基于磷肥施用深度的夏玉米根层调控提高土壤氮素吸收利用

良好的根系构型能够促进作物高效获取土壤养分。基于磷肥施用深度的根层调控技术可以优化夏玉米根系的时空分布并促进其与土壤水分、养分供应的空间匹配性,为通过玉米根系挖潜实现节肥增效提供理论与技术支撑。本试验以不施磷肥处理为对照(CK),设置距离地表-5 cm (P5)、-10 cm (P10)、-15 cm (P15)和-20 cm (P20)深度施用磷肥处理,分析各处理对夏玉米根系分布、植株生长及产量形成、氮素吸收、积累与转运的影响。结果表明,磷肥适当深施显著促进夏玉米根系生长,根干重、根长密度、根系表面积和根体积均显著增加,整体表现为P15P10P20P5CK。随着磷肥施用深度的增加,深层玉米根系显著增加。P15和P20处理根干重所占比重,在20～40cm土层分别为12.3%和12.1%;在40～60 cm土层分别为6.7%和6.9%。根系分布深度的增加促进了对土壤氮素的吸收,深施磷肥处理各土层中尤其是20cm以下土层土壤氮素含量显著降低。根系分布的优化同时促进了植株氮素积累与转运, P15处理较P5处理氮素吸收效率、氮积累量、转运量及氮肥偏生产力2年平均分别提高14.5 kg kg–1、19.2%、48.9%和6.4kgkg–1,籽粒产量2年平均增产16.4%。在本试验条件下,磷肥集中施用在-15cm处理,能显著促进夏玉米深层土壤根系的生长,扩大根系养分利用空间,增加根系对深层土壤氮素的吸收,促进植株氮素积累及转运,提高其生产力,最终提高产量。     

日光温室滴灌条件下黏重土壤水分运移规律研究

在天津市武清区黏质潮土日光温室,通过田间土壤剖面实地连续监测,研究了滴灌栽培西红柿条件下土壤湿润锋水平、垂直运移规律和土壤含水量的分布特征。结果表明:滴灌开始后,湿润锋水平方向的移动距离在0.5 h内能达到10 cm以上,在1 h内能达到12 cm以上,在停止灌溉后移动距离仍然继续增大,灌溉后1.5 d后基本稳定在14.5~15.0 cm。滴灌后湿润锋垂直方向的移动距离,在0.5 h能达到30 cm以上,停止灌溉后仍能继续下移,6 h能达到49.5~53.0 cm,滴灌后1.5 d稳定在52.5~55.7 cm。湿润锋水平方向、垂直方向移动距离与灌水定额呈正相关。灌溉后6~10 h滴孔正下方20~40 cm土层土壤含水量达到最大值,然后逐渐降低,灌水定额越大,达到最大值的用时越短。滴灌后3 h的滴孔正下方20~40 cm土层土壤含水量达到33.0%~34.0%,距滴孔水平距离10 cm处为30.0%~31.0%;灌溉后6 h距滴孔水平距离15 cm处的20~40 cm土层土壤含水量28.0%~29.0%,土壤相对湿度81%~84%。20~40 cm土层适宜作物生长土壤含水量的持续时间随灌水定额增大而增长,灌水定额135 m3/hm2为8 d,而180 m3/hm2为11 d。灌水后10 d的0~20 cm土层土壤含水量降至28.0%~28.5%,土壤相对湿度80.0%~82.0%,20~40 cm土层土壤含水量30.5%~31.2%。在黏重土壤日光温室西红柿灌水定额为135~180 m3/hm2时,需要间隔10 d左右灌水一次。     

