冬小麦光合特征及叶绿素含量对保水剂和氮肥的响应

以不施保水剂和氮（N）肥为对照,测定了保水剂（60 kg·hm^-2）与不同N肥水平（0、225、450 kg·hm^-2）及其配施条件下大田小麦的光合特征、叶绿素含量和水分利用效率等指标,研究了冬小麦拔节期和灌浆期光合生理特征、叶绿素含量及水分利用对保水剂和N肥的响应.结果表明：灌浆期各处理的光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、叶片水分利用效率及叶绿素含量均大于拔节期.在拔节期,单施N肥条件下,随施N量的增加,单叶水分利用效率提高,光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度及蒸腾速率均先增后减;225 kg·hm^-2 N肥处理的叶绿素含量最高.施用保水剂后,随施N量的增加,胞间CO₂浓度降低,而光合速率等均提高;单施保水剂及其与N肥配施提高了叶绿素含量,而过多N肥效果不显著在灌浆期,单施N肥显著提高了小麦的光合速率及水分利用效率,降低了气孔导度、胞间CO₂浓度及蒸腾速率;叶绿素含量随N肥用量的增加而增加.施用保水剂后,随N肥用量的增加,光合速率和叶片水分利用效率均先增后减,而胞间CO₂浓度和蒸腾速率先减后增,但均低于对照,气孔导度随施N量的增加而提高.单施保水剂的叶绿素含量显著提高,但其与N肥配施叶绿素含量有所降低.保水剂与N肥配合施用显著提高了小麦的千粒重、产量及水分生产效率.其中,保水剂与225 kg·hm^-2N肥配施处理的产量及水分生产效率均最高.     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

施氮对干旱胁迫下毛竹幼苗生物量和根系形态的影响

为探讨氮素添加对水分胁迫下毛竹幼苗地上生物量及地下根系形态的调控作用,选取1年生毛竹实生苗为材料,采用水分和施氮双因素完全随机区组设计,以田间持水量的80%～85%作为水分对照(CK)、50%～55%为中度干旱(MD)、30%～35%为重度干旱(HD)设置3个水分水平,氮处理分未施氮(N0,0 mg N·kg^-1)和施氮(N1,100 mg N·kg^-1)2个水平,通过盆栽试验,测定毛竹实生苗根系形态特征及各器官生物量。结果显示：施氮显著增加了同一水分下毛竹幼苗叶、根及整株生物量,其中,N1MD和N1HD分别较N0MD和N0HD地上生物量增加15.6%、11.9%,总生物量分别增加36.7%、25.0%(P<0.05);施氮降低了相同水分处理下毛竹的比根长、茎叶比,显著促进了中度和重度干旱下根冠比的增加(P<0.05);水分胁迫下,除根生物量比显著增加外,茎、叶生物量比均随氮素添加呈减小的趋势;施氮对毛竹幼苗根系形态特征(根长、根表面积、根体积)具有不同程度的促进作用;施氮对中度干旱下毛竹幼苗干物质积累的缓解作用比重度干旱大,但在...     

干旱胁迫对群众杨光合特性与器官干物质分配的影响

土壤干旱是北方地区杨树人工林生长和生态效益的重要限制因子。以群众杨(Populus×popularis‘35-44’)扦插苗为研究材料,采用盆栽称重法控制土壤水分,设置正常供水、中度干旱、重度干旱3种水分梯度。分别于2016年9月与2017年9月测定叶片气体交换参数、各器官干重、根冠比、叶经济性状等指标,研究了持续2年干旱胁迫下群众杨扦插苗光合特性与器官干物质分配的变化规律,分析了土壤干旱程度、树龄在"小老树"形成中的作用过程。2016年与2017年中度、重度干旱胁迫下功能叶净光合速率(P_n)受到非气孔限制,与正常供水相比分别降低了36.08%、56.42%;18.47%、5.13%。第一年干旱胁迫下群众杨气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)显著降低;第二年干旱胁迫下G_s与正常供水无显著差异,而T_r显著提高,有利于叶片C、N元素的运输分配进而维持较高的P_n。第一年随干旱胁迫程度加剧,群众杨叶片C/N显著提高,光合产物分配趋向于叶器官。第二年中度干旱胁迫下叶片C/N与正常供水相比无显著差异,各器官干重下降幅度均低于2016年,而根冠比显著增加,表明其光合产物主要用于地下部构建以适应中度干旱环境;持续重度干旱则光合产物向茎中的分配比例提高。干旱胁迫导致群众杨功能叶水分利用效率(WUE,Water use efficiency)与光合氮利用效率(PNUE,Photosynthetic nitrogen use efficiency)显著降低,整株氮利用效率(NUE,Whole plant nitrogen use efficiency)显著提高。严重土壤干旱下叶片耗水增强、PNUE下降以及茎木质部碳投资增加可能是群众杨小老树形成的重要原因。     

