土壤水变动下冬小麦根、冠生长动态模型的建立及根、冠动态特性分析

为了深入揭示土壤含水量变动对冬小麦根、冠自适应自调节的生理机制的影响，本文采用两年不同含水量处理的温室冬小麦试验数据，从植株整体角度，研究了土壤含水量变动对根、冠的生长动态以及二者作用关系的影响；在此基础上，采用系统动力学原理，建立了土壤含水量变动条件下的冬小麦根、冠生长的动态模型，并以此模型为基础进行了冬小麦根、冠生长过程的定性分析。 本文所用试验数据：1999年的管栽试验和2000年的盆栽试验数据。具体结论如下： 1．无论土壤含水量如何变化，冬小麦根、冠生物量累积的总体趋势总是遵循“慢—快—慢”的生长轨迹，而土壤含水量仅使此生长过程线的坡度、陡度出现差异，从而使最大根重的出现时间和最大根重的持续时间发生改变。 2．水分胁迫对根、冠生长的影响是多途径，多因素的。任何生育期遭受水分胁迫的根、冠生长状况均为前一个生育期已形成的基础、此生育期的环境响应以及前一个生育期环境效应的滞后作用的综合结果。 3．苗期、分蘖期和拔节期土壤含水量变化对冬小麦根、冠生长的影响共同说明分蘖期之前适当的水分亏缺和拔节期充足的供水量将有利于促进冬小麦前期长根后期长冠的遗传特性的体现；而苗期充足供水，分蘖期或拔节期胁迫处理的环境变化将抑制营养生长期根系优先生长的特性，导致复水后，生殖生长期间植株为维持根系的生长而抑制生育后期冠的生长。 4．起始于不同生育期，持续相同时期的胁迫处理对冬小麦根、冠的影响表现为：在胁迫期内，胁迫发生越早，对根、冠的抑制越小，生长速率的下降越不明显；当复水后，除拔节期遭受重度胁迫后复水的处理外，其它复水处理的补偿生长量基本随胁迫发生时间的推迟而减小。各处理在全生育期的最大根重表现为：中度胁迫大于重度胁迫，短期胁迫大于长期胁迫；最大根重的持续时间为：中度胁迫大于重度胁迫。这导致成熟期冠重表现出短期胁迫大于长期胁迫，中度胁迫大于重度胁迫。 5．在胁迫期间，根、冠遭受的胁迫强度随着胁迫发生时间的推迟而增强；而且水分胁迫对冠的胁迫强度大于对根的胁迫。比较不同生育期水分胁迫对根、冠的胁迫强度体现出拔节期根、冠对水分变化均最敏感。当解除胁迫后，胁迫后效应对根的胁迫强度表现为短期胁迫大于长期胁迫，对冠的胁迫强度随胁迫时间的推迟而增强，且拔节期开始胁迫的胁迫后效应强度也最大。 6．起始于相同生育期持续不同时期的胁迫处理对根冠关系的影响表明：在胁迫过程中，随着胁迫程度的增大，根重占有量增大，冠重占有量减小；随胁迫持续时间的延长，根重占有量增大；维持较大根冠比的时间延长。当解除胁迫后，复水时间越早，生育后期根重占有量越小，冠重占有量越大。尽管如此，土壤含水量的变化不会改变全生育期内根冠比呈现下降的总趋势。 7．相同生育阶段不同水分处理条件下的根冠关系表明：苗期充足的供水使全生育期根重占有量小于苗期受胁迫处理的根重占有量；冠重占有量则以孕穗期为界，前期冠重占有量随土壤含水量的增加而增大，后期随苗期含水量的增大而减小；：时，苗期适当缺水也有利于维持一个前期较大而后期较小的根冠比。在此根、冠生物量累积基础的前提下，拔节期充足的土壤含水量促使根重占有量降低，而冠重占有量增大；此生育期缺水则以减小冠重占有量为代价增大根重占 中国农业大学博士学位论文 中文摘要 一 有量。当再次复水处理时，根、冠的生长得到促进，而且根重占有量继续增加，相应的冠重占有 量减小。从苗期开始遭受重度胁迫处理的根冠比小于苗期充足供水后期重度胁迫处理的对应值； 生育后期重度胁迫拔节期复水的根冠比最小。 8．不同生育期复水对根、冠生物量增量的变化表明分率期、拔节期复水处理将以增加根、 冠生物量的方式促进根、冠的共同生长；而开花期复水处理则以减小根系衰老的方式实现冠重的 累积，且在此三个生育期内，拔节期复水对根、冠的促进作用最大，开花期次之，分桑期最小。 9．冬小麦根冠比与叶片水分利用率的关系表明：在分率期，根冠比越大越有利于叶片水 分利用率的提高；在生殖生长阶段和拔节期，叶片水分利用率与根冠比呈典型的反比例关系，即 根冠比越大，叶片水分利用率越小；三叶期的根冠比与水分利用率的变化不受土壤含水量的影响。 10．在不同水分处理条件下的冬小麦叶片水分利用率的变化表明叶片水分利用率的变化在 全生育过程遵循一种生育前、后期较低，中间较高的倒“V’字型；结合分美期、拔节期根冠比与 叶片水分利用率的变化关系，说明在生产中实施控两边保中间（即分率期及分费期之前和开花后 期控制供水量：拔节期保证充分供水）的灌溉措施是可行的。 门．在试验的基础上，本文建立了土壤含水量变动条件下的冬小麦根、冠生长的动态模型。 模型中的参数具有明确的生物学意义，且所求的参数能够体现出不同含水量影响下的根、冠自身 以及根冠间相互作用的关系。运用该模型对实测根、冠的生长进行模拟，模拟值与实测值的相关 性经置信水平为1％的F分布检验，呈显著