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根土界面是土壤水分和养分进入植物体内的主要通道，根系是根土界面的核心内容与物质基础，其分布与功能直接或间接地影响着地上部生长以及整个植株的生存和发展。在作物赖以生存的农田土壤环境中，水肥是对作物根系影响最经常、也是最易被人工调控的因素。棉花是我国干旱区绿洲农业最重要的经济作物，研究通过改进灌溉技术和施肥方式，变动根土界面水肥状况及其在剖面的分布，以优化棉花根系形态与结构，调节生理特性，增强棉株对水肥的吸收能力，提高利用效率，对干旱区棉花大面积节水高产高效栽培具有重要意义。本研究在管栽条件下，从根域容积与滴灌深度两方面入手，设置不同的水氮用量，采用膜下滴灌随水施肥技术模式，研究了棉花根系生长空间受限条件下植株形态与生理的适应性变化及与产量形成的关系；同时进行大田试验，研究了不同产量水平下棉花根系形态生理及叶片生理特性的变化趋势；在综合研究的基础上，探讨了改变根系生长环境对根系形态生理的影响及与地上部生长发育的关系。主要研究内容与结果如下：1、研究了根域限制条件下不同水氮供应量对棉花根系形态特征的影响。根域限制条件下，棉花各土层根系根表面积指数（RAI）、根长密度（RLD）、根体积密度（RVD）、根质量密度（RMD）、根系生物量与根冠比均低于对照。不同水氮处理间上述各参数均表现为W0N0（水氮亏缺）＞W1N0（氮素亏缺）＞W0N1（水分亏缺）＞W1N1（水氮适量），根域限制与水氮供应均使各土层根量减少。2、研究了根域限制条件下不同水氮供应量对棉花根系生理活性的影响。根域限制条件下，根系抗氧化保护酶系（SOD、POD、CAT）活性均显著低于对照。水氮供应能有效调节根系生理特性，不同水氮处理间棉花根系抗氧化保护酶系活性表现为W1N1＞W0N1＞W1N0＞W0N0。在棉花根系生长受限条件下，优化生育期间水氮供应，可以增强根系抗氧化保护酶系活性，延缓根系衰老。3、研究了根域限制条件下不同水氮供应量对棉花叶片生理特性及产量的影响。与对照相比，相同水氮供应条件下，根域限制处理棉花从开花期至盛絮期叶片抗氧化保护酶系（SOD、POD、CAT）活性、叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和光化学猝灭系数（qp）均显著降低，但潜在最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ΦPSII）未受到影响；盛花期和盛絮期根系生物量均显著降低，但地上部生物量、蕾铃生物量及籽棉产量均显著高于对照。根域限制条件下适量水氮供应处理的地上部生物量和蕾铃生物量均显著增加，最终单株铃数、单铃重和籽棉产量均显著高于其它处理。棉花根域容积受限条件下，通过优化生育期水氮供应，可以改善叶片光合性能、增加地上部干物质积累量及其向生殖器官分配比例。4、研究了不同灌溉深度条件下不同水氮供应量对棉花根系形态特征的影响。0-40cm土层根系RVD、RMD、RAI与RLD均表现为CK（地表滴灌）＞H0（滴灌深为地下20cm）＞H1（滴灌深为地下40cm），而在40-80cm与80-120cm土层，上述各参数均表现为CK＜H0＜H1。水氮供应显著（P<0.05）减小根量，不同水氮处理间根系各形态参数、根系生物量与根冠比均表现为W0N0＞W1N0＞W0N1＞W1N1。在土壤上层（0-40cm土层），随滴灌深度的增加及水氮供应均使根量减小，其中滴灌深度是主效因子。在灌溉深度下的各土层，水氮供应是根量减小的主效因子。5、研究了不同灌溉深度条件下不同水氮供应量对棉花根系生理特性的影响。不同灌溉深度间各土层根系抗氧化保护酶系（SOD、POD与CAT）活性均表现为H0＞CK＞H1，不同水氮供应间均表现为W1N1＞W0N1＞W1N0＞W0N0。表明地下浅层滴灌与水氮供应均有助于提高根系抗氧化保护酶系活性，从整体上能延缓根系衰老。水氮供应是决定根系保护酶系活性的主效因子，适度水氮供应（W1N1）配合灌溉深度20cm（H0）处理下根系保护酶系活性最高。6、研究了不同灌溉深度条件下不同水氮供应量对棉花叶片生理特性及产量的影响。灌溉深度、水氮处理对棉花叶片抗氧化保护酶系（SOD、POD与CAT）活性、叶片气体交换参数（Pn、Gs）、叶绿素荧光参数（Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP）的影响与根系保护酶系活性的影响结果一致，灌溉深度与水氮供应的具有互作效应。植株地上部生物量与产量在各处理间表现均与Pn相同；而根系生物量、根冠比的表现与之相反。表明浅层滴灌配合适宜的水氮运筹有利于协调棉花植株地上部与地下部生长、缓解营养生长与生殖生长之间的矛盾，使资源达到最优化。7、研究了不同产量水平条件下大田棉花根系生长发育特性。在规模化种植的膜下滴灌棉田，随产量水平的提高，全土层RLD、RAI、RVD与RMD降低；根系与叶片抗氧化保护酶系（SOD、POD与CAT）及硝酸还原酶（NR）活性均随产量水平提高而增加；根冠比和根系生物量随产量水平的提高而降低，而地上部生物量、产量各构成因子均随产量水平提高而增加。在产量水平较高的棉田，根冠比降低与根系生理活性增强均能促进地上部的生长发育，优化产量结构与形成，最终提高产量。结合管栽试验与大田试验结果，综合分析棉花根系形态生理特征与地上部生物量及产量的关系，认为在干旱区膜下滴灌条件下，棉花产量水平提高，需要较高的地上部生物产量，但不一定需要较大的根系生长，根系适度缩小，可以降低根系冗余。从本文结果来看，大田棉花的根冠比以0.21-0.32为宜。通过膜下滴灌水肥调控，控制根系大小，提高根系生理（SOD、POD、CAT与NR）活性可作为棉花高产栽培的主攻方向，也是棉花品种遗传改良的根系形态与生理选择指标。