内生细菌B3-7 的运动性参与其在小麦根系的内生定殖和对小麦全蚀病的生物防治

 蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)B3-7 是一株对于小麦全蚀病具有有效生防作用的小麦内生细菌。为了研究B3-7 在小麦根内的定殖机制,本研究将含有转座子TnYLB-1 和温度敏感型复制子的质粒pMarB 转化B3-7 菌株,高温处理后TnYLB-1 插入细菌基因组中,构建转座子插入突变体库。通过筛选,获得1 株在小麦根内定殖能力显著降低的突变体B3-7-458。利用反向PCR 方法分离转座子插入位点的侧翼序列并分析其特征,发现转座子插入导致细菌鞭毛运动性相关基因mota 失活,同时发现mota 失活菌株对于小麦全蚀病的生防能力降低。通过构建互补载体对突变基因mota 进行互补分析,发现互补菌株的运动性、在小麦根系内部的定殖能力以及对于小麦全蚀病的生防能力得以恢复。本研究证明了生防菌蜡样芽孢杆菌B3-7 的mota 基因参与该菌株在小麦根系的内生定殖,也参与了该菌株对于小麦全蚀病的生物防治。     

基于无人机数字图像与高光谱数据融合的小麦全蚀病等级的快速分类技术

小麦全蚀病是检疫性的土传病害,对小麦生产危害极大,对其发生的监测是治理的根本。遥感技术可实时、宏观地监测病害发生发展,尤其是将光谱信息与高分辨率数字图像进行融合,可直观、精准地对病害识别和分类。本文基于计算机视觉技术,通过光谱数据与高分辨率数字图像结合的方法,对小麦全蚀病等级进行快速分类。首先,通过ASD非成像光谱仪获取小麦全蚀病的光谱信息,提取全蚀病特征光谱,建立光谱比。其次,利用无人机获取的实时田间数码图像,对其颜色特征进行重量化。最后,利用基于支持向量机的决策树分类对图像视场中的不同全蚀病等级进行分类。结果表明,4个全蚀病等级的分类精度均大于86%(Kappa0.81),平均运算时间小于30s。通过与实地调查的小麦全蚀病的白穗率等级做比对,验证分类结果的准确性,结果表明该方法基本可以实现对小麦全蚀病等级的实时监测。     

玉米秸秆还田对冬小麦产量和不同生育期土壤硝态氮累积量的影响

以田间试验方法研究了玉米秸秆还田配施氮肥对后茬冬小麦产量和小麦生育期土壤硝态氮累积量的影响。试验采用裂区设计,主处理包括玉米秸秆还田(S1)和不还田(S0)2个处理,副处理为5个不同施氮水平,分别为0、84、168、252 kg·hm~(-2)和336 kg·hm~(-2)。结果表明,施氮量较低时(分别低于99 kg·hm~(-2)和79 kg·hm~(-2)时),秸秆还田处理小麦产量低于秸秆不还田处理,施氮量较高时则相反;两条氮肥肥效曲线呈相交规律。施氮252 kg·hm~(-2)时,秸秆还田处理分别增产9.5%和2.1%,施氮336 kg·hm~(-2)时,秸秆还田处理分别增产7.0%和5.6%。冬小麦冬前分蘖期土壤硝态氮主要累积在0~40 cm土层;施氮量高于84 kg·hm~(-2)时,秸秆还田处理硝态氮累积量有高于相同施氮量下不还田处理的趋势,其中0~20 cm土层N336+秸秆还田处理硝态氮累积量比不还田处理提高25%(武功试验地)。冬小麦返青期土壤硝态氮较冬前分蘖期大幅降低,此期秸秆还田处理0~20 cm土层硝态氮累积量有低于秸秆不还田处理的趋势。周至县连续三年田间试验结果表明,秸秆还田处理冬小麦收获期土壤硝态氮累积量有高于秸秆不还田处理的趋势,不施氮肥处理0~1 m土层秸秆还田比不还田处理累积量显著提高43.4%。秸秆还田对冬小麦产量和土壤硝态氮累积量的影响与施氮量有关,施氮量较低时秸秆还田条件下冬小麦返青期土壤硝态氮含量较低,引起作物速效氮供应的短期(返青期追施氮肥前)缺乏,影响小麦生长,进而导致小麦减产。连续秸秆还田处理有利于小麦收获期2 m土壤硝态氮累积,减少向下淋溶。     

