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黄土高原不同降水量分配下冬小麦根系深扎调控水分吸收机理研究

黄土高原不同降水量分配下冬小麦根系深扎调控水分吸收机理研究

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作者：丁彤彤西北农林科技大学

学位级别：硕士

黄土高原地区降水量少,年内和年际间降水量变化大,且蒸发量大于降水量,使得该地区表层土壤含水量少且不稳定,深层土壤含水量相对高而稳定。因此,通过提高根系对深层土壤水分的吸收利用以提高作物水分利用效率,对该地区农作物稳产增产具... 详细信息

黄土高原地区降水量少,年内和年际间降水量变化大,且蒸发量大于降水量,使得该地区表层土壤含水量少且不稳定,深层土壤含水量相对高而稳定。因此,通过提高根系对深层土壤水分的吸收利用以提高作物水分利用效率,对该地区农作物稳产增产具有重要的意义。冬小麦是黄土高原主要的农作物之一,水分亏缺是冬小麦产量的主要限制因子,促进小麦根系深扎,调控根系对深层土壤水分的利用,有利于提高小麦对有限土壤水分的高效利用,所以探明不同降水量分配下,小麦根系深扎调控水分吸收途径及其机制是实现黄土高原小麦水分高效利用的理论基础,也是因地制宜制定黄土高原农田栽培管理策略的实际需求。本研究以不同根型旱地冬小麦为试验材料,2020年10月至2021年6月通过大田试验和盆栽试验相结合的方式,研究了不同降水分配下,各品种小麦根区土壤含水量、不同土层根系分布特征、根系解剖结构、产量和水分利用效率的变化,并结合氢氧稳定同位素示踪技术,揭示不同降水量分配下根系深扎调控水分吸收机理,主要结论如下:(1)降水量显著影响不同土层土壤含水量,0-20 cm根区土壤含水量受降水量变化影响显著,且随着深度的增加,土壤含水量受降水量影响逐渐减小。不同品种小麦根区土壤含水量存在显著差异,碧蚂1号小麦根区土壤含水量高于长旱58和长航1号小麦根区土壤含水量,而在生育后期(开花期和成熟期)长旱58和长航1号小麦根区土壤含水量根区土壤含水量存在差异性。在CK+(比正常降水量高1/3)条件下长旱58和长航1号小麦根区土壤含水量无显著差异,CK(正常降水量)和CK-(比正常降水量少1/3)降水条件下长旱58根区土壤含水量显著高于长航1号小麦根区土壤含水量。(2)不同的降水处理下,各品种小麦扎根深度、根系分布、微观结构和根系活性具有显著差异。碧玛1号扎根深度最大为240 cm,长旱58和长航1号最大扎根深度均达到了300 cm。浅根型小麦碧玛1号的深层根系生物量、根长密度和根系活性较低显著低于深根型小麦。两种深根型小麦品种对比发现,长航1号小麦土壤60-300 cm深层根系生物量和120-300 cm根长密度显著高于长旱58,而长旱58具有较高根系活性、根系直径、皮层厚度和皮层厚度/直径比例及较低的根系导管直径,提高了根系的保水能力,有利于根系吸水和抵御干旱胁迫。(3)不同降水条件下,各品种小麦主要吸收0-20 cm的土壤水,深层土壤水分对小麦的贡献率随降水量的减少逐渐增加。不同品种间的水分贡献率存在差异性,同一降水处理下,浅根型小麦0-20 cm土壤水分贡献率显著高于深根型小麦,20-300 cm土壤水分贡献率显著低于深根型小麦;不同品种深根型小麦各土层水分贡献率相比较,在低降水量条件下,0-20 cm土壤水分贡献率长旱58高于长航1号小麦,20-300 cm各土层土壤水分贡献率略低于长航1号小麦,但两品种小麦土壤水分贡献率差异不显著。(4)降水处理显著影响小麦籽粒产量及水分利用效率,相对于高降水处理(CK+),低降水处理(CK和CK-)降低了各品种小麦株高、地上生物量、千粒重、籽粒产量。不同品种小麦籽粒产量及水分利用效率存在显著差异,同一降水处理不同品种小麦相比较而言,浅根型小麦籽粒产量和水分利用效率显著低于深根型小麦。两种深根型小麦对比发现,在较高降水条件下长航1号小麦的地上生物量和籽粒产量显著高于长旱58,而在低降水处理下长航1号小麦籽粒产量低于长旱58小麦。因此,在CK+降水条件下适宜种植深层根系分布较多,产量较高的长航1号小麦,而在CK和CK-降水条件下更适宜种植根系活性较高,具有较高耐旱性的长旱58小麦。

