不同穗型冬小麦品种根系时空分布特征及其碳氮代谢的研究

在大田柱栽试验条件下,对2种穗型冬小麦品种根系的时空变化及其碳氮代谢进行了研究。结果表明,2种穗型冬小麦品种的单株根系干重、根重密度随生育时期逐渐增加,均在抽穗期达到最大值;不同土壤深度的根系活力随生育时期的变化不一致,2品种0～20 cm根系活力的变化趋势从越冬期逐渐下降,在抽穗期达到较低值后缓慢上升,并于灌浆期出现一个小的峰值;根系中可溶性糖含量、含氮量均从越冬期开始下降,在抽穗期达到最低值, 随后在开花期又出现一个峰值后缓慢下降。2种穗型冬小麦品种相比,重穗型小麦品种的根系各项指标略高于多穗型品种;在不同土层深度之间,各项指标总体趋势为随着土层深度加深逐渐下降,但是在不同生育时期,各土层之间出现有个别波动现象。     

籼稻根系活力与地上部分的关系

1998年早季在广州研究了不同籼稻类型根系活力与地上部分一些性状的关系,结果表明:（1）所有参试品种的根系活力在全生育期中均呈单峰曲线变化,最高值出现在幼穗第2次枝梗原基分化期。两系法杂交稻在生长前期根系活力增幅大,叶面积指数发展快。（2）根系活力在分蘖期与叶绿素含量呈显著正相关;在分蘖期和孕穗期与叶绿素a/b值呈显著负相关,并在幼穗第2次枝梗原基分化期与叶面积指数呈显著正相关,说明在水稻生长发育前期根系活力的强弱与地上部分叶、蘖的发展是相对应的。（3）根系活力与灌浆成熟后期的籽粒充实度达极显著正相关,根系活力强的品种,后期充实度高,相反则充实度低。     

小麦开花期灌水对土壤养分及根系分布的影响

本研究通过分析开花期灌水对小麦产量、植株养分分配和土壤养分分布的影响及其与根系特性的关系,为小麦充分利用水肥资源提供理论支撑。以抗旱高产品种‘洛麦28'和高光效品种‘百农207'为材料,采用2 m深土柱栽培方法,设置开花期灌水(T₁)和开花期不灌水(T₂)两个水分处理,测定了不同组织器官、不同土层土壤氮、磷、钾含量及根系分布特性等指标。结果表明: 小麦收获期土壤中铵态氮、速效磷和速效钾主要分布在0～80 cm土层中,硝态氮主要分布在80 cm以下土层中,开花期灌水促进小麦吸收0～60 cm土层的铵态氮、速效磷、速效钾和80 cm以下土层的硝态氮,减少了硝态氮向深层土壤的淋溶;小麦根系主要集中在0～60 cm土层中,随土壤深度的增加而减少。成熟期干物质积累量、全氮和全磷主要分配在小麦籽粒中,而全钾主要分配在茎秆中;开花期灌水显著增加了小麦百粒重,提高了小麦产量;根系形态指标与土壤硝态氮在0～40 cm土层中呈显著负相关,与土壤铵态氮在80～100 cm土层中呈极显著正相关,与土壤速效磷在0～100 cm土层中呈显著正相关。开花期灌水促进了根系在小麦生育末期对土壤养分的充分吸收,延长了养分从营养器官向生殖器官的转运功能期,使营养器官中的养分充分地转运到籽粒中去,增加小麦粒重,进而提高产量。     

不同生育期水分胁迫对水稻根叶渗透调节物质变化的影响

 干旱是限制水稻(Oryza sativa)作物产量的主要生态因子之一,渗透调节是作物适应干旱逆境的生理机制之一。在人为控制水分的盆栽条件下, 对水稻生长的分蘖期、幼穗分化期、抽穗期、结实期分别进行水分胁迫,研究水稻根系及叶片渗透调节物质的变化规律。结果表明, 不同生育期 干旱胁迫后叶片水势均显著下降,根系和叶片的有机渗透调节物质如可溶性糖、游离氨基酸、脯氨酸和无机渗透调节物质包括K⁺、Mg²⁺等含量 均大幅度上升,而且幼穗分化期和抽穗期这两个对水分胁迫最敏感的时期上升幅度最大,其中又以有机渗透调节物质变化最显著。不同生育期渗 透调节大小的顺序为：抽穗期>幼穗分化期>结实期>分蘖期,反映了不同生育时期渗透调节能力的差异。同时幼穗分化期和抽穗期水分胁迫结束 后再复水后根系和叶片的有机渗透调节物质含量仍长期明显高于对照,而无机离子则变化规律比较复杂,有的升高有的则降低。叶片的渗透调 节能力大于根系,无论是叶片或根系都是K⁺对渗透调节的贡献最大;其次是Ca²⁺, 6 种渗透调节物质含量大小排列顺序为K⁺ > Ca²⁺ >可溶性糖 > Mg²⁺ > 游离氨基酸 > 脯氨酸。     

