玉米根系分区交替供应水氮的效应与高效利用机理
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实验于 2001 年 10～12 月在西北农林科技大学 教育部旱区农业水土工程重点实验室温室中进行 。 用生物灯进行照光 , 有效光量子密度为 250 ～300 μmol·m - 2·s - 1 , 光暗周期为 14 h/ 10 h , 昼夜温度为 24 ℃/ 18 ℃,相对湿度 60 %～80 %。
112 测定方法 分别于处理 1 、3 、5 d 时用 TTC(氯化三苯基四氮
唑) 还原法测定根尖部位根系活力[8] ,以单位时间单 位根尖鲜重还原的 TTC 量 (还原强度) 表示 ;处理 6 d 时收集并用日本 Waters 高效液相色谱仪测定根系 分泌物中的有机酸含量[9 ,10] ;处理 6 d 、12 d 、18 d 时 分别收获两边根系及地上部 , 烘干称重并用Байду номын сангаас本 VS2KTP 自动定氮仪测定其含氮量 。 113 数据处理
(NcWa) ,另一边为含 PEG 6000 的 - 012 MPa 全营养 液 (NcWb) ;交替供应氮素 (AN) :分根盒一边为全营 养液 (N1Wc ) , 另 一 边 为 1/ 2 Hoagland 无 氮 营 养 液 (N0Wc) [7] ;交替供应水氮 (AWN) : 分根盒一边为全 营养液 (N1Wa) ,另一边为含 PEG 6000 的 - 012 MPa 的 1/ 2 Hoagland 无氮营养液 (N0Wb) 。NcWa 、N1Wc 、 N1Wa 营养液组成与 NcWc1和 NcWc2相同 ,为了反映 另一半及交替后的情形而用不同符号表示 。营养液 pH 调至 613 ±012 。重复 5 次 。每处理 6 d ,两边营 养液进行交替 。共交替 2 次 ,处理 18 d (图 1) 。整个 培养过程中 ,每 3～4 d 更换一次营养液 ,每天上 、下 午各通气 2 h 并补加 1～2 次营养液 。
1 材料与方法
111 实验设计 供试作物为陕单 9 号玉米 (正交) 。种子经沙盘 育苗至 2 叶 1 芯时移至自制的分根盒 (长 ×宽 ×高 为 14 cm ×915 cm ×8 cm) 中 ,盒外包裹 4 层黑色塑料 布遮光 ,盒内盛 1/ 2 Hoagland 全营养液 (以下简称全 营养液) ,每盒 3 株 。玉米在全营养液中生长 24 d 后进行处理 。4 个处理分别为 :对照 (CK) ,分根盒两 边同时供应全营养液 (分别用 NcWc1和 NcWc2表示) ; 交替 供 应 水 分 ( AW) : 分 根 盒 一 边 为 全 营 养 液
( Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas of Ministry of Education , Northwest Sci2Tech University of Agriculture and Forestry , Yangling 712100 , Shaanxi , China)
第 30 卷 第 9 期 2004 年 9 月 866～871 页
作 物 学 报 ACTA AGRONOMICA SINICA
Vol. 30 , No. 9 pp. 866 - 871 Sept. , 2004
玉米根系分区交替供应水 、氮的效应与高效利用机理
胡田田 康绍忠 高明霞 张富仓
关键词 玉米 ;根系分区交替供应水 、氮 ;干物质积累 ;补偿效应 ;氮素利用效率 中图分类号 : S513
Effects and Mechanisms of Alternate Water and Nitrogen Supply to Partial Root Zone of Maize
HU Tian2Tian , KANG Shao2Zhong , GAO Ming2Xia ,ZHANG Fu2Cang
图 1 实验处理示意图 Fig11 Diagram of experimental treatments
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
868
作 物 学 报
30 卷
(西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室 , 陕西杨凌 712100)
摘 要 用营养液培养进行玉米根系分区交替供应水氮的模拟实验 ,在不同时间测定了玉米各 1/ 2 根系的根系活力和 根分泌物 、根系和地上部干重及其含氮量 。结果表明 ,处理 1 d、3 d、5 d 时 ,半边根系充分供应水分和 (或) 氮素 ,供应边根 系活力显著大于胁迫边和对照 ;处理 6 d 时 ,半边供氮的供应边根系分泌草酸显著增多 ,半边根系供水和半边根系供应 水 、氮处理的两个 1/ 2 根系分泌草酸均明显减少 ,且以胁迫边减小幅度更大 。经两次交替即 18 d 处理 ,交替供应水 、氮的 玉米地上部干重明显增大 ;交替供应水分和 (或) 氮素的 3 个处理 ,均表现出交替后恢复供应边 1/ 2 根系增重速率显著大 于另 1/ 2 根系和对照的补偿生长 ,从而使各处理根系总干重均显著大于对照 ;而且这 3 个处理地上部含氮量降低 ,氮素 利用效率明显提高 。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
9 期
胡田田等 :玉米根系分区交替供应水 、氮的效应与高效利用机理
8 67
限于植物养分吸收量及生长的变化 ,交替供水方式 的研究又大多集中在节水增产效果上 ;对根系吸收 功能和养分利用的研究很少 。鉴于此 ,本文将水分 、 养分 (N 素) 结合起来 ,于一定时间间隔进行根系分 区交替供应 ,研究其对玉米生长 、养分利用及根系功 能的影响 ,以期揭示玉米对水分 、N 素局部供应的适 应机制 。
