不同磷水平下小麦-蚕豆间作根系形态的变化及其与内源激素的关系

采用水培方法,研究了不同磷水平下小麦-蚕豆间作体系根系形态变化及其与内源激素的相关关系。结果表明: 与单作小麦相比,在低磷(1/2P)水平下,小麦-蚕豆间作能显著增加小麦的根长,显著减少小麦根系的平均直径,显著增加根系的表面积;在常规磷(P)水平下,间作能显著降低小麦根系的平均直径,有增加小麦根长和根表面积的趋势;与单作蚕豆相比,间作能明显促进蚕豆根系的增长,同时增加蚕豆根表面积。在1/2P水平下,间作能显著提高小麦和蚕豆根系中的生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)含量;在P水平下,间作能显著提高小麦根系中的IAA、ABA和JA含量,单、间作小麦根系中的SA含量没有显著差异,间作显著增加了蚕豆根系中ABA和SA含量,单、间作蚕豆根系中的IAA和JA含量无显著差异。单作条件下,小麦和蚕豆根系中的内源激素(IAA、ABA、SA和JA)含量与其根系形态(根长、根平均直径和根表面积)无显著相关性;间作条件下,小麦和蚕豆根系中的IAA含量与根长和根表面积之间存在明显的正相关关系。由此可见,小麦-蚕豆间作能够诱导小麦和蚕豆根系IAA的增加。这种变化可能是驱动间作系统根系形态变化的重要因子。     

青杨人工林根系生物量、表面积和根长密度变化

在植物生长季节,采用钻取土芯法对秦岭北坡50年生青杨人工林根径≤2 mm和2～5 mm根系的生物量、表面积和根长密度进行测定.结果表明：在青杨人工林根系(＜5 mm)中,根径≤2 mm根系占总生物量的77.8%,2～5 mm根系仅占22.2%;根径≤2 mm根系表面积和根长密度占根系总量的97%以上,而根径2～5 mm根系不足3%.随着土层的加深,根径≤2 mm根系生物量、表面积和根长密度数量减少,根径2～5 mm根系生物量、表面积和根长密度最小值均分布在20～30 cm土层.≤2 mm根系生物量、表面积和根长密度与土壤有机质、有效氮呈极显著相关,而根径2～5 mm根系的相关性不显著.     

测定潜流人工湿地根系生物量的新方法

设计了一种新方法研究潜流人工湿地植物根系的分布和生物量。采用自制的圆柱形的不锈钢网柱,安放在潜流湿地的碎石基质中,定期分层取出网柱内的碎石,可观察根系的分布特点;收获网柱内的根,可测定根系的生物量和生长量。网柱的直径20cm,高50cm,网孔直径1．80cm,不锈钢丝粗1．38mm。安装时,使网柱垂直,上端达碎石表面,下端靠近湿地床底。安装好后,装入碎石基质,观察测定时,把基质取出,观察完后,再把基质放回。用该方法,对碎石基质的潜流人工湿地中植物根系的分布和生物量进行了1a的实验测定,认为该方法是测定潜流人工湿地根系生长和分布的有效方法,它易于安装、测定方便、准确。7月和12月份两次测定的湿地根系生物量之和为331．8gm^-2,其中分布于0—5cm的根生物量为174．4gm^-2,5～15cm为142．1gm^-2,15cm以下为15．3gm^-2。种问根系生物量的差异很大,根系生物量最大的是美人蕉,为182．4gm^-2,最小的是水鬼蕉,为1．38gm^-2。根生物量似乎呈不同的季节格局,象草7月份根系生物量较大,而其他种12月份的较大。不同种根系生物量的垂直分布也有显著的差异,具根状茎的芦苇和较粗根的水鬼蕉以直径大于1mm的根为主,它们的根分布较深,而浅层根较少;象草、美人蕉和风车草,直径1mm以内的根占根生物量的80％以上甚至100％,它们的根分布较浅。     