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.     

玉米生长和光合作用对土壤呼吸δ13C的影响

在玉米盆栽试验期间,运用碱吸收法采集土壤呼吸样品,转化成碳酸钡后,运用质谱法测定其δ^13C值,以研究玉米生长和光合作用对土壤呼吸δ^13C值的影响。结果表明,在玉米生长下,土壤呼吸的δ^13C值随玉米生长时期而变化,变化在-14.57‰~-12.30‰之间,呈喇叭期〉成熟期〉开花期,而在裸土下,土壤呼吸的δ^13C值在-19.34‰~-19.13‰之间,不随时间发生显著变化。开花期土壤呼吸δ^13C值降低的主要原因是光合产物土壤输入的下降和根系活性的降低,成熟期玉米土壤呼吸δ^13C值的增加主要是由于衰老死亡根系的分解腐烂。玉米生长下,无论开花期还是成熟期,白天土壤呼吸的δ^13C值显著大于夜间;玉米植株遮光处理后,土壤呼吸的δ^13C值显著降低。该试验结果证明玉米生长和光合作用显著影响土壤呼吸的δ^13C值,在玉米生长期间,土壤呼吸主要来自于新近合成的光合产物。     

不同养分环境下木荷种源生长和根系发育对邻株竞争响应的差异

研究同质和异质养分环境中邻株竞争对3个木荷种源生长和根系发育的影响,揭示了不同种源木荷生长竞争能力差异原因.结果表明: 与同质养分环境相比,3个木荷种源在异质养分环境中具有苗高生长量大、干物质积累量高和根系增生明显等特点.在异质养分环境下,福建建瓯种源木荷苗木生长量显著高于浙江龙泉和江西信丰种源,与杉木混植时尤为突出,这与其根系形态可塑性高和拓殖能力强有关,混植时,福建建瓯种源木荷的根长、根表面积和根体积等根系生长量较单植显著增长20.4 %～69.0%,其根系在富养表层大量增生的同时快速向深层贫养层拓殖,占有了更多的空间和资源,提高了觅养能力,使其生长优势更为明显,而浙江龙泉和江西信丰种源根系生长和深层土壤根系分布受邻株竞争影响不同程度的降低.纯植时,可能由于根系自我识别作用,3个木荷种源的根系生长发育均受到抑制,导致福建建瓯种源苗木生长量显著减小,而浙江龙泉种源苗高和干物质积累增长明显,这与其根系生理可塑性有关.建议生产上选用觅养效率高和竞争能力强的福建建瓯种源木荷,采用混交造林的方式提高木荷人工林生产力.     

不同土壤水分条件下土壤容重对玉米木质部汁液中ABA浓度和气孔导度的影响

受旱玉米植株木质部汁液中的ABA浓度是高水分处理的5倍,土壤容重每增加0.12g·cm-3,木质部液汁中ABA浓度约增加1倍。在相同土壤基质势下,植株的气孔导度和蒸腾速率随土壤容重的增大而下降,而容重对植株的叶水势没有影响。生长在混合容重(一边为1.20g·cm-3,另一边为1.45g·cm-3)土壤上的植株中,ABA浓度和气孔导度与全部根系处在高容重土壤中的植株接近。     

