中文摘要：

植物对环境有很强的适应性，通过自身调节，根系对水分、养分非均匀供应有一定的补偿能力。如何调控植物与土壤环境的相互作用，充分挖掘植物自身对水分、养分等环境因子的适应潜力，以期达到水分、养分高效利用，作物稳产高产，是近年来广为关注的热点问题。项目以玉米为研究对象，采用分根方法，通过水培和田间生物试验，在局部供应水分和氮素的条件下，从处在不同环境根系生长与吸收功能的差异，揭示根系补偿效应的动态变化及其影响因素；探索植物生长调控物质细胞分裂素CK和NO3-的变化特征及其与根系补偿效应间的关系；揭示作物根系对水分、氮素局部供应的交叉适应性及其生理机制。同时，将氮肥施用方式与局部灌水结合起来，从作物根系生长分布、水氮吸收利用以及产量形成等方面，探索最大发挥根系补偿作用、提高资源利用效率的水肥调控措施，为水肥综合高效利用寻求更为有效的途径。

结论摘要：

如何调控植物与土壤的相互作用，充分挖掘其自身对水分、养分等环境的适应潜力，以期达到资源高效利用，作物稳产高产，是近年来广为关注的热点问题。项目以玉米为研究对象，采用分根方法，通过水培试验、土培试验及田间试验，在局部供应水、氮条件下，对各根区根系的生长分布、吸收功能、土-根系统水分传导、细胞分裂素（CKs）、抗氧化防御系统及作物水、氮利用等进行了系统研究，取得以下重要结果（1）发现可有效刺激正常供水区根系吸水及生长补偿效应的局部临界胁迫强度≦-0.4MPa，且补偿效应大小与胁迫强度、前期植物水分状况和恢复供应时间有关。（2）探明了局部氮素胁迫诱导根系补偿效应的动态变化及影响因素。1mM的中度和局部不供氮的重度胁迫可在一定时间内刺激供应区根系吸水补偿效应，且胁迫强度增大，补偿效应出现越迟；2mM胁迫时根系吸水补偿作用仅在前期胁迫后发生，而根系生长补偿效应始终存在；前期胁迫较正常供应也更有利于刺激根系生长补偿效应。（3）揭示了灌水区根系吸水对局部供水始终保持显著的补偿效应；交替灌水不仅可刺激供水区根系生长补偿效应，对恢复供水区也有补偿作用。（4）探明了局部供氮和交替灌溉对内源激素和抗氧化防御系统的影响，揭示了补偿作用的生理机制。局部供氮促使根中内源CKs含量增加，供氮区根系合成的CKs通过向非供应区及地上部转运，使其CKs含量降至最佳水平。交替灌水下在适度水分胁迫期间根中过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性增强，复水后降低，且根系和叶片丙二醛含量始终较低，脯氨酸含量较高，为维持作物正常生理活动以提供根系补偿生长所需同化物积累奠定了基础。（5）揭示了局部灌水施氮条件下作物根系的生长分布动态。交替灌水、交替施氮下根系在土壤表层（0-20cm）以下分布增加，植株两侧分布均衡，也可维持较其他方式更多的根量；交替灌水-均匀施氮（AI-CN）和交替灌水-交替施氮（AI-AN）下玉米可在较长时间内维持较大根量，且深层根系分布均衡增加。（6）探明了交替灌水、施氮提高玉米产量和水肥利用的潜力。玉米在AI-CN下可获得产量10765kg/ha，水分、氮素利用效率分别达2.6kg/m3和51.3kg/kg；AI-AN也可在减少灌水和施肥劳动量的同时获得同一产量和水、氮利用效率。以上结论为充分挖掘植物自身对环境因子适应潜力，实现水分、养分高效利用和作物稳产高产，维农业可持续发展提供了理论支撑。