梯度水分对鱼腥草生长及生理特征的影响

以不同的施水量,模拟自然生境中林下鱼腥草不同水分条件,设置了8个水分梯度,研究梯度水分对鱼腥草生长和生理特征的影响,以建立鱼腥草生态栽培模式。结果表明:水分的减少或增加均显著减少生物量,中度、重度干旱和水淹明显降低株高和叶面积指数。重度干旱显著提高根冠比。除轻度湿润组外,水分的减少或增加,均显著提高MDA含量;与对照组相比,各干旱处理组SOD和CAT活性和MDA含量明显增强;除脯氨酸含量以外,湿润各处理组CAT、POD、SOD活性和MDA含量均明显低于干旱各处理组;水淹时,CAT、POD、SOD活性、MDA和脯氨酸含量均较低。说明中度干旱或中度湿润已对鱼腥草形成逆境胁迫。栽培鱼腥草的水分条件可以控制在轻度干旱和轻度湿润之间。     

水分胁迫和氮肥对花生根系形态发育及叶片生理活性的影响

以"花育22号"花生为试验材料,在中度干旱胁迫和充足灌水两个水分条件下,分别设置不施氮肥(N0)、中氮(N1,90 kg·hm-2)、高氮(N2,180 kg·hm-2)3个施氮水平,研究不同土壤水分和氮肥条件对花生叶片生理活性及根系形态发育特征的影响.结果表明:与不施氮肥处理相比,两个水分条件下中氮处理均显著增加花生产量,但对收获指数无显著影响.干旱胁迫条件下,中氮处理对总根系生物量和总根长无显著影响,但显著增加花生总根系表面积;中氮和高氮处理均显著增加20~40 cm土层内根长和根系表面积,且高氮处理显著增加40 cm以下土层内根系生物量和根系表面积;施用氮肥显著提高叶片过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性,而丙二醛(MDA)含量随施氮量的增加而降低.正常供水条件下,施用氮肥显著降低了花生根系表面积和40 cm以下土层内根系生物量、根长和根系表面积,中氮处理可提高叶片保护酶活性.相关性分析表明,20~40 cm土层内根长和叶片超氧化物歧化酶(SOD)、CAT、POD活性与产量呈显著相关.     

干旱-复水-再干旱处理对玉米光合能力和生长的影响

为了探求玉米(Zea mays)光合作用和生长对重复干旱的响应机制,采用盆栽试验,分别测定了不同程度土壤干旱处理3周时、随后复水1周时以及再次不同程度干旱处理3周时玉米幼苗光合参数和生长的变化。第一次土壤干旱处理后,重度干旱处理显著降低玉米株高、单株总叶面积、地上部分及根系生物量以及叶片的蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)、净光合速率(P_n)和最大净光合速率(A_(max)),但显著提高光补偿点和暗呼吸速率;中度干旱处理同样显著降低玉米株高、叶面积和地上部分生物量,但对根系生物量无影响,因而根冠比增大,对上述光合参数的负效应也不具有显著性。复水可使前期经受中度和重度干旱处理的玉米植株的光合能力和生长速率恢复到正常水分条件下生长的植株的水平,但株高和叶面积没有恢复到对照水平。当玉米再次经受水分亏缺处理时,与只遭受第二次中度或重度干旱处理的植株相比,经历过前期中度干旱处理的植株的株高、生物量和光合参数没有显著变化,但叶面积显著下降;经历过前期重度干旱处理植株的T_r、G_s、C_i、P_n、A_(max)和表观量子效率显著升高,而株高、叶面积和生物量显著降低。综上所述,第一次重度干旱处理显著降低玉米叶片的光合能力和生长,复水可使光合能力和生长速率恢复到正常水分条件下生长植株的水平,但不能消除前期干旱对生长产生的不利影响。前期中度干旱可以刺激玉米根系的生长和显著提高根冠比,有利于提高对二次干旱的抵抗能力,并使总的生物量保持在对照水平,而前期重度干旱处理虽然在光合作用上能提高植株对二次干旱的抵御能力,但不能弥补前期干旱处理对生长的不利影响。因此,在生产实践中,如果进行抗旱锻炼,应限制在中度干旱水平,避免重度干旱。     

