根、蘖修剪对冬小麦竞争能力、根源信号及水分利用效率的影响

摘要

在旱作农业区，籽粒产量和水分利用效率的提高是两个同等重要的目标。本文采用盆栽试验与大田相结合的方法，通过对根修剪后冬小麦的根系大小、分布、竞争能力、根系效率、根源信号以及水分利用效率等指标进行测定，探讨通过影响根系对同化产物和土壤水分的消耗，提高产量和水分利用效率的可行性。另外，在拔节和抽穗期对分蘖进行人工干扰，在对分蘖冗余存在的生态学意义作进一步探讨的同时，检验减少这些冗余是否有助于提高作物的水分利用效率，主要研究结果如下： 1 冬小麦在切除部分根系后（切根量为42.72％）的初期阶段，叶片水分状况没有发生显著改变，但气孔导度显著下降，表现出了明显的信号调控。之后，在逐渐干旱条件下，根修剪小麦叶水势和对照相比逐渐下降，气孔导度进一步降低；叶绿素荧光参数ETR、qP和Yield和对照相比也均显著下降，光化学活性降低，小麦的生长受到抑制，叶面积和株高显著降低。在湿润条件下（田间持水量的85％），根修剪9天后，气孔导度和叶水势各叶绿素荧光参数和对照相比没有发生显著变化，但叶面积显著下降。在逐渐干旱条件下，根修剪11天后，小麦的气孔导度和蒸腾速率逐渐恢复至对照水平。另外，根修剪后光合产物投向根的比例增大，在两种水分条件下，根修剪小麦的根冠比根修剪15天后均恢复至对照水平。 2 通过田间和盆栽试验，运用de Wit 生态替代系列法，研究了根系大小与竞争能力的关系。通过返青期对冬小麦进行根修剪处理（距主茎两侧3cm处，垂直下切10cm），在田间及盆栽条件下均成功地减少了冬小麦总的根系生物量，降低了小麦的竞争能力，主要表现为在单播条件下产量差异不显著，而在混播条件下，根修剪小麦的产量显著下降；单播时根修剪小麦的植株茎杆间充实度显著增加，而在混播时随着竞争压力的增大，根修剪小麦的植株茎杆的充实度呈下降趋势。 3 当湿润条件下（田间持水量的85％），根修剪处理的小麦在拔节期有较高的根系活力，到花期根系活力仍然高于对照，但未达显著水平；在拔节期，与对照小麦相比，根修剪小麦非水力根信号出现较早，水信号出现较晚，非水力根信号持续范围宽，具有“高上限，低下限”的特征。在花期，根修剪小麦非水力信号和水信号出现均提前，非水力根信号持续范围没有变宽。 4 在盆栽和田间试验条件下，所有的根修剪处理，均减少了冬小麦的根呼吸耗碳，但对光合作用、根系效率的影响在不同的试验条件下则是不同的。在田间试验、盆栽试验的湿润（田间持水量的85％）和中度干旱（田间持水量的55％）条件下，根修剪小麦的净光合速率均高于对照，而根呼吸速率均显著低于对照，因此，根修剪显著提高了小麦的根系效率。在严重干旱胁迫（田间持水量的35％）条件下，根修剪小麦根呼吸速率、净光合速率均低于对照，各处理间根系效率差异不显著。 5 根修剪处理在两种试验条件下，均减少了对土壤水分的消耗。在田间条件下各根修剪处理小麦的水分利用效率显著提高；在盆栽条件下，小剪根处理（距主茎一侧3cm处，垂直下切10cm）在湿润、中度干旱条件下，提高了小麦的水分利用效率。大剪根处理（距主茎两侧3cm处，垂直下切10cm）由于产量下降，尽管节约了用水，水分利用效率没有提高。在严重干旱条件下，各根修剪处理对水分利用效率均没有显著的影响。 6 在田间条件下根修剪初期产生的伤害作用影响了小麦的生理活性，因此气孔导度和蒸腾速率显著降低。但适当根修剪处理，有助减少表层根量，相对增加中、下层根量，削弱后期表土干旱信号对作物生长的抑制作用，表现为花期－灌浆期各处理的旗叶的气孔导度、光合速率和蒸腾速率均显著大于对照，这促进了小麦的灌浆，从而提高了收获指数和籽粒产量。在盆栽试验中，小剪根处理在湿润条件下对小麦产量没有显著影响，在中度干旱条件下提高了小麦的产量；大剪根处理均减少了小麦的产量。在严重干旱条件下，任何根修剪处理均减少了小麦的产量。 7 对不同根修剪处理小麦的耐旱性研究表明，在花期自然干旱过程中，两个根修剪处理均提高了小麦的光化学活性，而小剪根处理还显著提高了小麦的抗旱系数。 8 在拔节期和抽穗期去除冬小麦的主茎和大蘖后，无效分蘖的生理活性被激活，开始执行有效分蘖的功能。成熟期时，虽然株高和穗的整齐度、穗数和产量显著下降，但并没有防碍小麦的繁衍子代，这些由早期“无效分蘖”补充而来的有效茎，避免了小麦绝种的风险。而在拔节期去除无效分蘖后，对小麦产量没有显著影响，但节约了用水，提高了小麦的水分利用效率。因此，认为冬小麦存在着对水分利用不利的分蘖冗余，减少这些冗余有望节约用水、提高作物的水分利用效率。

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第一篇文献综述

第二篇　试验研究

结论

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