不同水分条件下分层施磷对冬小麦根系分布及产量的影响

研究不同水分条件下分层施磷对冬小麦根长分布、水分利用效率(water use efficiency,WUE)及产量的影响,旨在找出旱地农业最佳水肥处理方式。试验设不施磷(CK)、表施磷(surface P,SP)、深施磷(deep P,DP)和侧深施磷(deep-band P,DBP)4种处理,每个施磷水平下设补充灌溉(W1)和干旱(整个生育期无补充灌溉)(W2)2种水分处理。结果表明,施磷位置及补充灌溉显著(P0.05)影响冬小麦孕穗期根长分布、WUE及产量,同时会改变根系空间分布。干旱胁迫使冬小麦0~30 cm土层根长密度下降,降低17.5%,却促进了30 cm以下土层根长发育,增加13.3%,促进对土壤水分和磷素的吸收,从而提高产量。无论灌溉与否,施磷处理0~30 cm土层根长密度、吸磷量、WUE及产量均显著高于CK(P0.05)。施磷位置对冬小麦WUE和产量的影响随土壤水分而异,无补充灌溉时,与磷肥表施相比,磷肥深施显著增加WUE和产量(P0.05),分别平均增加28.5%和16.0%,且深层根长(30~100 cm)与吸磷量、WUE和产量的变化趋势一致;而在补充灌溉时,与磷肥表施相比,磷肥深施却显著降低WUE(P0.05),平均降低13.3%,且深层根长与WUE、产量的关系缺乏规律性。该试验结果表明,土壤水分供应不足时,磷肥深施有利于促进冬小麦深层土壤根系生长发育,提高对土壤水分吸收利用能力,从而利于形成高产。该研究可为理解作物生长及产量对水分养分空间耦合的响应提供理论依据。     

局部水分胁迫对玉米根系生长的影响

采用分根法进行玉米水培试验, 研究局部水分胁迫对玉米根系生长的影响。设4个水分胁迫水平: CK, 0.2 MPa, 0.4 MPa, 0.6 MPa, 在整个根系经受一定的水分胁迫之后对部分根系复水处理, 测定局部供应后 0 h、6 h、12 h、1 d、3 d、5 d、7 d、9 d等不同时期各部分根系的面积、长度及干重。结果表明, 各胁迫程度均表现为, 与对照相比, 复水侧根区的根系面积、根长与根干重出现了明显增长, 且始终显著大于持续胁迫侧根区, 且随处理时间延长更加明显。不同胁迫程度下复水侧玉米根系的增长幅度不同。水分胁迫预处理后, 0.2 MPa水平下, 复水侧根区根系的面积、长度与干重以及整个根区总根长、总面积均可以达到甚至高于对照水平, 其他处理均显著低于对照。轻度胁迫后复水的根区根系产生明显的补偿效应。适度胁迫后复水有利于作物根系总面积增长, 但对总根长、根干重无显著影响。根系补偿效应与胁迫强度及复水的时间有关。     

水分胁迫及土壤质地对新银合欢幼苗根系生长的影响

新银合欢是生物措施治理泥石流的重要树种,但在金沙江干热河谷的泥石流源区,干旱少雨和土壤砾石含量高已成为新银合欢生长的主要限制因子。为揭示新银合欢幼苗在生境中的抗逆特性,利用盆栽模拟试验,从水分胁迫和土壤质地的角度研究了非生物因素对新银合欢幼苗根系生长的影响,结果表明:对根系生长的影响水分胁迫程度大于土壤质地状况;在相同土壤质地条件下,水分胁迫程度与根系长度、累积表面积及根尖数量均呈负相关;在相同土壤水分条件下,低砾石含量的土壤对根系生长的促进作用总体优于高砾石含量的,但在极端水分条件下这种差异不明显;低砾石组和高砾石组对根系生长构成限制条件的土壤水分含量分别在8.25%、11.46%以下。     