栽培技术优化对冬小麦根系垂直分布及活性的调控

为探索优化小麦根系构建,促进小麦根系功能发挥,以达到小麦高产高效的栽培技术,于2012—2013和2013—2014年度小麦生产季,通过大田试验,比较研究了鲁原502在旋耕-基肥撒施(RT-SF),深翻-基肥撒施(PT-SF)和苗带旋耕-间隔深松-分层深施肥(SRT-SS-DT)3种栽培技术下产量及其构成,研究麦田0~90 cm内不同土层根系形态分布及生理特性的差异。与RT-SF和PT-SF处理相比,SRT-SS-DT处理显著提高了小麦的千粒重及单位面积穗数,使最终产量提高了3.96%~13.29%。SRT-SS-DT处理促进了小麦根系生长发育,拔节后15~60 cm土层内的根长密度和根干重密度、30~75 cm土层内根系总吸收表面积和活跃吸收面积较其他处理显著提高,尤其是在施肥层(15~30 cm土层)。开花后20 d,15~30 cm土层SRT-SS-DT的根系总吸收表面积和活跃吸收面积较RT-SF提高了66.3%和56.5%,较PT-SF提高了75.9%和59.8%。SRT-SS-DT增强了15~90 cm土层的根系活力,同时减缓了生育后期根系活力的下降,开花期至花后20 d,15~30 cm土层根系活力下降值在SRT-SS-DT处理下较RT-SF和PT-SF降低了28.5%和14.9%。此外,在花后20 d,SRT-SS-DT处理小麦15~90 cm土层根系表现较低MDA含量和较高SOD活性,尤其是15~30 cm土层,根系SOD活性分别比PT-SF和RT-SF处理高20.6%和10.9%。15~90 cm土层根系活力和根干重占比与小麦产量呈显著正相关。结果表明,通过对苗带旋耕、间隔深松和分层深施肥等栽培技术的集成和优化,可以有效扩展深层土壤根系的分布,提高深层土壤根系的活性,尤其是施肥层,有助于小麦产量提高。     

条带深松对不同密度玉米群体根系空间分布的调节效应

为探究条带深松耕作(SS)对密植玉米群体根系空间分布与容纳量的调节效应,本试验设置3个种植密度(低密：4.50万株 hm^-2、中密：6.75万株 hm^-2、高密：9.00万株 hm^-2),以土壤免耕(NT)为对照,利用小立方原位根土取样器,通过“3D monolith”根系空间取样方法,比较研究玉米个体与群体根系的空间分布对种植密度与土壤耕作方式的响应。结果表明,单株根长受种植密度影响显著,在0~50 cm土层中(每10 cm为一土层),高密种植的单株根长较低密种植减少110.31、43.18、15.73、10.49和17.45 m;在高密种植条件下,与土壤免耕比,条带深松耕作增加20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm土层中的单株根长13.32%、19.80%、47.20%;单株根干重与单株根长的变化一致。种植密度对群体总根长的影响不显著,却显著影响群体根系的空间分布。与低密种植比,高密种植的植株中心根长密度在0~10 cm、10~20 cm土层中分别降低3.82 cm cm^-3、0.62 cm cm^-3,但植株之间的根长密度在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm土层中分别增加1.13 cm cm^-3、0.18 cm cm^-3、0.06 cm cm^-3、0.05 cm cm^-3;在高密种植条件下对土壤进行条带深松耕作,与土壤免耕比,植株中心的根长密度在0~10 cm土层中降低16.10%,在10~20 cm、20~30 cm土层中却分别增加47.45%和13.37%,植株之间的根长密度在20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm土层中分别增加50.26%、30.72%和106.15%;条带深松耕作显著提高密植玉米群体下层根系的容纳量。高密条件下条带深松耕作增加了群体根干重、深层根系量、植株间根系分布及根表面积,进而增加了地上部群体叶面积指数及地上部干重,最终促进产量显著提高。说明密植群体通过条带深松耕作改善了群体的根系空间分布,减弱了上层根系的拥挤,通过增加深层土壤根系量及植株之间根系量增加了群体根系容纳量,发挥了密植群体根系功能,实现了密植群体的高产。     

覆膜对谷子农艺性状、产量及土壤物理性质的影响

谷子覆膜栽培具有明显的保温、保墒、增产、增收的作用,覆膜技术在不断推广和应用,但其增产机理、水温效应等问题尚不十分明确和完善。通过田间试验研究了覆膜对谷子农艺性状、产量及土壤物理性质的影响,结果表明:谷子覆膜处理植株鲜、干重分别比CK增加48.9g、19.1g,根、茎、叶、穗含水量分别比CK提高3.79%、3.00%、9.72%、1.57%;覆膜使谷子生育期提前5d左右,增产1001kg/hm²,增产率为27.59%;覆膜处理0~10cm土层含水量比CK高1.25%~3.66%,10~20cm土层含水量比CK高0.12%~0.86%;覆膜处理地下5cm、10cm、15cm、20cm土层的地温分别比CK高2.8℃、2.7℃、2.2℃、2.1℃,随土层深度的增加覆膜处理的地温与CK之间的差距变小;覆膜处理0~20cm土层土壤团聚体含量比CK高4.43%~0.72%,其中>5mm、5~2mm两级大团聚体含量可提高5.64%~1.84%,而0.50~0.25mm小团聚体含量低于CK0.65%~1.19%,非团聚体含量在0~5cm、5~10cm、10~15cm、15~20cm土层低于CK3.43%、4.43%...     

