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。     

基于微根管技术的玉米根系生长监测

为了研究玉米根系生长规律,该文利用固城农业气象试验站内设置的大型根剖面系统,采用微根管观测法,对试验地上玉米主要生育期的根系生长动态进行定期直接跟踪监测,并以方形整段标本法作为参照标准,对试验数据采用MATLAB软件辅助图像处理和现代统计方法进行分析。结果表明：微根管法与方形整段标本法对得出的根长密度随深度增加呈递减型有较好的一致性,两者相关系数达到0.83以上,通过0.05的显著性检验;由观测数据建立的回归方程能较好地反映土壤中玉米根系生长规律,进一步表明微根管法是一种破坏性较小、可准确定位跟踪植物根系在土壤中生长动态变化的先进技术,对植物根系生长研究有较好的推广应用价值。     

秸秆覆盖对滴灌棉花土壤水盐运移及根系分布的影响

干旱区棉田残膜污染日益严重, 秸秆覆盖能从根本上杜绝农田残膜增量。为探索秸秆覆盖代替塑料薄膜与滴灌结合的可行性, 需了解秸秆覆盖对滴灌棉田土壤水盐分布及棉花根系的影响特点, 同时探索耕作层以下30 cm处埋设一层秸秆进行深层秸秆覆盖与滴灌结合的效果。本文采用测坑试验研究了3种秸秆覆盖方式(表层覆盖、30 cm深层覆盖和无覆盖)与滴灌结合在2种土壤条件下(非盐碱土和盐碱土), 棉花根系分布稳定后的絮期土壤水盐运移及棉花根系分布特征。结果表明: 表层覆盖对于土壤整体保水性较好, 能有效抑制耕层水分散失和盐分聚集; 30 cm深层覆盖整体保水性优于无覆盖, 相对表层覆盖仅在秸秆层以下靠近滴灌带的有限范围内具有优势, 并显著提高耕层以下土壤水分含量, 但在棉花絮期对于盐分抑制作用不明显。秸秆覆盖通过对水盐运动的影响而显著影响棉花根系分布, 尤其对深层根系分布影响更大。非盐碱土条件下, 0~28 cm土层, 无覆盖处理根长密度、根重密度、根长密度比重均最大, 表层覆盖根长密度最小, 但根重比重最大, 30 cm深层覆盖根重密度最小; 在28~70 cm土层, 30 cm深层覆盖根长密度最大, 表层覆盖根长密度最小, 但根长密度比重最大, 无覆盖根长密度比重最小, 其中在28~56 cm土层30 cm深层覆盖根重密度和根重比重均最大。盐碱土条件下, 0~28 cm土层, 表层覆盖与30 cm深层覆盖根长密度和根长比重均高于无覆盖处理, 同时表层覆盖根重密度最高, 30 cm深层覆盖根重密度和根重比重均最低; 在28~70 cm土层情况相反, 30 cm深层覆盖处理根重比重最大, 但根重密度最小。说明表层覆盖可促进非盐碱土及盐碱土耕作层根系发育, 30 cm深层覆盖限制上层根系发育, 但促进30 cm以下土层根系发育, 在盐碱逆境下秸秆覆盖可促进根系向更细更长方面发育。秸秆覆盖与滴灌结合在干旱区具有良好应用前景。     

膜下滴灌条件下水分对棉花根系分布特征的影响

通过分层土柱挖掘法，研究膜下滴灌条件下不同滴灌量棉花（Gossypium hirsutum L．）根系的分布特征。结果表明：直径〉1mm的粗根只分布在40cm以上的土层；随着土层深度增加，棉花根系生物量逐渐减少；但随着滴灌量减少，土壤深层根系生物量有增加趋势。不同处理的根系生物量的分布与土层深度呈显著的负指数关系，棉花细根生物量、根长、根表面积在土壤中垂直分布都呈“单峰型”曲线变化规律；但随着滴灌量的减少，棉花根系消弱系数β呈增加趋势。     

