دانلود ترجمه مقاله تنوع در ساختمان ریشه می تواند راندمان مصرف آب گیاه را توضیح دهد – الزویر ۲۰۱۵

تنوع در ساختمان ریشه می تواند راندمان مصرف آب گیاه را توضیح دهد؟ مطالعه مدلسازی

Can diversity in root architecture explain plant water use efficiency? A modeling study

چکیده

۱-مقدمه

۲-مواد و روش ها

۲-۱ مدل رشد ریشه

۲-۲ مدل آب خاک

۲-۳ ترکیب مدل ها

۲-۴ سناریو های شبیه سازی

۲-۴-۱ پارامتر های مدل رشد ریشه

۲-۴-۲ پارامتر های مدل آب خاک

۲-۴-۳ شرایط مرزی مدل آب خاک

۲-۵ تحلیل آماری

۳- نتایج

۳-۱ ساختار و عملکرد تشابه سیستم ریشه ای

۳-۲ صفات ساختاری برای عملکرد ریشه: عمق در برابر تراکم

۳-۳ هیدرولوژیکی عرضه و ذخیره نیازمند سیستم های ریشه ای اختصاصی است

۴- بحث

۴-۱ مدل سازی ریشه برای تحلیل اکوهیدرولوژیکی

۴-۲ طبقه بندی ریشه: پیش بینی عملکرد از تشابه ساختاری؟

۴-۳ سیستم های ریشه

۵-نتیجه گیری

چکیده

تنش خشکی یک عامل محدود کننده غالب و مهم در تولید گیاهان محسوب می شود. اصلاح گیاهان زراعی با سیستم های ریشه سازگار برای جذب موثر آب یک راهبرد جدید برای افزایش مقاومت به خشکی گیاهان زراعی است. به دلیل فعل و انفعال و اثر متقابل پیچیده بین صفات ریشه و تنوع بالای شرایط هیدرولوژیکی، مدل سازی، اطلاعات مهمی را برای انتخاب ( به گزینی) مبتنی بر صفات ارایه می کند. در این مطالعه ما از یک مدل ساختار ( معماری) ریشه همراه با مدل هیدرولوژیکی خاک برای تجزیه تحلیل این که آیا یک الگوی سیستم ریشه ای سازگار به خشکی وجود دارد یا خیر و این که آیا کارایی مصرف سیستم ریشه تابعی از شرایط هیدرولوژیکی خاص است یا خیر. این کار با مدل سازی تعرق ۴۸ ساختار ریشه در ۱۶ سناریوی خشکی با بافت خاک ، متفاوت، توزیع بارندگی متفاوت و دسترسی به رطوبت اولیه خاک انجام شد. نتایج نشان داد که کارایی جذب آب ساختار ریشه به شدت بستگی به سناریوی هیدرولوژیکی دارد. حتی سیستم ریشه ای متراکم و عمیق از نظر حذب آب در همه سناریو های هیدرولوژیکی برتری ندارند. نتایج ما نشان می دهد که توصیف ساختاری و معماری محض برای یافتن سیستم های ریشه با عملکرد بهینه ناکافی است. نتایج نشان داد که در محیط های با بارندگی کافی قبل از فصل رشد، عمق ریشه بیانگر یک صفت کلیدی برای بررسی آبذخیره شده به خصوص در خاک های ریزبافت است. تراکم ریشه، به خصوص در نزدیکی سطح خاک، مناسب ترین صفت برای بهره برداری از صفت خاک است به خصوص زمانی که عرضه آب گیاه از طریق رویداد های بارندگی در توسعه سیستم ریشه باشد. به این ترتیب می توان نتیجه گرفت که اصلاح ریشه مبتنی بر صفت بایستی سیستم ریشه ای با سازگاری خاص با هیدرولوژی محیط هدف را در نظر بگیرد.

