土壤水分对作物根系生长及分布的调控作用

研究了作物根系生长、分布对不同土壤水分条件，特别是水分胁迫条件和不同灌溉方式的动态响应特征及其与冠部生长、籽粒产量和水分利用的关系，指出对作物根系实施调控的方法，为寻求节水高产途径提供了可靠依据。     

水分胁迫条件下绿洲农田冬小麦水分运移规律研究

以干旱区绿洲农田冬小麦水分胁迫试验为基础,研究了不同水分胁迫条件下的冬小麦生长发育、水分利用以及土壤水分运动特征,建立了含有根系吸水项的一维土壤水动力学模型,模拟了不同水分胁迫条件下冬小麦蒸腾、棵间蒸发、根系吸水、根系生长以及田间土壤水分运移过程。结果表明:在冬小麦生育前期、中期根系吸水主要在80cm以上,生育后期根系对下层土壤水分吸收量增加,但所占比例很小。根据实测根系生长资料分析水分胁迫下生育中期根系受到水分胁迫,在生育后期恢复灌水后根系早衰,生长缓慢;从胁迫程度上来说中度胁迫复水后的后效影响要大于重度胁迫处理。     

湘南红壤作物苗期铝中毒的研究

利用盆栽试验对湘南地区旱地上种植的几种主要的作物（小麦、玉米、大豆、花生、油菜）进行了铝毒害的研究。结果表明,各种作物苗期对铝的耐受能力不同。铝毒害临界指标为:小麦4.0cmol/kg,玉米4.8cmol/kg,油菜4.0cmol/kg,大豆5.2cmol/kg,花生4.4cmol/kg。铝毒害首先对作物根系生长产生危害,根系中积累大量的铝对根系细胞造成损害,严重阻碍作物吸收、运输养分和水分,继而影响到地上部生长,铝毒严重时使作物濒临死亡     

土壤水氮动态及作物生长耦合EPIC-Nitrogen2D模型

为计算农业区不同作物生长条件下土壤水氮迁移转化过程,该文基于Erosion/Productivity Impact Calculator(EPIC)作物模型建立了作物根系生长子模块,将其进行有限元数值离散,与土壤氮素迁移转化模型Nitrogen2D耦合,使模型能计算作物生长条件下土壤水氮迁移转化过程。该作物生长模块可计算多种胁迫下作物根系对土壤水分和氮素的动态吸收速率,及作物收获时的生物量和吸氮量。采用武汉大学灌溉排水试验场冬小麦生长条件下土壤水氮试验数据对模型进行了率定,并用于土壤水氮分布和作物生物量预测,土壤含水率、氮素的模拟值与实测值的一致性系数分别为0.86~0.97、0.52~0.98,Nash效率系数为0.59~0.90(含水率)、0.44~0.93(土壤氮素),说明模拟结果与实测值吻合度较高。同时,分别采用该文的作物生长模块和简单根系吸收模块计算根系吸氮过程,结果显示,简单根系吸收模型会显著高估作物吸氮量,而作物生长模型则由于考虑了根系生长和各环境因子的胁迫作用,计算结果更符合作物实际吸氮过程,计算的根系吸氮量相对均方根误差为3.4%~46%。     

磷与水分互作的根土界面效应及其高效利用机制研究进展

【目的】磷与水分利用率低是制约作物生产的重要因子。磷必须在水分的作用下通过根土界面才能被作物吸收利用,磷和水分在根土界面的互作效应是影响其高效利用的关键环节。本文以根际为核心,重点综述了磷与水分在根土界面的互作机制,并剖析了通过强化根土界面磷与水分的协同,提高农田水肥资源利用效率的根际调控途径。[主要进展]根系的形态和生理变化深刻影响磷和水分的有效性,而根系生长和根际过程依赖于植物的营养和水分供应状况,作物根层适宜的水分和养分供应水平能最大化根系和根际过程的效率,从而促进作物对磷与水资源的高效利用。作物根系除了能对根层土壤中磷和水分的系统供应做出响应外,也对局部磷和水分的变化产生形态和生理上的反应。根系响应磷和水分的表型可塑性与植物激素的调控作用密切相关。ABA、乙烯、NO均参与磷和水分互作的调控过程,质外体pH在调控植物抵抗水分胁迫过程中具有重要作用,并与植物的营养状况密切相关。[展望]深入理解根土界面水与磷互作的协同过程及其调控机制是提高集约化作物体系水分和磷利用效率的关键。未来的研究方向与重点包括:进一步揭示磷和水分互作与激素信号途径之间的关系,探明农田生态系统中磷与水分互作的根土界面效应及其高效利用的协同机制,建立不同种植条件下水肥资源高效利用的根际调控途径,为通过根系、根际的定向调控,发挥其生物学潜力,提高集约化农田水肥资源的利用效率提供科学依据。     