黄土高原不同演替阶段草地植被细根垂直分布特征与土壤环境的关系

研究了黄土区不同演替阶段草地植被细根垂直分布特征与土壤环境的关系,结果表明不同演替阶段草地植被细根生物量、根长密度、表面积、直径和比根长均具有明显的垂直分布特征。细根生物量、根长密度和细根表面积一般随土层加深而逐渐减少,且集中分布于0-40cm土层;随着演替的进行,除20a弃耕地外,0—80cm土层细根生物量、根长密度和细根表面积逐渐增加;除25a弃耕地外,细根直径随演替进行逐渐减小。0～100cm土层土壤含水量随演替进行而增加,不同演替阶段深层土壤水分较表层稳定。土壤容重的变化趋势为9〈4〈15〈20〈25a弃耕地,根系对表层土壤水分和容重的影响较大,而对深层土壤水分与容重影响较少。不同演替阶段细根各参数和土壤水分、容重差异均达到显著水平。各弃耕地细根参数之间,细根参数和土壤环境因子之间存在不同程度的相关关系,土壤含水量在草本植被的不同演替阶段均是影响其细根垂直分布的关键因素。土壤容重在演替早期对草本植被根系的影响较小,随着演替进行其影响作用进一步增强。     

不同畦长灌溉对小麦耗水特性及产量的影响

在2009-2010和2010-2011年小麦生长季,设置10、20、40、60、80和100 m 6个畦田长度,研究不同畦长对小麦耗水特性及产量的影响.结果表明： ≤80 m畦长处理下,随畦长的增加,灌水量逐渐增加,灌水量占总耗水量的比例增加,土壤贮水消耗量减少,小麦拔节至开花期的耗水量和生长季总耗水量均减少,开花期0～200 cm各土层土壤含水量增加,土壤供水能力提高,籽粒产量和水分利用效率逐渐提高.与80 m畦长处理相比,<80 m畦长处理的灌水量少,上层土壤含水量低,促使小麦吸收更多的深层贮水,总耗水量增加,不利于节水;而100 m畦长处理的灌水量、土壤贮水消耗量和总耗水量均增加,由于一次性灌水量过多且灌溉水分布不均匀,导致小麦千粒重降低,籽粒产量和水分利用效率显著下降,也不利于节水高产.     

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。     

不同水分条件对冬小麦根系时空分布、土壤水利用和产量的影响

为了明确华北严重缺水区晚播冬小麦灌水对根系时空分布和土壤水分利用规律的影响,以冬小麦石麦15为材料,利用田间定位试验研究了不同灌水处理(春季不灌水W0;春季灌拔节水75mm,W1;春季灌起身水、孕穗水和灌浆水共225mm,W3)对根系干重密度(DRWD)、根长密度(RLD)、体积密度、分枝数等在0—200cm土层的垂直分布、动态变化及其对耗水和产量的影响,结果表明:随着春季灌水量的减少,开花后0—80cm土层的根干重密度、根长度密度、体积密度和分枝数密度均显著减少,80cm—200m土层的根干重密度、根长度密度、体积密度和分枝数密度却显著增加,并且显著增加冬小麦在灌浆期间对100cm以下深层土层水分的利用,总耗水量W1和W0分别比W3减少70.9mm、115.1mm,土壤耗水量分别比W3增加79.1mm、108.9mm,子粒产量W1和W0分别比W3减少653.3kg/hm2、1470kg/hm2,水分利用效率(WUE)则分别比W3提高0.09kg/m3、0.06kg/m3。晚播冬小麦春季灌1水(拔节水)可以促进根系深扎,增加深土层的根系分布量,提高对深层土壤贮水的吸收利用量,有利于实现节水与高产的统一。     

Phosphorus uptake rates of cotton roots at different growth stages from different soil layers

A greenhouse experiment was conducted to determine P uptake at different growth stages by cotton plants from upper and lower 30 cm layers of 60 cm deep uniform soil columns. A radioisotope tracer technique was used to separate uptake from the two soil layers. Root lengths were measured in both layers at each growth stage. P fluxes were calculated for each layer. Root length increased significantly with time from square formation through peak flowering. At all growth stages, total P uptake from the upper soil layer was greater than that from the lower soil layer. P flux from either layer was greater during early growth stages than during later stages. A significant decrease in P flux occurred when plants reached the flowering stage. The flux from the upper layer was about twice that from the lower layer at square forming stage but the difference decreased as the plants matured. Both layers showed similar P fluxes at the first open boll stage. Our data indicate that roots located 30 to 60 cm below the surface are less effective per unit root length than those located at 0 to 30 cm depth when all roots are in the same soil environmental conditions. However, the effectiveness of P absorption from different soil depths under field conditions may depend on the environmental conditions that exist in each soil depth.     

