干旱对小麦生长发育和氮素吸收的影响及根水倒流的研究

Abstract

在农业生产中，特别是在黄土高原干旱半干旱地区，由于作物生育期降水不足和大气干旱的影响，形成土体&ldquo;上干下湿&rdquo;的水分空间分布特征，然而施肥均施于表层，&ldquo;上肥下瘦&rdquo;，根系大多数也分布在表层，受到干旱的影响，养分有效性降低，很难为作物吸收利用，最终形成土体&ldquo;上干下湿，上肥下瘦&rdquo;的水肥空间变异，造成旱地水肥不协调，作物生长所需水分和养分得不到满足，因而，黄土高原旱地农田水分和养分利用率均不高，特别是深层土壤储水未能充分发挥抗旱增产作用。如何利用土壤深层水分，改善表层土壤水分环境，提高养分有效性，增加作物对养分的吸收，反过来促进根系生长，提高水分利用效率，根水倒流现象为解决这一系列问题提供了一条新的途径。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 根水倒流的概念自提出以来，受到国内外许多学者的重视，已取得了较大的进展。根水倒流是指因土壤水势空间分布差异而产生的作物夜间吸收湿润部分水分，并在运输过程中将其中一部分通过干旱部分根系释放到干土中去，以维持其根部活动，增强抗旱力的一种特殊功能。若存在根水倒流，上层干土中的矿质养分有效性就有可能会得到提高而被作物吸收利用。这对于深入探讨干旱半干旱地区的深层水分与上层养分间的水肥互作，具有重大的理论价值和现实意义。本研究通过盆栽和土柱上下分根模拟试验，将根水倒流的研究与干旱对冬、春小麦的生长发育及氮素吸收的影响结合起来，以期为作物利用深层储水，改善受旱状况提供理论依据。经过这两年多的试验研究，证明春小麦存在根水倒流现象，并基本搞清了干旱对冬、春小麦生长发育及氮素吸收等的影响，本研究主要结果如下：&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1 盆栽试验表明，不同生育期不同干旱强度均引起了冬、春小麦株高、根冠生物量的降低，干旱愈严重，降低愈多。根长则不同，一定程度的干旱有时会诱导根长的增加，这可能是根系对缺水的一种自身调节和适应作用。干旱还会引起根系吸收能力过早地停止(可能是由于干旱引起根系的早衰)，春小麦比冬小麦更明显。根系不如冠部对干旱敏感，干旱条件下，根冠比增大，根冠比与RW呈负相关。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2 不同生育期不同程度干旱均引起了冬、春小麦耗水量和产量的下降，尤其是耗水量的降低。冬小麦以灌浆期水分亏缺对产量影响最大，RW上限为40%、50%、60%水分处理的减产程度分别为44.30%、42.42%和40.93%；其次为拔节期，减产程度分别为40.83%、25.57%和22.10%；抽穗－扬花期减产程度最小，分别为38.45%、24.78%和16.45%。春小麦没有形成子粒产量，拔节期水分亏缺对其干物质累积影响最大。但WUE却不同，产量一般在接近田间持水量时最大，WUE则在土壤水分含量较低时较高。拔节－孕穗期严重水分亏缺WUE最高，冬春小麦皆如此(冬小麦处理3WUE达15.8mg/ml，春小麦处理3WUE为2.62mg/ml )。耗水量的增加往往引起WUE的下降。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 3 冬、春小麦吸氮量和氮肥利用率均随干旱加剧而降低，冬小麦NUE也随RW减少而降低；拔节期干旱对冬、春小麦氮素吸收利用的影响程度最大。说明干旱对作物的危害不仅表现在缺水，同时表现在因水分不足而导致的养分有效性降低，根水倒流为这一问题的解决提供了思路。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 4 春小麦存在根水倒流，且倒流量不可忽视。其中，上管RW40%、下管RW80%的处理在孕穗期、抽穗期和扬花期倒流量都比较大，分别为5.85ml/株、6.28ml/株、2.93ml/株；上管RW40%、下管RW55%的处理在孕穗期、抽穗期有倒流发生， 但较小，扬花期停止倒流。根水倒流可以缓解上层根系和冠部的受旱情况，延缓根系衰老，促进根冠生长，还有利于提高作物对氮素的吸收，提高作物的水分利用效率。上管RW40%、下管RW55%的处理在孕穗期、抽穗期和扬花期的吸氮量变化很小，而上管RW40%、下管RW80%的处理在孕穗期、抽穗期和扬花期的吸氮量均大于前者，分别为58.63mg、61.93mg和83.26mg。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 黄土高原地区是典型的旱作农业区，该区土层深厚，质地疏松且持水孔隙率高，具有&ldquo;土壤水库&rdquo;的功能(以作物利用层2m计算，黄土区土壤可储存550－600mm水分)。但&ldquo;上干下湿，上肥下瘦&rdquo;的水肥空间分布错位造成了该区水分和养分利用率均低，特别是深层储水未能充分发挥抗旱增产的作用。本研究正是立足于这一生产实际，希望通过不同生育期不同干旱程度对作物生长发育和氮素吸收的影响及根水倒流的研究为解决这一问题提供一条新的途径，也为旱作农业的节水高效问题提供基础理论补充。</span