不同灌溉制度对玉米根系生长及水分利用效率的影响

为了探讨不同灌溉制度对玉米根系生长和水分利用效率的影响及基因型间差异,在大型活动防雨棚和棚外田间条件下,利用一组玉米遗传材料杂交种户单四号、父本803和母本天四进行了研究。结果发现玉米杂交种在根系生长、分布和水分利用效率上表现出显著的杂种优势。在充分灌溉条件下,玉米杂交种在浅层的根长密度大于亲本,但在水分亏缺条件下,玉米杂交种根长密度在整个剖面上都显著大于亲本;同一玉米基因型在不同的灌溉制度下根长密度在土壤剖面的分布也不同,拔节期不灌溉条件下玉米根系在深层土壤中的分布较充分灌溉条件下大,保证了玉米对深层土壤水分的充分吸收,而后期灌水延缓了表层根系生长的衰退,产生明显的补偿效应;拔节期干旱而抽雄期和灌浆期灌水显著提高了3种基因型玉米的水分利用效率。通过合理灌溉优化玉米根系分布特性以提高玉米吸水能力和水分利用效率,是节水栽培上的可行途径。     

不同土壤水分冬小麦根、冠关系及其对叶片水分利用效率的影响

试验研究不同土壤水分冬小麦根、冠关系及其对叶片水分利用效率的影响结果表明,水分条件对根系与叶冠间干物质分配模式影响较小,而对根系功能与叶冠结构建成之间关系影响较大,水分胁迫抑制植株结构的建成,随作物由营养生长向生殖生长的过渡其根系功能发挥与叶冠结构建成之间矛盾愈加明显,拔节期复水有利于植株根系功能的增强和叶冠结构的改善。根冠比与叶片水分利用效率关系呈单峰倒“V”型曲线,水分多少可影响曲线的斜率和高低。根量达最大值前沿根冠比降低的方向,叶片水分利用效率增加;当根量达最大值时叶片水分利用效率也达最大值,此时根冠比为0 .1～0 .2。而抽穗期后沿根冠比降低的方向,其叶片水分利用效率也降低。     

种间竞争对旱作水稻与花生间作系统根系分布和氮素吸收积累的影响

已有的研究表明，植物之间除了地上部之间的相互作用不可忽视外，地下部分的根系对养分和水分的竞争更为激烈。在判断竞争平衡、竞争强度和资源利用方面，地下部分的竞争作用明显重要于地上部分，从根系生态学的角度来研究，才能了解种间关系的本质。因此根系之间的相互作用，成为种间关系研究的主要内容。Snaydon和Harris认为，间作作物根的生长动态在不同的单作作物间有差异，导致了根相互作用和竞争的程度不同，从而对营养物质和水分的利用产生影响。     

半干旱地区不同年代冬小麦品种根系生长和水分利用效率对种植密度的响应

优良的品种与科学合理的种植密度是提高小麦产量的基础。试验以3个不同年代在黄土高原半干旱地区大面积推广的冬小麦品种为试验材料,设置了3个种植密度（100万株/hm²、250万株/hm²、350万株/hm²）,通过田间小区实验研究了种植密度对其根系生长,产量及其水分利用效率的影响。结果表明:不同年代冬小麦品种的根系生长,水分利用效率及其产量对种植密度的响应不同。1960s品种（丰产3号）的根系生长、产量及水分利用效率随种植密度的增加而降低;1980s品种（小偃6号）在中密度时根系生长,产量及水分利用效率最大,低密度次之,高密度最小;现代品种（长旱58）根系生长,产量及水分利用效率随种植密度的增加而提高。在本实验条件下,现代品种较前品种的最高水分利用效率和最高产量均显著增加,而相应的根重密度和根长密度却显著降低。这表明在黄土高原半干旱地区小麦品种更替过程中,小麦的根系生长可能存在对其产量和水分利用效率不利的冗余,只不过这种根系生长的冗余随品种的更替而降低,并因此提高了其水分利用效率和产量。     