油松幼苗对干旱胁迫的生理生态响应

在适宜水分(田间持水量为80%)、轻度干旱(60%)、中度干旱(40%)和重度干旱(20%)4种土壤水分条件下研究了油松的生理生态特征,结果显示; 油松各器官(根、茎、叶)的干物质积累量、干物质积累总量、相对生长率、株高和基径均表现为适宜水分＞轻度干旱＞中度干旱＞重度干旱,而根冠比大小顺序与其相反.气体交换参数(净光合速率、气孔导度、蒸腾速率) 随干旱程度的加剧显著下降,并且净光合速率的下降主要受气孔因素限制.油松的瞬时水分利用效率和长期水分利用效率(稳定碳同位素含量,δ13C)表现适宜水分＜轻度干旱＜中度干旱＜重度干旱,而且中度和重度干旱显著提高油松的水分利用效率.另外,单位干重叶片氮元素含量(N%)随胁迫增加呈下降趋势,而单位干重碳元素含量(C%)却与之相反,从而导致碳氮比随胁迫增加而增加,并且我们的结果显示光合速率与氮含量存在显著正相关. 结果表明,油松可以通过调节自身生长特征、生物量分配模式和叶片营养元素的含量及提高水分利用效率而增强应对干旱胁迫的能力.     

玉米早期根系构型及其生理特性对土壤水分的响应

为了探明玉米早期根系结构及其对土壤水分的生理响应,揭示玉米幼苗的抗旱机理,以蠡玉18为材料,采用盆栽试验,设置轻度胁迫(LS)、中度胁迫(MS)、重度胁迫(SS)和正常供水(CK)4个水分处理,系统研究从播种开始持续水分处理对夏玉米苗期根系形态结构及活力、保护酶系统及生理调节物质的影响。结果表明:随着水分胁迫程度的加剧,玉米根长、根表面积、根体积和根干重等各形态指标较CK下降幅度逐渐增大,不同水分胁迫使夏玉米苗期根系结构存在差异。轻度和中度胁迫显著增加了细根(0.05—0.25 mm)根长和根表面积比例,重度水分胁迫显著降低粗根(0.50 mm)根长与根表面积比例。玉米苗期根冠比、根系活力和丙二醛(MDA)含量随水分胁迫程度的增强而上升,随着胁迫时间的延长,根冠比逐渐降低。根系可溶性蛋白含量随土壤水分含量的下降而下降,MS、SS处理较CK显著降低(P0.05)。夏玉米根系中SOD对水分胁迫较CAT、POD更敏感,轻度水分胁迫下主要依赖CAT、中度水分胁迫下主要依赖POD、重度水分胁迫下主要依赖SOD来降低氧化伤害;且重度胁迫下,随着胁迫时间的延长保护酶活性下降。苗期玉米通过增加根冠比、增强根系活力和不同保护酶活性及降低可溶性蛋白等渗透调节物质来协同减少水分胁迫的危害。     

