氮磷配施对小麦水分利用效率影响的机理研究

Water use efficiency (WUE) was an important physiological character adapted to the stress. Farquhar found that there was negative correlation between plant stable carbon isotope discrimination (Δ) and WUE in 1982, then found that the stable carbon isotope technology had important utility value to the research of WUE. With the deep research of WUE, more attention should be paid by using carbon isotope technology to study WUE, especially the mechanism research that how environmental factors could change the WUE. . Our research group found that under high temperature and drought condition, there was negative correlation between WUE and Δ; adding phosphorus can improve wheat Δ; and under greenhouse experiment adding nitrogen made WUE improved. Based on former research results, our research group will analyze the change of WUE or Δ and the relationship between them under long-term fertilization conditions on Loess plateau. And the mechanisms which influence the WUE were also analyzed. This research not only analyzed the relationship between WUE and Δ under long-term fertilization conditions, but also considered the photosynthesis path that influenced to crop WUE, which provided mechanism theory basis to wheat WUE under nitrogen or phosphorus treatments.

水分利用效率（WUE）是小麦对干旱胁迫的一个重要生理指标，1982年Farquhar等发现植物稳定性碳同位素分辨率（Δ）与WUE呈负相关，从而发现稳定性碳同位素技术在植物水分利用效率研究中的重要价值；随着研究的深入，利用稳定性碳同位素技术进行WUE的研究值得关注，特别是对WUE的变化的影响机理研究。. 课题组研究前期发现，干旱高温的胁迫环境下，小麦WUE和Δ呈显著负相关；另外，不同生态区施加磷肥提高了作物的Δ，温室条件下施加氮肥提高了小麦的WUE。本课题拟在前期研究的基础上，分析黄土塬区长期定位氮磷配施条件下小麦的WUE和Δ的变化趋势及引起该变化的机理。该研究不仅在长期施肥环境下分析了WUE和Δ的关系，而且把光合途径的改变与Δ的改变一起考虑，为氮磷配施环境下小麦水分利用效率改变的机理提供理论依据。

旱地农业在西北农业生产中占有十分重要的地位，干旱缺水是限制当地作物增产的关键因素之一。黄土旱塬是以生产小麦为主的古老旱农区，长期干旱缺水，该区小麦产量一直低而不稳，如何选择合适的肥料施加模式，以肥济水，成为该区研究的一个主要方向。本研究选择菌根接种（AMF）、氮肥（N）及磷肥（P）施加为试验处理，设置不同浓度梯度，利用稳定性碳同位素技术和叶绿素荧光技术分析小麦生长、生理及水分利用效率（WUE）的变化。结果显示：（1）两种水分条件下（WW（95%FC）和WD（40%FC））接种AMF显著提高旗叶的比叶面积（SLA）；此外，WD处理下AMF接种显著增强叶片的相对含水量（RWC）。两种水分条件下，AMF接种和施N均显著提高叶片的光合性能参数值、WUE、瞬时水分利用效率（WUEi）和叶片稳定性碳同位素分辨率（CID）。此外，WD处理下，施N和AMF接种均显著提高小麦茎、籽粒氮含量、株高、生物量和产量。（2）WD处理下，施P和接种AMF均显著提高旗叶的RWC、SLA和光合性能参数值、WUE和WUEi、叶片CID显著降低。WD处理下施P 和AMF接种后，茎、粒、叶P含量均显著提高。WUE与籽粒P、茎P、叶P含量之间存在显著相关性。（3）五种不同氮磷配施（N0P0、N45P45、N90P90、N135P135和N180P180）处理下小麦叶片叶绿素荧光参数差异均达到了显著水平，N135P135和N180P180处理下的荧光参数值较高，N0P0最低；快速光响应曲线中，N135P135和N180P180处理下的ABS/RC、TRo/RC和ETo/RC较高，N0P0处理下DIo/RC为最高，N135P135处理下最低。N135P135处理下量子产额（QY）较高。荧光动力学曲线（OJIP）显示各处理下O点荧光差异不明显， J点出现差异，并且差异随着时间的延长不断积累，到P点差异达到最大，并以N135P135处理下荧光值为最高。各处理间WUE差异显著，以N135P135的WUE最高。综合以上结果分析，N、P肥施加和AMF接种可显著改善小麦在干旱环境下的生长及生理状况，提高产量；为该区施肥方式提供理论依据。