土壤中的玉米根系生长及其研究应注意的问题

土壤中的根系如何生长？由于根系生长在土壤中无法直接观察和研究,使得对土壤中的根系生长和发育规律、空间分布规律及其对养分的吸收了解很少。已知的关于土壤中根系生长的研究结果与室内控制条件下所获得的短期试验结果有很大不同。本文针对田间条件下生长的玉米根系发育规律、根系的更新和衰老、根长与根重的关系、根鞘形成、根系生长与氮素利用效率以及土壤Nmin与取样方法,特别是在研究土壤中生长的根系时需要注意的问题进行讨论,希望对田间条件下玉米根系的生长发育有更多了解,并对目前国内进行的众多田间条件下的作物根系研究有所借鉴。     

供水条件对温室番茄根系分布及产量影响

通过田间试验，分析了不同生育期供水条件对番茄灌水量、光合作用、根系分布、产量和水分利用效率的影响。结果表明：番茄开花坐果期控制灌水下限为60%f_C(田间持水量)，结果盛期控制灌水下限为75%f_C，控制灌水上限为90%f_C，番茄产量最高，达到91.7 t/hm²，水分利用效率达到27.51 kg/m³，整根的根长、根表面积、根体积、根干重都明显增加。叶片净光和速率在75%f_C条件下最高，有利于光合产物的形成。随土层深度的增加，根长密度呈指数下降。不同土壤水分条件对番茄根系生长影响主要体现在直径小于1 mm的根系上，而且直径小于1 mm的根长和产量之间存在很好的相关关系。     

不同水分条件下CO2浓度升高对植物生长及水分利用效率的影响

研究分析了不同水分条件下CO_2浓度升高对植物生长、生理和水分利用效率等影响,指出水分亏缺下CO_2浓度升高有利于植物生长,植物叶面积增大,生物量增加,根/冠值增加,且改善植物气孔生理,减少水分蒸腾,提高叶水势,维持植物水分胁迫下正常光合作用,提高植物经济产量和水分利用效率。CO_2浓度升高一定程度补偿了水分亏缺对植物产生的负面影响,对农业节水增产有重要意义。     

日光温室西瓜产量影响因素通径分析及水分生产函数

该文以温室小型西瓜为试材,采用日光温室内E601型蒸发器蒸发量值控制灌溉水量,在西瓜的不同生育阶段设置4个灌水水平,研究不同生长阶段不同土壤水分条件对产量的影响,得出产量与水分之间的函数关系;以株高、茎粗、叶面积指数（LAI）、地上部干质量和根干质量为产量影响因素,通过通径分析方法,计算它们与产量之间的直接通径系数和间接通径系数。结果表明：温室西瓜在滴灌条件下总产量与总耗水量之间呈二次函数关系,最佳灌水量为107 mm;水分敏感指数在果实膨大期最大,开花坐果期次之,苗期和成熟期水分敏感指数较低;产量与茎粗、LAI和根干质量之间的单相关系数均达到显著和极显著水平,而茎粗和根系干质量可作为评价小型西瓜高产的单个因素。     

Ein vollautomatisches Pipettiergerät fär die Korngrößenbestimmung nach Köhn

The effect of chlorcholinchloride (CCC) on the root formation of sunflower in relation to soil water content Sunflowers were cultivated in pot trials under dry and moist conditions with and without CCC in order to find whether CCC can improve growth under dry conditions. The influence of soil moisture and CCC on the yield and on the anatomy of the roots was investigated. It appears that: 1. Growth under dry conditions was improved by the use of CCC 2. The stele was much enlarged by CCC which causes a marked increase in root diameter. 3. The effect of water deficiency in dry conditions cannot be eliminated by the use of CCC 4. The noticeable improvement in root growth under dry conditions after the use of CCC should be investigated further with regard to an improved usage of dry regions.     

Effects of soil physical conditions on root growth and water use of barley grown in containers

The results of an experiment to study the effects of subsoil loosening on root growth and water use of barley plants grown in 1.0-m-deep, 65-mm-diameter plastic tubes are reported. Changes in the dry bulk density (1280–1530 kg m⁻³) of the 0.2-m-deep soil layer immediately below the plough layer hand disproportionate effects on rates of root growth, and following this on crop water use and dry matter yield. Increasing the number of large pores in the sieved sandy loam soil at a depth of between 0.2 and 0.4 m allowed roots to proliferate easily and at the same time to extract the water held at relatively low suctions. When no extra water was added, these plants came under water stress sooner than those grown in containers with relatively compacteds ubsoil. Reduced rates of root growth meant that water was made available over a longer period of time. The variable and unpredictable yield responses of crops to subsoil loosening reported in the literature must be owing in part to the patterns of rainfall distribution during the season in relation to root growth and the development stage of the crop. Under certain conditions subsoil loosening will increase crop water stress and reduce yield.