图中数据计算其标准误 ,表中数据进行方差分 析和 Duncan’s 多重比较 (α= 0105) ,判断处理之间 差异的显著性 。
2 结果与分析
211 根系分区交替供应水 、氮对玉米根系与地上部 生长的影响 21111 地上部干重 图 2 表明 ,处理 6 d ,半边根 系充分供应水分或氮素和半边根系充分供应水氮处 理的玉米地上部干重 ,与对照即两边根系均充分供 应水 、氮之间没有差异 。处理 12 d 和 18 d ,水氮同 时交替供应 (AWN) 的玉米地上部干重显著高于其 他处理 ;交替供水 (AW) 和交替供氮 (AN) 与对照 (CK) 之间无差异。说明根系分区交替供应水 、氮并未降 低玉米的干物质积累 ,甚至还有明显的促进作用 。
基金项目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( 50279043) 与 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目 ( 1999011708) 和“十 五”国 家 重 大 科 技 专 项 (2001AA242091) 资助 。
作者简介 :胡田田 (1966 - ) ,副研究员 ,博士 。从事水分 、养分高效利用与调控研究 。 Received (收稿日期) :2003204229 , Accepted (接受日期) : 20042012111
近年来 ,有关植物对水分 、养分局部供应的反应 以及适应机制方面的研究逐渐增多 。研究和实践证
明 ,控制性根系分区交替灌溉具有明显的节水增产 效果[1～3] 。一些研究指出 ,局部供应磷素可以促进 小麦幼苗生长及同化物向根系的运输[4] ;局部供应
氮 、锌元素有利于根系向养分富集区生长[5 ,6] 。水 分和养分尤其是氮素是密切关联的两大作物生长因 子 。但截止目前 ,有关水分 、养分局部供应的报道 , 对水分或养分单因素的研究相对较多 ,将两者结合 起来的研究很少 。而且 ,局部供应养分的研究多局
图 2 不同处理地上部干重的动态变化 Fig12 Dynamics of shoot dry weight of all treatments
21112 根系的补偿生长 不同处理时间 4 个处 理两边根系总干重的结果表明 ,处理 6 d 和 12 d , 水 、氮同时交替供应明显高于其他处理 ,特别是处理 12 d 时增长幅度更大 ;交替供应水分或氮素的处理 , 与对照之间无差异 。处理 18 d 时 ,各处理根系总干 重呈现出水 、氮同时交替供应 > 交替供水和交替供
Abstract Effects of alternate water and (or) nitrogen supply to partial root zone of maize were studied by using split2root and solution culture technique1 The results showed that the dry weight of maize shoots for alternate supply of water and N (AWN) was significantly raised but not for alternate water supply (AW) and alternate N supply (AN) 1 In contrast , com2 bined root dry weight and nitrogen use efficiency increased markedly for all stress treatments1 After 6 days of treatment , the amount of oxalic acid exudated from the non2stressed half root system of AN increased markedly but not for the stressed half1 Exudation of all half roots of AW and AWN decreased1 For each treatment , the root activity of the non2stressed half root system increased a great deal as compared with that of the other half and the control after 1 , 3 and 5 days of treatment1 After each alternation , the rates of biomass accumulation of the all previously stressed half roots were significantly higher than those of the other half and the control1 These results suggested that compensation effect occurred in the process of al2 ternate water and (or) N supply to partial root zone of maize1 Key words Maize ; Alternate supply of water and (or) nitrogen to partial root zone ; Dry biomass accumulation ; Compen2 sation effects ; Nitrogen use efficiency
