滴灌施氮对冬小麦根活性格局、根源信号和产量形成的调控

Drip fertigation changes infiltration and distribution mode of water and fertilizer, and also changes the soil physicochemical properties of the root zone. Root systems serve as a major uptake organ of water and nutrients as well as a major consumption one of photosynthate. The physicochemical properties of soil affect the growth, development and metabolism of root systems, and also affect aboveground parts of plants through the root system. Therefore, it is very important to reveal water-saving and high efficient mechanism of crops by analyzing the physiological and ecological response of root system to soil water and nutrients and its regulating effect on the ground part under the conditions of drip irrigation. This study is conducted to reveal the physiological mechanism of crop water saving, high yield and high efficiency of wheat under drip fertigation condition by studying 1) effects of nitrogen drip fertigation on root activity, root form patterns and root activity patterns of winter wheat ; 2) effects of nitrogen drip fertigation on root- sourced signal characteristics of winter wheat; 3) effects of nitrogen drip fertigation on root respiration and rootefficiency of winter wheat and 4) effects of nitrogen drip fertigation on roots senescence, dry matter accumulation and remobilization of winter wheat. This study is expected to obtain the breakthrough and important progress in basic theoretical research, such as crop water-saving irrigation and scientific water and fertilizer management in field, which will provide important theoretical basis and technical support for water-saving irrigation technology of winter wheat.

滴灌施肥改变了水、肥入渗和分配方式，也改变了根区土壤理化生特性。根系是水分、养分的吸收器官，又是光合产物的主要消耗器官。土壤特性影响着根系的生长、发育和代谢等生理生态过程，并通过根系影响到地上部分。因此，在滴灌施氮条件下，研究根系对土壤水氮的生理生态响应及其对地上部分调控效应，是揭示作物节水、高效机理的关键。本项目通过试验研究，分析1）滴灌施氮对冬小麦根活性、根形态格局及根活性格局的影响；2）滴灌施氮对小麦根源信号特征的影响；3）滴灌施氮对小麦根呼吸耗碳量及根系效率的影响；4）滴灌施氮对小麦的根系衰老、花后同化物积累和转运的影响。通过以上研究探明滴灌施氮调控根活性格局、根源信号、根系衰老、根系效率以及同化物积累和转运等从而促进作物节水、高产、高效的生理机制。以期在作物节水灌溉和科学水肥管理等基础理论研究实现突破，为我国冬小麦的节水灌溉技术提供重要科学理论依据和技术支持。

开展小麦滴灌施肥技术研究，不仅可节省水肥资源、提高水肥利用效率，也是实现农业可持续发展的重要措施。本项目采用田间试验以传统灌溉施肥作为CK，通过监测地表滴灌施肥（I1）和地下滴灌施肥(I2)小麦的根系形态格局、活性格局和根源信号特征来分析滴灌施肥提高作物产量和水分利用效率的机理。研究表明，滴灌施肥影响了小麦的根形态格局，在生长前期，I1促进了表层（0-20cm）根系的生长，根系生物量和根长密度大于对照，而I2处理主要促进了20-40cm土层根系的生长。到后期I1和I2均促进了深层根系的生长，在40-60cm土层有更高的根系生物量和根长密度。滴灌施肥也影响了小麦的重根量，在拔节期，I1处理总根重高于对照，I2处理总根重低于对照，但到花期，I1和I2处理总根重均低于对照。滴灌施肥影响了冬小麦的根活性格局，在三个测试期I2处理在表层土壤0-20cm中的根活性显著低于对照和I1处理。两个滴灌处理在后期延缓了深层根系的衰老，因此，中下层土壤中的根系有更大的活力。此外，滴灌施肥对冬小麦的根系最大活力分布区也有不同的影响。在拔节期I1处理和对照最大根系活性分布区间为10-20cm土层，I2处理最大根系活性分布区间为20-40cm土层。在抽穗期对照、I1和I2最大根系活性分布区间均为20-40cm土层。在灌浆期，对照最大根系活性区间位于为40-80cm土层，I1和I2处理最大根系活性区间为20-60cm土层。通过分析各土壤层的实际水分消耗量，可知小麦可根据土壤水分状况调整吸水策略，从而改变根活性格局。与在拔节期（灌溉一周后）相比，各处理抽穗期（灌溉三周后）的根系最大吸收区间均向深层移动。植物根活性格局也随着生育期而发生明显变化。在拔节期，I1和CK处理冬小麦主要利用0-20cm土层水分，I2主要吸收20-40cm土层水分。到灌浆中后期，各处理根系主要吸收区间转移到中下层，但两滴灌处理在中下层有更大的水分吸收能力。I1和I2处理在生育后期均提高了小麦的根系效率和光合特性，促进了花后干物质积累和花前同化物转运量。I1和I2处理还提高了小麦非水力信号的敏感性，非水力根源信号出现的早，并推迟了水力信号出现。总之，通过滴灌施肥改善根际水肥环境，优化了作物根系形态和活性格局以及根源信号特征，因此提高作物产量、稳产性和水分利用效率。