۵-نتیجه گیری
کارایی جذب اب ریشه یکی از صفات سازگاری اختصاصی گیاهان است که مستلزم وجود ویژگی های ساختاری متمایزی است. هیچ گونه الگوی ریشه ای منحصر به فردی برای اکوسیستم های نیمه خشک به جز سیستم ریشه ای عمیق و متراکم وجود ندارد. این ریشه ها قادر به جذب اب قابل دسترس خاک بوده و موجب افزایش نرخ تعرق شده و در عین حال نیازمند استفاده زیاد از بیوماس هستند که بر عملکرد اثر دارد. یک قاعده اصلاح گیاهان که از مطالعات مدل سازی حاصل شده است این است که با افزایش وابستگی ذخیره ای به محیط هدف، اهمیت ریشه های عمیق بیشتر می شود. سیستم ریشه ای موثر با تراکم کافی در لایه های سطحی خاک و نیز جذب عناصر مغذی بهینه امکان دست یابی به نتایج مطلوب تر را می دهد
مقیاس ساختار های ریشه بر اساس معادلات یک بعدی دینامیک امکان دست یابی به اطلاعات ساختاری مرتبط مورد نیاز را برای گونه های مقاوم به خشکی را می دهد ضمن این که موجب حفظ کارایی مدل برای تحلیل های چند مکانی و چند ژنوتیپی می شود. این کاربرد اکوهیدرولوژیکی مدل های ساختاری ریشه یک مسیر مهم برای افزایش درک ما از بر هم کنش های گیاه- محیط بوده و موجب تقویت تمایش فرایند های فیزیولوژیکی در مدل های فعلی می شود. در فراتر از ساختار ریشه ای هیدرولیک و هیدرولوژی محل، توسعه بیشتر مدل برای ارزیابی کارایی جذب اب گیاه بایستی سیستم خلل وفرج پیچیده و پویای خاک را در نظربگیرد.

Abstract

Drought stress is a dominant constraint to crop production. Breeding crops with adapted root systems for effective uptake of water represents a novel strategy to increase crop drought resistance. Due to complex interaction between root traits and high diversity of hydrological conditions, modeling provides important information for trait based selection. In this work we use a root architecture model combined with a soil-hydrological model to analyze whether there is a root system ideotype of general adaptation to drought or water uptake efficiency of root systems is a function of specific hydrological conditions. This was done by modeling transpiration of 48 root architectures in 16 drought scenarios with distinct soil textures, rainfall distributions, and initial soil moisture availability. We find that the efficiency in water uptake of root architecture is strictly dependent on the hydrological scenario. Even dense and deep root systems are not superior in water uptake under all hydrological scenarios. Our results demonstrate that mere architectural description is insufficient to find root systems of optimum functionality. We find that in environments with sufficient rainfall before the growing season, root depth represents the key trait for the exploration of stored water, especially in fine soils. Root density, instead, especially near the soil surface, becomes the most relevant trait for exploiting soil moisture when plant water supply is mainly provided by rainfall events during the root system development. We therefore concluded that trait based root breeding has to consider root systems with specific adaptation to the hydrology of the target environment.

۵٫ Conclusions

Root uptake efficiency is a trait of specific plant adaptation involving distinct root structural features. There is no unique root ideotype for semiarid ecosystems, except for the extreme case of very dense and deep root systems. These are able to exploit all available soil water assuring high transpiration rates, but require a massive use of biomass that could affect the yield. A breeding rule that can be achieved from our modeling study is that with increasing storage dependence of a target environment, there is an increasing importance of achieving deep rooted crops. Instead, an exploitative root system with sufficient density in the surficial soil layers, optimal as well for non-mobile nutrient uptake, fits better in a supply driven environment, where plant water supply is mainly driven by in-season rainfalls.

Scaling of root architectures toward dynamic 1D sink terms allows to infer on relevant root structural traits required for drought resistant crops, while conserving modeling efficiency necessary to perform multi-location and multi-genotype analyses. Such ecohydrological application of root architecture models is therefore an important path to increase our understanding of plant–environment interactions and has to go along with the strengthening of physiological process representation in the current models. Beyond site hydrology and hydraulic root architecture, further model development for the assessment of plant water uptake efficiency should also take into account the dynamic and complex soil pore system.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تنوع در ساختمان ریشه می تواند راندمان مصرف آب گیاه را توضیح دهد؟ مطالعه مدلسازی

Can diversity in root architecture explain plant water use efficiency? A modeling study