氮 > 对照的规律 (图 3) 。可见 ,交替供应水分和氮 素能够明显促进玉米根系的生长 。
图 3 不同处理根系总干重的动态变化 Fig13 Dynamics of combined root dry weight of all treatments
112 测定方法 分别于处理 1 、3 、5 d 时用 TTC(氯化三苯基四氮
唑) 还原法测定根尖部位根系活力[8] ,以单位时间单 位根尖鲜重还原的 TTC 量 (还原强度) 表示 ;处理 6 d 时收集并用日本 Waters 高效液相色谱仪测定根系 分泌物中的有机酸含量[9 ,10] ;处理 6 d 、12 d 、18 d 时 分别收获两边根系及地上部 , 烘干称重并用Байду номын сангаас本 VS2KTP 自动定氮仪测定其含氮量 。 113 数据处理
(NcWa) ,另一边为含 PEG 6000 的 - 012 MPa 全营养 液 (NcWb) ;交替供应氮素 (AN) :分根盒一边为全营 养液 (N1Wc ) , 另 一 边 为 1/ 2 Hoagland 无 氮 营 养 液 (N0Wc) [7] ;交替供应水氮 (AWN) : 分根盒一边为全 营养液 (N1Wa) ,另一边为含 PEG 6000 的 - 012 MPa 的 1/ 2 Hoagland 无氮营养液 (N0Wb) 。NcWa 、N1Wc 、 N1Wa 营养液组成与 NcWc1和 NcWc2相同 ,为了反映 另一半及交替后的情形而用不同符号表示 。营养液 pH 调至 613 ±012 。重复 5 次 。每处理 6 d ,两边营 养液进行交替 。共交替 2 次 ,处理 18 d (图 1) 。整个 培养过程中 ,每 3～4 d 更换一次营养液 ,每天上 、下 午各通气 2 h 并补加 1～2 次营养液 。
1 材料与方法
111 实验设计 供试作物为陕单 9 号玉米 (正交) 。种子经沙盘 育苗至 2 叶 1 芯时移至自制的分根盒 (长 ×宽 ×高 为 14 cm ×915 cm ×8 cm) 中 ,盒外包裹 4 层黑色塑料 布遮光 ,盒内盛 1/ 2 Hoagland 全营养液 (以下简称全 营养液) ,每盒 3 株 。玉米在全营养液中生长 24 d 后进行处理 。4 个处理分别为 :对照 (CK) ,分根盒两 边同时供应全营养液 (分别用 NcWc1和 NcWc2表示) ; 交替 供 应 水 分 ( AW) : 分 根 盒 一 边 为 全 营 养 液
( Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas of Ministry of Education , Northwest Sci2Tech University of Agriculture and Forestry , Yangling 712100 , Shaanxi , China)
第 30 卷 第 9 期 2004 年 9 月 866～871 页
作 物 学 报 ACTA AGRONOMICA SINICA
Vol. 30 , No. 9 pp. 866 - 871 Sept. , 2004
玉米根系分区交替供应水 、氮的效应与高效利用机理
胡田田 康绍忠 高明霞 张富仓
关键词 玉米 ;根系分区交替供应水 、氮 ;干物质积累 ;补偿效应 ;氮素利用效率 中图分类号 : S513
Effects and Mechanisms of Alternate Water and Nitrogen Supply to Partial Root Zone of Maize
HU Tian2Tian , KANG Shao2Zhong , GAO Ming2Xia ,ZHANG Fu2Cang
图 1 实验处理示意图 Fig11 Diagram of experimental treatments
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
868
作 物 学 报
30 卷
(西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室 , 陕西杨凌 712100)
摘 要 用营养液培养进行玉米根系分区交替供应水氮的模拟实验 ,在不同时间测定了玉米各 1/ 2 根系的根系活力和 根分泌物 、根系和地上部干重及其含氮量 。结果表明 ,处理 1 d、3 d、5 d 时 ,半边根系充分供应水分和 (或) 氮素 ,供应边根 系活力显著大于胁迫边和对照 ;处理 6 d 时 ,半边供氮的供应边根系分泌草酸显著增多 ,半边根系供水和半边根系供应 水 、氮处理的两个 1/ 2 根系分泌草酸均明显减少 ,且以胁迫边减小幅度更大 。经两次交替即 18 d 处理 ,交替供应水 、氮的 玉米地上部干重明显增大 ;交替供应水分和 (或) 氮素的 3 个处理 ,均表现出交替后恢复供应边 1/ 2 根系增重速率显著大 于另 1/ 2 根系和对照的补偿生长 ,从而使各处理根系总干重均显著大于对照 ;而且这 3 个处理地上部含氮量降低 ,氮素 利用效率明显提高 。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
9 期
胡田田等 :玉米根系分区交替供应水 、氮的效应与高效利用机理
8 67
限于植物养分吸收量及生长的变化 ,交替供水方式 的研究又大多集中在节水增产效果上 ;对根系吸收 功能和养分利用的研究很少 。鉴于此 ,本文将水分 、 养分 (N 素) 结合起来 ,于一定时间间隔进行根系分 区交替供应 ,研究其对玉米生长 、养分利用及根系功 能的影响 ,以期揭示玉米对水分 、N 素局部供应的适 应机制 。
图中数据计算其标准误 ,表中数据进行方差分 析和 Duncan’s 多重比较 (α= 0105) ,判断处理之间 差异的显著性 。
2 结果与分析