施肥深度对春小麦根系分布及后期衰老的影响

施肥深度对春小麦根系分布及后期衰老影响的盆栽试验结果表明,施肥深度可以改变小麦根重及根长密度在不同土体中的分布,较深层次(20~30cm)的施肥,有利于下层土壤中根重、根长密度及根系活性的提高,同时增加旗叶叶面积和净光合速率,并使小麦根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性保持较高的水平,抑制过氧化产物丙二醛(MDA)的产生,延缓根系衰老,最终使小麦产量明显提高。     

水分胁迫后复水冬小麦根系吸水的恢复

温室盆栽试验结果表明，水分胁迫使冬小麦根系吸水功能受到抑制，复水不能使之恢复到对照水平。水分胁迫后复水根系吸水功能的恢复与胁迫时期、胁迫持续时间及胁迫程度有关，在相同水分胁迫程度下早期比中后期水分胁迫后复水根系吸水功能恢复的程度低；水分胁迫持续时间的延长使根系吸水功能恢复程度进一步降低。水分胁迫程度的加重在不同水分胁迫时期对根系吸水的影响不同，起始于三叶期的重度水分胁迫后复水其根系吸水恢复程度可超过相应中度水分胁迫，说明早期水分胁迫程度的加重不会加剧对根系功能的不利影响。其他时期水分胁迫后复水，胁迫程度的加重对根系吸水恢复有负面影响。冬小麦最大根重与最大根系吸水强度的对比显示，中度水分胁迫下根系吸水功能的恢复主要依赖于复水对原有根系活性的激发，而重度水分胁迫下主要取决于新根的增加，胁迫后复水根系吸水功能的不可恢复是冬小麦产量降低的重要因素。     

水分胁迫下施磷对潮土玉米苗期叶片光合速率、保护酶及植株养分含量的影响

水分胁迫是潮土区玉米苗期生长的主要限制性因素,本研究采用水磷二因素完全随机设计的盆栽试验,设水分胁迫(W_1,田间持水量的70%~75%)和充分供水(W_2,田间持水量的85%~90%)2个水分处理;磷素处理设对照不施磷(P1)、施磷0.05 g·kg~(-1)土(P2)、0.10 g·kg~(-1)土(P3)、0.15 g·kg~(-1)土(P_4)和0.20 g·kg~(-1)(P5)5个处理,研究水分胁迫下施磷对玉米苗期叶片光合特性、酶活性及养分吸收的影响,为潮土区农田水分和磷素合理施用提供科学依据。研究结果表明:水分胁迫(W1)降低了玉米苗期净光合速率(Pn),W_1较W_2叶片Pn平均降低了27.96%;显著提高了玉米苗期丙二醛(MDA)含量,平均提高41.93%,水分胁迫还降低了过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性。在W1条件下施磷达到P_2水平叶片Pn即显著提高27.56%,而在W_2条件下施磷量只有达到P_4、P_5高水平时Pn才显著提高,在W_1条件下施磷对MDA的抑制效果明显弱于W_2。W_1条件下施磷量在P3水平POD和CAT活性最高,而在W_2条件下POD和CAT活性在P4达到最大值。W_1条件下适宜的施磷量(P_2至P_4)可以增加苗期玉米植株氮磷含量,但对钾含量影响较小;在W_2条件下增施磷有利于植株氮磷含量的增加,但钾素含量出现降低。综上,适宜的施磷量对潮土玉米苗期水分胁迫有一定的补偿作用,在本试验条件下,P_3处理在水分胁迫下更利于光合产物积累和玉米苗期抗逆性提高。     

