小麦玉米间作体系竞争—恢复过程的根系互作机制

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1、分类号：单位代码：密级：学号：令博士学位论文小麦玉米间作体系竞争恢复过程的根系互作机制研究生：刘屹湘指导教师：李教授申请学位门类级别：农学博士专业名称：植物营养学研究方向：根际营养所在学院：资源与环境学院分类号：单位代码：密级：学号：博士学位论文小麦玉米间作体系竞争恢复过程的根系互作机制研究生：刘屹湘指导教师：李隆教授申请学位门类级别：农学博士专业名称：植物营养学研究方向：根际营养所在学院：资源与环境学院二一五年四月Ph.D.DissertationTheMechanismofInterspecificRootInterac

2、tionsunderlyingCompetition-RecoveryProcessinWheat/MaizeIntercroppingCandidate:YixiangLiuSupervisor:Prof.LongLiSpeciality: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，除了文中己经

3、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中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：时间：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，允许论文被查阅和借阅；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

4、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：年—工丨日摘要小麦玉米间作是西北地区大面积种植的高产高效的禾本科禾本科模式。前人研究发现其共生期地下部种间相互作用表现为小麦根系竞争优势而玉米劣势。但地下部的种间相互作用机制是由于资源竞争还是其他原因，鲜见研究。本研究针对这一问题，设置了为期两年（共三个田间试验，分别从施氮量、共生期灌水次数以及小麦播种时间等方面，通过小麦玉米间作与相应单作的比较，系统研究了小麦和玉米在间作后根系形态和生理的可塑性对资源有效性的响应以及

5、小麦收获后玉米生长恢复特征和资源有效性的关系，进一步理解了间套作体系产量优势的竞争恢复原理的机制。主要得出以下结果：间作小麦能根据土壤无机氮变化调整其根长密度和根系分布。间作小麦在低施氮量时根系可侧向扩展至距小麦行处，为小麦行距的倍；而当土壤中氮素供应充足时仅侧向扩展至距小麦行，同时根长密度显著降低，即小麦根系随土壤氮浓度变化具有很强的形态可塑性。间作玉米在自身生长区域的根长密度也随施氮增加显著降低；但在小麦区域所有施氮处理的根系横向生长都受到限制，浅层土壤最大扩展距玉米植株处，为玉米行距的倍。另外，小麦根长密度随土壤无机氮

6、的变化比玉米更敏感，即小麦根长密度随土壤无机氮变化的可塑性比玉米更强。这可能是小麦玉米间作中小麦具有更强的养分吸收竞争能力的主要机制之一。间作能显著提高小麦的单位根长吸氮速率，整个生育期比单作小麦高而间作玉米的单位根长吸氮速率在共生期天比单作玉米低°这种间作后根系吸收能力的生理变化可能是间作小麦共生期具备生长和养分竞争优势而间作玉米生长和吸收受抑制的另外一个机制。另外，土壤氮浓度也是影响单位根长吸氮速率的主要因素，增加拔节期追肥后小麦和玉米的单位根长吸氮速率分别增加和。而共生期间作小麦根系能够获取并耗竭玉米区域的氮养分，这可

7、能是小麦单位根长吸氮速率具有间作优势而和玉米则被抑制的直接原因。增施氮肥使小麦收获后间作玉米的根长密度显著降低而低氮和常规施氮时玉米能够扩大根系的横向分布并占据玉米本身和小麦带所有土壤空间，这可能是间作玉米能够进行恢复生长的基础。土壤无机氮浓度和植物地上部氮浓度共同影响这一过程。另外，小麦收获后间作玉米单位根长吸氮速率显著高于单作，是单作玉米的倍，这可能是间作玉米生长和养分吸收能够快速恢复的主要机制。水分竞争是共生期间作玉米根系受限而小麦横向扩展的主要原因。增加共生期灌水（次）减少间作小麦的根系分布，最大仅扩展至距小麦行处，

8、同时其小麦和玉米区域的根长密度仅为灌溉次的和。间作玉米在灌溉次时根系侧向分布限于距玉米植株以内，而增加灌水后能最大扩展至距玉米植株，根长密度也显著增加。另外，小麦根系对于土壤含水量的变化更敏感，证明面对土壤含水量变化，小麦根系拥有比玉米根系更强的可塑性。小麦和玉米同时播种时竞争力仍然强于玉