膜下滴灌条件下根区水氮对棉花根系生物学特性调节的研究

为探讨干旱区农业节水高产新途径，以新疆膜下滴灌棉花根系为对象，研究根区水氮对根系形态、结构和生理特性的调节及与植株地上部光合源和棉铃库特性的关系，揭示棉花膜下滴灌节水节肥高产的生理机理，探寻通过改变滴灌施氮的施用量与施用时期，调节根系生长与生理功能，优化根系结构及分布，进而延缓植株衰老，延长经济产量形成期，提高产量及水氮利用效率的水氮供应模式。开展本项目研究，有助于从理论上认识根区水氮调控棉花根系生长发育的主要生理机制，进而探求促进根系生长提高水氮利用效率的有效农田调控措施，为促进作物根苗协调生长和生产潜力开发提供科学依据；同时对认识作物节水节肥高产的生理机制，最充分的利用作物自身的适应与调节功能，实现节水节肥增产的目的也具有重要意义。

研究膜下滴灌条件下根区水氮对根系形态、结构和生理特性的调节效应，探明根系生物学特性与地上部的关系，为干旱区利用膜下滴灌技术，通过控制滴灌施氮的施用量与施用时期，促进根系生长提高水氮利用效率，实现膜下滴灌棉花节水节肥增产具有重要意义。本项目从膜下滴灌条件下水氮运筹对棉花根系生长和叶片光合特性的调节、水氮供应对根域限制棉花根系生长的影响及与植株地上部的关系、水氮供应对不同灌溉深度下棉花根系生长的影响及与植株地上部关系等方面开展研究。结果表明，氮肥水平一定时，土壤深层水充足增大了中下层根系生物量、根长和根表面积，提高了根系活力和SOD酶活性，进而延缓了中后期叶片光合速率的下降，并促进了光合产物向生殖器官的分配，进而提高了产量和水分利用效率。在一定灌溉水平上，重施追肥显著增大了生育中后期中下层根长、根表面积及根系活性，增强了叶片光合性能，以新陆早43号在土壤深层水充足条件下盛花期前限量滴灌量后恢复充分滴灌量处理增加幅度较大。根域限制条件下，棉花各土层根系形态参数（根表面积指数、根长密度、根体积密度和根质量密度）及根系生理参数（SOD、POD、CAT和NR）活性均低于对照。不同水氮处理间根系形态参数均表现为W0N0（水氮亏缺）＞W1N0（氮素亏缺）＞W0N1（水分亏缺）＞W1N1（水氮适量）；根系抗氧化保护酶系活性表现为W1N1＞W0N1＞W1N0＞W0N0。根域限制条件下适量水氮供应处理的地上部和蕾铃生物量均显著增加，最终单株铃数、单铃重和籽棉产量均显著高于其它处理。不同灌溉深度下，棉花根系形态参数在0-40 cm土层均表现为CK（地表滴灌）＞H0（滴灌深为地下20 cm）＞H1（滴灌深为地下40 cm），在40-80 cm与80-120 cm土层则表现为CK＜H0＜H1；各土层根系抗氧化保护酶系活性均表现为H0＞CK＞H1。不同水氮处理间根系形态参数与根冠比均表现为W0N0＞W1N0＞W0N1＞W1N1，根系抗氧化保护酶系活性均表现为W1N1＞W0N1＞W1N0＞W0N0。灌溉深度、水氮处理对棉花叶片抗氧化保护酶系活性、气体交换参数、叶绿素荧光参数的影响与根系保护酶系活性的影响结果一致。综合分析认为在膜下滴灌条件下，通过水肥调控，适度控制根系大小，提高根系生理（SOD、POD、CAT和NR）活性可作为棉花高产栽培的主攻方向，也是棉花品种遗传改良的根系生物学特性选择指标。