陕北毛乌素沙漠黑沙蒿根系分布特征研究

研究沙生植物根系空间分布特征对制定沙质困难立地植被恢复与重建技术路线,选定适宜树种,提高造林成活率、保存率和效益,都会起到非常重要的作用.采用埋置网状沙袋土芯、分层挖掘、根系分析系统等方法对毛乌素沙地主要优势植物黑沙蒿的根系生长和分布特征进行了测定,结果表明:(1)不同年龄的黑沙蒿根系生物量变化范围及其在各土层中的分布规律各不相同.黑沙蒿根系生物量随着树龄的增加而增加,在一定时期达到最大值,然后逐渐下降并趋于稳定;其根系分布也随年龄的增加向深层土壤延伸,在垂直方向上,根生物量随深度增加呈指数递减.1～5年生黑沙蒿根系生物量主要分布在0-60 cm土层,占总根系生物量百分比分别为99.06%、97.71%、94.31%、93.82%、84.35%.0-20 cm土层根系生物量占根总生物量百分比随着树龄的增加逐渐减小,20-60 cm土层的根系生物量百分比则随着树龄的增大先增大后减少.(2)黑沙蒿根长的变化特征与其根生物量的分布规律较为相似,随着年龄的增加不同土层间根长的变幅增大,但随着土壤深度的增加沙蒿根长呈指数甬数模式递减.(3)1～5年生黑沙蒿比根长在0-200 cm 土层平均比根长随着树龄的增加而减小,1年生黑沙蒿的比根长最大,5年生黑沙蒿用以构建根系的碳投人最多,比根长最小.黑沙蒿用以构建根长的生物量投入效率也随着年龄的增加而减小.同龄黑沙蒿在不同土层的比根长也各不相同,不仅说明了植物对其生存环境具有较高的可塑性,也反映了土壤环境条件存在差异.     

青海共和盆地典型固沙植物根系分布特征

为了解共和地区典型固沙植物的根系分布特征,为该地区人工植被恢复的物种选择提供依据,本文选取当地典型荒漠化防治植物种中间锦鸡儿、柠条锦鸡儿、沙柳、小叶杨、小穗柳和乌柳6种植物,进行根系分布特性研究.采用整株挖掘法获取植物根系样本,使用WinRHIZO Pro 2500a根系分析系统,计算根系生物量密度、根长密度、比根长、根系消弱系数.所研究的6种植物根系主要集中在0 ～ 40 cm深度范围内,根系生物量密度与根长密度沿土层深度波动下降.小穗柳细根比根长显著大于其他植物种,说明其细根根系活性最强,对环境的适应性最好.沙柳与中间锦鸡儿的根系生物量消弱系数显著大于其他植物种,沙柳的根长密度显著大于其他植物有助于增加土壤抗性,具有较强的固土能力.柠条锦鸡儿的生物量密度显著大于其他植物种,获取能量的能力较强.在共和盆地人工植被恢复宜选用适应性较强的小穗柳,或固土能力较强的沙柳与中间锦鸡儿.     

华北落叶松根系抗拉力学特性

华北落叶松作为水土保持先锋植物之一,其根系的力学抗拉特性是维持边坡稳定的一个重要因素.为探究落叶松根系的基本抗拉力学性质,选取不同根长、直径以及去皮与否的华北落叶松根系,以不同的拉伸速率进行室内单根拉伸试验.结果表明:根长100 mm的带皮根系以10 mm/min的速率拉伸时,其根系的抗拉强度与直径无明显的相关性,而其他的条件下,根系的抗拉强度随直径的增加而减小,且呈逆函数关系;华北落叶松根系的应力-应变曲线为单峰曲线,无明显颈缩,呈弹塑性材料特征;根长、去皮与否都对根系的抗拉强度有显著的影响,而拉伸速率对根系抗拉强度的影响不明显.研究结果可为进一步分析华北落叶松根系与土壤之间的相互作用机制、建立边坡稳定模型提供基础数据.     