干旱胁迫对大豆鼓粒期叶片光合能力和根系生长的影响

以晋大70(抗旱型)和晋豆26(敏感型)2个大豆品种为材料,采用盆栽方法,在鼓粒期设置充分供水、轻度干旱和重度干旱3种水分处理,研究了干旱胁迫对大豆鼓粒期叶片光合能力和根系生长的影响.结果表明:随着干旱程度加剧,2个品种的叶面积、叶绿素含量、净光合速率、叶片气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度、株质量、株高、籽粒产量和收获指数均降低;根长和根质量在轻度干旱胁迫下增加,在重度干旱胁迫下减少;根冠比随干旱程度加剧而升高.重度干旱胁迫下,抗旱型品种晋大70根冠比的增幅达到135.7％,大于敏感型品种晋豆26根冠比的增幅(116.7％),晋大70的叶面积和叶绿素含量分别为对照的69.3％和85.5％,均优于晋豆26,晋大70的气孔导度和净光合速率分别下降了67.9％和77.9％,降幅均小于晋豆26,晋大70的收获指数的降幅为43.8％,小于晋豆26(78.8％).不同干旱处理下,2个品种的叶面积、叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度两两之间均呈显著正相关;株质量、株高、根长、根质量、籽粒产量、收获指数两两之间均呈显著正相关;根冠比与根质量呈显著正相关,而与其他5个指标呈显著负相关.     

不同水氮条件下灌溉方式对玉米干物质量和氮钾利用的影响

由于作物需水随生育期的变化,分根区交替灌溉(AI)的节水效果也会随生育期而发生变化,探明不同生育期分根区交替灌溉对玉米生长和水分养分利用的影响,以期为分根区交替灌溉的实施和充分发挥其节水节肥效果奠定理论基础。通过盆栽试验,在2种灌水水平(正常灌水和轻度缺水)和2种有机无机氮比例(100%无机氮和70%无机氮+30%有机氮)下,以常规灌溉(CI)为对照,分别研究苗期—灌浆初期、苗期—拔节期以及拔节期—抽雄期进行AI对玉米干物质量、氮钾含量和吸收量以及土壤碱解氮和速效钾含量的影响。结果表明,在轻度缺水和有机无机氮肥配施下,与CI相比,拔节期—抽雄期分根区交替灌溉玉米地上部和总干物质量分别增加29.6%和27.4%,地上部和总N吸收量增加50.7%和50.4%。与单施无机氮肥相比,有机无机氮肥配施会在不同程度上增加地上部和总N吸收量,但是一般降低土壤碱解氮和速效钾含量,这说明在轻度缺水和有机无机N肥配施下,拔节期—抽雄期进行分根区交替灌溉提高玉米总干物质量和N吸收量。     

Interspecific interactions affect N and P uptake rather than N:P ratios of plant species: evidence from intercropping

种间相互作用影响植物氮和磷的吸收量而不是氮磷比 量化不同农艺措施下作物氮和磷吸收量(即从农田中移除的量)的化学计量特征对理解农田生态系统中的养分收支和优化氮、磷肥施用至关重要。目前还不清楚在不同的氮肥和覆膜措施下,单作和间作体系作物氮和磷吸收量以及氮磷化学计量特征随整个生长季的变化。本研究探讨了植物种间养分竞争如何对(1) 5种种植模式(小麦、玉米和大麦单作、小麦/玉米和大麦/玉米间作),(2)两种施氮水平(0和225 kg N ha⁻¹)和(3)两种玉米覆膜处理(覆膜和不覆膜)下的作物氮、磷吸收量(以及氮磷比)时间动态的影响。研究结果表明,小麦和大麦的氮、磷竞争能力强于玉米,导致间作体系共生期的小麦和大麦氮、磷吸收量相比于单作增加,而玉米氮、磷吸收量相比于单作减少。3种作物植株氮磷比随作物生长而降低。作物氮磷比不受间作的影响,也不随施氮呈现一致的变化,覆膜降低了玉米的氮磷比。两种间作体系群落水平的氮磷比在成熟期与相应单作不同。由于(1)间作从土壤移除的氮和磷的比例不同于单作,以及(2)作物对氮和磷的吸收在施氮和覆膜下均是不耦合的,这些发现可能对间作系统的养分收支有启示意义。     