冬小麦根区土壤水肥空间耦合对根系生长及活力的影响

以冬小麦小偃22号为管栽试验材料,通过采用3种湿润方式(整体湿润、上层湿润、下层湿润)及3种施肥方式(整体施肥、上层施肥、下层施肥),研究了冬小麦根区土壤不同水肥空间耦合方式对不同生育阶段根系鲜重、干重及活力的影响.结果表明:(1) 不同湿润方式下:与上层湿润和下层湿润方式相比,整体湿润方式扬花灌浆期的根鲜重分别增加了5.63%和18.09%.整体湿润方式与上层湿润方式下根系活力差异性不明显,但二者均高于下层湿润处理;(2) 不同施肥方式下:在分蘖期和拔节期,上层施肥和整体施肥的根鲜重、干重及根系活力高于下层施肥处理.在扬花灌浆期,下层施肥方式下根系活力降幅低于其它两种施肥方式.在成熟期,下层施肥方式下根系出现"早衰"现象;(3) 不同湿润和施肥耦合方式下,以整体湿润、上层施肥的耦合方式最优,在提高根系活力和根鲜/干重的同时,减少了氮、磷在土壤中的残留.     

水分胁迫持续时间对冬小麦根冠生物量累积的影响

为了解冬小麦根、冠对土壤含水量变化的响应,对不同水分条件下温室盆栽冬小麦作了分析研究。该试验包括七个水分状态,充分供水A处理(75%~100?,FC为田间持水量),中度胁迫B处理(55%~65?)和重度胁迫C处理(35%~45?)以及分蘖期开始中度、重度胁迫到孕穗期复水的BA1、CA1处理和抽穗期复水的BA2、CA2处理。试验结果表明:分蘖期开始的水分胁迫无论何时恢复供水都不影响冬小麦根、冠生长过程的总趋势;但随胁迫程度、胁迫持续时间的增加,胁迫期内根、冠的相对生长率,根、冠总重均降低,但根重占有量增大,且水分供应量的减少和胁迫时间的延长使冬小麦生育周期提前结束;随胁迫的增加,胁迫时间的延续,最大根重减小,但较大根重维持的时间延长;当复水后,各处理对复水存在不同程度的滞后效应和激发补偿生长,导致短期胁迫的根重占有量小于长期胁迫处理,中度胁迫小于重度胁迫,冠重也随之改变。造成此现象的原因:水分胁迫影响植株的功能,但自适应能力的作用促使分配于根系的同化物质增加,改善和提高根系的吸水能力,缓减植株由于缺水造成损失;对于供水超过75?的植株,生育后期的冠重占有量较小,根重较大则归因于生长过程已形成的庞大根系。     

半干旱黄土区不同施氮水平冬小麦产量形成与氮素利用

在黄土高原南部旱地,采用田间试验研究了氮肥用量对冬小麦生长、产量及氮素累积和吸收利用的影响,确定不同施氮量条件下,冬小麦生长后期地上部干物质和氮素向籽粒转移的差异,明确合理的氮素用量。供试土壤在有效氮缺乏,肥力中等偏下。试验设不施氮(N1),每公顷分别施80,160和240 kg N(分别以N2,N3和N4表示)。试验期间分期测定了地上部及各器官(茎叶、穗、颖、籽粒)生物量的变化和吸氮量变化。结果表明:氮肥用量合适,小麦增产效果特别突出,每公顷施80 kg N,每kg N增产小麦籽粒33 kg,几乎达最大增产值。小麦由氮肥中吸收的氮素远高于由土壤中吸收的氮素。随施氮量增加,同一生育期小麦植株含氮量升高,而后期降低幅度增大;吸氮量显著增加,至灌浆期或收获期达峰值。施用氮肥对后期籽粒氮素累积有十分重要的作用,籽粒累积的氮素大部分来源于生长前期累积在营养体中氮素在灌浆期间的转移。从氮素效率和氮对环境影响来看,每公顷施用80kg N是最佳选择。     

覆膜对不同播期冬小麦根系生长和产量的影响

为探究覆膜对冬小麦根系生长和产量的影响,于2017—2018和2018—2019年度在冬小麦生育期设置2种栽培模式（CK: 裸地穴播,PM: 全膜穴播）和3个播种日期（0：传统播期,10：晚播10 d,20：晚播20 d）,分析了覆膜措施对不同播期冬小麦地上部和根系生长、产量及其构成,以及水分利用效率的影响。结果表明,覆膜处理有效增加了不同播期冬小麦返青期后的根长密度（RLD）、根表面积密度（RSD）、根系生物量、地上部生物量;各生育期PM0处理的RLD、RSD、根系生物量、地上部生物量均最大。覆膜对晚播冬小麦根系生长具有一定的加速作用,使得两季冬小麦PM10处理的RLD、RSD和根系生物量在返青期分别比CK0处理高2.90%、13.63%和23.04%。与CK0处理相比,两季冬小麦灌浆期 PM0、PM10、PM20处理的地上部生物量分别显著增加65.63%、75.57%和54.71%（P<0.05）。两季冬小麦覆膜处理的产量和水分利用效率均比同播期裸地处理高,其中,两季冬小麦PM0、PM10处理的产量分别比CK0处理提高28.92%、14.35%,水分利用效率分别比CK0处理提高17.87%、7.90%。此外,研究还发现,冬小麦返青期、开花期、灌浆期总RLD均与有效穗数、产量、水分利用效率呈极显著正相关关系（P<0.01）;冬小麦返青期总RSD、根系生物量均与有效穗数、产量及水分利用效率呈极显著正相关关系（P<0.01）。综上,覆膜措施通过改良土壤的水热环境,加速并促进了冬小麦根系的生长发育,进而改善了冬小麦根系对水分和养分的吸收,增加冬小麦植株的抗逆性。     

