麦秸集中沟埋还田下水稻根系特征及其与养分吸收利用的关系

Ditch-buried wheat straw returning (DBSR) is a new tillage technique for solving the problems of increasing crop residue and carbon sequestration under continuous returning of wheat straw. However, the effects of DBSR on the root characteristics and their relationships with nutrient absorption and utilization in rice remain unclear. With equal straw incorporation as control, the project is designed to investigate: (1) effect of the DBSR with different burial amounts and different burial depths on the characteristics of morphology (root number, length, weight, surface area and ultrastructure of root tip cells) and physiology (root oxidation activity, total and active absorption area, hormone contents in roots, the contents of organic acids, amino acids in root bleedings ) of rice at the main growth stages (mid-tillering, panicle initiation, heading, milky and maturity); (2) the characteristics of growth and development (tillers, plant height, dry matter accumulation, photosynthetic performance) and absorption and utilization of nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K) of rice at the main growth stages and their relationships with root morphology and physiology under the DBSR; and (3) effects of water and nitrogen management on root morphology and physiology and nutrient absorption and utilization Under the DBSR. This study is expected to elucidate the effects of DBSR on the morphological and physiological characteristics of rice roots and their relationships with nutrient absorption and utilization and put forward the cultivation approaches to enhance nutrient absorption and utilization efficiency through regulating root morphology and physiology of rice.

麦秸集中沟埋还田是为解决秸秆还田量不断增加、土壤碳汇作用受限等问题而提出的一种土壤耕作新方法。但有关麦秸沟埋还田对水稻根系特征的影响及其与养分吸收利用的关系尚不清楚。本项目拟以麦秸均匀翻压还田为对照，研究：（1）麦秸沟埋不同还田量和沟埋深度对水稻主要生育期（分蘖期、穗分化期、抽穗期、乳熟期和成熟期）根系形态（根数、根长、根重、根表面积和根尖超微结构）和生理（根系氧化力、总吸收表面积和活跃吸收表面积、激素含量、伤流液中有机酸、氨基酸浓度等）的影响；（2）沟埋还田水稻地上部生物学特性（分蘖数、株高、干物质、光合速率等）和氮、磷、钾等养分吸收利用特征及其与根系形态生理的关系；（3）水、氮管理对麦秸沟埋还田水稻根系特征和养分吸收利用的调控作用。阐明秸秆沟埋还田水稻根系形态生理特征及其与养分吸收利用的关系，提出通过调控根系形态生理来促进沟埋还田水稻生长发育和养分吸收利用的栽培途径。

麦秸集中沟埋还田是为解决秸秆还田量不断增加、土壤碳汇作用受限等问题而提出的一种土壤耕作新方法。但有关沟埋还田对水稻根系特征的影响及其与养分吸收利用的关系不清楚。 首先，本项目以不还田为对照，设置20cm、30cm、40cm三种沟深，研究沟埋还田水稻的根系特征及其与产量关系。结果表明，沟深20cm下位于草沟上方的水稻的地上部和根干物质积累在生育前期低于其他位置（距沟20cm、40cm、60cm、80cm和100cm），但沟深30cm和40cm下位于草沟上方的水稻在分蘖期的地上部和根干重与其他位置无显著差异，而在穗分化期和抽穗期较其他位置增加更多的干物质积累，在灌浆期也有更高的根系活性。从整体上来看，沟深30cm的水稻在生育前期的地上部和根系干物质积累与对照无显著差异，但显著提高了灌浆期根干重、根系活性和剑叶光合速率，增加了抽穗至成熟期干物质积累，较对照增产4.8%。在此基础上，以麦秸不还田和翻压还田为对照，进一步研究氮肥水平对沟埋还田水稻根系特征的调控及其与养分吸收利用的关系。结果表明，各处理的根长、根干重以及根系中Z+ZR的含量在抽穗前均随着施氮量增加显著增加，但在灌浆期，各处理对氮肥的响应则有所不同。不还田水稻的根干重、根系氧化力以及Z+ZR含量在高氮水平（360kg/hm2）下随着灌浆进程迅速下降，在灌浆后期与中氮水平（240kg/hm2）无显著差异甚至略有降低，但沟埋还田在相同氮肥水平较不还田均有更高的根系活性。另外，与不还田相比，沟埋还田提高了高效叶面积指数和剑叶光合速率，促进了同化物的运转，增加了总干物质重，并提高了水稻产量和氮、磷、钾等养分的吸收，尤以高氮水平下差异最为显著。相关分析也表明，灌浆期的根系形态生理特征与产量、干物质积累、叶面积、剑叶光合速率以及养分的吸收呈显著正相关。因此采用沟埋还田技术时可推荐适当增加氮肥用量。另外，本项目也发现，沟埋还田与翻压还田在产量、养分吸收与积累以及根系形态生理特征均无显著性差异。