随着全球农业生产力和全球粮食需求量的增加,如何解决农业用水问题,已成为农业、生态、环境等各界所共同关注的热点问题。在我国,以黄土高原为主体的西北旱作农区,是世界上最严酷的干旱区之一,但黄土高原土壤土层深厚,蓄水能力强,形成“上干下湿”的土壤水分环境。因此,对上干下湿的黄土高原旱作农区,如何充分发掘深层土壤水分,提高水分利用效率和作物产量,是仍然值得研究的问题之一,对黄土高原半干旱区提高水肥利用效率达到高产高效具有深刻的意义。本论文欲从自身角度发掘抗旱机制,并与肥料施用相结合,探索作物在上层水分亏缺条件下,如何利用深层水肥抵御外界不良环境,为干旱、半干旱地区作物促进水肥耦合、稳产高效研究开辟新的思路与新途径,并期为抗旱鉴定指标或育种指标提供一定的科学依据。本试验以“不同水分、养分条件会影响不同品种冬小麦根系生长和提水作用”为科学假设,以长武134(CW134,抗旱型)和西农979(XN979,水分敏感型)两个不同基因型冬小麦品种为供试作物,采用自行设计的分根土培装置(0～20cm为上层,20～60cm为下层),通过时域反射计(TDR)对上下土层土壤含水量进行控制和观测,进而分析上层不同水分胁迫处理及不同深度施肥对作物及根系提水作用的影响。研究获得以下主要结论:(1)水分胁迫及施肥深度显著影响冬小麦地上部生物学性状和生物量,影响程度因品种抗旱性不同而异。对抗旱型冬小麦CW134,同一水分胁迫处理下,有效分蘖数和叶面积均是下层施肥处理﹥上层施肥处理﹥不施肥处理;而株高和生物量均是上层施肥﹥下层施肥处理﹥不施肥处理;两种水分胁迫下,水分敏感型XN979的株高和叶面积均显著低于抗旱型CW134。(2)施肥条件下,抗旱型冬小麦CW134根系长度、表面积和体积均在中度水分胁迫水平下略高于重度胁迫水平;从施肥深度来看,相同水分胁迫条件下,上层施肥处理CW134根系长度、表面积、体积及根系干物质重均高于下层施肥处理,高于不施肥处理;但不同土层施肥同样显著增加了施肥土层根系长度、体积和表面积分配比例。相同水肥条件下,与水分敏感型冬小麦XN979相比,抗旱型冬小麦CW134根系长度、表面积、体积均显著增加。(3)对土壤含水量日变化监测中发现,试验抗旱品种CW134的土壤体积含水量在23点左右开始上升,至第二天凌晨1点至5点间均保持高水平,随后又开始迅速下降,而水分敏感品种XN979的土壤水分体积含量只在短时间出现峰值(分别为1点和3点),随后又开始迅速下降。(4)试验发现,两个品种冬小麦各生育期提水量大小变化趋势线均呈单峰状,除不施肥处理根系提水量在灌浆期达到最大外,其余施肥处理均在扬花期达到最大。全生育期提水总量表现为:RML处理﹥RMU处理﹥RDL处理﹥RDU处理﹥SMU处理﹥SDU处理﹥RD处理﹥RM处理,其中RML处理在整个生育期提水总量达492.38g;是最小值RM的2.49倍。水分利用效率是下层施肥处理﹥上层施肥处理﹥不施肥处理。总体来看,与重度水分胁迫下相比,中度水分胁迫水平下冬小麦提水作用较强,籽粒产量较高,但水分利用效率仍较低。(5)施肥深度和品种均在不同程度上影响了冬小麦各器官氮、磷累积量。总体来看,冬小麦不同器官氮累积量表现为:籽粒﹥茎秆﹥叶片﹥颖壳﹥根系,平均为427.78、58.68、53.52、44.62、21.79 mg/柱。磷累积量表现为籽粒﹥颖壳﹥叶片﹥茎秆﹥根系,平均为65.59、2.95、2.18、1.70、1.50 mg/柱。(6)与中度水分胁迫相比,重度水分胁迫不同程度的降低了籽粒及地上部总氮、总磷累积量,但对其它各器官的影响不一。施肥处理显著增加了冬小麦籽粒和叶片中的氮素累积量,但肥料施用深度对其影响较小。而籽粒和地上部总磷累积量,中度水分胁迫水平下,上层施肥处理时高于下层施肥处理;而重度水分胁迫水平下,则是下层施肥处理时显著高于上层施肥处理。不同品种看,抗旱品种CW134各器官氮、磷素累积均高于水分敏感型XN979。而从不同品种个器官分配比例看,中度水分胁迫下,与水分敏感型XN979相比,抗旱型CW134冬小麦的籽粒分配氮、磷比例增加;重度水分胁迫下,则降低。
