套作大豆高效利用水分的生理机理研究

As the growth of global population, increase of food demand, it becomes the global focus how to coordinate the problem of food production and insufficient access to water resources. Maize-soybean relay strip intercropping as an effective model to improve land utilization, increase food production, it is also an effective way to reduce amount of water usage, but the physiological mechanisms on water use efficiency are unclear. The results in the past two years showed that soybean under the intercropping system had a higher water use efficiency during progressive soil drying, there were significant differences in characteristics of root-sourced signals. Based on the research results we will study soil moisture on the two-dimensional space and its dynamic variation rules in well irrigation condition under sole cropping system and relay strip intercropping system, and their effects on soybean root morphological development characteristics and root-sourced signals characteristics. Through the studies, we want to clarify relationships between two-dimensional distribution of soybean roots and two-dimensional distribution of soil moisture in maize and soybean relay strip intercropping system. Physiological mechanisms on water use efficiency in soybean will be revealed. The results will provide evidences to increase water use efficiency in multiple cropping systems and bring theoretical and technical support for achieving water-saving target by physiological regulation and population adaption.

全球人口增长，粮食需求增加，如何协调粮食生产与水资源不足的矛盾成为全球关注的焦点。玉米大豆套作模式作为提高土地利用率，增加粮食总产的有效途径，生物节水潜力大，但其水分高效利用生理机理尚不明确。前期研究结果表明，随土壤含水量降低套作大豆较净作大豆具有更高的水分利用效率，根源信号特征也存在显著差异。本研究拟在此基础上以净作与套作大豆为研究对象，在正常灌溉条件下，研究大豆根系二维空间分布特征、根源信号特征对土壤水分空间分布与动态变化规律的响应，以及根源信号特征变化对植株蒸腾的影响。通过本项目研究，以阐明套作大豆水分高效利用的生理机理，为提高间套多熟种植体系农田水分利用效率提供参考，为利用生理调控与群体适应途径实现节水目标提供理论与技术支撑。

全球人口增长，粮食需求增加，如何协调粮食生产与水资源不足的矛盾成为全球关注的焦点。玉米大豆套作模式作为提高土地利用率，增加粮食总产的有效途径，生物节水潜力大，但其水分高效利用生理机理尚不明确。本项目设置1.6m和2.0m带宽下不同玉米窄行行距，从玉豆带状套作系统田间降雨再分配、土壤蒸发、土壤水分变化、群体产量及水分利用率出发，以水分当量比为评价指标，分析了造成土壤含水量分布不均的主要因素为穿透降雨量分布和玉米大豆对土壤水分吸收的差异性。并以此为切入点比较了2.0m带宽下玉米行距以10cm为幅度从20cm变化到70cm的土壤水分含量、水分蒸发量、水分利用率及群体水分利用率的变化规律，结果表明玉米窄行行距为40cm和50cm的处理较净作大豆、净作玉米具有较高的土壤含水量、水分当量比、群体水分利用率。并建议合理降低玉米窄行行距，增加大豆宽行行距是获得适宜水分利用率和土壤水分分布的有效途径。通过遮阳网与玉米植株遮荫，模拟玉米大豆套作光环境，比较干旱逆境胁迫下净套作大豆光合性能参数的变化规律，明确了干旱胁迫下套作大豆叶片光合性能参数的防御策略为增加叶绿素a、叶绿素 b、叶绿素总含量，胡萝卜素含量，降低叶绿素a与叶绿素b的比值，增加对光的捕获与利用，降低干旱胁迫对光合作用原初反应的影响；降低非光化学淬灭系数，增加热耗散，降低反应中心捕获率；增加比叶重，有效地控制水分耗散。通过对不同耐旱性大豆品种苗期异黄酮合成关键酶基因的表达及其在不同部位积累情况的监测，在代谢和转录层次上探讨干旱逆境条件下大豆根源信号物质异黄酮的合成机理，揭示大豆异黄酮代谢生理与其耐逆性间的关系，为进一步研究异黄酮代谢适应干旱胁迫促进水分高效利用的机制奠定了基础。. 本项目研究内容在《South African Journal of Botany》、《应用生态学报》、《干旱地区农业研究》国内外学术期刊上发表相关论文3篇，其中SCI收录论文1篇。项目在玉米大豆带状复合种植模式的土壤水分时空分布研究过程中，形成的“一种集雨器”，已经获得国家实用新型专利授权；在对玉米大豆带状复合种植进行控制性试验过程中，形成的“适用于小型设施农艺研究的可变光谱罩”，也获得国家实用新型专利授权。