玉米根系形态性状和空间分布对水分利用效率的调控

玉米根系形态性状(总根长、根系表面积和根系干物质重)与植物整体水分利用效率间具有显著或极显著的相关性,回归曲线趋势基本相同,均呈二次曲线关系,只是相关系数不同。说明从提高水分利用效率来说,根系需要维持适宜的大小。其中根长对水分利用效率的贡献是第一位的,而根系干物质重的贡献最小,根系表面积介于二者之间。从空间分布来说,玉米每层节根数、节根长度和直径在父母本和杂交种间也具有显著或极显著的差异。与中下层根量相比,母本与不抗旱的父本处于上层干土中的根系数量明显较多,且根系直径大,吸水困难。而杂交种在干旱条件下上层根重和数量维持不变,或略高于不抗旱品种,但中层和下层根系数量和长度明显高于不抗旱品种,且根系直径小于不抗旱品种,这样从多的有效根系数量和低的吸水阻力两方面保证了水分的吸收,从而使其产量和水分利用效率均最高,说明通过根系形态特性和空间分布的优化能够调节作物整体的水分利用效率。     

隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布

为揭示根系对土壤环境的适应机制,研究了隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布。以垄位和坡位的玉米根系为研究对象,利用Minirhizotrons法研究了根系（活/死根）的长度、直径、体积、表面积、根尖数和径级变化及其与土壤水分、土温和水分利用效率（WUE）的相关关系。结果表明,对于活根,在坡位非灌水区域复水后根系平均直径减小,而根系日均生长速率、单位面积土壤根系体积密度、根尖数和表面积均增大,并随灌水区域土壤水分的消退逐渐减小;对于死根,在坡位非灌水区域复水后根系日均死亡速率、根系体积密度、根尖数和表面积变化均减小,其中根系死亡速率和死根直径随土壤水分的消退逐渐降低,而死根体积密度、根尖数和表面积分布随土壤水分降低呈增大趋势;在垄位,根系形态分布趋势与坡位一致,除根系直径与与坡位比较接近外,其他根系形态值均小于坡位。将根系分成4个径级区间分析根系的形态特征,结果表明在根系长度和体积密度分布中以2.5－4.5 mm径级的根系所占比例最大,在根尖数和根系表面积分布中以0.0－2.5 mm径级的根系为主。通过显著性相关分析,死根直径、体积密度、活根表面积等根系形态与土壤含水率、土壤温度和WUE间均存在显著或极显著的正相关关系,部分根系形态指标（如根系的生长速率、活根体积密度）只与坡位土壤含水量、土壤温度具有明显的相关性,表明隔沟交替灌溉对坡位根系形态的调控作用比垄位显著。     

低磷胁迫下磷高效基因型大麦的根系形态特征

在根袋土培盆栽条件下,以磷高效基因型DH110+、DH147和低效基因型DH49大麦为试验材料,利用根系分析系统分析不同施磷(P₂O₅)水平(极低磷25 mg·kg^-1、低磷50 mg·kg^-1和正常磷75 mg·kg^-1)下,磷高效基因型大麦的根系形态特征及其与植株磷素吸收的关系.结果表明： 低磷胁迫显著降低大麦生物量和磷吸收量,其中磷高效基因型的生物量和磷吸收量在各施磷水平下分别为低效基因型的1.24～1.70和1.18～1.83倍;大麦的总根长、总根表面积、平均根系直径、不定根长及其根表面积、侧根长及其根表面积均随施磷水平的降低而显著降低,其中磷高效基因型大麦在各施磷水平下的总根长、总根表面积、比根长、侧根长及根表面积分别为低效基因型的1.46～2.06、1.12～1.51、1.35～1.72、1.69～2.42和1.40～1.78倍,而平均根系直径为低效基因型的70.6%～90.2%;主成分分析表明,平均根系直径、比根表面积和比根长受基因型差异的影响较为明显,是区分两类磷效率基因型大麦根系形态差异的主要指标;偏最小二乘回归分析表明,各施磷水平下,总根长、总根表面积对大麦植株磷素吸收贡献均较大,随施磷水平降低,不定根长、不定根表面积对大麦植株磷素吸收的贡献明显降低,而平均根系直径、比根长、侧根长及其根表面积的贡献明显增加.磷高效基因型大麦可通过维持侧根的生长、根细度和比根长的增加来适应低磷胁迫.     