分根交替膜下滴灌条件下南疆棉花耗水特性与生长特征

该文以棉花为供试材料,研究了2种不同膜下滴灌（分根交替膜下滴灌和全根区均匀膜下滴灌）在3种不同灌水量（3750、4500、5250 m3/hm2）条件下南疆膜下滴灌棉花的耗水特性、生长状况（株高、根长等）以及水分利用效率。结果表明,分根交替膜下滴灌在中等灌水量（4500 m3/hm2）下干旱区棉田土壤水分的垂向最大湿润深度达50 cm多,土壤水分水平最大湿润半径为40 cm左右,其中覆膜中间点土壤含水率最大,其次是覆膜边缘,而在棵间裸地中间点土壤含水率最小。土壤平均含水率在棉花全生育期内有着上升的趋势,在2种滴灌模式下,棉花株高和根长随灌水量的增加而增高。当灌水量一定时,不同灌水模式对株高和根长的影响不明显,棉花株高和根长在分根交替膜下滴灌模式下其生长量受灌水量的影响要大于全根均匀膜下滴灌模式。相比全根均匀膜下滴灌,分根交替膜下滴灌抑制了棉花蒸腾速率,即分根交替膜下滴灌通过减少棵间蒸发和作物蒸腾耗水来提高了棉花的水分利用效率,这对实现干旱区滴灌棉田节水高产高效具有重要意义。     

塔克拉玛干沙漠公路防护林棵间土壤蒸发及蒸发量估算

通过田间试验,建立了实用性膜下滴灌棉花根系吸水模型,研究了在作物生长条件下的土壤水分运动,以揭示膜下滴灌棉花根系吸水规律。调查了不同生育期膜下滴灌棉花根系的分布,在棉花宽行及窄行采用根钻取样,将土样冲洗后,测定棉花根长参数,进而建立了棉花根长密度分布函数。根据理论分析和计算,考虑根长密度、土壤含水率及植株蒸腾量,建立了棉花根系一维吸水模型,其形式简单,涉及的参数较少。建立的棉花根系一维吸水模型能够反映棉花根系吸水的实际情况,应用方便,具有实际应用价值。     

基于微根管技术的盐胁迫下小麦根系生长原位监测方法

常用的作物根系生长监测一般采用破坏性采样方法,如土钻法和挖掘法等,虽然精度较高,但很难实现对作物根系生长的原位重复观测。采用桶栽法,利用微根管技术对分蘖期、返青期、拔节期和孕穗期的小麦根系进行了连续观测和采样,获取不同盐胁迫下小麦根长密度和根长等参数,研究不同生长时期小麦根系生长参数随土壤深度分布的规律。结果显示,微根管法获得的小麦根长密度与土钻法所得到的结果呈极显著正相关(r=0.91),且在拔节期和孕穗期二者的相关性最好。通过不同时期根系图像对比及根系参数分析发现,小麦根系在0～10 cm土层分布最多,并随深度增加而减少。此外,随着土壤盐含量的增加,各生长期根长变短;在分蘖期,土壤盐分含量最高(S5,盐分含量6.61 g·kg–1)的小麦根系长度不足对照处理的1/2,至孕穗期,其根系长度甚至低至对照处理的1/3,说明小麦根系受盐分胁迫影响较大,且以孕穗期受胁迫程度最严重,尤其当土壤盐含量超过3 g·kg–1时影响最明显。由此可见,与传统破坏性取样方法相比,微根管技术结合图像处理技术可更好地快速、无损获取小麦根系生长的相关参数,为盐渍化区域作物根系的原位观测研究提供了新的方法。     

滴灌施肥对桃树细根生长及氮素吸收的影响

  【目的】  从桃树根系生长角度探讨滴灌施肥提高氮肥利用率的机理,为提高滴灌施肥技术提供理论依据。  【方法】  田间试验于2016年开始,在河南中牟综合试验站进行,供试材料为两年生桃树。设置滴灌施肥和传统施肥两个处理,滴灌施肥的氮磷钾用量为传统施肥的40%～60%。将微根管埋于距桃树60 cm远、40 cm深处,连续3年观测根系的生长状况。2018年桃树落叶后,利用15N示踪方法测定了桃树不同器官的氮素养分吸收和运转量,计算了氮肥利用率。  【结果】  滴灌施肥桃树的细根性状与传统肥水处理差异显著。传统肥水桃树细根褐变时间为38天,细根中值寿命为107天,细根现存量为82条,而滴灌施肥处理三指标依次为生长51天、147天、311条。细根年周转率各年份间差异大,但滴灌施肥处理显著低于传统肥水处理。8月下旬根系活力滴灌施肥处理最高达39.47 mg/(g·h),传统肥水处理仅为27.86 mg/(g·h),11月下旬两处理的根系接近休眠状态,根系活力差异不显著。滴灌施肥处理桃树各部位Ndff值显著高于传统肥水处理,滴灌施肥处理氮素吸收利用率达到17.89%,传统肥水处理氮素吸收利用率为9.75%,滴灌施肥处理显著高于传统肥水处理。  【结论】  滴灌施肥处理提高了根系细根数量,延长了至细根褐变时间,提高了细根中值寿命,提高了细根现存量,降低了细根周转率,生长季内提高了根系活力,因此提高了氮素吸收利用率。     