不同土壤水分条件下冬小麦根系分布规律研究

为了探讨不同土壤水分条件下冬小麦根系在土壤深度中的分布规律,为精细化农田灌溉提供技术支撑.采用池栽定量灌溉的方法,在冬小麦的几个主要生长发育期进行0～10 cm,10～20 cm,20～30 cm土壤层次的根系鲜重、干重测定并计算不同层次土壤中的根系占整个根系干重的百分数.结果表明0～10cm土壤中根干重占总重80％以上,10～20cm土壤中根干重占总重10％以上,20～30cm土壤中根干重占总重5％左右.小穗型品种山农20根干重顺序孕穗期是轻度干旱＞水分过量、干旱和适宜水分,开花期是适宜水分＞轻度干旱＞水分过量＞干旱.大穗型品种山农21根干重顺序孕穗期是适宜水分＞水分过量＞轻度干旱＞干旱,开花期是适宜水分＞水分过量＞轻度干旱＞干旱.在干旱型生产上多采用小穗型品种,根系强大,可减轻干旱危害,小麦全生育期生产上以灌溉水为宜.     

耕层重构对连作棉田土壤理化性状及棉花生长发育的影响

针对黄河流域连作棉田常年旋耕导致犁底层变厚变硬,土壤蓄水保墒能力下降,养分在表层富集,病害加重等问题,探讨土壤耕层重构技术在黄河流域棉区生产上的可行性。试验于2014和2015年在河北省农林科学院棉花研究所威县试验站进行,在连作棉花20年的土壤条件下采用随机区组试验,设置了T1(0~15 cm与15~30 cm土壤互换)、T2(0~20 cm与20~40 cm土壤互换,同时松动40~55 cm土壤)、T3(0~20 cm与20~40 cm土壤互换,同时松动40~70 cm土壤)、CK(旋耕15 cm)4个处理,调查土壤理化性状、棉花生育性状、田间杂草与病衰指数等指标。结果表明,在20~40 cm土层T2处理容重两年较CK分别降低0.13 g cm–3与0.15 g cm–3;20~40 cm土层全氮、速效磷、速效钾含量T2与T3显著高于T1与CK;灌水(雨)后深层土壤蓄水量增加,播种后40~60 cm与60~80 cm土层蓄水量T2较CK 2014年增加3.5 mm、5.5 mm,2015年增加6.7 mm、3.4 mm,在蕾期干旱时0~20 cm与20~40 cm土层蓄水量T2较CK 2014年高6.6 mm、8.7 mm,2015年高4.2 mm、9.2 mm。耕层重构后棉花根系量显著增加,地上部干物质积累表现出开花期前低、开花期后高的趋势;耕层重构处理单株铃数、单铃重、皮棉产量较对照显著提高,T2皮棉产量两年较CK分别增加6.1%、10.2%。耕层重构对灭除田间杂草具有明显效果,T2处理病衰指数两年分别降低41.7与31.9个百分点。适宜的土壤耕层重构方式(T2)是解决连作棉田问题、提高棉花产量的有效措施。     

稻草还田对免耕水稻根系生长及空间分布的影响

研究了稻草还田对免耕抛秧水稻立苗期根系生长及成熟期根系空间分布的影响。结果表明,稻草还田显著或极显著提高了立苗期免耕水稻根冠比、单株根生物量、总根数、白根数、单条根长、根毛区长、一次分枝、二次分枝根数量、根系活力和超氧化物歧化酶(SOD)活性,对根系的伸长、生长起到明显的促进作用。稻草还田明显提高了水稻产量及免耕抛秧水稻0~10cm土层根系干重和根系体积,6t/hm²稻草还田量比对照0~10cm土层根系干重和根系体积分别高29.85%、41.62%,产量提高11.18%,差异均达显著水平。     