Long‐term biochar application promotes rice productivity by regulating root dynamic development and reducing nitrogen leaching

Biochar is beneficial for improving soil quality and crop productivity. However, the long‐term effects of biochar addition on temporal dynamics of plant shoot and root growth, and the changes in soil properties and nitrogen (N) leaching are still obscure. Here, based on a long‐term (7 years) biochar field experiment with rice in northwest China, we investigated the effects of two biochar rates (0 and 9 t ha^?1 year^?1) and two N fertilizer rates (0 and 300 kg N ha^?1 year^?1) on shoot and root growth, root morphology, N leaching, and soil physicochemical properties. The results showed that both biochar and N fertilizer significantly promoted rice growth, with their interaction significant only in some cases. Both fertilizers enhanced rice shoot biomass and N accumulation in various growth stages as well as increased grain yield. Nitrogen fertilizer significantly promoted root growth regardless of biochar application. However, biochar application without N fertilizer increased root biomass and length during the whole growth period, except in the booting stage; biochar with N application promoted root growth at tillering, reduced root biomass but maintained root length with low root diameter and high specific root length during the jointing and booting stages, and then delayed root senescence in the grain filling stage. Long‐term applications of biochar and N fertilizer reduced 10%–12% bulk density of topsoil compared to the control treatment with no N fertilizer and no biochar. Long‐term biochar application also improved soil total organic carbon and concentrations of available N, phosphorus, and potassium. In addition, biochar and N fertilizer applied together significantly reduced nitrate and ammonium concentration in leachate at different soil depths. In conclusion, biochar could regulate root growth, root morphology, soil properties, and N leaching to increase rice N fertilizer‐use efficiency.     

猪场废水施用对直播稻磷素吸收利用与氮磷生态化学计量的影响

以直播稻为对象,在上海农场进行了猪场处理废水基肥和穗肥不同用量组合的田间试验,研究猪场废水对水稻磷养分吸收利用与氮磷生态化学计量的影响。结果表明:施用猪场处理废水对直播水稻干物质积累、植株磷含量有显著影响。水稻拔节期、齐穗期和成熟期干物质积累量以及产量随废水施用量增加而增加;拔节期、齐穗期和成熟期植株、秸秆及籽粒含磷量与废水用量皆呈显著正相关;不同施肥处理在整个生育期水稻植株N∶P为3.13~5.10,在拔节期、齐穗期、成熟期分别为3.13~4.83、3.42~4.35、3.98~5.10,总体上以齐穗期N∶P值较低;成熟期秸秆N∶P值变动较大(4.30~6.57),而籽粒变化较小(3.85~4.37);齐穗期植株、成熟期秸秆、籽粒和植株的N∶P值与废水施用总量皆呈显著正相关,表明废水施用对直播稻氮素吸收的促进作用大于磷素。     

不同氮肥喷涂吡啶对夏玉米田氮素利用及土壤N2O排放的影响

为减少土壤N₂O排放,提高作物氮素利用,采用田间试验法研究了不同氮肥用量喷涂一定比例的吡啶(0、180、270、360 kg N·hm^-2)对夏玉米生育期内土壤N₂O排放和氮素表观损失、籽粒产量及氮素利用的影响.结果表明:不同氮肥用量下喷涂吡啶的土壤N₂O排放主要集中在播种-苗期和拔节-抽雄期,基肥和追肥后均会出现显著的土壤N₂O排放通量高峰.随氮肥用量增加,玉米产量不断增加,但270和360 kg N·hm^-2间无显著差异,2种施氮量下的玉米分别净增收5209和5426元·hm^-2.与不施氮肥比,各施氮处理下的玉米籽粒吸氮量提高幅度为109.6%～134.1%.各处理间的氮肥农学效率和氮肥利用率均以氮肥喷涂吡啶270 kg N·hm^-2较大,而土壤氮素表观损失较小.氮肥喷涂吡啶在270 kg N·hm^-2时玉米增产增收,氮肥利用效率较高,土壤N₂O排放和氮素表观损失较少,是一种较为合理的氮肥调控施用技术.     