野生大豆根系形态对局部磷供应的响应及其对磷吸收的贡献

通过土柱试验模拟局部供磷,定量评价了磷局部供应对野生大豆根系形态参数的影响以及这些根形态参数对植株磷吸收的贡献.磷局部供应明显改变了野生大豆的根形态,使总根长增加了80.5％,比根长增加了32.6％,根表面积扩大了70.7％,根直径减小了27.6％,植株对磷的吸收增加了43.2％,地上干重增加了72.0％;在所有的根形态参数中,总根长、根表面积和比根长对野生大豆植株磷吸收具有较大贡献,其中尤以比根长对植株磷吸收贡献最大,即在根长增加的同时,根直径减小能够明显提高野大豆根系对磷的吸收.结果表明,野生大豆对局部磷供应表现出高度的根系形态可塑性,通过局部养分供应优化根系空间分布和定向调控根系生长能显著提高植物对异质性土壤磷资源的获取能力.     

三峡库区几种耐水淹植物根系特征与土壤抗水蚀增强效应

为明确用于三峡库区消落区植被构建的岸生植物物种根系特征与土壤抗水蚀之间的关系,对狗牙根(Cynodon dactylon(L)Pers.)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides(Mart)Griseb)、荻(Triarrhena saccharifloraNakai)、牛鞭草(Hemarthria compressa(L.f.)R.Br.)、香附子(Cyperus rotundusL.)、野古草(Arundinella anomala Steud.)等6种耐水淹植物根系进行了研究。利用根钻(Eijkelkamp agrisearch equipmentmodel 15.01)在野外直接取样的方法,获取了含有目标物种根系的土柱试验样品,采用改进的抗崩解装置测量土壤的水蚀速率,计算了这6种植物根系对土壤的抗水蚀增强系数,并使用根系分析系统(WinRHIZO Pro.2004c)对根系特征进行了分析。研究发现,空心莲子草、荻、香附子和狗牙根的根冠比均值较大,野古草、荻具有较大的根长密度和根表面积密度;含有根系的土壤水蚀速率显著低于对照,空心莲子草、荻、野古草的土壤抗水蚀增强系数显著高于其他3个物种;根长密度、根表面积密度均与土壤抗水蚀增强系数之间呈极显著的线性关系;根系径级中D≤2 mm的根系与土壤抗水蚀关系最为密切,土壤抗水蚀增强系数与D≤2 mm根系的根长密度和根表积密度均呈显著的线性关系,相关系数随着径级的增加而减小。结果表明,6物种均能显著增强土壤的抗水蚀能力,空心莲子草、荻、野古草的增强作用最为明显;根长密度、根表面积密度能很好地表征土壤的抗水蚀能力,尤其是D≤2 mm或D≤0.5 mm根系的根长密度和根表积密度,可以作为表征土壤抗水蚀能力的最重要参数。     

玉米根系在土壤剖面中的分布研究

玉米根系在土壤剖面中的分布是准确量化植被与气候相互作用不可缺少的参数,也是玉米生产科学管理和节水农业发展的重要科学依据.在中国气象科学研究院固城生态环境与农业气象实验站内的大型根系观测系统中,采用地下室玻璃窗观测法和方形整段标本法,观测了"屯玉46号"玉米的根深、根宽、根长和根重,分析了玉米根长、根长密度、根重密度和根系粗度等在土壤剖面中的分布状况.结果表明,玉米根长、根干重均随土壤深度的增加基本呈递减类型.吐丝期0～40 cm土层根长占整层根长51.5%,0～80 cm土层占76.2%,0～120 cm土层占90.5%.乳熟后期其分布趋势与吐丝期相似.玉米根系粗度随着土壤深度增加,在上层呈减少分布型,在下层呈增加分布型.乳熟后期,玉米最大根深可达230 cm,根长总量达8.288 km·m-2,显示出该玉米品种有较发达的根系.通过玻璃窗观测的根深大于远离玻璃窗处的根深.     

玉米生长后期的根系分布研究

为了研究玉米生长后期根系的生长发育规律,利用中国气象局固城农业气象试验站大型根剖面系统,采用微根管观测系统及方形整段标本法和地下根系室玻璃窗,对‘屯玉46号’玉米根系的生长状况进行了试验研究。结果表明:垂直方向上,方形整段标本法和微根管法测得的根长密度占整层总根长密度比例的变化趋势一致,相关系数分别为0.987和0.717,且两种方法在0~20 cm土层的根长密度比例均为最大。0~60 cm土层为玉米根系生长活跃区,方形整段标本法测得根长密度生长量为其余层的4倍。两种方法测得的根长密度无显著差异,相关系数为0.830,均匀性水平较好。玉米成熟期根系的水平幅度较乳熟期窄,下层根系仍处于生长中,垂直深度增加。玻璃窗与方形整段标本法观测的根深测定结果存在差异,这可能与观测环境条件不一致有关。     