The validity of the techniques used for observing root growth was supported by the linear (β=1.09) relationship obtained at the end of the experiment between the length of root at the soil/plastic interface and the corresponding number of root ends observed at the centre of the soil core (r²=70%, N=216), although there was still a considerable degree of scatter in the position of individual points.     

土壤透水状况对水稻根系生长与氮素利用的影响

以"II优7954"为材料,盘栽比较了不同透水性土壤(常规淹水无渗漏、渗漏10mm/d、20mm/d、40mm/d和无水层无渗漏)对水稻根系生长与N素利用的影响,结果表明:水稻植株根系生长与土壤透水性关系较大,适当的土壤水分渗透能促进根系生长,提高N素利用。土壤透水量10mm/d有利于水稻早期根系生长,提高根总量和深层根比例,开花期白根比高,N肥吸收利用率达77.05%,远高于常规淹水无渗漏对照,对水稻产量也有促进作用。土壤透水量超过20mm/d时不利于产量提高及后期水稻根系和植株地上部的生长。适当土壤透水能提高籽粒千粒重,但渗漏率超过20mm/d则千粒重有下降趋势。     

A flood-free period combined with early planting is required to sustain yield of pre-rice sweet sorghum (Sorghum bicolor L. Moench)

Abstract

Understanding the responses of sweet sorghum to flooding and the characters associated with flooding tolerance may be a useful strategy for pre-rice production and help meet demand for biofuel feedstock. Three sweet sorghum genotypes (Bailey, Keller and Wray) and five flooding treatments including non-flooding control, continuous flooding extended from 30, 45, 60 and 75 days after emergence to harvest were conducted under greenhouse conditions. Flooding decreased leaf dry weight (22–60%), leaf area (10–70%), number of node per stalk (1–5%), shoot dry weight (5–20%) and stalk yield (2–22%) with highest reduction in 30 days after emergence flooding treatment. Flooding later than 30 days after emergence did not significantly affect shoot growth, yield and yield components. Brix value, sucrose content and total sugar content were not significantly affected. All studied cultivars had similar shoot growth response. Flooding induced development of roots in water; root length, root dry weight, nodal root and lateral root number and interconnection of aerenchyma spaces from roots in flooded soil to stalk base above water level but suppressed root growth in flooded soil. The acclimation traits were highest in Keller, flooding from 30 days after emergence but there was a lack of root development in 75 days after emergence flooding treatments. These findings indicate the effect of waterlogging on sweet sorghum growth and yield strongly depends on the growth stage at which it occurs. There were genetic variations in root morphological and anatomical responses to flooding of sweet sorghum. The development of nodal and lateral roots and aerenchyma formation from flooded plant parts to stalk bases above water level may distribute to flooding tolerance in sweet sorghum. Based on the results, a flood-free period of at least 30 days after emergence is required to sustain yield of pre-rice sweet sorghum and early planting is highly recommended.     

河西绿洲膜下滴灌板蓝根生长、耗水特性和品质对水分调亏的响应

通过大田试验研究了水分调亏对膜下滴灌板蓝根生长、耗水规律、产量、水分利用效率及品质的影响。于2018年在甘肃河西中部的民乐县益民灌溉试验站开展板蓝根水分控制试验,板蓝根苗期和肉质根生长期保持充分灌水,在营养生长期和肉质根生长期分别进行不同梯度(轻度、中度和重度)的水分调亏处理,并测定各项生长指标、产量、水分利用效率和品质。结果表明：(1)营养生长和肉质根生长期中度和重度水分调亏显著降低了板蓝根株高、叶片数、主根长和主根直径,且降幅随调亏程度的加剧而增大,而轻度水分调亏与对照组无显著差异。(2)板蓝根在营养生长期和肉质根生长期各处理的耗水量呈现出随着水分调亏程度的加重逐渐降低,与对照相比显著降低(P<0.05)；耗水强度变化次序为营养生长期和肉质根生长期(约3.0mm/d)>肉质根成熟(约1.5mm/d)>苗期(约1.0mm/d)。(3)营养生长期轻度水分调亏处理(RD1)的板蓝根产量与水分利用效率最高,分别达到8475.38kg/hm_²和23.33kg/hm_².mm,处理RD4次之,其余水分调亏处理产量和水分利用效率均有所下降,与对照组之间差异显著(P<0.05)。(4)在营养生长期和肉质根生长期轻中度连续水分调亏有利于靛蓝、靛玉红、(R,S)-告依春、多糖含量的提高,与对照组差异显著(P<0.05),重度水分调亏处理各项指标均最低。因此,综合分析板蓝根产量、水分利用效率和品质可知,最优控水处理为营养生长期和肉质根生长期连续轻度水分调亏(RD4),即该阶段土壤相对含水率为65%~75%,可作为河西冷凉灌区板蓝根种植的最佳灌水策略。     