苦荞根系分泌有机酸对低氮胁迫的响应机制

通过对两种不同低氮耐受性苦荞品种{迪庆苦荞(DQ,耐低氮)及黑丰1号(HF,不耐低氮)}的盆栽试验,研究了苦荞根系分泌有机酸(丙二酸、丙酸、草酸、酒石酸、乙酸)对低氮胁迫(尿素,80 mg kg~(-1))的响应机制。分析结果表明:幼苗期时,低氮处理(尿素,80 mg kg~(-1))与常氮处理(尿素,160 mg kg~(-1))相比,HF和DQ土壤含水量分别减少24.2%和14.32%,且这一时期低氮胁迫下DQ耗水量显著高于HF。DQ根际土壤pH值在幼苗期和开花期分别比HF低1.44%和8.44%。裂区分析显示,氮处理对苦荞根际土壤有机酸含量有显著的影响。低氮胁迫下苦荞根系分泌有机酸含量在品种间具有差异,根际土壤中丙二酸与其他有机酸相比含量较多但并未在品种间产生显著差异,DQ根际土壤中草酸含量在各个生育期分别显著高于HF 40.16%、25.24%和41.31%,酒石酸也在开花期和成熟期表现出相同的趋势。综上所述,苦荞可能通过根系有机酸的分泌来调节根际土壤养分有效性以应对低氮胁迫环境,对于未来贫瘠土壤上苦荞的种植应考量其耐瘠性的差异,选育耐瘠性强的品种来增加效益。     

适度局部水分胁迫提高玉米根系吸水能力

局部根区灌溉可以刺激灌水区根系吸水的补偿效应。为了揭示局部灌溉条件下玉米根系补偿效应的动态变化及其影响因素,以聚乙二醇6000(polyethylene glycol 6000,PEG-6000)营养液的渗透势模拟水分胁迫,采用分根技术,通过水培试验模拟局部根区水分胁迫,设置3个水分胁迫程度处理(-0.2、-0.4、-0.6 MPa)和1个对照处理(无营养液),于处理后0、0.25、0.5、1、3、5、7、9 d连续动态监测各根区根系的生长及导水率。结果表明,局部根区受中度及其以下(≥-0.6 MPa)经水分胁迫0.25 d内,所有处理胁迫区根系总导水率和单位根长导水率均与非胁迫区和对照无显著差异(P0.05)。胁迫持续时间超过0.25 d,胁迫区根系总导水率和单位根长导水率均显著小于非胁迫区(P0.05),降低程度随水分胁迫程度而增大,各处理间胁迫区根系总导水率的差异随胁迫持续时间延长也逐渐增大。对于非胁迫区,轻度胁迫(-0.2 MPa)持续0.5 d,单位根长导水率较对照高10.11%(P0.05),1~9 d与对照持平;-0.4 MPa胁迫持续9 d,单位根长导水率为25.08×10-11 m2/(MPa·s),显著高于对照(P0.05);中度胁迫(-0.6 MPa)持续0.5~3 d单位根长导水率显著小于对照(P0.05),较对照低19.05%~40.11%,5 d后与对照持平。说明局部根区水分胁迫能有效刺激非胁迫区根系吸水的补偿效应,这种补偿作用在局部水分胁迫0.5 d时就已发生,受到局部水分胁迫程度和持续时间的影响,且根系吸水补偿效应的临界胁迫程度为≥-0.4 MPa。该研究可为更好的发挥局部灌溉在农业节水中的作用提供理论依据。     

土壤温度,水分胁迫和播种深度对玉米种子萌发出苗的影响

萌发试验同时在实验室和田间进行。试验结果表明，当土壤含水量低于１０％时，玉米种子将不能顺利萌发。温度变化可以加速种子萌发，田间条件下，５０％种子萌发所需的积温范围为１８．６－２３．８℃，决定于昼夜的温差。播种深度影响出苗速率，５０％了苗所需的时间播深８厘米比播深６厘米推迟半天（相当于积温３－５℃），８０％出苗所需的时间播深８厘米比播深５厘米推迟１天（相当于积温７－１０℃）。     