膜下滴灌不同灌水定额对玉米根系生长的影响

玉米根系的分布特征受多种因素的制约,其中影响最大的有土壤水分和生育期阶段等,通过分析不同灌水处理条件下,不同生育期,土壤深度与根长密度和根重密度的关系,研究膜下滴灌玉米各生育期根系在不同灌水定额处理下的分布规律,利用大田代表植株挖根试验得到的实测数据进行根长密度和根重密度计算。结果表明:根长在表层土壤中,随着水分的胁迫减轻,呈现增大趋势,深层反之,而且最大根深出现在80 cm处,在大喇叭期,处理1在20 cm土层根长密度最小（77.27 mm/cm³）,处理9最大（143.31 mm/cm³）,在40 cm土层,处理8的根长密度最小（16.11 mm/cm³）,处理1最大（24.89 mm/cm³）。根重密度与根长密度的规律基本一致,水分胁迫能促进根系向下伸长,在玉米拔节期,处理1在20 cm以上土层根干重仅占总根干重的67.9%,而处理9在20 cm则达到了90.2%。随着生育期的推进,表层根重密度随灌水量增大而增大,在大喇叭期,处理1的根重密度为8.16×10^-4 g/cm³,处理7为2.358×10^-3 g/cm³ 。水分胁迫使得根系深扎吸取水分来补偿亏缺,并且根变得较细较小,这说明根系自身会做出水分适应性环境调整,以达到重要机制的平衡。     

黄土丘陵区油松林细根在坡面的空间分布特征

以黄土丘陵区人工油松林坡地为研究对象,采用网格法,距坡顶10m(SP1),20m(SP2),30m(SP3)和40m(SP4)处,分9层(20cm/层)钻取土样,分析了细根形态、生物量的空间分异特征。结果表明:(1)油松细根生物量和根长密度主要分布在0—100cm的土壤中,占0—180cm土壤的83%和81%,并随土层深度增加呈指数下降趋势,比根长则随土层深度增加而逐渐增大;(2)SP1处细根生物量(1.26 mg/cm~3)、根长密度(7.21 mm/cm~3)、根面积密度(13.28mm~2/cm~3)显著小于SP2,SP3和SP4(p0.05),而SP1处比根长(1 099.36 mm/mg)、比根面积(1 075.48mm~2/mg)显著大于其他坡位处的(p0.05);(3)油松细根在坡面的空间分异性,是由于不同坡位立地条件下土壤水分的显著差异导致,其影响程度达到极显著水平(p0.01)。研究结果对于揭示立地条件对根系行为的影响机制具有一定的参考价值,为黄土丘陵区水土保持植物措施的配置提供科学依据。     

滴头流量对棉花根系分布影响的试验

土壤湿润区与作物根系分布之间的关系是确定滴灌湿润比的理论依据,而土壤湿润区形状直接受滴头流量的控制,因此,滴头流量与作物根系分布之间的关系是确定滴灌技术参数的依据。该文以桶栽试验为基础,设置5个滴头流量处理（0.5、1、1.5、2、2.5 L/h）观测了棉花5个生育阶段（苗期、蕾期、花期、铃期、吐絮期）的根系结构和根系分布。试验结果表明,小滴头流量下棉花根系分布范围窄而深,根系结构紧凑;而大滴头流量下棉花根系分布范围宽而浅,根系结构稀松。棉花根长密度随土层深度先增大后减小,并且随着滴头流量由小变大,土层内根长集中点向浅层上移。水平方向上,棉花根长密度由根轴向两边逐渐减小,而且根轴处的根长占总根长比率随滴头流量的增大而变小。试验结果为滴灌技术设计中选定土壤湿润比和滴头流量提供参考。     