根障对农田林网内土壤水分和小麦产量的影响

在农田林网内四侧林带附近分别采用不同类型的根障,阻断树木根系侵入农田,减少树木与作物间的水肥竞争。在林带与小麦竞争激烈的小麦灌浆期测定灌溉后10 d、15 d和20 d的农田表层20 cm的土壤体积含水量,并结合小麦的产量得到根障对农田防护林系统的影响。结果表明,根障对四侧林带附近土壤含水量的影响不同。灌溉后20 d内林网土壤体积含水量整体分布:林网南侧>林网东侧>林网西侧>林网北侧,根障区>无根障区。根障能够提高林带附近1.0 H内土壤体积含水量0.78%～2.33%,增加小麦产量1.05%～12.06%,使减产区由1.0 H减少到0.5 H范围内。根障仅能减小胁地影响,但不能完全消除竞争。结合土壤水分和小麦产量得出根障离林带越近效果越好。     

灌淤土小麦／玉米间套不同供磷水平群体产量和根系生长形态分析

采用根箱法在不同供磷水平下,对春小麦和玉米在间作和单作情况下的产量和根系形态进行了比较研究。结果表明,适量的供磷能促进小麦、玉米产量的提高,过高反而减少。在施纯P2O50.1 g/kg土(P1)、0.2g/kg土(P2)0、.3 g/kg土(P3)的3个供磷水平下,P2水平和P3水平比P1水平总体产量增长55.09%和40.17%;籽粒产量增长51.28%和56.27%。单作小麦生物产量提高了35.89%~41.11%,穗粒重提高了21.71%~65.79%。随供磷水平的增加,整个根系根重基本上呈现出先增加后减少的趋势,但均高于低磷水平。单作小麦和间作玉米的根长在0~50 cm的土层中随供磷水平的增高,呈增长趋势,相对于低磷水平其增长幅度分别为11.78%~31.16%和39.83%~53.76%,而单作玉米根长呈先增加后减少的趋势。     

吸湿回干对冬小麦种子萌发和幼苗期根系形态及生理的影响

全球气候变化条件下,干旱发生的越来越频繁,冬小麦播种往往需要造墒。种子吸湿回干能够提高作物的抗旱性。以抗旱型小麦青麦6号、水肥型小麦济麦22为试验材料,设置"对照"、"干旱"、"吸湿回干"、"吸湿回干+干旱"4个处理,通过萌发期、两叶一心期胁迫试验,分析冬小麦发芽率、发芽势、发芽指数、株高、根长、根系总根长、根系总根体积、根系总表面积、根系平均根直径、超氧化物酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量的变化。结果表明,吸湿回干处理虽降低冬小麦发芽率、发芽指数、株高、根长、根系总根长、根系总根体积、根系总表面积、根系平均根直径,却能提高济麦22的发芽势、SOD、POD、CAT活性,但吸湿回干处理对青麦6号的上述指标影响较小。由此看来,吸湿回干通过增强氧自由基清除酶的活性来提高水肥型冬小麦抗旱性,而对抗旱冬小麦影响较小。     

水分胁迫对抗旱性不同小麦品种叶片光合及根呼吸等生理特性的影响

以两个抗旱性不同的小麦品种西农1043、陕253为材料，采用盆栽与水培试验相结合的方式，研究水分亏缺对小麦不同生育期叶片光合及根呼吸速率等生理指标的影响。结果表明：相同水分处理下，抗旱品种西农1043与水分敏感品种陕253相比，具有较高的光合和根呼吸速率、以及相对较高的保护酶活性；水分胁迫下，两个小麦品种叶片光合和根呼吸速率及苗期叶保护酶活性均降低；两种水分处理下抗旱性强的西农1043根呼吸所占光合的比例相对高于陕253。     

优化施肥对春小麦产量、氮素利用及氮平衡的影响

2009 ～ 2010年,在宁夏引黄灌区分别以宁春11号和宁春16号小麦为供试作物,利用田间试验研究了优化施肥(OPT)和习惯施肥(CON)对春小麦产量、氮素吸收利用和土壤硝态氮累积的影响,表观评估了土壤—小麦体系氮素平衡.结果表明,相对于CK处理,OPT和CON都显著提高春小麦籽粒产量地上部生物量,并促进籽粒N和地上...