应用实测含水率剖面估算冬小麦相对根长密度分布

根长密度是根系研究中不可缺少的一个参数，但其适时准确的测定却存在相当的困难。该文应用平均根系吸水速率反求方法，提出了在已知两个实测含水率剖面的条件下，估算相对根长密度分布的方法，并通过田间实验和土柱实验对该方法进行了检验，结果表明：该方法可以较好地估算相对根长密度的分布，为土壤水分运移的连续模拟提供较为可靠的参数。     

盐分胁迫条件下苜蓿根系吸水特性的模拟与分析

体文借鉴Ｈｏｍａｅｅ有关盐分胁迫的部分试验研究结果及一种新的数值迭代反求方法，对无水分、养分限制条件下，Ｈｏｍａｅｅ苜蓿盐分胁迫试验中苜蓿根系的吸水规律进行了数值模拟与分析，提出了一种计算相对根长密度分布函数的简便计算方法，建立了盐分胁迫条件下苜蓿根系的吸水模型．结果表明：盐分的存在会显著降低苜蓿的根系吸水速率，当土壤溶液的电导率达到约５ｄＳ／ｍ时，将极大地影响苜蓿的根系吸水；本文提出的计算相对根长密度分布函数的计算方法较为简便、可靠；基于相对根长密度分布函数的吸水模型可以较好地模拟根系的吸水规律．     

玉米根系剖面分布对水分亏缺的响应

在水分亏缺和正常供水(土壤含水量分别维持在田间持水量的40%～45%和75%～80%)两种水分条件下,采用土柱实验方法,研究了玉米杂交种户单四号(F1)及其父本803(♂)、母本天四(♀)根系剖面分布对水分亏缺的响应.结果表明:水分亏缺除了对父本的总根重无显著影响之外,使杂交种和母本的总根重以及3个品种的总根长和根系总表面积均显著下降.在剖面分布上,水分亏缺显著降低了杂交种和母本在表层土层中的根重和根表面积.使杂交种在表层和中层土层中的根长以及亲本在深层土层中的根长显著下降.可见,玉米杂交种响应中度干旱胁迫的形态学变化是减少上层干土中的根系生长,而增加深层土层中根系的相对生长,即其深层根系分布占总根系的比重较亲本高,这种根系剖面分布的优化导致杂交种较高的生物量积累和水分利用效率.     

施氮对白羊草细根形态和生长的影响

细根作为植物吸收水分和养分的重要器官,其形态和生长也受到土壤资源有效性的影响。以多年生草本植物白羊草(Bothriochloa ischaemun)为研究对象,通过盆栽试验和连续扫描根系的方法,研究了6个施氮处理(0,0.02,0.04,0.08,0.16和0.32 g/kg)对白羊草1—4级根序根系形态特征的影响。结果表明:(1)随着根序增加,各级根序上根系的平均直径和平均根长呈显著增加趋势(p<0.05),但总根长和比根长显著下降(p<0.05);(2)除对1级根的平均直径没有显著影响外,施氮增加了白羊草其它各级根序的平均根长和平均直径,减小了比根长、总根长和生物量;(3)施氮提高了1—4级根序的根系伸长速率和直径增粗速率,且根系伸长速率和增粗速率随时间推移呈动态变化,尤其是对1,2级根序的影响较大。因此,全球氮沉降增加可能通过影响细根的平均根长、平均直径、比根长、生物量等形态特征而对草本植物地下特征产生影响,进而影响陆地生态系统的C,N循环。     

植物根系轴向水流阻力的研究

本文以泊潇叶定律为基础,提出了测定植物根系轴向水流阻力的降水头法,并用此法对鹰嘴豆根系的轴向阻力进行了不测定.结果表明:降水头法其测定可靠性是令人满意的,尤其适用在较短时间内测定根系的轴向阻力.根轴向水流阻力的泊潇叶公式计算值与实测值的比较结果表明:对鹰嘴豆根系来说,实测值总大于计算值:二者的比值随根导管调和平均直径的减少而增加.所有不同直径根轴向阻力测定平均值为计算值的3.8倍.     

