【研究背景】干旱胁迫是导致水肥资源利用效率低、抑制根系发育和养分运输、限制玉米生产的主要因素。通过调整水肥管理模式优化根系生长及空间分布、提高养分吸收,对突破干IACS-010759旱限制瓶颈、发展玉米高效生产的资源节约和可持续发展具有重要意义。【材料与方法】本研究以玉米品种嫩单19为试验材料,采用裂区设计,主区分别为不施氮0 kg/ha(N0)、低施氮100 kg/ha(N100)、高施氮300 kg/ha(N300);副区分别为高水分条件(土壤水分保持在田间土壤持水量的(FC)75%～80%,HW)、常规水分条件(FC的65-70%,NW)、中度水分条件(FC的55-60%,MW)和低水分条件(FC的45%～50%,LW)。通过两年盆栽试验研究水肥调控对玉米根系空间分布、植株生长与氧化应激和玉米产量形成的影响。【结果与分析】适宜水氮互作模式对促进玉米根系发育与生长、提高作物干物质积累及产量有显著的影响。与LW相比,NW均显著增加了根长(26%)、根长密度(27%)、根冠比(28%)、根系比表面积(33%)、根直径(18%)和根尖数(23%),同时提升了株高25.9 cm、茎粗3.8 mm及穗位高3.9 cm。与其他水氮互作模式相比,NW-N300能显著提高玉米根系中抗氧化酶及非酶抗氧化物的活性,减轻活性氧积累,增加根系中渗透压活性化学物质的含量。NW较LW的生长素、赤霉素和玉米素核苷分别增加了45%、43%和30%。2020-2021年单株籽粒产量为97.53 g/plant、86.11 g/plant,干物质积累量为44.82 g/plant和38.83 g/plant,其中NW-N300较LW-N300selleck PS-341均分别提高31%、19%、24%和25%。HW下根系生长和发育在氮素水平下也均低于NW,表明水分过多会导致土壤缺氧阻碍根系生长,加速植株衰老,并最终降低产量。2年内根系生长过程中,根系生长参数与脱落酸、钠离子、及活Targeted biopsies性氧均呈强负相关,其中丙二醛含量与玉米根系生长的负相关性较低,但与其他参数呈强负相关,其余均呈正相关(R~2=0.40～0.90, P<0.05),进一步通过AMOS模型分别解释不同水氮互作模式下玉米产量、离子积累、内源激素和ROS变化的94%、89%、94%和91%。【结论】NW-N300对改善半干旱区玉米根系生长及空间分布和提高玉米生产可持续发展的效果最优,增强玉米根系的抗逆能力及其对养分的吸收能力,促进玉米生长和提高产量。NW-N300模式水氮交互作用最强,可作为玉米可持续发展的有效水氮管理策略。