氮肥和土壤质地对滴灌棉花根系分布及产量的影响

通过大田二因素随机区组试验,研究了滴灌条件下不同质地棉田土壤棉花根长密度和根表面积的垂直分布特征及其对产量的影响。结果表明:(1)施肥、灌水都可以显著降低棉花根长密度和根表面积,其关系表现为显著负相关;(2)花期之前棉花在0~20 cm土层根长密度表现为砂土黏土壤土,花期之后表现为砂土壤土黏土;在20~40 cm土层表现为壤土黏土砂土,且深层土壤砂土中棉花根长密度下降势显著高于壤土、黏土;在不同质地土壤中,粗根表面积均表现为N2(施氮量360 kg/hm~2)N3(施氮量480 kg/hm~2)N1(施氮量240 kg/hm~2)CK(不施氮处理);(3)根系分布特征参数与籽棉产量相关性分析结果显示,根长密度、根表面积对籽棉产量的形成均有显著影响,棉花籽棉产量的有效提高手段之一是在某些特定生育期适度地降低根系特征参数。     

干旱地区棉田膜下滴灌盐分运移规律

以田间实测数据为基础,研究棉田膜下滴灌对土壤盐分的变化。通过对棉田4个不同的生育期以及不同滴灌年限棉田盐分的变化进行了分析,初步得到,棉田在生育期盐分变化特征是0～20 cm含盐率从播前到苗期减小、盛铃期增大、吐絮期减小的趋势,>40～80 cm从播前缓慢增加、盛铃期～吐絮期逐渐减少;水平方向滴头处盐分累积最少,膜间处盐分累积较多;垂直方向上0～20 cm土层盐分减少,>60～100 cm土层累积程度较大;不同滴灌年限棉田随滴灌年限的延长各层土壤含盐率相应增加并且在>60～100 cm增加的趋势显著,且滴头、行间、膜间的总含盐率是依次增加;>60～100?cm已成积聚盐分的最大区域;在棉花生育期内,0～60 cm土壤呈脱盐状态,60～100 cm土壤呈积盐状态。该结果可为干旱区棉花膜下滴灌水盐的治理与防治提供参考。     

咸淡水轮灌对棉花产量和土壤溶质迁移的影响

为探讨不同咸淡水膜下滴灌方式对棉花根系、产量和土壤剖面溶质迁移的影响,于2012–2013年在巴州灌溉试验站开展大田试验,共设置全生育期微咸水、淡水和咸淡水轮灌(蕾期—花铃前期淡水、其余生育期微咸水)3个处理。对比不同咸淡水处理下,棉花根系发育、地上部生长和产量的差异,分析0~100 cm土壤中铜、铁、锰、钙、钾、钠6种溶质垂向分布与变化特点。结果表明:2012年,微咸水灌溉条件下,钠离子未发生表聚,40 cm以上土壤微量元素含量显著增高(P0.05),棉花总根长密度、最大根长密度呈咸水处理轮灌处理淡水处理,咸水和轮灌处理下,单株棉花地上部干物质、单位面积铃数和籽棉产量显著高于淡水处理,分别达32%、20%和22%。2012–2013年,咸水处理下棉花总根长密度骤减,导致该处理下单株棉花地上部干物质、单位面积铃数和籽棉产量显著降低(P0.05)。在土壤盐害离子增加,微量元素减少的情况下,采用蕾期至花铃前期淡水灌溉、其余生育期微咸水灌溉的方式,钠离子未发生表聚,2013年棉花总根长密度高于咸水处理达24%,地上部干物质、单位面积铃数和籽棉产量较咸水处理高出13%~24%。咸淡水轮灌一定程度上促进了棉花根系生长,缓解盐害离子对棉花造成的生长胁迫。另外,不同咸淡水灌溉处理下,土壤溶质迁移规律不同:2012–2013年,土壤中铜、铁、锰平均质量分数降低约40%,0~10 cm的表聚系数由0.14~0.17增长至超过0.20,3种处理下铜、铁、锰都表现出强烈的表聚性;钙、钾、钠平均质量分数增加33%~45%,3种处理下钙、钾未表现出明显的表聚性,而微咸水处理下钠由不表聚转变为显著表聚。该成果可为干旱地区合理利用微咸水,实现棉花优质稳产提供参考。     

Soil Salinity Dynamics under Drip Irrigation and Mulch Film and Their Effects on Cotton Root Length

A field experiment based on a monolith method using flooding irrigation under mulch film (FI) as a control was conducted to investigate soil salinity dynamics under drip irrigation with mulch film (DI) and its effects on cotton root length. The average soil salinity increased with duration of irrigation, but salt distribution in the soil profile was uneven and showed strong accumulation in the soil between adjacent mulch films. With advancing growth of cotton plants, the area of salt accumulation gradually expanded, especially from 110 to 125 days after sowing (DAS), when salinity distinctly increased in the 0- to 40-cm soil depth and at distances 30–70 cm from drip lines; the electrical conductivity (EC) under DI in all soil samples was at least 3 mS cm^?1 and in some cases exceeded 5 mS cm^?1. Root length declined significantly by 18.1% from 110 to 125 DAS under DI. The soil area showing the greatest decline in root length under DI coincided with the main site of salt accumulation. Correlation analysis of soil EC and root length density indicated the root length declined when soil salt content exceeded 2.8 mS cm^?1. However, under FI salt accumulation barely exceeded 2.8 mS cm^?1 and no reduction in root length was observed. The results indicated that the main reason for decreased root length in cotton under DI was localized accumulation of salinity.     