微根管法监测膜下滴灌棉花根系生长动态

为了精细监测膜下滴灌条件下棉花(Gossypium hirsutum L.)细根生长形态,于2014年在巴州灌溉试验站开展大田试验,采用微根管法原位监测棉花根系生长,并与传统网格法作对比。分析棉花根系生长动态,构建微根管法测定的形态参数与网格法所测定形态参数的回归模型。结果表明:花期到吐絮期,利用微根管监测10~20 cm处根系生长得到的棉花根长更新速率为1.844 mm/d,期间棉花老根不断死亡和分解。微根管法与网格法测得的根系深度为50 cm,根长密度随着深度增加先增大后减少,根长密度在20~30 cm处最大。两种方法监测得的根长密度具有较好的线性相关,由微根管法测得的剖面根长密度,可通过线性回归方程换算得到实际的体积根长密度。利用微根管法能可靠地监测棉花根系的生长动态变化,今后的研究可进一步加大微根管监测范围和频率,精细监测细根生长全过程,通过构建根系生长模型分析膜下滴灌条件下棉花根系生长时空动态。     

不同灌溉施氮肥方式对香蕉根系生长的影响

试验通过在渗滤池中种植香蕉，研究了滴灌施氮肥和浇灌施氮肥两种施肥方式对香蕉根系生长的影响。结果表明，合理施用氮肥能显著促进香蕉根系的生长，如在滴灌施氮肥条件下香蕉二级根的根表面积比对照增加了52％；对香蕉而言，滴灌施肥技术是一种理想的灌溉施肥方式，与浇灌施肥相比，它能显著增大香蕉二级根的根表面积，其增幅达15％。     

玉米苗期根系生长与耐低磷的关系

在田间筛选试验的基础上,利用两个磷高效(181和186)、两个磷低效(153和197)玉米自交系,进一步研究了这些自交系苗期耐低磷能力差异及其与根系生长的关系。结果表明,在低磷胁迫(P.5.78.mg/kg)下,所有自交系玉米地上部重量、初生根重、次生根重及磷累积量降低,但磷高效自交系181和186受影响程度显著小于153和197。在试验所处的玉米生育时期(6叶龄),磷对所用自交系的初生根及次生根数量没有影响。比较181和197的根系形态,在低磷胁迫下,磷低效自交系197的初生根侧根长、轴根长均显著下降,磷高效自交系181则下降幅度很小。而且,低磷使181初生根的侧根/轴根比值、根长度/根重比值较高。说明低磷胁迫下,181自交系可以将根中的有限的养分及干物质作更合理的分配,促进细根的生长,从而获得较长的根系。     

土壤水分胁迫对红砂幼苗细根形态和功能特征的影响

通过盆栽人工模拟干旱试验,研究了土壤水分胁迫对红砂幼苗细根形态及功能的影响。结果表明:(1)随胁迫程度的加剧红砂幼苗细根直径和体积呈减小趋势,而根长、比根长、表面积、比表面积均呈增大趋势,表明在胁迫条件下,红砂幼苗细根可通过根长、比根长、表面积、比表面积的增加与直径和体积的减小来适应逆境胁迫。随根序的升高红砂幼苗细根直径呈增大趋势,而根长和比根长表现出减小趋势,比表面积呈先升高后降低的趋势。(2)随胁迫程度的加剧红砂幼苗细根全C含量呈降低趋势,而全N含量先呈明显的降低趋势,后呈升高趋势,表明在中度胁迫下红砂幼苗细根呼吸作用明显降低。随根序的升高红砂幼苗细根全C含量呈增加趋势,而全N含量呈下降趋势,表明红砂幼苗较低级根序具有较强的呼吸作用与代谢活性。(3)红砂幼苗细根根长与全C含量之间呈极显著正相关关系;直径与全C含量之间呈显著正相关关系;比根长与C含量呈显著负相关关系。     

黄土高原天然草地根系主要参数的分布特征

采用土钻法对黄土高原天然草地群落根系的垂直分布特征进行调查研究,同时用根系扫描仪EPSONTWAINPRO（32bit）和专业的根系形态学和结构分析应用系统WINRhizo对根系长度、根系表面积和根系体积等主要根系参数进行分析。结果表明,在15个均匀分布的采样点上,同一深度上不同径级根系之间不存在显着差异。不同径级根系的主要根系分布参数具有相似的分布规律。所有径级的根系都集中分布在表层40cm的土层中,在40cm以下的土层中根系分布相对较少。在所有径级的根系中,直径范围在0.2～0.6mm之间的根系具有最大的分布值。     

