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1、石河子大学 硕士学位论文 膜下滴灌下水氮运筹对棉花根系生长和叶片光合特性的调节 姓名：张宏芝 申请学位级别：硕士 专业：作物栽培学与耕作学 指导教师：张旺锋;勾玲 20100601 I 摘 要 【目的】探寻通过改变滴灌施氮方式，调节根系生长，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，最终提高产量和水分利用效率的水氮供应模式，本研究开展水氮运筹方式对 棉花根系生长、光合特性及产量、水分利用效率的影响。研究结果对认识作物节水节肥高产的生理 机制，最充分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。 【方法】试验采用土柱栽培方法，以不同基因型棉花高产品种常规棉
2、新陆早 13 号和杂交棉新陆早 43 号为试验材料，水分处理分为土壤底墒和生育期水分处理，其中土壤底墒处理分为 2 个水平：播 前灌溉；无播前灌溉。生育期水分处理分为 2 个水平：常规滴灌量（新疆大田膜下滴灌高产棉花滴 水定额 40mm）处理；盛花期前限量滴灌量（减少滴水定额的 1/5，约 30- 35mm） 、盛花期后充分灌 溉量（增加滴水定额的 1/5，约 45- 50mm）处理。滴水周期均为 7d。共 4 个水分处理组合，分别为 常规滴灌量处理：W1；盛花期前限量滴灌量、盛花期后充分灌溉量处理：W2；播前灌+常规 滴灌量处理：W3；播前灌+盛花期前限量滴灌量、盛花期后充分滴灌量处理：W4
3、。其中充分滴灌 量、 常规滴灌量和限量滴灌量处理的 0- 40cm 土壤含水量基本保持在田间持水量的 805%、 705% 和 555%。在每种水分处理下设 2 种施氮方式，即 在总施氮量相同的情况下 （每公顷施纯氮 520kg， 公顷产皮棉 3000kg 超高产棉田的施氮量） ，改变不同时期氮肥的施用比例，其中N1（重施基肥） 为基肥 70%+追施 30%，N2（重施追肥）为基肥 20%+追施 80%。 【结果】在氮肥水平一定时，底墒充足促进了根系下扎，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，延缓了根系衰老，进而延缓了中后期叶片叶绿素含量和光合速 率的下降
4、，增强了叶片光能捕获和利用能力，同时光合机构反应中心的开放比例增加，使天线色素 所捕获光能以更高的比例用于推动光合电子传递，提高了光合速率，延长了叶片的光合功能期，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，其中新陆早 43 号在底墒充足 条件下盛花期前限量滴灌量后恢复充分滴灌量处理中下层根系根系生物量、根长、根表面积以及根 系活性在盛铃期和吐絮期高于常规滴灌量处理，在生育中后期保持较高的叶绿素含量和光合性能， 促进了光合产物向生殖器官的分配，产量和水分利用效率较高。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，延缓了植株衰老，增强了叶
5、片光合性能，以 新陆早 43 号在底墒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。 底墒充足有利于生育前期光合产物优先向根系分配，促进了根系下扎，在生育中后期有利于光 合产物向生殖器官的分配，且在底墒充足条件下盛花期前限量滴灌量后恢复充分滴灌量并配合重施 追肥处理表现尤为明显；而在底墒匮乏条件下，棉花主要是通过增加上层根系的长度和面积来捕获 做大限度的水源，促使了光合产物向根系的分配，形成了上层较庞大的根系，影响了光合产物向地 上部及生殖器官的分配，根冠比始终较大，且在底墒匮乏条件下盛花期前限量滴灌量后恢复充分滴 灌量处理盛花期前限量滴灌量限制了前期根系与地上部的发育，在恢复
6、充分滴灌量后光合产物优先 向根系分配，限制了光合产物向地上部及生殖器官的分配。根系生物量与地上部及生殖器官生物量 均呈极显著二次函数关系，中下层根系活力与光合速率呈极显著正相关关系。因此，从产量和水分 利用效率的优化来说，棉花的根系必须有一个适宜的大小，而此时适当减少上层根系，增加中下层 II 根系的分布对棉花实现高产高效更有意义。 【结论】不同基因型棉花品种产量和水分利用效率对水氮运筹方式的响应不同，在播前灌溉基础上 配合氮肥基施 20%、追施 80%的条件下，新陆早 43 号在盛花期前限量滴灌量、盛花期后充分滴灌 量条件下产量和水分利用效率较高， 新陆早 13 号在生育期常规滴灌量条件下产
7、量和水分利用效率较 高。根据不同基因型品种产量和水分利用效率对水氮运筹方式的不同，提出了提高棉花产量和水分 利用效率较优的水氮运筹模式。因此，应根据不同基因型品种的需水特性，在播前充足灌溉的基础 上，适当调整水分在生育期的分配，并适当的增加追肥比例，可以增加棉花产量和水分利用效率， 实现滴灌棉花的高产高效；而在无播前灌溉的情况下，生育前期水分供应必须充足，保证前期根系 的构建及地上部的生长发育不受严重的影响。 关键词：棉花，水氮运筹，根系生长，光合特性，膜下滴灌 论文类型：B（应用研究） III Abstract 【Objective】To explore alter the fashion
8、of fertigation, and to regulate the growth and optimize the structure and distributing of root, accordingly stay senescence of plant and delay the stage of economic yields and ultimately put forward the mode of irrigation and nitrogen application to increase the yield and water use efficiency. Studi
9、ed on effect of irrigation and nitrogen application regimes on root growth, leaf photosynthetic characteristic, yield and water use efficiency. It was of great significance to cognition the physiology mechanism of obtain high yield and high water use efficiency, and furthest to utilize the adapt and
10、 regulate function and to carry out high yield and high water use efficiency. 【Method】The soil column culture experiment was conducted and two High- Yield genotype cotton cultivars Xinluzao 13 and Xinluzao 43 were grown under field conditions with under- mulch drip irrigation. Four water regimes wer
11、e followed, namely, W1: convention drip irrigation(40mm); W2: limited drip irrigation （30- 35mm） before full flowering stage and then abundant drip irrigation （45- 50mm） were restored; W3: pre- sowing irrigation plus convention drip irrigation; W4: pre- sowing irrigation plus limited drip irrigation
12、 before full flowering stage and then sufficient drip irrigation were restored. Sufficient drip irrigation、convention drip irrigation and limited drip irrigation was lower limit of soil relative moisture content in layer of 0 - 40 cm was controlled at 805%, 705% and 555% of the field capacity. two n
13、itrogen regimes were followed under the same fertilizers application rate, namely, N1: basal fertilizers 70%, topdressing 30%; N2: basal fertilizers 20%, topdressing 80%. 【Result】The results showed abundance pre- sowing resulted in advance of root growth in middle and lower soil layer, increased the
14、 dry weight、length and surface area of root, the topsoil root virgour was reduced, whereas the SOD activity was increased and the capacity of resist drought stress was inceased, stay senescence of root and stay the decreased chlorophyll content and net photosynthetic rate in middle and latter period
15、s, and increased actual photochemical efficiency of PSand enhance the open ratio of PS reaction center, and the ability of light use of photosynthetic apparatus was increased, and keeping high net photosynthetic rate in middle and latter periods and extending the active photosynthesis duration, the
16、photosynthate dry weight was increased and the radio of dry weight was increased which distribute to reproductive organ, thereinto the pre- sowing irrigation plus limited drip irrigation before full flowering stage and then sufficient drip irrigation treatment was exhibition excellence. The more of topdressing nitrogen was observably increased the root length, root surface area and root virgour in middle and lower soil layer, and stay the senescence of plant and increased leaf pho