不同供氮水平下水曲柳（Fraxinus mandushurica Rupr.）幼苗根系呼吸季节动态

根呼吸是林木根系获得吸收养分和水分所需能量的重要生理活动.为了探讨林木根系呼吸速率的季节变化及其影响因素,采用离体根系法(Li-6400-06叶室连接到Li-6400便携式CO2/H2O分析系统)研究了水曲柳(Fraxinus mandushurica Rupr.)苗木各径级根呼吸速率在不同供氮水平下季节变化规律.结果表明:水曲柳苗木根呼吸速率表现出明显的季节动态,且与气温的季节变化规律相同,其中比根呼吸速率在0.5732 μmolCO2 · g-1 · s-1(直径≤2 mm,10月份)～7.1861 μmolCO2 · g-1 · s-1(直径≤2 mm,7月份)之间变化,表面积呼吸速率也是7月份最高,达到0.6848 μmolCO2 · cm-2 · s-1(直径>5 mm),10月份最低,仅为0.0132 μmolCO2 · cm-2 · s-1(直径≤2 mm);比根呼吸速率随根直径变大而降低,表面积呼吸速率变化规律则完全相反.供氮水平对水曲柳苗木根呼吸速率的影响随气温升高明显增强,其在6～8月份各径级根系中均达到显著水平(0.00072mm)Q10值范围为2.07～2.96,Q10值随根系径级增大而降低的现象表明水曲柳苗木细根对温度变化反应更为敏感;细根Q10值在供氮水平间差异显著(P=0.0392<0.05),粗根则不明显,表明土壤供氮水平主要影响细根的Q10值变化.     

瓦屋山常绿阔叶次生林建群种扁刺栲的细根分布及其碳氮特征

四川瓦屋山国家森林公园是我国西部的中亚热带湿性常绿阔叶林的典型代表,具有四川现存的较为完好的扁刺栲(Castanopsis platyacantha)-华木荷(Schima sinensis)群系,该研究利用土钻法探讨了该群系内主要建群种扁刺栲标准木的细根分布及其碳氮特征。结果表明:(1)扁刺栲细根总生物量为173.62 g·m~(-2),其中活根生物量为135.29 g·m~(-2)。(2)随着土层深度的增加,扁刺栲细根生物量、根长密度、根系表面积和比根长呈下降趋势,0~30 cm土层所占比例分别为67.23%、69.53%、69.48%和57.20%;根长密度、根系表面积和比根长均随细根直径的增加而显著下降,直径小于1 mm的根系所占比例分别为58.84%、52.59%和51.36%。(3)扁刺栲细根生物量、根长和表面积消弱系数β均随根系直径的增加而增加。(4)根系C含量在第Ⅰ土层中随细根直径的增加而显著增加,在其他土层则无显著差异;直径小于2 mm的根系C含量在第Ⅰ土层中显著低于其他土层,大于2 mm的根系C含量在各土层间的差异不大。(5)根系N含量随根系直径和土层深度的增加而减少,C/N值则与之相反。该研究结果在一定程度上反映了该次生林地下细根的垂直分布及养分特征,为揭示该生态系统地下生态过程及今后在该生态系统研究环境变化对地下生态过程的影响提供了基础数据。     

两个大豆品种在暗棕壤和黑土中的根系形态和根瘤性状

选取黑龙江省2种主要农田土壤类型（暗棕壤和黑土）和2个大豆品种（滴2003-1和合丰25）,采用盆栽试验,分别于大豆第5片复叶展开期、初花期、结荚初期、结荚盛期、鼓粒初期、鼓粒期和完熟期取样,进行根系形态（根干质量、根长、根表面积和平均根直径等）和根瘤性状（根瘤数、根瘤鲜质量和单个根瘤质量）的动态分析,以研究品种和土壤类型对大豆根系形态特征的影响.结果表明：土壤类型对大豆根系形态及结瘤性状均有显著影响,在第5片复叶展开期和初花期,暗棕壤的根系干质量、根长和根表面积低于黑土,而在鼓粒初期后高于黑土,暗棕壤的平均根直径在鼓粒初期后也高于黑土,但土壤类型对根冠比的影响不大;暗棕壤的根瘤数在初花期后明显低于黑土,但根瘤鲜质量和单个根瘤质量高于黑土.不同品种的根系性状在2种土壤上的差异程度不同,与合丰25相比,滴2003-1的根系性状受土壤条件的影响较大.在鼓粒期,根干质量（P<0.05）、根表面积（P<0.05）、根瘤数（P<0.01）及单个根瘤质量（P<0.001）在不同品种与土壤类型间表现出显著的互作效应.     