Spatial Distribution Assessment of Maize Roots by 3D Monolith Sampling

Spatial distribution of roots is of paramount importance for nutrient acquisition by crop plants. The objective of this study was to assess the spatial distribution of root length density (RLD), root mass density (RMD), and root morphological parameters in maize. Soil monoliths were completely sampled in form of 84 cubic samples of 10-cm edge length. Total root length and mass were dominated by fine roots (<1 mm diameter). Root parameters revealed variability in all three spatial dimensions, notably also parallel to the plant row. Root morphological parameters depended more on the horizontal location with respect to location of plants than on depth. Multiple regression analysis indicated that RLD, proportion of fine roots, and root diameters can be predicted from RMD, soil depth, and distance to plant. These three-dimensional (3D) data could be utilized for evaluation of 3D root growth and nutrient uptake models.     

EFFECT OF PHOSPHORUS APPLICATION ON HIERARCHICAL LATERAL ROOT MORPHOLOGY AND PHOSPHORUS ACQUISITION IN SOYBEAN

Root growth systems are hierarchical and sensitive to nutrient availability in soil. Lateral roots are an important component of plant root morphology. Phosphorus (P) availability regulates root branching in plants such as Arabidopsis thaliana, barley (Hordeum vulgare), and rice (Oryza sativa L.). However, little information is available for soybean (Glycine max L.). A pot experiment was conducted to determine the morphological characteristics of lateral roots of different orders and P acquirement of soybean seedlings under three levels of applied P of 0, 50 and 100 mg P kg^?1 soil. Root length, an important parameter of root characteristics, differed in four orders. Lateral roots in the second and third order contributed 39.4 and 34.2% of total root length, respectively. Moreover, since most of lateral roots were fine roots (roots having a diameter 0.5 mm), fine roots had a frequency distribution of 58.5 to 61.4% in the second and third orders. Phosphorus application significantly increased dry weight, total length and number of lateral roots in the four orders with the ranking of fourth > third > second > first (P ≤ 0.05), but did not affect the average length of a lateral root. Phosphorus application reduced the frequency distribution of fine lateral roots in the first and second orders, while increased in the third and fourth orders (P ≤ 0.05). Compared with the medium P application (50 mg P kg^?1 soil), the high P application (100 mg P kg^?1 soil) inhibited lateral root growth with decreases in root dry weight, root length and root number at all orders. Phosphorus concentration and content increased with the increase in P application. The correlation between characteristics of lateral root and P status in the plants varied among root orders. The length of lateral roots from first to third order had a positive correlation with P concentration in root and shoot, and had a good relationship with P content. Lateral root numbers at the second, third and fourth orders were significantly correlated with P content while no correlation was found with the average length of a lateral root. It is proposed that the main effect of P application appears to be on the lateral root initiation rather than on lateral root elongation, and P favors the lateral root formation of the higher orders. The total length and number of lateral root at the second and third orders play a more important role in P content than those at other lateral root orders.     

坡地槟榔根系调查研究

槟榔目前为台湾收益优势作物,在利之所趋情况下继续入侵山坡地已不可避免,因此槟榔对水土保持影响成一热门课题。诸多因子中根系对水土保持影响为重要参考资料,探讨槟榔根系中根系分布、根型、根密度以做为了解槟榔根系对土壤抗剪力研究之用,经选定台中大坑地区槟榔园试验,结论如下:（1）槟榔为浅根系,无论上下坡其根数及根断面积均集中于0～50cm间,根数均以下坡数多于上坡,根直径则随深度之增加而递减。根直径介于0.1～20.5mm间,根系横向扩展亦不高,大约介于30～100cm,横向扩展随土深而增加,无明显主根,根型如团网型（Massive type）。（2）槟榔根系无论于各土层深度分布均以细根及小根所占比例最高,显见槟榔小径根特多,无法分辨明显主根,由于根力与根面积比呈正比,过多之小径根直接影响根力,因此槟榔根力将因小径根所占比例过高而降低根力。（3）槟榔根系密度介于2.403×10^-4～9.791×10^-4,其中下坡断面根系密度分别为上坡断根系密度2.7倍及1.2倍。