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自1985年Blackman和Davies在作物分根试验研究中首次提出植物根冠通讯理论以来,大量的试验证实了非水力根源信号现象及其对作物节水高产的调控作用,但截至目前该理论目前仅建立在盆栽试验条件下的观测基础上,缺乏在大田生产条件下的实证研究。控制性根系分区交替灌溉(alternate partial root-zone irrigation,APRI)技术上在过去几十年里展现出巨大的增产节水潜力,但其生理生态机理并不清楚,我们推测该机理与植物根冠通讯过程有密切关联。为验证该推测,本论文试验开展了盆栽条件下的根系分区供水试验和大田生产条件下的根系分区灌溉试验。试验于20]3-2014年在兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室榆中试验站进行,以春小麦现代品种陇春8275为材料,采取四个不同供水方式,包括亏缺灌溉(Deficit Irrigation,DI).固定隔沟灌溉(Fixed Furrow Irrigation, FFI).交替隔沟灌溉(Alternate Furrow Irrigation,AFI)和充分供水对照处理CK)进行两年大田试验和一年盆栽试验,对春小麦生长过程中的土壤水分状况、生理生态指标、根源信号调控作用、植株生长发育、生物量分配、产量形成和水分利用效率进行系统分析和总结。其目的主要在于阐明非水力根源信号在APRI技术中的调控作用及在APRI技术下春小麦产量形成机理,以期为干旱半干旱地区农业APRI技术应用提供理论潜力。得出如下主要结果：1.盆栽供水试验条件下,DI、FFI和AFI处理的气孔导度显著性低于对照CK(DI为0.125molC02/m2s,FFI为0.161 mol C02/m2s,AFI为0.156 mol C02/m2s,CK为0.183 mol CO2/m2s),同时显著性提高了叶片ABA含量(DI为118.920ng/g, FFI为73.942ng/g,AFI为78.512ng/g,CK为52.313ng/g).虽然DI处理叶片相对含水量和叶水势显著性低于对照CK(D1分别为76.287%和-2.969Mpa,CK分别为85.124%和-2.532Mpa),但FFI和AFI处理的叶片相对含水量和叶水势仅略低于CK处理并无显著性差异(FFI分别为82.745%和-2.752Mpa,AFI分别为83.348%和-2.638Mpa)。这表明,盆栽根系分区供水FFI和AFI处理能够诱导非水力根源信号的产生和持续作用。2.盆栽根系分区供水FFI和AFI处理能在光合作用略低(分别比对照CK降低4.85%和4.15%)的条件下显著性提高叶片光合水分利用效率(分别提高20.55%和24.79%)。3.盆栽分区供水试验条件下,根系分区灌溉AFI和FFI处理的产量较DI处理得到显著性提高(34.68%和33.75%)。其生物量水分利用效率(WUEB)分别较DI和CK处理提高10.03%和18.50%,6.76%和14.97%,产量水分利用效率(WUEY)分别较DI和CK提高21.32%和24.45%,19.52%和22.60%。4.两年大田试验研究结果显示,在灌溉周期内随天数的增加,AFI和FFI处理在叶水势和叶片相对含水量下降较为缓慢的基础上,其叶片气孔导度发生显著性下降,同时叶片和茎的ABA含量均呈显著性上升趋势(2013和2014年扬花期叶片和茎ABA含量分别大约由50ng/g上升到150ng/g和10.2ng/g上升至21.2ng/g；2013和2014灌浆期叶片和茎ABA含量分别大约由150ng/g上升至195ng/g和12.5ng/g上升到28.5ng/g)。验证了大田试验条件下根系分区灌溉FF[和AFI处理条件下非水力根源信号对春小麦生产的调控作用。5同时,相较于充分供水处理CK,AFI处理在2013年和2014年的蒸腾速率、光合速率和胞间二氧化碳浓度分别降低36.87%、11.28%和27.04%；21.46%、9.68%和32.56%,而瞬时水分利用效率分别提高22.71%和17.15%,表现出AFI处理的巨大生理节水能力。6.两年大田试验表明,2013年AFI处理在产量较CK处理降低21.02%但相较于DI处理提高了23.56%：同时其WUEB和WUEY较DI和CK处理分别增加68.00%、17.72%和56.40%、23.25%。2014年AFI处理在产量较CK降低23.41%但相较于DI处理提高了34.84%：同时其WUEB和WUEy较DI和CK处理分别增加44.05%、43.88%和40.47%、42.74%。7.盆栽试验和大田试验结果均表明,AFI处理能够提高春小麦有效分蘖数(2013年大田试验提高16.95%,2014年大田试验提高29.70%；盆栽试验提高26.2%)和单位面积有效光合叶面积(2013年大田试验提高32.25%,2014年大田试验提高29.98%；盆栽试验提高34.0%)。同时,相较于高水CK处理,AFI处理能够显著提高抗氧化酶含量(SOD提高5.21%；CAT提高92.11%；POD提高40.85%),降低了干旱胁迫对春小麦的损害,提高春小麦的干旱适应性。总之,根系分区灌溉AFI处理在充分诱导非水力根源信号的产生及其持续性调控作用的基础上,优化气孔开度和调节叶片水分状况,在稳定叶片光合速率的同时显著性提高叶片水分利用效率,而后通过提高春小麦有效分蘖数和有效光合叶面积来提高春小麦群体光合能力,进而提高了春小麦的群体生物量和产量。综上所述,APRI技术具有显著的增产节水效应,其生理生态机理与植物根冠通讯过程密切关联,研究结果验证了我们的推测,既为APRI技术的进一步优化和集成提供了理论依据,同时拓宽了根冠通讯理论在农业生产实践上的应用潜力。