杨树(Populus species)是一种快速生长的乔木,具有极易成活,生长快、树形高大、生物量大、抗性强等特性,是我国“三北”地区的主要造林树种。水分和氮素双重匮乏,是当前制约我国杨树人工林生产力的主要因素。鉴于水分和氮素双重匮乏对于我国杨树人工林生产力的严重限制,围绕杨树耐干旱胁迫和水分利用效率、耐低氮胁迫和氮素营养效率开展了大量研究。但是,氮素对杨树根系对干旱胁迫的耐受能力的研究报道较少。与耕作土壤相比,森林土壤在水平和垂直方向上水分的异质性程度均较高,导致土壤出现水平和垂直方向的局部干旱。但是,关于氮素如何影响和调控杨树对土壤局部干旱的信号响应及干旱耐受能力,目前尚未研究。本论文将研究氮素对土壤局部干旱下杨树根系干旱信号诱导和干旱耐受的影响,阐明土壤局部干旱与氮营养耦合对杨树根系可塑性和耐干旱胁迫的调控模式;这一研究,对于在干旱缺水、低氮困难立地上实现杨树人工林的科学经营和高效培育,增加杨树木材的产量和品质,提升杨树人工林生产力,具有重要的理论指导意义。研究的主要结论如下:(1)单侧灌溉模式下,低氮胁迫可促进干旱侧根区根系数量的增多以及根系的生长获取生长所需要的水分,缓解干旱胁迫带来的损伤。硝态氮能够增加整体干旱土壤下的深层根区根长、根表面积、根尖数和细根长度,通过根系的生长和扩大与土壤的接触面积,增加根系的吸水面积,以缓解整体干旱对杨树的在一定程度的损伤。(2)氮素可降低单侧干旱(单侧灌溉)处理的根系丙二醛在整体干旱水分环境下的含量,同时也降低湿润侧根区在单侧干旱水分环境下的含量,缓解干旱胁迫导致的膜脂过氧化现象。整体干旱水分环境能够加剧表层干旱(深层灌溉)处理的表层根区和深层根区的游离脯氨酸含量,加快膜脂过氧化。施加氮素后,单侧干旱环境促进干旱侧根系NO的积累,减少细胞的损伤,而整体干旱水分环境降低干旱侧根系NO的积累,并且湿润侧根区NO的原因与之相反。(3)供氮下表层干旱和整体干旱水分环境降低表层根系的GR活性,削弱清除活性氧与自由基的能力。在湿润对照水分环境下氮素增加表层根区的抗氧化能力。低氮胁迫下,局部干旱和整体干旱能够通过减少过氧化氢酶的产生进而加剧R侧和L侧根系细胞膜的过氧化,降低根系的抗氧化能力。表层干旱(深层灌溉)模式减少根系APX活性,有可能产生其他物质抵御逆境胁迫;氮素促进湿润条件下深层根区APX的积累,有利于抵抗干旱胁迫。(4)硝态氮提高了表层根系在表层干旱水分环境抵御干旱胁迫的能力;铵态氮促进深层根系在整体干旱水分环境抵御干旱胁迫的能力。硝态氮条件下,单侧干旱水分与整体干旱水分增加L侧(湿润侧)根区的NO含量,降低非生物胁迫带来的影响,以及铵态氮条件下单侧干旱水分增加L侧(湿润侧)根区的NO含量;提高湿润对照水分环境下的深层根区GR活性,提高抗氧化能力。