甬优系列籼粳杂交稻根系形态与生理特征

以甬优籼粳杂交稻群体(A)为研究对象,在稻麦两熟制机插高产栽培条件下,以三系杂交粳稻群体(B)、超级常规粳稻(C)和超级杂交籼稻群体(D)为对照的试验,旨在揭示甬优系列籼粳杂交稻超高产根系形态生理特征。结果表明:(1)在生育中、后期,A的根系干重、地上部干重、根尖数、根系长度、根系表面积、根系体积及根冠比均显著高于B、C和D。(2)抽穗期不定根(根径0.3 mm)的根尖数、根系长度、根系表面积和根系体积占总根的比例表现为A大于B和C,小于D;细分支(根径≤0.1 mm)与粗分支(0.1 mm根径≤0.3 mm)的根尖数、根系长度、根系表面积和根系体积占总根的比例均表现为A大于D,小于B和C。抽穗期土层0~5 cm、5~10 cm和10~15 cm范围根干重占根系总干重的比例表现为A大于B和C,小于D;土层15~25 cm、25~35 cm、35~45 cm、45~55 cm范围根干重占根系总干重的比例表现为A大于D,小于B和C。(3)A抽穗后根系总吸收面积、根系活跃吸收面积、根系伤流强度以及根系氧化力和根系还原力均高于B、C和D。与杂交粳稻、常规粳稻和杂交籼稻相比,甬优系列籼粳杂交稻具有根冠协调水平高、群体根量大、分支结构优、根系深扎性好以及中、后期生理活性强等优势,这种根系特征为其超高产的实现提供了重要保障。     

耕作深度对烤烟生长、养分吸收及产量、质量的影响

通过田间试验研究了移栽前不同耕作深度(20、30和40 cm)对烟株农艺性状、根系发育及分布、干物质累积和养分吸收以及烟叶产量、产值和品质的影响。结果表明,不同耕作深度处理烟株前期生长无明显差异,但到打顶时烟株根系发育和分布则有显著差异。在0~10 cm土层内, 根系数量及根干重均随耕作深度增加而下降;而10~20 cm、20~30 cm两土层内根系数量及干重与耕作深度间的关系则与0~10 cm相反,20 cm处理与其余两处理间差异显著,耕作深度为40 cm处理明显有更多的根系。各处理烟株烟叶叶面积系数及最大叶面积、整株干物质累积和氮磷钾养分吸收均随耕作深度增加而增大, 且这种趋势随生育期发展而愈加明显。烤后烟叶产量、产值以耕作深度为40 cm处理最高, 30 cm处理次之, 20 cm处理最低, 前者与后两者间有显著差异;而评吸质量以耕作深度为30 cm处理各部位和40 cm处理上部叶相对更好。综合考虑, 建议烤烟生产中土壤耕作深度以30~40 cm为宜。     

土壤深松下磷肥施用深度对夏玉米根系分布及磷素吸收利用效率的影响

采用大田试验与土柱试验相结合的方式,设置距离地表-5 cm (P5)、-10 cm (P10)、-15 cm (P15)和-20 cm(P20)施用磷肥处理,以不施磷肥为对照(CK),研究磷肥施用深度对夏玉米根系分布、干物质积累与产量形成及磷肥吸收和利用效率的影响。结果表明,磷肥施用深度显著影响夏玉米根系干重及根长,表现为P15P10P20P5CK。与常规磷肥施用深度(P5)处理相比,P15处理玉米籽粒产量两年平均提高23.1%,根干重及总根长两年平均提高13.1%、22.9%; P15、P20处理均增加了-20 cm以下土层的根干重比例及根长比例,土柱试验分别达到35.4%和36.4%、58.7%和59.3%,大田试验根干重两年均达到19.0%,根长比重分别达到39.8%和39.9%。根系分布的优化促进了植株磷素积累与转运, P10、P15、P20处理较P5处理磷积累量2年平均提高10.6%、25.2%和14.7%,磷转运量平均提高46.9%、76.6%和57.6%,籽粒产量相应增加12.9%、23.1%和10.6%。P15比P5处理的磷肥偏生产力、农学利用效率和表观利用效率两年平均值分别提高19.1 kg kg~(–1)、19.1 kg kg~(–1)和25.2%。磷肥深施能够增加深层土壤根系的分布比例,提高植株对磷肥的吸收、利用效率,显著提高夏玉米产量,在本试验条件下以磷肥集中施用在-15 cm处效果最好。     

