我国玉米品种更替过程中根系时空分布特性的演变

采用土柱栽培与大田试验相结合的方法,研究了我国20世纪50年代以来生产中大面积推广应用的玉米品种根系时空分布特性。研究指出：玉米根系的生长动态符合水蒸汽压力模型(Vapor Pressure Model),1990s品种根系干物质积累量随生育进程的推进增加迅速,直到成熟期仍维持较高水平,开花后根重持续时间长,且在深层土壤中的优势明显。在深40～100cm土层内根系重量1990s品种分别比1970s品种和1950s品种高出75％和1060％,当代品种根系在深层土壤中所占比率也明显增加;在距离植株0～10cm的水平范围内,当代玉米品种根系分布数量多、比率大。随玉米品种更替根系的空间分布呈“横向紧缩,纵向延伸”的特点。     

松嫩平原不同株型玉米品种根系分布特征比较研究

采用土柱模拟栽培法与大田试验相结合的方法,对松嫩平原不同株型玉米的根系分布特征进行了比较。结果表明,平展型玉米和紧凑型玉米根干重最大值出现的时期不同,二者根干重分别在抽丝后15d和抽丝后30d时达到最大值,成熟时紧凑型玉米根干重比平展型高12．2％,二者根系垂直分布有明显的差异,在20cm以下的根干重比率,平展型玉米在19％以下,而紧凑型玉米高于23％,紧凑型玉米的深层根量较多,在深40～100cm土层内根干重比率比平展型高42．3％,二者的根系水平分布也不同,紧凑型玉米根系水平分布较集中,在距植株0～10cm水平范围内,根系分布比率比平展型玉米高9．6％,紧凑型玉米深层根量较多,水平分布集中,耐密植,是易获得高产的重要原因之一。     

不同抗旱性花生品种的根系形态发育及其对干旱胁迫的响应

为明确不同抗旱性花生品种的根系形态发育特征,探讨其根系形态发育特征对不同土壤水分状况的响应机制,在防雨棚旱池内进行土柱栽培试验,研究抗旱型品种“花育22号”、“唐科8号”和干旱敏感型品种“花育23号”3个不同抗旱性花生品种根系形态发育特征及其对干旱胁迫的响应.结果表明:抗旱型品种根系较发达,具有较大的根系生物量、总根长、总根系表面积.干旱胁迫使抗旱型品种根系总表面积和体积增加,而干旱敏感型品种则相反.干旱胁迫显著增加抗旱型品种“花育22号”20 cm以下土层内根长密度分布比例及根系表面积和体积,但“唐科8号”相应根系性状仅在20-40 cm土层内增加;干旱胁迫使干旱敏感型品种“花育23号”40 cm以下土层内各根系性状升高,但未达显著水平且其深层土壤内各根系性状增加幅度小于“花育22号”.花生根系总长、总表面积及0-20 cm土层内根系性状与产量间呈显著或极显著正相关.土壤水分亏缺条件下,花生主要通过增加深层土壤内根长、根系表面积和体积等形态特性,优化空间分布构型,以调节植株对水分的利用.     

水稻根系生长及其对土壤紧密度的反应

采用筒栽方法研究了杂交稻汕优63和65002在分蘖期,穗分化期,开花期和成熟期根系生长量和垂直分布以及开花期土壤容重对根系生长和分布的影响,结果表明,根系生长量以开花期最高,开花后下降,随生育进展,深层根系（20-45cm)比例提高,分蘖期到穗 分化期是根系重量增长最快,且根系向下生长的主要时期,随耕层以下土壤容重提高,根系生长量下降,同时深层根系比例下降。     

节水栽培冬小麦对下层土壤残留氮素的利用

为了进一步明确华北地区冬小麦-夏玉米种植体系周年氮肥利用效率及其影响因素与机制,试验在大田和原状土柱条件下进行了深层土壤放置15N标记氮肥试验,重点研究节水栽培冬小麦对夏玉米生育期淋洗到下层土壤的氮素利用能力。试验结果表明,大田条件下冬小麦根系空间分布与夏玉米存在明显差异,冬前苗期根系下扎深度可达1.0m,开花期最大根深已经超过2.0m。而且,小麦节水栽培(春季不灌水、春季灌2次水)相对于传统充分灌水模式(春季灌4次水)明显提高了根群中的下层根系比例。大田春不灌水和春灌2水条件下,冬小麦对于100~200cm深层土壤放置的15N标记氮肥均能吸收利用。土柱条件下15N标记氮肥试验进一步验证了春灌2水条件下小麦对深层土壤氮素的吸收作用,并表明植株对100~110cm、120~130cm、140~150cm各层土壤标记15N的回收率分别为16.26%、7.33%和4.38%。研究表明,节水栽培促进冬小麦根系深扎,较多的深层根系增强了小麦对深层土壤氮素的吸收和利用能力,有利于截获夏玉米季淋溶到下层土体的肥料氮,从而可减少肥料氮损失。     

