大豆植株生长和籽粒产量对土壤干旱和竞争的响应

Abstract

本论文采用de Wit生态替代方法，在黄土旱塬区大田和盆栽试验条件下，研究两个不同株型大豆品种晋大74和晋豆24的植株生物量和籽粒产量性状对土壤干旱和竞争的响应；土壤逐渐干旱过程中跟踪非水力根源信号（nHRS）土壤含水量阈值，并比较两个品种在胁迫条件下的生物量和产量性状，探讨其与nHRS的联系；在变化土壤水分条件下研究大豆的荧光生理、光合生理、生物量累积和籽粒产量形成等过程，探讨大豆应对土壤干旱的响应机制。主要研究结果如下：1. 大田实验条件下，晋豆24单播时籽粒产量、收获指数和水分利用效率均显著高于晋大74；但混播时，晋豆24的植株生长和籽粒产量受到了严重抑制，其收获指数也较单播时低。籽粒输入和输出模型的模拟结果表明混播时晋大74品种竞争能力较强，将最终排除晋豆24品种。表明具有较强竞争能力的晋大74品种在单播时籽粒产量反而较低，而竞争能力较低的晋豆24品种在单播时籽粒产量却较高。2.盆栽实验中，在充分供水（田间持水量的85%，85% FC）、中度干旱（60% FC）和严重干旱（40% FC）条件下，单播和混播的晋大74的株高、茎秆生物量和根系生物量均高于晋豆24。适度干旱和严重干旱下晋豆24单播的籽粒产量显著高于晋大74；但混播时，其籽粒产量显著低于晋大74。两种播种方式下晋豆24的收获指数均显著高于晋大74。晋大74竞争比率、侵占系数较高，混播时表现出较强的竞争能力。水分条件不改变两个品种的相对竞争能力。中度和严重干旱条件下，较强竞争能力的晋大74品种在单播时籽粒产量反而较低，晋豆24则相反。3.始花期和鼓粒期盆栽土壤水分逐渐降低过程中，晋大74的非水力根源信号（nHRS）开始较早，结束也早于晋豆24；晋豆24的nHRS土壤水分阈值宽度平均值比晋大74宽。收获时，相对于充分供水（85% FC），两个品种的地上生物量、根系生物量、籽粒产量等在轻度胁迫（70% FC）和严重胁迫（40% FC）条件下均显著降低，且晋豆24的降低幅度小于晋大74，表现出较高的籽粒产量稳定性；两个品种的根冠比在轻度胁迫时略有减小，而严重胁迫时均显著提高，且晋豆24的增加程度更大；干旱胁迫降低晋大74的水分利用效率，提高晋豆24的水分利用效率。在盆栽中等水分条件下，产量和水分利用效率较高的品种根冠比较低，产量稳定性较高，非水力根信号持续的土壤水分阈值范围较宽。4.大豆结荚期，盆栽控制土壤水分逐渐干旱过程中，营养生长期充分供水组（H组）植株的非水力根源信号（nHRS）开始较营养生长期干旱胁迫组（L组）早，结束较晚，表现出较宽的非水力根信号土壤含水量阈值范围（TR）。结荚期，轻度胁迫（70% FC）和中度干旱（55% FC）条件下，两组植株的气孔导度显著降低，而光合速率受影响较小，L组植株的叶片水分利用效率显著提高；两组植株的叶绿素荧光诱导性能指数PI(ABS)均明显增强；干旱胁迫显著降低了两组植株茎秆、叶片生物量和总生物量的生长量，荚果生物量的生长量受抑制程度较低。结荚期干旱导致H组植株的茎秆、叶片生物量和总生物量的降低幅度较小，水分利用效率均显著高于早期干旱组。5.盆栽控水条件下，随土壤干旱持续，叶片光合速率和气孔导度的降低幅度增加；快速荧光诱导的初始荧光强度Fo和J相相对可变荧光强度Vj降低，而最大荧光强度Fm的变化不明显；干旱对激发能捕获Phi(Po)的影响较小，明显抑制了电子传递Phi(Eo)并增强了热耗散Phi(Do)；叶片单位截光面积（CSo）上的光能吸收（ABS/CSo）和捕获（TRo/CSo）降低，最终进入电子传递链的能量明显减少（ETo/CSo）。干旱胁迫条件下大豆叶片可能通过PSⅡ非QB还原反应中心失活和淬灭天线复合物上色素高能态两种机制耗散激发能，缓解过剩激发能压力，在一定程度上可以保护光合机构免受更严重的破环。6.前期（营养生长期）干旱胁迫明显降低晋大74品种的光合速率和气孔导度，但对晋豆24品种光合特性影响较小；前期和后期（生殖生长期）干旱均降低两个品种的耗水量和植株地上部分生物量，后期干旱的影响更大；干旱胁迫提高了晋大74品种的根冠比，但同对照（全生育期湿润）差异不显著，前期湿润后期干旱处理显著提高晋豆24的根冠比；干旱胁迫降低晋大74的百粒重，前期湿润后期干旱处理时其收获指数显著降低，而晋豆24品种的百粒重和收获指数稳定；干旱导致晋豆24品种籽粒产量的降低幅度小于晋大74品种，表现出较好的耐旱能力，其水分利用效率较高。前期干旱降低晋大74品种产量，而晋豆24品种几乎不受影响；并且Jin24品种在后期水分条件改善后在产量上的补偿能力高于晋大74品种。</span