种植方式对寒地冬小麦土壤水分利用及产量的影响

为明确不同种植方式下寒地冬小麦土壤水分效应对根系形态及产量形成的影响,试验采用垄沟播种和传统平播,对黑龙江省冬小麦的土壤水分及产量进行了研究。结果表明:小麦生育中后期沟播土壤水分显著高于平播,分蘖初期20~30cm、30~40cm、40~50cm沟播下土壤体积含水率显著高于平播种植方式,分别提高9.87%、7.82%、4.17%;沟播塑造了较优的根系形态,提高了土壤水分的利用状态,灌浆中后期灌浆速率增加,显著提高粒重,较平播产量提高14.10%,产量增加553kg/hm²。沟播是寒地冬麦区较为安全理想的种植模式。     

水肥对小麦根系整体影响及其与地上部相关的研究

研究表明, 即使在50 cm土层以下出现干土层, 根长、根重及地上部干重都会随着干土层厚度的增加而呈降低趋势, 其中产量的反应更为敏感. 3m土层中存在50 cm干土层(50～100 cm), 就会使减产达到显著标准, 但根系等营养器官虽有差异都未达到显著水平. 研究还表明, 拔节期(雌雄原基分化)灌水较之起身期及孕穗期灌水, 对根长、根重     

弱磁场处理对玉米种子活力的影响

采用50HZ特定频率磁化器,对不同活力水平的玉米种子进行了种子活力的磁化效果研究。结果表明：弱磁场处理对种子活力表现极显著而稳定的正向效应。不同活力水平种子活力指数的最大增长幅度,芽鲜重为21.9%~122.9%、根鲜重55.7%~102.5%、芽干重29.7%~65.7%、根干重51.4%~93.0%。其中,根干重活力指数与产量呈极显著正相关,按回归方程Y=1.0922X+229.5562可以预测田间产量。弱磁场处理可增强种子耐贮性,贮存5个月电导率下降10.87%~21%。综合评判：高活力种子磁化10d,中、低活力种子磁化8~10d效果最好。对研究发现的弱磁场对发芽力影响的不稳定效应进行了讨论,并分析比较了弱磁场与强磁场处理对玉米种子产生的磁生物学效应上的差异。     

围场地区紫花苜蓿土壤水分动态变化与根系分布状况研究

(中国农业大学水利与土木工程学院,北京 100083)     

高产栽培条件下种植密度对不同类型玉米品种根系时空分布动态的影响

以平展大穗型品种鲁单981 (LD981)和紧凑中穗型品种鲁单818 (LD818),比较研究了不同种植密度下根系时空分布动态,以期为玉米品种的选育和高产栽培提供理论依据。结果表明, 随生育进程,2个品种的根系总体积、总表面积、活跃吸收面积与总干重均呈先升后降趋势,多为开花期至乳熟期达最大。随种植密度递增,LD981和LD818的根层数与数量、总体积、总表面积、活跃吸收面积以及水平与垂直方向各分布区域的干重均呈递减趋势,LD981的递减速率明显大于LD818。生育期内,不同种植密度下LD981和LD818的根系干重水平方向0~6 cm、6~12 cm和12~18 cm分布表现为高密度区、中密度区和低密度区; 垂直方向0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm和60~80 cm土层分别表现为高密度层、中密度层、低密度层和稀密度层; LD981水平方向0~6 cm范围根系干重所占比例比LD818的低2.96%,6~18 cm则高14.33%,垂直方向0~40 cm土层根系干重所占比例前者比后者高3.71%,40~80 cm土层则低35.97%。本研究说明不同类型玉米品种对根系伸展空间方向和大小的要求存在差异,平展大穗型品种LD981单株根量多,吸收能力强,根系分布较浅,对种植密度递增导致的水平方向空间受限制的反应更为敏感,宜适当增大株距稀植; 紧凑中穗型品种LD818单株根系呈现“横向紧缩,纵向延伸”的特点,更能适应随着种植密度递增导致的水平方向空间受限制的“拥挤”,宜适当减小株距密植。