新疆膜下滴灌棉花早衰的根系生长发育特征

【目的】 膜下滴灌 (drip irrigation under mulch film, DI) 技术由于其高效节水的特点在新疆大面积推广使用,然而近期发现应用滴灌技术进行灌溉的作物根系出现了早衰,影响了地上部生长及产量的形成。本研究探讨了目前膜下滴灌技术体系棉花根系生长发育、空间分布的动态变化规律及地上部响应。 【方法】 采用田间试验方法,设置膜下滴灌、漫灌 (flood irrigation under mulch film, FI,对照) 两处理,采用 Monolith 法分 7 次采集根系,DT-Scan 软件测定根系长度,分析不同生育时期棉花根系在土壤空间中的变化特征,同时采集地上部样品并分器官测定干物质量。 【结果】 滴灌棉花根系表现出明显的浅层分布趋势:从播种后 96 d 开始,距地表 10 cm 范围内的根系长度明显大于漫灌处理,而 30—60 cm 土层则正好相反;在播种后 65～96 d 内,滴灌棉花根长增加速率明显低于漫灌;棉花生长发育后期 (播种后 125～160 d),滴灌处理棉花根系显著衰退,且主要集中在 0—40 cm 深度、距滴灌带 30—70 cm 土体范围内,播种后 160 d 与 125 d 相比,0—10 cm 土层下降了 13.8%,而 10—40 cm 衰退幅度更大 (22%),与此同时,漫灌处理除 0—10 cm 土层根长有所下降外 (7.7%),10 cm 以下依然保持增长状态 (10—40 cm 及 40—60 cm 层分别增加了 5.5% 与 10.2%);播种后 125 d,滴灌棉花地上部生长量明显高于漫灌,而根系正好相反,其冠根比较漫灌高,而在播种后 160 d 剧烈下降 (地上部叶片及蕾、铃的大量脱落所致 )。 【结论】 膜下滴灌棉花根系由于浅层分布,根系体积小,而地上部生物量过大,导致其在生长发育后期快速衰退。今后应研究适宜的水肥调控措施,以构建更早、更深的根系系统,控制生殖生长期内棉花的营养生长,实现膜下滴灌棉花的高产稳产。      

微孔深松耕降低土壤紧实度提高棉花产量与种籽品质

长期传统耕作导致土壤紧实形成犁底层是影响农田土壤质量和作物生长的关键障碍因子之一。为解决这一问题,于2013年4月至2014年5月在山西运城南花农场开展为期1 a的大田试验,对比研究微孔深松耕技术和旋耕机旋耕15~20 cm的传统耕作方法对土壤紧实度以及棉籽品质性状和生长发育的影响。结果表明:微孔深松耕技术较传统耕作方式,棉花苗期犁底层40 cm处土壤紧实度由9 069.70降低到558.80 k Pa,吐絮期犁底层40 cm处的土壤紧实度由8 089.70降低到1 174.20 k Pa,吐絮期0~40 cm土层中微孔深松耕土壤容重最大为1.05 g/cm3,传统耕作最大为1.56 g/cm3;在30 cm土层中,微孔深松耕的总根量比传统耕作方式多187.03%;微孔深松耕处理棉株棉铃的5室铃率较传统耕作增加15.00%,每个棉瓤的种子数平均增加1~2粒;棉籽的籽指、密度、绒长均明显增加,脂肪含量显著降低(P0.05),蛋白质含量显著增加(P0.05),单株铃数比传统耕作增加6.34%,铃质量增加5.75%,皮棉产量增加10.12%。效益分析表明,采用微孔穴深松耕作种植棉花,每公顷净收益增加3 338.00元。该研究揭示了微孔深松耕作可有效打破犁底层,具有疏松土壤紧实度,并提高棉籽品质增加棉花产量,为该项技术应用于生产提供试验依据。