硒对苦荞硒、总黄酮和芦丁含量、分布与累积的影响

采用盆栽试验探讨土壤施硒对苦荞硒、总黄酮和芦丁含量、分布与累积的影响。结果看出,在土壤施硒0.5～2.0 mg/kg范围,苦荞根在苗期（40 d）大量吸收并累积硒,全生育期各器官硒含量极显著提高;在生长中后期(60～80 d) 硒的累积最快,累积量最多。硒在苦荞各器官中的分布为:在40 d时,根＞叶＞茎;60 d时Se0.0处理为叶＞根＞花＞茎,施硒各处理则为花＞根＞叶＞茎;80 d时Se0.0处理以花＞根＞叶＞茎＞子粒,Se0.5处理以花＞叶＞子粒＞茎＞根,施硒≥1.0 mg/kg的处理则为花＞叶＞茎＞根＞子粒。土壤施硒≤1.0 mg/kg促进苦荞生长,提高地上部各器官干重和植株总干重以及各器官总黄酮和芦丁含量与累积量,不改变总黄酮和芦丁的器官分布,增加苦荞中后期对总黄酮的累积;以Se0.5处理效应最佳,各差异达显著水平。过量的硒（Se1.5～2.0 mg/kg）显著抑制苦荞生长,降低各器官干重、总黄酮和芦丁含量与累积,不利于硒在子粒中富集和总黄酮在子粒中分布。表明在低硒土壤上栽培苦荞,土壤施硒以不超过1.0 mg/kg为宜,既能最大限度的提高苦荞各器官硒、总黄酮和芦丁含量和累积量,又可降低施用硒肥的成本和减少硒肥对环境的影响。     

土壤水分对作物根系生长及分布的调控作用

研究了作物根系生长、分布对不同土壤水分条件,特别是水分胁迫条件和不同灌溉方式的动态响应特征及其与冠部生长、籽粒产量和水分利用的关系,指出对作物根系实施调控的方法,为寻求节水高产途径提供了可靠依据。     

品种与肥料对苦荞麦产量及水肥利用的影响研究

品种和施肥对苦荞麦产量和水肥利用影响的试验表明,“黑丰1号”、“黔威2号”的产量显著高于“寿阳灰苦荞”,且以“黑丰1号”最优。施肥后3品种产量明显增加,且以有机肥和无机肥各半量处理最优。种植优良品种和合理施肥可提高苦荞麦的水肥利用效率。     

磷胁迫下AMF对玉米生长的影响

研究在低磷的南方酸性红壤中,3种磷水平(20、40、60 m g/kg)下,接种丛枝菌根真菌G.m osseae和G lom us versif orm e对玉米营养生长的影响。结果表明,菌根的形成可使玉米的株高、鲜重增加,促进玉米的营养生长;在低磷水平下,菌根侵染率最高,玉米的株高、鲜重增加也最显著,其中接种G.m osseae的处理其株高和茎叶鲜重的增加达到极显著水平。     

不同水分状况下施锌对玉米生长和锌吸收的影响

选择潮土(砂壤)和土(粘壤)两种质地不同的土壤,进行盆栽试验,研究不同土壤水分条件下施锌对玉米生长和锌吸收的影响。结果表明,施锌显著增加了玉米植株根、茎、叶以及整株干物质重;缺锌条件下玉米植株根冠比、根叶比和根茎比趋向增大。施锌显著提高了玉米植株各器官中锌的浓度和吸收量,并明显促进锌向地上部运移。干旱胁迫抑制了玉米植株生长,根冠比、根茎比、根叶比增大;随着土壤水分供应增加,植株生长加快,各器官生物量以茎和叶增加大于根。水分胁迫下,在潮土上玉米叶片中锌浓度上升;在土上叶片中锌浓度下降。但增施锌后,根和茎锌浓度增加幅度较大,叶片增加幅度较小;施锌和水分胁迫对根和茎锌浓度的交互作用极显著。水分胁迫下,玉米植株对锌的吸收总量减少。水分胁迫和锌肥施用对玉米叶片、茎锌吸收量的交互作用十分显著,但对根锌吸收量的交互影响不显著。     

适宜机播深度及覆土厚度提高苦荞幼苗素质

为探索西南丘陵山区苦荞机械播种的可行性和提高机械播种质量的农艺措施,该试验研究了播深(2,4,6 cm)和覆土(不覆土为对照)对苦荞幼苗性状的影响。结果表明,播种深度对苦荞幼苗性状影响最大,4 cm播深有利于培育苦荞壮苗,播深2 cm时表现为出苗率差、基本苗和成苗率低,根系活力、茎粗小、干物质量、单株叶面积及叶绿素含量下降,而播深6 cm时地中茎过长导致出苗率下降,株高、干物质量、单株叶面积、茎粗和叶绿素含量均降低;覆土有利于提高苦荞的出苗率和根系活力,干物质量增加,地中茎适度增长,幼苗素质较不覆土高。苦荞幼苗各性状主成分分析表明,各播深处理条件下苦荞幼苗性状差异较大,覆土加剧了各处理间的分异程度。在机械播种后进行苦荞幼苗素质评价时,应选择株高、根系活力、总干物质量、根干物质量、茎粗、单株叶面积、地中茎长度适中和子叶节长度等指标,能够准确地反映苦荞幼苗素质。综合可知,采用4 cm播深和覆土最有利于提高苦荞幼苗的素质。     

