集约化条件下小麦和玉米基于根际过程的根层磷素调控

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1、分类号：单位代码：密级学号：博士学位论文集约化条件下小麦和玉米基于根际过程的根层磷素调控研究生邓燕指导教师陈新平教授合作指导教师申请学位门类级别农学博士专业名称植物营养学研究方向养分资源综合管理所在学院资源与环境学院Ph.D.DissertationSoilPhosphorusManagementbasedonRhizosphereProcessesforWheatandMaizeinIntensiveCroppingSystemCandidate:YanDengSupervisor:Prof.XinpingChenCo-supervis

2、or:Prof.SusanneSchmidtSpecialty:PlantNutritionCollegeofResourcesandEnvironmentalSciencesChinaAgriculturalUniversityMay2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经注明引用和致谢的内容外，论文中不包含本人和其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文

3、中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：燕、时间：年月义日关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定。本人同意中国农业大学有权保存及向国家有关部门和机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被査阅和借阅；本人同意中国农业大学将本学位论文的全部或部分内容授权汇编录入《中国博士学位论文全文数据库》或《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行出版，并享受相关权益。保密的学位论文在解密后应遵守此协议）学位论文作者签名：时间：挪年月导师签名：时间：厂年月力日摘要揭示作物高效吸收利用磷的根际过程，挖掘作物生物学潜力

4、，能够提高作物对土壤和肥料磷的利用效率，减少磷肥施用，是集约化农业生产中实现可持续磷素管理的有效途径之一。但是，集约化条件下既保障作物稳定高产、又能发挥作物生物学潜力的适宜根层磷素供应还未能明确。为回答这一科学问题，本论文以田间原位研究为主，辅以盆栽试验，采用农学、根系形态学、生理学和分子生物学相结合的研究方法，首先探讨根层磷素供应对单一根际过程丛枝菌根侵染及其功能的调控，再进一步研究供磷水平对小麦和玉米根际过程（根系形态、生理和丛枝菌根）的综合调控，最后评价供磷水平对小麦玉米轮作体系生产力和磷肥利用率的长期影响。取得的主要结果如下：三年

5、田间原位研究表明，根层供磷水平调控小麦和玉米丛枝菌根侵染。土壤有效磷调控小麦丛枝菌根侵染的临界值在拔节期和扬花期分别为和，调控玉米丛枝菌根侵染的临界值从六叶期到吐丝期稳定在左右，且分别高于对应生育时期两种作物生长需要的适宜供磷水平临界值（小麦拔节期为—，；玉米六叶期为大喇叭口期为。在农学适宜供磷水平临界值，小麦根系从拔节期到扬花期的丛枝菌根侵染率稳定在略低于的水平；玉米根系的丛枝菌根侵染率在六叶期约为，到大喇叭口期时上升为。田间条件下，土壤有效磷空间分布影响不同土层的根系形态和丛枝菌根侵染。施磷处理主要提高土层的有效磷含量，小麦和玉米在土

6、层的根干重、根长和根表面积显著高于土层，而根系的丛枝菌根侵染率则表现为在土层较高。菌丝从不同土层的管中吸收磷受土体土和管中土壤有效磷含量影响，表明丛枝菌根能够帮助作物从下层土壤局部高磷供应区域获取磷。在盆栽和大田试验中，玉米（满足地上部生长需要的适宜有效磷平临界值为；当土壤有效磷水平超过时，预示土壤磷素流失风险的含量快速提高。根系形态、丛枝菌根侵染和家族磷转运蛋白基因表达对土壤供磷水平的响应拐点位于或接近。连续三年大田试验表明，在不同供磷水平下，小麦品种石家庄号和科农地上部生物量和籽粒产量没有显著差异，三年试验的适宜施磷量为、科农从拔节期

7、到扬花期的吸磷量和成熟期地上部磷累积量总体高于石家庄号。两个品种不同根际过程对供磷水平的响应不完全一致，但各自出现的响应拐点与适宜施磷量接近或一致；与石家庄号相比，科农能在不同供磷水平下保持相对较好的根系形态和高亲和力磷转运蛋白基因的表达。在六年的大田轮作试验中，随施磷量的增加，小麦产量从第二年幵始出现显著差异，适宜施磷量为；玉米产量则从第四年才开始出现显著差异，适宜施磷量为；整个轮作体系的产量从第二年开始出现显著差异，适宜施磷量为—。在适宜供磷水平下，整个轮作体系的磷肥累积利用率随种植年限的增加而提高。综上所述，本论文研究表明，将土壤有

8、效磷水平维持在满足作物稳定高产的临界值（或范围）左右，能够部分兼顾小麦和玉米高效吸收利用磷的生物学潜力发挥，为实现集约化条件下作物高产与养分高效协同的根层磷素调控提供了理论依据。关键词：磷，小