211 根系分区交替供应水 、氮对玉米根系与地上部 生长的影响 21111 地上部干重 图 2 表明 ,处理 6 d ,半边根 系充分供应水分或氮素和半边根系充分供应水氮处 理的玉米地上部干重 ,与对照即两边根系均充分供 应水 、氮之间没有差异 。处理 12 d 和 18 d ,水氮同 时交替供应 (AWN) 的玉米地上部干重显著高于其 他处理 ;交替供水 (AW) 和交替供氮 (AN) 与对照 (CK) 之间无差异。说明根系分区交替供应水 、氮并未降 低玉米的干物质积累 ,甚至还有明显的促进作用 。
基金项目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( 50279043) 与 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目 ( 1999011708) 和“十 五”国 家 重 大 科 技 专 项 (2001AA242091) 资助 。
作者简介 :胡田田 (1966 - ) ,副研究员 ,博士 。从事水分 、养分高效利用与调控研究 。 Received (收稿日期) :2003204229 , Accepted (接受日期) : 20042012111
近年来 ,有关植物对水分 、养分局部供应的反应 以及适应机制方面的研究逐渐增多 。研究和实践证
明 ,控制性根系分区交替灌溉具有明显的节水增产 效果[1～3] 。一些研究指出 ,局部供应磷素可以促进 小麦幼苗生长及同化物向根系的运输[4] ;局部供应
氮 、锌元素有利于根系向养分富集区生长[5 ,6] 。水 分和养分尤其是氮素是密切关联的两大作物生长因 子 。但截止目前 ,有关水分 、养分局部供应的报道 , 对水分或养分单因素的研究相对较多 ,将两者结合 起来的研究很少 。而且 ,局部供应养分的研究多局
图 2 不同处理地上部干重的动态变化 Fig12 Dynamics of shoot dry weight of all treatments
21112 根系的补偿生长 不同处理时间 4 个处 理两边根系总干重的结果表明 ,处理 6 d 和 12 d , 水 、氮同时交替供应明显高于其他处理 ,特别是处理 12 d 时增长幅度更大 ;交替供应水分或氮素的处理 , 与对照之间无差异 。处理 18 d 时 ,各处理根系总干 重呈现出水 、氮同时交替供应 > 交替供水和交替供
Abstract Effects of alternate water and (or) nitrogen supply to partial root zone of maize were studied by using split2root and solution culture technique1 The results showed that the dry weight of maize shoots for alternate supply of water and N (AWN) was significantly raised but not for alternate water supply (AW) and alternate N supply (AN) 1 In contrast , com2 bined root dry weight and nitrogen use efficiency increased markedly for all stress treatments1 After 6 days of treatment , the amount of oxalic acid exudated from the non2stressed half root system of AN increased markedly but not for the stressed half1 Exudation of all half roots of AW and AWN decreased1 For each treatment , the root activity of the non2stressed half root system increased a great deal as compared with that of the other half and the control after 1 , 3 and 5 days of treatment1 After each alternation , the rates of biomass accumulation of the all previously stressed half roots were significantly higher than those of the other half and the control1 These results suggested that compensation effect occurred in the process of al2 ternate water and (or) N supply to partial root zone of maize1 Key words Maize ; Alternate supply of water and (or) nitrogen to partial root zone ; Dry biomass accumulation ; Compen2 sation effects ; Nitrogen use efficiency
氮 > 对照的规律 (图 3) 。可见 ,交替供应水分和氮 素能够明显促进玉米根系的生长 。
图 3 不同处理根系总干重的动态变化 Fig13 Dynamics of combined root dry weight of all treatments