不同土壤水分条件下容重对玉米生长和水分利用的调控

ISWC OpenIR > 水保所知识产出(1956---)

	不同土壤水分条件下容重对玉米生长和水分利用的调控
	刘晚苟
学位类型	博士
导师	山仑
	2001
学位授予单位	中国科学院、水利部水土保持研究所
学位授予地点	陕西
学位专业	土壤学
其他摘要	土壤容重是土壤的一项重要特性，它与土壤其他特性如土壤机械阻力直接相关、影响植物根系的发育继而影响地上部的生长。一些报道证实，土壤机械阻力象水分胁迫一样能诱导根源信号调控植物的生长。水分胁迫信号已得到广泛研究并在生产实践中被用来调控气孔开度，控制水分散失，提高水分利用率。本研究在评价控制条件下土壤容重(机械阻力)对玉米生长影响的基础上试图探讨利用土壤机械阻力调控作物行为的可能性。用玉米作为实验材料进行分根实验。种子根平分在装有土娄土的分隔的白铁皮桶中，土壤容重为1.20gcm^－³、1.33 gcm^－³或1.45 gcm^－³。土壤容重分四种处理：低容重(两边容重都为1.20 gcm^－³)、中容重(两边容重都为1.33 gcm^－³)、高容重(两边容重都为1.45 gcm^－³)和混合容重(一边为1.20 gcm^－³另一边为1.45 gcm^－³)。土壤水分控制在高基质势(-0.17MPA)和低基质势(-0.86MPa)两个水平。玉米在步入式生长箱中生长60天，生长箱相对湿度为75%，昼夜温度为28/23℃，光照时间为12h，光合有效辐射光量子密度为500 µmol / m^-2s^-1。主要结果如下：500 µmol / m^-2s^-11. 土壤机械阻力随容重的提高和土壤含水量的下降而增大用土壤硬度计测得的土壤机械阻力随容重的提高和土壤水分的下降而增大。高土壤基质势(-0.17MPa)条件下，容重1.2、1.33和1.45 gcm^－³土壤的机械阻力分别为0.51、0.93和1.38MPa，而低土壤基质势(-0.86MPa)条件下的机械阻力分别为0.68、1.74和3.37MPa。2. 高容重和低基质势根系和地上部生长都有显著的影响，但水分的影响更强烈当植株生长在紧实土壤或土壤基质势从-0.17MPa降到-0.86MPa时，根长、根干重和地上部干重都显著降低，并且地上部干重的降幅更大。紧实土壤使根长降低的同时还使根的直径增大。无论是容重增大还是土壤水分含量降低所引起的高土壤阻力都使叶片扩展速度降低和植株变小。生长在紧实土壤中的植株变小不仅是因为叶片扩展速度降低，同时是成熟叶片叶面积缩小的结果。这些结果表明植物对水分亏缺和机械阻力反应的相似性。然而，当植株生长在混合容重土壤中时，处在低容重土壤中的根系生长得到加强，补偿甚至超补偿高容重土壤中根系生长的不足，整个植株的生长状况与低容重土壤中生长植株接近。3. 根源信号ABA水平及其对气孔导度的调控生长在高容重土壤中的植株与生长在低容重土壤中的植株相比，其气孔导度和蒸腾速率都降低了，而叶水势和光合速率没有变化。部分根系处在紧实土壤中的植株的气孔导度也降低，其气孔导度与全部根系处在高容重土壤中的接近。象水分胁迫一样，气孔的反应可能与根系受机械阻力后产生ABA有关。在高叶水势(-0.3MPs)下，气孔导度与木质部液汁ABA浓度呈线性负相关，但在低叶水势(-0.1 MPs)下，ABA浓度的提高不能引起气孔导度以同样幅度降低，这意味对于某一特定ABA浓度，其调控气孔能力受叶水势的限制。受旱植株木质部液汁ABA浓度是高水分处理植株的5倍，容重每增加1.2 gcm^－³，木质部液汁ABA浓度增加一倍。照光期(光期)的木质部ABA浓度比暗期的高。生长在混合容重土壤中植株，光期的木质部液汁ABA浓度与1.45 gcm^－³的接近，暗期介于1.2 gcm^－³和1.33 gcm^－³的之间，这可能是光期和暗期ABA在根径向运输途径不同的结果：在光期ABA主要由质外体途径运输，在暗期主要由共质体途径运输，质外体途径运输可以补偿甚至超补偿根系吸收的水分对ABA的稀释作用。4. 光期和暗期叶片伸长速度的调控机理叶片伸长速度(LER)随时间变化而变化，在高土壤水分条件下，光期的LER大于暗期的，在低土壤水分下正好相反。在相同土壤基质势下，容重对光期的LER没有影响，暗期的LER随容重增大而降低，并且暗期的LER与暗期木质部液汁ABA浓度呈负相关。据此我们认为，LER在光期由叶水势决定，在暗期由根源信号ABA决定，机械阻力对玉米地上部的影响主要发生在暗期。5. 土壤基质势和容重对根系吸水的影响在低土壤基质势(-0.86MPa)下，非根系导水阻力(包括土壤导水阻力和根土界面导水阻力)随容重的增大而减小，而在高土壤基质势下几乎是一定值。水分胁迫和高机械阻力都使根系导水率(Lpr)降低。水分胁迫可能是通过促使根的内外皮层木质化和栓质化增加导水阻力，机械阻力则是通过增加根直径，因为Lpr与根直径呈较好的负相关关系(R²=0.83)。根系导水阻力占土根系统导水阻力的80%以上，因此根系导水率是决定根系吸水能力的关键。6. 升压和降压过程根系导水率的差异及其可能的生理意义在用压力室测定Lpr过程中观察到降压过程的木质部液汁流量和Lpr显著大于升压过程的，这种差异可能是由于这两个过程中质外体途径细胞壁空间充水量不同造成的。开始升压时，由于细胞壁空间含水量低，质外体途径阻力大，导致非结构阻力；随着压力的升高，细胞壁空间含水量增大，质外体途径导度增大，减小甚至可以消除非结构阻力。其生理意义在于使植物高蒸腾后仍维持高导水率，有利于植株高蒸腾失水后复水。降压法可以使根系快速复水，消除传统方法因长时间复水所致根结构的改变。因此建议用降压法测定根系导水率。7. 土壤容重对玉米水分利用效率的影响无论是个体水平上的水分利用效率(WUE)还是单叶水分利用效率都随容重的增大和土基质势的降低而升高，生长在混合容重土壤中植株的水分利用效率与生长在1.45 gcm^－³土壤中的接近。不同处理植株的单叶WUE间的差异大于个体WUE间的差异，说明生长在高机械阻力或低基质势土壤中的植株要消耗更多同化产物用于抵御不良环境。因此在评价某一作物品种水分利用效率时必须谨慎使用单叶水分利用效率，在逆境下更是如此。8. 混合容重土壤有利于玉米生长和水分利用效率的提高部分根系处在高紧实土壤中的植株能提高其水分利用效率(光期高ABA浓度降低气孔导度)，而其干物质量没有明显降低(暗期低ABA浓度促使叶片生长)，这预示利用机械阻力调控气孔行为继而控制植物奢侈性蒸腾的可能。
文献类型	学位论文
条目标识符	sbir.nwafu.edu.cn/handle/361005/4011
专题	水保所知识产出(1956---)
推荐引用方式 GB/T 7714	刘晚苟. 不同土壤水分条件下容重对玉米生长和水分利用的调控[D]. 陕西. 中国科学院、水利部水土保持研究所,2001.