黄土丘陵区不同植被根系数量特征及离散程度

根系的空间分布与植物自身的生物学特性、土壤资源、土壤结构等因素有密切的关系。对黄土丘陵区3种植被类型根系的数量特征及离散程度进行了研究,结果表明:山杨、灌丛和油松林地的根系数量随着根系径级的增加而减少;山杨林地根系最丰富,油松林次之,灌丛地根系数量最少。3种植被根系离散程度随深度的增加有明显的差异,其中灌丛和山杨林根系的离散指数在15cm深处达到最大值,随后又降低,而油松林的变化没有明显规律。无论是表层或是深层,3种植被根系离散指数均小于1,说明植被根系在土壤中呈聚集分布。在土壤相对均质的黄土地区,根系的空间聚集分布可能是根系的固有特性。     

土石山区不同植物土壤水分利用方式对降雨的响应特征

植物的水分利用特征对浅层土石山区的植被恢复具有重要意义.本研究利用稳定同位素技术,通过采集降雨后丹江鹦鹉沟小流域侧柏和玉米的植物样及其植物根系周围的土壤样品,分析其氧稳定同位素特征,研究土石山区侧柏和玉米两种不同植物的土壤水分利用方式对降雨的响应特征.结果表明: 侧柏和玉米的土壤水分利用方式对降雨存在不同的响应特征.侧柏根系主要利用10～30 cm土层的土壤水分,而玉米主要利用0～20 cm土层的土壤水分.降雨量由29 mm减少至8 mm时,侧柏根系的主要吸水深度由20～30 cm减小到10～20 cm,玉米根系的主要吸水深度由10～20 cm转换为0～20 cm.降雨减少时,侧柏根系吸水的主要深度均由深层土壤向浅层土壤移动,而玉米的主要吸水深度由10～20 cm增加为0～20 cm.侧柏和玉米根系的土壤水分利用方式对降雨的响应特征较为明显.     

不同紫花苜蓿品种根系发育能力的研究

研究了12个国内外紫化苜蓿品种在渭北旱塬丘陵沟壑区根系的发育能力。结果表明,根系生物量、根系体积、侧根数在不同紫花苜蓿品种间差异显,在土壤中从表层到深层逐渐递减;侧根的发生部化受不同深度土壤含水量的影响。占0～50cm土层根系生物量66．5％的根系集中分布在0～20cm土层中。而侧根发生的主要部位在0～20cm的主根段,40cm以下没有侧根发生。通过聚类分析,可把12个紫花苜蓿品种分为3类,其中WL-323ML、两香、苜蓿王、巨人在渭北呈塬丘陵沟壑区根系发育好,具有较强的根系发育能力。     

苜蓿茬不同种植年限玉米根系生理特性及其产量

以7龄紫花苜蓿地为前茬,连续4年采用同一高产栽培方案种植玉米,并测定其根系分布、根系生理指标和产量变化。结果表明:苜蓿翻耕种植玉米后,随种植年限增加,产量下降,各土层玉米根系生物量在吐丝期-成熟期均呈下降趋势,随土层加深差异增大;0~20 cm土层玉米根重占总根重(0~60 cm)的比例随玉米种植年限增加而升高,而40~60 cm土层随玉米种植年限增加而降低;吐丝期和乳熟期各土层根系活力和SOD酶活性均随玉米种植年限增加而降低;POD酶活性除吐丝期20~60 cm差异不显著外,各时期、各土层随玉米种植年限增加而下降;乳熟期各土层根系MDA的含量均随玉米种植年限增加而增加,且随土层加深差异增大。     

玉米/大豆间作条件下的作物根系生长及水分吸收

通过田间试验研究了玉米/大豆条带间作群体的根系分布及土壤水分吸收规律.结果表明：水分充足条件下,土壤剖面内玉米和大豆根系的分布模式近似于三角形;玉米根系水平分布范围较大,侧向伸展长度约为58 cm,16～22 cm土层的玉米根系侧向伸展最远,玉米根系不仅分布于间作条带行间,而且生长到大豆条带的行间;大豆根系水平分布于相对有限的区域内,侧向伸展长度约为26 cm.作物根质量密度随着距作物行（玉米或大豆）距离的增加而减少,玉米行和边行大豆根质量密度的90%分布于0～30 cm土层.距玉米行10 cm处玉米的根质量密度高于大豆,距玉米行20 cm处大豆的根质量密度大于玉米,两种作物根质量密度的85%都分布于0～30 cm土层内.间作条带内水分变化主要集中在0～30 cm土层,水分变化量依次为：玉米区域>大豆区域>条带行间.表明在水分充足条件下,间作作物优先在自己的区域吸水,根系混合区吸水滞后发生.     

