生物炭对新疆棉花根系特性及养分吸收的影响研究

In recent years, biochar is a research focus in the soil, which can improve soil obstacle structure, promote growing development of crop and increase yield. Plant root, is an important organ absorbing water and nutrients, and is one of the important contributors to yield formation as well as take advantage of soil nutrients, and the morphology and physiological activity of it is influenced by environmental and genetic. In our preliminary experiment, soil with biochar can influenced on cotton root, and then the cotton growth and yield. However, how the biochar influenced morphology and physiological activity on cotton root? Therefore, We use biochar made of cotton stalk, Gray Desert Soil-cotton system as objects, through technology of scanning living root and combined soil coring method with analysis of computer image, study on the characteristic change of root with different usage of biochar.We also attempt to definite the effect of dynamic change of root properties and use of nutrients in cotton growth processing with biochar, through monitor the physical and chemical index and nutrient uptake of cotton root and plant in different periods.The results can provide theoretical foundation for scientific use of cotton stalk and reasonable control technology of root.

生物炭的施用能够有效改善土壤的障碍性结构，促进作物生长，提高作物产量。根系是吸收水分和养分的主要器官，是产量形成的重要贡献者和土壤养分的充分利用者，根系形态和生理活性的发挥受环境和基因的共同影响。申请者前期试验发现，土壤中施入生物炭对棉花根系产生影响，进而影响棉花的生长发育及产量，但对棉花根系形态特征及生理特性的影响是什么？尚不清楚。为此，本项目以棉花秸秆炭化的棉秆炭为材料，以灰漠土-棉花种植体系为研究对象，通过根系活体扫描、根钻法与计算机图像分析相结合的方法，研究不同用量棉秆炭输入条件下，棉花根系特性（形态特征、生理特性）的变化特征；通过对不同时期棉花根系及植株生理、化学指标和养分吸收量的监测，明确不同用量的棉秆炭对棉花生长过程中根系特性的动态变化及养分吸收利用的影响，为棉杆炭科学使用、合理根系调控技术构建提供理论依据。

生物炭能够有效改善改善土壤结构，提高作物产量，而必然引起作物根系特性以及生理活性的变化，开展棉秆炭对棉花根系形态特征、生理活性的影响作用及其与养分吸收间的作用关系等三方面内容研究，研究得出：1）棉杆炭改变了细根和极细根的分枝角度（向地性），提高了棉花细根根长、根表面积和根体积，与NPK处理相比分别提高了7.80%-32.60%、100.00%-111.11%和83.87%-129.03%，降低了棉花中根、粗根的根长；2）田间试验条件下，棉杆炭提高了棉花根系中CAT，相比NPK处理，提高了194%-423%；盆栽试验中，5%棉杆炭配施减氮20%极细根IAA、CK、SA以及细根SA和ABA含量显著增加；其次，棉杆炭配施减氮根系衰老延迟2-14d，死亡率降低3.7%-9.0%；3）2%和5%棉杆炭配施减氮20%，维管束直径增大，12%棉杆炭配施常规施肥维根比减小；棉杆炭处理下皮层厚度呈显著或极显著减小趋势；细根维管束直径普遍增加，其中5%棉杆炭处理效果最佳；2%和12%棉杆炭处理皮层比例显著增加；棉杆炭对极细根木质部类型的影响较弱，而较强烈影响细根木质部发育；高通量测序分析显示棉杆炭配施减氮20%，根系GDU3、APY、CYC显著上调而AP2显著下调，生物炭配施减氮延长了细胞增殖周期；4）2%和5%的棉杆炭添加配施减氮20%处理，0-10cm土层极细根NR、GOGAT、GPT、GDH活性增加，细根的变化较小；另外，极细根中多个氮代谢相关的转录因子AMT1;1、AMT1;2、gdh2 和 gdh3 均上调，提高了棉花幼苗氮素同化效率；5）棉杆炭添加提高了棉花各器官对氮素的吸收，不同棉杆炭添加量处理间以及较少氮素投入条件下，棉花各器官对氮素的吸收存在不同。研究结果将为制定合理的根系调控技术和棉花增产机理提供理论依据和生产实践指导。