土壤干旱条件下氮素营养对玉米内源激素含量影响

在田间持水量分别保持于35％、55％和75％±5％的土壤水分条件下,利用盆栽实验研究了土壤干旱和氮素营养对玉米内源激素和气孔导度的影响．结果表明,土壤干旱下氮素营养明显降低了玉米根系木质部汁液ABA浓度,而正常供水下施氮处理间则无显著差异(施氮处理仍较低),同时测定的叶片ABA浓度则呈相反的变化趋势,表现为干旱下施氮处理要高于不施氮处理;施氮处理木质部汁液中ZRs浓度应低于相应的不施氮处理,在调控气孔行为方面并未表现拮抗ABA作用;3种土壤水分条件下,施氮玉米叶片的气孔导度均高于不施氮处理,与木质部汁液ABA浓度呈负相关,说明施氮处理较低的根源ABA浓度是导致其气孔导度较大的主要原因．     

施氮量对夏季玉米产量及土壤水氮动态的影响

在黄土高原南部旱地有大量氮素残留背景的田块上,研究了不同氮肥用量对夏玉米生长及对土壤水分、硝态氮、铵态氮累积及其剖面分布的影响。结果表明：适量施氮可以提高作物产量;过量施氮没有表现出增产效果,其氮肥利用率只有3．9％,残留率则高达87．2％。施氮240kghm^-2时,0～200cm土层土壤水分达到593mm,且可以下渗到200cm土层;不施氮和施氮120kghm^-2以小区土壤的蓄水量分别为561和553mm,可下渗到180cm。对矿质态氮而言,施氮量可以显著影响土壤中硝态氮的累积和分布,但对铵态氮的影响较小;施氮0,120,240kghm^-2时．收获期土壤硝态氮累积量分别为78,148,290kghm^-2,硝态氮的下移前沿分别到达60,60,140cm。可见,适量施氮会促进作物对土壤水氮的利用。提高作物生物量和产量;过量施氮导致硝态氮在土壤中大量累积,提高硝态氮随水分淋溶危险;但硝态氮向下层土壤的移动显著滞后于水分。     

不同生育时期增铵营养对小麦生长及氮素利用的影响

通过两年的田间试验,研究了不同生育时期增铵营养(EAN)对小麦生长和氮素利用的影响．结果表明,田间增铵营养促进了小麦植株的生长和氮素吸收．其中基肥、分蘖期、拔节期EAN提高了小麦的干物质积累量、地上部氮积累量、有效穗数、叶面积指数、叶片叶绿素含量以及小麦的籽粒产量;孕穗期EAN效果不明显;全生育期EAN在促进生长方面的效果并无明显优势,但可有效降低土壤NO3^--N的淋溶损失．与对照相比,EAN提高了氮流效率和吸收效率,但以拔节前处理最为明显．拔节期EAN主要在于改善后期的叶片光合性能,并促进同化物向籽粒的再分配,而基肥和分蘖期EAN主要在于提高有效分蘖数．     

Phenotypic plasticity of the maize root system in response to heterogeneous nitrogen availability

Mineral nutrients are distributed in a non-uniform manner in the soil. Plasticity in root responses to the availability of mineral nutrients is believed to be important for optimizing nutrient acquisition. The response of root architecture to heterogeneous nutrient availability has been documented in various plant species, and the molecular mechanisms coordinating these responses have been investigated particularly in Arabidopsis, a model dicotyledonous plant. Recently, progress has been made in describing the phenotypic plasticity of root architecture in maize, a monocotyledonous crop. This article reviews aspects of phenotypic plasticity of maize root system architecture, with special emphasis on describing (1) the development of its complex root system; (2) phenotypic responses in root system architecture to heterogeneous N availability; (3) the importance of phenotypic plasticity for N acquisition; (4) different regulation of root growth and nutrients uptake by shoot; and (5) root traits in maize breeding. This knowledge will inform breeding strategies for root traits enabling more efficient acquisition of soil resources and synchronizing crop growth demand, root resource acquisition and fertilizer application during crop growing season, thereby maximizing crop yields and nutrient-use efficiency and minimizing environmental pollution.