根修剪对黄土旱塬冬小麦(Triticum aestivum)根系分布、根系效率及产量形成的影响

通过田间试验研究了不同时期根修剪处理对冬小麦（Triticum aestivum）根系大小与分布、根系效率、水分利用效率及产量形成的影响。设置4个根修剪处理：越冬期小剪根（WS）、越冬期大剪根（WB）,返青期小剪根（GS）、返青期大剪根（GB）,未剪根小麦作为对照（CK）。结果表明,到花期时,各根修剪处理小麦的在0～120cm总根量均显著小于对照。与对照相比各根修剪处理主要是显著地减少了上层土壤中的根量。但WS和GS两小剪根处理和对照相比在中层土壤中有较大的根量;花后各处理小麦旗叶的气孔导度和蒸腾速率均显著大于对照。这说明根修剪处理减少了小麦表层的根量,从而削弱了表土干旱信号对作物与外界气体交换的抑制作用。花期时各根修剪小麦的净光合速率均显著高于对照,而单位面积上的根呼吸速率均显著小于对照,根修剪处理提高了小麦的根系效率,使更多的光合产物用于籽粒生产,从而提高了小麦的收获指数。根修剪还提高了小麦的水分利用效率,其中WS、WB、GS处理的水分利用效率显著高于对照。但是GB处理的水分利用效率却没有显著提高。因此,本研究进一步证明了由不同年代品种得到的推测,认为在旱地农业中,通过遗传育种或采用适当农艺措施优化根系分布,既可以减少生长前期作物对水分的过度消耗,又能够削弱花后表土过度干旱对作物生长抑制作用,同时降低根系对同化产物的消耗,对作物产量及水分利用效率的提高具有积极的作用。     

棉花根系生长和空间分布特征

结合田间根钻取样和图像扫描分析方法, 研究了不同棉花品种根系的长度、直径和表面积动态及 0~ 10 0cm深和 0~ 4 0cm宽土壤范围内的空间分布特征。该方法与常规直尺测量结果相比相关系数R2 达到 0.899 (n =1318), 显示了较好的可靠性。研究结果表明, 棉花平均根长密度 (RLD) 在花铃期为 1.2 1~ 1.2 7mm·cm-3, 吐絮后降至 1.0 4~ 1.12mm·cm-3, 收花时为 0.76mm·cm-3 。棉花根平均直径在不同基因型间存在显著差异, 抗虫杂交棉的根直径最粗, 平均为 0.5 2mm ;早熟类型品种根直径较细, 平均为 0.36mm。在土壤深度上根直径的差异不显著, 但距棉行距离越远, 根的平均直径越小。在明确根系长度和直径动态规律的基础上, 提出了根表面积指数 (RAI) 的概念, 与地上部叶面积指数具有相似的含义和生物学意义, 且呈较好的指数相关关系 (R2 =0.779) 。RAI在生理发育时间 (PDT) 小于等于 4 0前, 其增长动态符合LOGISTIC生长规律 (R2 =0.84 9), 在PDT大于 4 0后, 呈线性递减趋势 (R2 =0.5 70~ 0.895 ), 且杂交抗虫棉的RAI在全生育期内均明显高于其它类型品种, 而早熟类型品种相对略低。RAI空间分布特征表现为, 开花前在浅根层内 (0~ 30cm) 分布最多, 花铃期以中层根系 (40~ 6 0cm) 为主, 吐絮后主要以深层 (70~ 10 0cm) 和距棉行较远的行间较多。研究结果为制定合理的施肥、灌溉措施提供了理论依据, 并量化了棉花根系的时空变化, 为进一步提高生长发育模拟模型的精度奠定了基础。     