关键词：冬小麦降水量土壤含水量根系分布根系微观结构氢氧稳定同位素产量水分利用效率

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崩岗侵蚀劣地草本植物根系抗拉特性与微观性质的关系

崩岗侵蚀劣地草本植物根系抗拉特性与微观性质的关系

引用

作者：李思诗福建农林大学

学位级别：硕士

植被恢复是崩岗侵蚀治理的重要手段,植物根系抗拉力学特性是根系固土研究的基础,而抗拉特性与根系微观性质有关。为探究植物根系抗拉特性与微观性质的关系,本文以长汀县崩岗区种植的狗牙根(Cynodon dactylon)、宽叶雀稗(Paspalum wettst... 详细信息

植被恢复是崩岗侵蚀治理的重要手段,植物根系抗拉力学特性是根系固土研究的基础,而抗拉特性与根系微观性质有关。为探究植物根系抗拉特性与微观性质的关系,本文以长汀县崩岗区种植的狗牙根(Cynodon dactylon)、宽叶雀稗(Paspalum wettsteinii)、香根草(Vetiveria zizanioides)、巨菌草(Pennisetum sp.)4种草本植物为研究对象,通过根系拉伸试验、主要化学成分含量和显微结构测定试验,得到了根系抗拉力学特性与根系化学成分、微观结构的关系。主要结论如下:(1)直径、标距、生长期是影响4种草本根系抗拉力学特性的重要因素,而拉伸速率对4种草本根系抗拉特性的影响均不显著。根系的最大抗拉力与直径之间均呈幂函数正相关关系;抗拉强度与直径之间均呈幂函数负相关关系。不同标距条件下,4种草本根系的最大抗拉力和抗拉强度大小都表现为:30 mm标距水平>50 mm标距水平>100 mm标距水平。当生长期为5个月和9个月时,4种草本植物根系平均抗拉力、抗拉强度都表现为:生长期9个月的值>生长期5个月的值。两个生长期内,4种草本根系抗拉性能大小顺序相同,平均抗拉力大小依次为:巨菌草>宽叶雀稗>香根草>狗牙根;平均抗拉强度大小依次为:巨菌草>香根草>宽叶雀稗>狗牙根。(2)相同生长期内,随着径级增大,根系木质素含量均有所增加,纤维素含量均有减少。随着生长期增加,4种草本根系半纤维素和综纤维素含量表现为增加的趋势;香根草纤维素平均含量减少,其他3草种均有增加;狗牙根和巨菌草木质素平均含量略有减少,宽叶雀稗和香根草略有增加;木纤比除香根草略有增加,其他3草种均基本不变。狗牙根、宽叶雀稗、香根草、巨菌草4种禾本科草本植物根系的最大抗拉力(F)受木质素(L)含量的影响最大,二者的函数关系为:F=2.73L-24.21(R2=0.63,P根系横切面,由外到内均包括表皮、皮层和中柱三个基本部分,7个微观结构(表皮、皮层、中柱鞘、木质部、韧皮部、髓、中柱)的组织比量均为皮层面积百分比最大,中柱面积百分比次之。狗牙根、宽叶雀稗、香根草、巨菌草4种禾本科草本植物根系的抗拉力学特性主要受表皮、中柱鞘、中柱面积百分比的影响,且与中柱鞘、中柱面积百分比呈正相关关系,与表皮面积百分比呈负相关关系。根系抗拉力(F)与表皮(Ep)、中柱鞘(Pe)、中柱(Va)面积百分比间函数关系为:F=-2.75Ep+13.44 Pe+0.46Va—24.87(R2=0.99,P<0.05,n=24);抗拉强度(P)与三者间函数关系为:P=-3.36Ep+16.00 Pe+0.86 Va-25.01(R2=0.99,P<0.05,n=24)。

关键词：崩岗草本根系抗拉力学特性化学成分根系微观结构

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