我国1950s～1990s推广的玉米品种叶片

自1950s以来,我国玉米（Zea maysL.）产量以年递增幅度为126kg.hm-2.a-1的速率迅速提高。在高肥力自然光照条件下,通过对我国1950s、1970s、1990s等3个年代玉米主要推广品种的光合特性研究表明：当代品种叶片光合速率高且高值持续期长,光合色素叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等的含量高且持续时间长,与光合有关的蒸腾速率（E）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、气孔导度（gs）等也有较大改良,中下部叶片尤其明显;在生育后期,当代品种具有更高的光合优势。在品种更替过程中光合色素的组成比率没有显著变化,随品种更替生育后期当代品种细胞间隙CO2浓度低的原因不是气孔限制,而是叶片同化CO2能力增强的结果。我国玉米产量的大幅度提高在很大程度上应归功于叶片光合性能的改良。     

根区交替控制灌溉条件下玉米根系吸水规律

为了阐明根区交替控制灌溉(CRDAI)条件下玉米根系吸水规律,通过田间试验,在沟灌垄植模式下采用根区交替控制灌溉研究玉米根区不同点位(沟位、坡位和垄位)的根长密度(RLD)及根系吸水动态。研究表明,根区土壤水分的干湿交替引起玉米RLD的空间动态变化,在垄位两侧不对称分布,并存在层间差异;土壤水分和RLD是根区交替控制灌溉下根系吸水速率的主要限制因素。在同一土层,根系吸水贡献率以垄位最大,沟位最低;玉米营养生长阶段,10—30 cm土层的根系吸水速率最大;玉米生殖生长阶段,20—70 cm为根系吸水速率最大的土层,根系吸水贡献率为43.21%—55.48%。研究阐明了交替控制灌溉下根系吸水与土壤水分、RLD间相互作用的动态规律,对控制灌溉下水分调控机理研究具有理论意义。     

EFFECTS OF INOCULATION WITH ARBUSCULAR MYCORRHIZAL FUNGI ON MAIZE GROWN IN MULTI-METAL CONTAMINATED SOILS

Pot culture experiments were established to determine the effects of colonization by arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) (Glomus mosseae and G. sp) on maize (Zea mays L.) grown in Pb, Zn, and Cd complex contaminated soils. AMF and non-AMF inoculated maize were grown in sterilized substrates and subjected to different soil heavy metal (Pb, Zn, Cd) concentrations. The root and shoot biomasses of inoculated maize were significantly higher than those of non-inoculated maize. Pb, Zn, and Cd concentrations in roots were significantly higher than those in shoots in both the inoculated and non-inoculated maize, indicating the heavy metals mostly accumulated in the roots of maize. The translocation rates of Pb, Zn, and Cd from roots to shoots were not significantly difference between inoculated and non-inoculated maize. However, at high soil heavy metal concentrations, Pb, Zn, and Cd in the shoots and Pb in the roots of inoculated maize were significantly reduced by about 50% compared to the non-inoculated maize. These results indicated that AMF could promote maize growth and decrease the uptake of these heavy metals at higher soil concentrations, thus protecting their hosts from the toxicity of heavy metals in Pb, Zn, and Cd complex contaminated soils.     

种间互作和施氮对蚕豆/玉米间作生态系统地上部和地下部生长的影响

为河西走廊绿洲灌区豆科/禾本科间作体系的养分管理提供科学依据,于2007年在武威绿洲农业试验站应用田间原位根系行分隔技术研究了蚕豆/玉米种间互作和施氮对玉米抽雄期的根系空间分布、根系形态和作物地上部生长的影响。研究结果表明:种间互作和施氮均增加了玉米和蚕豆在纵向和横向两个尺度上的根重密度、根长密度、根表面积、根系体积。根长密度和根表面积与两种作物产量和氮素吸收均呈正相关,而与蚕豆的根瘤重呈负相关;抽雄期的土壤含水量与玉米产量和养分吸收呈显著的负相关。玉米根系可以占据蚕豆地下部空间,但蚕豆的根却较少到间作玉米的地下部空间,也就是间作后增加了玉米根系水平尺度的生态位。蚕豆和玉米根系主要分布分别在0-40 cm浅土层和0-60 cm 土层,且间作玉米根系在60-120 cm比单作和分隔的多。因此,种间互作和施氮扩大了两作物根系纵向和横向的空间生态位,改变了作物根系形态,即扩展了两者水分和养分吸收的生态位,增加了作物吸收养分的有效空间,从而提高了间作生态系统的生产力。     