黄淮平原冬小麦不同品种根系生长差异

选择黄淮平原地区当前主推品种郑麦9023,以及早期引进品种阿勃和丰产3号为材料,利用微根管技术,研究冬小麦活根长和根直径径级的分布动态,以及以活根长为基础的净生长速率的变化规律.结果表明：根直径为0.05～0.25 mm的细根是冬小麦根系的主要组成部分,根直径≤0.5 mm的细根占活根长的98%以上;冬小麦的平均根直径随着生育进程不断变化,其变化范围为0.15～0.22 mm,不同品种之间没有显著差异;活根长与根尖数呈显著正相关,表明根尖数是活根长增加的主导因素;返青期到拔节期是冬小麦根系生长最旺盛的时期,阿勃和丰产3号具有较长时期的根系增长活力,郑麦9023自拔节期以后根直径≥0.1 mm的细根根尖数占总根尖数的比例有所上升,这有利于提高生育后期根系抗性和保证根系活性稳定,以满足籽粒灌浆的需要.     

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。     

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.     

Wheat and faba bean intercropping changes phenolic acids from roots to rhizosphere

The changed phenolic acids (PAs) allelochemicals exuded by the roots induced by interspecific interactions is related to intercropping alleviates soil-borne disease. However, the presence of PAs in roots and root exudations and their rhizodeposition under intercropping are still unclear. Hydroponic and soil experiments of wheat, faba bean, and wheat intercropped with faba bean were conducted, and the major compositions and contents of PAs in roots, root exudations, and rhizospheric soil were determined. The results showed that ρ-hydroxybenzoic, vanillic, and syringic acids were the major components of PAs in roots, root exudations, and rhizospheric soil in a wheat and faba bean intercropping system. The compositions and percentages of PAs in roots of faba bean were altered when faba bean intercropped with wheat. The total exudation rate of PAs in root exudations was decreased by 30%–60% under the wheat and faba bean intercropping (W//F) system as compared to mono-cropped faba bean (MF). ρ-hydroxybenzoic acid was identified in the root exudation of both MF and mono-cropped wheat (MW), but not detected in the intercropping on 60 days after transplanting. Vanillic acid was only detected in the root exudation of MF on 30 days after transplanting. The rhizodepostion of vanillic and cumaric acid were decreased at both branching and pod setting stages in W//F as compared to MF. In conclusion, interspecific interaction changed the compositions and contents of PAs in faba bean roots and root exudations. W//F constrained vanillic acid exuded by roots and decreased vanillic and coumaric acid rhizodeposition by faba bean, which provides insight into root-soil interactions in the intercropping systems.     

The role of maize root size in phosphorus uptake and productivity of maize/faba bean and maize/wheat intercropping systems

Interspecific root/rhizosphere interactions affect phosphorus (P) uptake and the productivity of maize/faba bean and maize/wheat intercropping systems. The aim of these experiments was to determine whether manipulation of maize root growth could improve the productivity of the two intercropping systems. Two near isogenic maize hybrids (the larger-rooted T149 and smaller-rooted T222) were intercropped with faba bean and wheat, under conditions of high- and low-P availability. The larger-rooted T149 showed greater competitive ability than the smaller-rooted T222 in both maize/faba bean and maize/wheat intercropping systems. The higher competitive ability of T149 improved the productivity of the maize/faba bean intercropping system in P-sufficient conditions. In maize/wheat intercropping systems, root growth, shoot biomass, and P uptake of maize were inhibited by wheat, regardless of the P-supply. Compared with T222, the larger-rooted T149 suffered less in the intercropping systems. The total biomass of the maize/wheat intercropping system was higher for wheat/T149 than for wheat/T222 under low-P conditions. These data suggested that genetic improvement of maize root size could enhance maize growth and its ability to compete for P resources in maize/faba bean and maize/wheat intercropping systems. In addition, depending on the P availability, larger maize roots could increase the productivity of intercropping systems.     