Effects of phosphorus and water stress levels on growth and phosphorus uptake of bean and sorghum cultivars

Primary determinants of crop production in arid/semiarid regions are lack of moisture and infertility, especially phosphorus (P) deficiency or unavailability. The effects of P and water stress (WS) levels on shoot and root dry matter (DM), leaf area, root volume, total root length, and shoot and root P concentrations and contents were determined in two bean [Phaseolus acutifolius Gray, cv ‘Tepary #21’ ("drought‐resistant") and P. vulgaris L., cv “Emerson’ ("drought‐sensitive")] and two sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench, cv SA7078 ("drought‐resistant") and ‘Redlan’ ("drought‐sensitive")] cultivars grown in nutrient solution. Plants were grown with different levels of P (20 and 100 μM for bean and 20, 80, and 160 μM for sorghum) when seedlings were transferred to nutrient solution, and WS levels of 0, 13.8, and 1 6.4% polyethylene glycol (PEG‐8000) introduced after plants had grown in solution 23 days (bean) and 31 days (sorghum). All growth traits were lower when bean and sorghum plants were grown with WS and low P. Growth traits were higher in cultivars grown with high compared to low P regardless of WS. Root P concentration and content and shoot content, but not shoot P concentration, were lower when bean plants were grown with WS compared to without WS. Tepary #21 bean had higher shoot DM, leaf area, total root length, and shoot P concentration than Emerson when plants were grown with WS at each level of P. Sorghum shoot and root P concentrations were higher as P level increased regardless of WS, and WS had little effect on shoot P concentration, but root P concentration was higher. Contents of P were similar for SA7078 and Redlan regardless of P or WS treatment, but SA7078 had greater P contents than Redlan over all P and WS treatments. “Drought‐resistant”; cultivars generally had better growth traits, especially total and specific root lengths, than “drought‐sensitive”; cultivars.     

水肥耦合对膜下滴灌甘蓝根系生长和土壤水氮分布的影响

水肥施用制度是影响水肥利用效率和作物产量的主要因素。该研究主要针对大棚种植甘蓝膜下滴灌下采用不同水肥施用制度时作物根系生长和土壤水氮分布开展试验观测分析,在已有研究推荐的氮肥用量范围中选取了3个氮肥用量(200、300和400 kg/hm2)与制定的灌水方案(上/下限:90%θf/75%θf、100%θf/85%θf和100%θf/75%θf,θf为田间持水率)建立了低水高肥、高水低肥和中水中肥3种水肥施用制度方案,在水利部节水灌溉示范基地大棚内开展了2季田间对比试验。试验结果表明:较高的灌水下限(85%θf)会增加甘蓝根系在0～20cm土层中的分配比例,较高的水肥用量能增加根系质量;处理2(高水低肥)的灌水施肥制度可使根系层土壤保持较高的含水率和较小的变异系数,且灌溉水向深层渗漏不明显,生育期内各处理土壤硝态氮和铵态氮的变化主要发生在0～40 cm土层,40 cm以下土层变化较小,而对于根系98%以上分布在40 cm以上土层的甘蓝来说,这有利于根系对N素的吸收利用,从而提高甘蓝对氮素的利用效率;施肥时灌水量较大会引起硝态氮和铵态氮向深层淋失的危险,且300和400kg/hm2的施氮量在作物收获后土壤表层硝态氮残留量较大。综合分析,该试验认为甘蓝适宜的施氮量200 kg/hm2,适宜的灌水下限85%θf、灌水上限100%θf,该结果可为设施膜下滴灌甘蓝水肥管理和减轻农业面源污染提供技术参考。