不同水分条件下春小麦根系耗碳及其与产量形成的关系

 在自动控制的遮雨棚中,用盆栽法研究了不同水分条件下春小麦(Triticum aestivum)根系耗碳过程及与籽粒产量的关系。设高(W)、中(M)、低(S)3个水分处理,试验品种为`陇春8139-2'(L)和`定西24'(D)。在开花期及之前,根系的日生物量碳、日呼吸耗碳和日分泌耗碳量占根系日总耗碳量的比例平均为26%、58%和16%。在成熟期,W、M处理的根日生物量碳的下降(负值)在两品种之间没有显著差异,而在S处理中,D品种根生物量碳日下降幅度显著高于L品种,日呼吸耗碳量和日分泌耗碳量也最低,致使其根日生物量碳下降超过根总耗碳量的100倍,而根日呼吸耗碳量和日分泌耗碳量分别是根日总耗碳量的7.89倍和3.75倍,与其它处理/品种形成了鲜明对比。以根系日呼吸和日分泌耗碳之和占日光合固碳量的百分比来看,L品种在W、M和S处理中分别为53%、52%和83%,D品种分别为58%、49%和55%。两个品种根系碳消耗比例最低的是M处理,S处理的D品种远低于L品种。两品种产量水平接近,湿润条件下,L品种产量略高于D品种。籽粒产量与平均产量之比（Y/Ym）L品种在3个处理中分别为1.34, 1.14和0.53;D品种分别为1.04, 1.06和0.90。干旱条件下D品种保持了良好的产量稳定性。对D品种而言,中、重度干旱条件下光合固碳的相对稳定和根系耗碳量的降低是植物既能提高水分利用效率又能保持较高籽粒产量的主要原因。     

垄作与覆膜对川中丘陵春玉米根系分布及产量的影响

通过设置田间试验,研究种植方式(垄作垄播、平作、垄作沟播)与覆膜措施对川中丘陵春玉米根系分布和玉米产量的影响.结果表明: 垄作与覆膜对玉米根系形态影响显著,覆膜显著提高了玉米根长、根表面积和根体积,拔节期覆膜较不覆膜处理分别提高了42.3%、50.0%和57.4%.覆膜提高了各土层和各水平各层次根质量,扩大了根系在土壤垂直和水平方向上的分布,提高了拔节期20～40 cm土层和水平方向上宽行0～20 cm根系比例.种植方式对根系生长和分布的影响因覆膜而异,覆膜下垄作垄播显著提高了各土层根质量和20～40 cm土层根量分配比例,同时提高了水平方向上各层次根量和宽行根系分配比例,总根质量表现为:垄作垄播>平作>垄作沟播;不覆膜下垄作沟播显著提高了窄行0～40 cm根量,吐丝期总根质量表现为:垄作沟播>垄作垄播>平作.从玉米穗部性状和产量看,覆膜降低了玉米秃尖长,提高了穗长、穗粒数、千粒重和产量,覆膜下产量表现为:垄作垄播＞平作＞垄作沟播;不覆膜下则表现为:垄作沟播＞平作＞垄作垄播.覆膜下垄作垄播促进了根系特别是深层根质量的增加,同时增加了深层根系和水平20～40 cm根系比例,这是其增产的重要原因;而不覆膜下垄作沟播有利于根系生长,从而提高产量.     

不同年代冬小麦品种旗叶光合特性和产量的演变特征

选用20世纪50年代的望水白（WSB）和碧玛1号(BM1)、70年代的郑引1号(ZY1)和扬麦1号(Y1)及90年代的豫麦34(Y34)和宁麦9号(N9)冬小麦品种为材料,采用大田试验研究了小麦旗叶光合特性和籽粒产量的演变特征.结果表明：与其他年代品种相比,90年代品种灌浆期旗叶具有较高的叶绿素含量、净光合速率（P_n）、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m) 和实际光量子效率（Φ_PSⅡ）,以及较高的光化学淬灭(q_P)和非光化学淬灭(q_N),并且其光合叶面积功能期长,衰老较慢.90年代品种收获指数高于50和70年代品种,平均群体产量分别比50和70年代品种提高了25.90%和11.29%.因此,在小麦品种改良过程中,花后光合能力的提高及光合持续期的延长是小麦产量增长的重要生理基础.