灌水下限与毛管埋深对温室番茄生长的影响

为探明番茄根系生长与水分分布之间的互反馈机制,通过日光温室地下滴灌试验,设置了4种毛管埋深(0 cm、10 cm、20 cm和30 cm)和3种灌水下限(保持土壤含水量为50%、60%和75%田间持水量),研究了不同灌水下限与毛管埋深对番茄根系生长及干物质分配的影响。研究结果表明,轻度、中轻度水分亏缺(灌水下限为75%和60%田间持水量)时,毛管埋深对番茄耗水量有显著影响,10~20 cm毛管埋深提高番茄耗水量。毛管埋深增加会减少0~20 cm土层根系分布,促进20~60 cm土层根系生长;毛管埋深对0~10 cm、20~30 cm、30~40 cm土层根系生长影响显著,对50~60 cm土层根系生长无显著影响。灌水下限对细根(d1 mm)、粗根(d1mm)的根长与根表面积影响显著,毛管埋深对细根的根长与根表面积有显著影响;轻度水分亏缺及20 cm毛管埋深有利于细根根长和根表面积生长,减少粗根比例。本研究结果表明,轻度水分亏缺及毛管埋深为20 cm更有利于全株干物质积累,灌水下限为75%田间持水量能够增加根系干物质分配比例,而20 cm毛管埋深则能促进干物质向茎叶转移且减少根系干物质的分配比例。     

干旱胁迫对花生生育中后期根系生长特征的影响

花生是较耐旱的经济和油料作物, 长期少雨或季节性干旱是限制花生产量提高的重要环境因子, 也是花生收获前黄曲霉素感染的重要因素。根系是植物吸水的主要器官, 不同土壤水分状况下植物的根系构型可能会表现出显著差异, 进而影响植物根系吸收养分和水分的能力。研究不同土壤水分状况下花生根系形态的发育特征与抗旱性的关系对进一步理解花生的水分吸收、运输、利用和散失机制以及培育抗旱性花生具有非常重要的作用。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, 研究抗旱型花生品种"花育22号"和干旱敏感型花生品种"花育23号"生育中后期根系生长特征及其对干旱胁迫的响应。设置正常供水和中度干旱胁迫(分别控制土壤含水量为田间持水量的80%~85%和45%~50%)2个水分处理, 分别在花针期、结荚期和饱果期进行取样,根长、根表面积和体积扫描后通过WinRhizo Pro Vision 5.0a程序进行分析; 收获时测定产量和抗旱系数(干旱胁迫处理与正常供水处理下产量之比)。结果表明, "花育22号"具有较高的产量和抗旱系数, "花育23号"对干旱胁迫的适应性小于"花育22号"。抗旱型品种"花育22号"具有较大的根系生物量、总根长和根系表面积, 且深层土壤内根系表面积和体积大于"花育23号"。与正常供水处理相比, 干旱胁迫显著降低2个品种花针期的根系总根长、根系总表面积和总体积, 对结荚期和饱果期根系性状无显著影响; 干旱胁迫增加2个品种生育中后期40 cm以下土层内的根长密度分布比例、根系表面积和体积, 但"花育23号"各根系性状增加幅度小于"花育22号"。干旱胁迫处理下20~40 cm和40 cm以下土层内根系表面积和体积分别与总根长、总表面积和总体积呈显著或极显著正相关, 而正常供水处理下0~20 cm土层内根系表面积和体积与整体根系性状表现极显著正相关。总体而言, 具有较大根系和深层土壤内较多的根系分布是抗旱型花生的主要根系分布特征; 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调节植株对水分的利用。