作物根系对土壤异质性养分和机械阻力的响应及其调控机制研究

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1、分类号：单位代码：密级：学号：博士学位论文作物根系对土壤异质性养分和机械阻力的响应及其调控机制研究研究生：金可默指导教师：申建波教授八作指导教师：博士串请学位类别：农学博士专业领域名称：植物营养学研究方向：植物根际营养所在学院：资源与环境学院Ph.D.DissertationRootResponsestoHeterogeneousNutrientDistributionandSoilMechanicalImpedanceandManagementStrategyCANDIDATE:KEMOJINSUPERVISOR:Prof.JIANBOSHENSPECIAL

2、TY:PLANTNUTRITIONDEPARTMENTOFPLANTNUTRITIONCHINAAGRICULTURALUNIVERSITYMAY2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经注明引用和致谢的内容外，论文中不包含本人和其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：时间：年月占日关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国农业大

3、学有关保留、使用学位论文的规定。本人同意中国农业大学有权保存及向国家有关部门和机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人同意中国农业大学将本学位论文的全部或部分内容授权汇编录入《中国博士学位论文全文数据库》或《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行出版，并享受相关权益。保密的学位论文在解密后应遵守此协议）学位论文作者签名：时间：叫、年乙月日摘要根系是植物重要的吸收、合成、固定和支持器官，同时又直接响应土壤环境中养分、水分以及机械阻力的变化。根系的多少以及分布状况与作物对水分和养分的吸收密切相关，土壤物理性状、灌水、施肥等均可对根系旳生长、分布和功能

4、直接产生影响，进而影响植株的生长发育，并最终影响作物的产量。本研究以复杂的根系土壤界面的相互作用为研宄对象，系统研究作物根系对土壤异质性养分和机械阻力的响应，以及土壤异质性养分和机械阻力对作物根系生长和养分与水分吸收的影响，探讨根系土壤的互作效应与机制。首先通过根箱模拟试验，在实时监控土壤水分的前提下，通过调控养分的供应方式，研究根系养分水分的相互作用；通过砂培，模拟不同的土壤强度（土壤紧实度或土壤机械阻力）对根系生长角度的影响，研宄在一定的土壤机械阻力下根系和地上部的适应性生长。在养分调控的基础上，引入根际促生菌，以植物激素（乙稀）为切入点，揭示养分定向调控

5、促进根系、地上部生长以及养分吸收的机制。本研宄对于深入理解通过挖掘作物自身生物学潜力及根系的形态和生理可塑性，提高作物养分和水分的吸收利用效率具有重要的理论和实践意义，也为指导作物生产提供了重要的科学依据。主要进展与结论如下：通过文献综述研究明确了根系在结构性土壤中的生长过程及土壤物理性质对根系生长的影响。土壤质地是土壤生产能力的重要标志，质地不同的土壤物理性质不同，如机械阻力、颗粒组成和总孔隙度等。这些因素通过影响土壤水分和养分在土壤中的移动和有效含量，影响植物根系的生长发育。土壤水分是影响植物生长和土壤紧实度的主要因素。土壤结构特别是土壤机械阻力会影响根系

6、的生长和根系的构型，根系角度、直径等都会做出适应性生长。根系的生长也会对土壤结构产生影响，会重塑土壤结构，如大孔隙、生物孔隙的产生，影响土壤中养分和水分的运移。根土界面的水分阻力是根系吸收水分时最主要的限制因素。根系分泌物可以作为缓解根系水分状况，提高根系水分吸收的可能性，通过分泌物质粘合土壤颗粒，在根系周围形成根鞘，提高根系和土壤的接触水平。水分胁迫或土壤机械阻力较高时根系的吸水能力可以保证植株在水分胁迫条件下充分利用水分，穿透紧实土壤，正长生长。养分的异质性分布供应可以影响根系的生长和对水分的吸收。当养分均匀施用时根系的生长深度会受到抑制，其根系主要分布在

7、的范围内，而养分异质性处理的根系可以生长至以下。养分深层施用时会促进根系的有效下扎，但是根系在表层分布的数量减少，其根系密度仅为养分均匀处理的，以及养分表层施用处理的。在水分胁迫下，养分表层施用是促进根系下扎以及水分吸收最大化的有效措施，利于根系对土壤深层水分的吸收和生物量的提高。与养分均匀施用相比，养分表层（和深层（施用时分别提高了水分吸收量（和。因此，异质性养分分布可以作为调控根系生长和水分吸收的重要手段。土壤强度会影响小麦矮杆近等基因系的根系生长角度以及叶片的生长。当根系受到阻抗时，垂直角度生长的根系比例提高，根系角度从°变化至°垂直方向为°，平方向为°

8、但品种间没有基因型差异。根系生长受阻（