小麦-蚕豆间作对根系分泌低分子量有机酸的影响

通过盆栽试验收集了不同生育期单作和间作小麦、蚕豆的根系分泌物,用HPLC分析了根系分泌物中低分子量有机酸的含量和种类.结果表明: 小麦-蚕豆间作显著提高了有机酸的分泌量,在小麦分蘖期(57 d)、孕穗期(120 d)和灌浆期(142 d),间作使小麦根系有机酸分泌量分别提高155%、35.6%和92.6%;在蚕豆分枝期(57 d)和籽粒膨大期(142 d),间作使蚕豆根系有机酸分泌量提高87.4%和38.7%.小麦-蚕豆间作改变了根系分泌物中有机酸的种类,与单作小麦相比,在分蘖期,间作小麦根系分泌物中增加了乳酸;在拔节期(98 d),间作小麦根系分泌物中增加了柠檬酸,但未检测到乙酸;在蚕豆分枝期,间作蚕豆根系分泌物中增加了乙酸,但未检测到乳酸;在蚕豆籽粒膨大期,间作蚕豆根系分泌物中增加了乳酸.小麦-蚕豆间作提高了小麦根系有机酸的分泌速率,在小麦孕穗期,间作小麦分泌柠檬酸、富马酸的速率是单作小麦的179和184倍;在小麦灌浆期,间作小麦分泌乳酸的速率是单作的2.53倍.总之,小麦-蚕豆间作增加了有机酸的分泌量,改变了根系分泌物中有机酸的种类,提高了小麦根系有机酸的分泌速率.     

Intercropping influences component and content change of flavonoids in root exudates and nodulation of Faba bean

Flavonoids produced by legume roots are signal molecules acting as nod gene inducers for the symbiotic rhizobium partner. Nevertheless, the changes of flavonoids in root exudates in intercropping system are still unknown. Based on pot experiment of faba bean and wheat intercropping, here we showed that faba bean and wheat intercropping increased the nodules number and dry weight, dry weight per nodule of faba bean compared with those found in monocropping, and the increase of faba bean nodulation was likely caused by the enhancement with flavonol, isoflavone, chalcone and hesperetin in its root exudates. It also promoted exudation of five types of flavonoids by wheat compared with monocropping. Our findings suggest that the flavonoids in root exudates have a positive effect on the nodulation and nitrogen fixation of faba bean in faba bean and wheat intercropping.     

Root distribution and interactions between intercropped species

Even though ecologists and agronomists have considered the spatial root distribution of plants to be important for interspecific interactions in natural and agricultural ecosystems, few experimental studies have quantified patterns of root distribution dynamics and their impacts on interspecific interactions. A field experiment was conducted to investigate the relationship between root distribution and interspecific interactions between intercropped plants. Roots were sampled twice by auger and twice by the monolith method in wheat (Triticum aestivum L.)/maize (Zea mays L.) and faba bean (Vicia faba L.)/maize intercropping and in sole wheat, maize, and faba bean up to 100 cm depth in the soil profile. The results showed that the roots of intercropped wheat spread under maize plants, and had much greater root length density (RLD) at all soil depths than sole wheat. The roots of maize intercropped with wheat were limited laterally, but had a greater RLD than sole-cropped maize. The RLD of maize intercropped with faba bean at different soil depths was influenced by intercropping to a smaller extent compared to maize intercropped with wheat. Faba bean had a relatively shallow root distribution, and the roots of intercropped maize spread underneath them. The results support the hypotheses that the overyielding of species showing benefit in the asymmetric interspecific facilitation results from greater lateral deployment of roots and increased RLD, and that compatibility of the spatial root distribution of intercropped species contributes to symmetric interspecific facilitation in the faba bean/maize intercropping. Electronic Supplementary Material Supplementary material is available for this article at and is accessible for authorized users.     

小麦与蚕豆间作体系根系形态与磷吸收的定量解析

豆科与禾本科作物间作能够改变作物根系生长,但不同施磷水平下间作-根系形态-磷吸收之间的关系尚未明确.本研究通过田间定位试验和根箱模拟试验,研究不同种植模式(小麦单作、蚕豆单作和小麦-蚕豆间作)和不同磷水平下小麦和蚕豆的产量、生物量、磷吸收及根系形态特征,分析探讨不同施磷条件下小麦-蚕豆间作对根系形态和磷吸收的影响.结果...     

核桃-大豆间作系统细根分布及地下竞争

以晋西黄土区核桃-大豆间作系统为研究对象,采用分层挖掘法对核桃-大豆间作系统细根分布特征及地下竞争状况进行研究,旨在为该地区果农间作系统的高效可持续经营提供科学依据。结果表明:核桃细根在垂直方向上主要分布在0～40cm土层内,水平方向上55.7%的细根集中分布在距树行0.5～1.5m区域中;间作物大豆的根系在垂直方向上集中分布在0～20cm土层内,水平方向上根干重随距树行距离的增加呈增加趋势;在水平方向上距树行1.0～2.5m的区域是核桃和大豆地下种间竞争主要发生区,其中以1.5～2.0m区域的竞争最为剧烈。