间伐对黄龙山油松中龄林细根空间分布和形态特征的影响

为探究油松细根生长与抚育间伐的关系,以黄龙山林区4种不同间伐强度(对照,轻度,中度,强度)下的油松人工中龄林为研究对象,采用根钻法,分3层(0—20,20—40,40—60cm)获取细根样品,研究了间伐强度对油松细根生物量和形态特征的影响。结果表明:油松细根生物量主要分布在0—20 cm土层,不同间伐强度下细根生物量差异显著(P0.05),随间伐强度的增大,细根生物量先升高后降低,强度间伐下0—20 cm土层细根生物量显著降低(P0.05),20—40 cm土层和40—60 cm土层细根生物量所占比例随间伐强度的增大而增大。细根根长密度和根表面积密度在不同间伐强度和不同土层间均差异显著(P0.05),且变化规律与生物量基本一致。细根比根长和比表面积随间伐强度的增加而增大,且强度间伐与其他强度呈显著性差异(P0.05)。轻度和中度间伐对小径级细根(0—1.0 mm)有显著影响,对较大径级细根(1.0—2.0 mm)的影响则不显著(P0.05),强度间伐对0—2.0mm的细根均有显著影响(P0.05)。中度间伐(保留郁闭度0.7)条件下,油松林地细根总生物量达到最大1022.43 g/m2,此条件下细根的根长密度和根表面积密度也达到最大,能充分利用林地的立地资源,最有利于保留木的生长。     

不同耕作方式对陇中旱农区春小麦和豌豆根系空间分布及产量的影响

依托陇中旱农区长期的保护性耕作定位试验,对不同耕作方式下春小麦和豌豆根系空间分布特征及作物产量进行研究,以探索耕作措施影响作物产量的机制.结果表明: 随着生育期的推进,春小麦和豌豆的总根长、根表面积呈先增后减的趋势,开花期达到最大;春小麦根系苗期以0～10 cm最多,花期、成熟期10～30 cm最多;而豌豆根系苗期和成熟期均以0～10 cm最多,花期10～30 cm最多.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜增加了根长和根表面积,春小麦和豌豆各生育时期的根长较传统耕作增加了35.9%～92.6%,根表面积增加了43.2%～162.4%.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜优化了春小麦和豌豆根系分布,与传统耕作相比,增加了春小麦和豌豆苗期0～10 cm土层根长和根表面积分布比例,花期和成熟期深层次根系分布也显著增加,免耕秸秆覆盖在开花期30～80 cm土层根长和根表面积的分布比例分别比传统耕作提高了3.3%和9.7%.春小麦各生育期的总根长、根表面积与产量呈显著正相关,豌豆各生育期的总根长与豌豆产量呈极显著正相关.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜较传统耕作春小麦和豌豆产量增加23.4%～38.7%,水分利用效率提高了13.7%～28.5%.在陇中旱农区,免耕秸秆覆盖和免耕覆膜可以增加作物根长和根表面积,优化了根系在土壤中的空间分布,增强作物根层吸收能力,从而提高作物产量和水分高效利用.     

不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐分布的影响

针对南疆地区水资源短缺和棉田土壤盐碱化问题,研究不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐的影响,为棉田节水控盐和高效生产提供理论依据。通过大田膜下滴灌试验,以棉花灌水时期滴头下方20 cm处土壤基质势下限控制水平-50 kPa为对照(CK),在棉花的苗期(A)、苗期+蕾期(B)、苗期+蕾期+花铃期(C)设置3个基于土壤基质势下限的灌溉水平:W₁(-20 kPa)、W₂(-30 kPa)和W₃(-40 kPa),测定棉花生长、地上干物质量、产量和土壤水盐分布等指标。结果表明:不同生育期土壤基质势调控时,株高、叶面积指数和地上干物质量均表现为:WC>WB>WA>CK;不同土壤基质势水平调控时,随着土壤基质势下限的提高,株高、叶面积指数和地上干物质量也随之增加,其中,W₁C和W₂C处理显著高于其他处理。有效铃数、单铃重和衣分等产量构成要素均随着土壤基质势下限的升高而增加。W₁C和W₂C处理棉花的产量基本一致且显著高于其他处理,W₂C的水分利用效率显著高于W₁C处理。不同生育期土壤基质势均控制在-20或-30 kPa可以改善棉花主根区水分状况。各处理在收获期均表现为浅层积盐(0～40 cm),且膜外大于膜内;土壤基质势越高,膜内主根区(0～40 cm)积盐越少,其中W₁C和W₂C较其他处理减少24%。综合考虑高效生产和节水控盐,建议将当地休作期未淋洗棉田灌水时期土壤基质势控制在-30 kPa为宜。