基于核磁共振成像技术的作物根系无损检测

作物根系三维构型对于作物养分吸收具有十分重要的作用。该研究选用玉米、大豆和茄子3种常见作物根系作为研究对象,利用核磁共振成像(MRI)技术对其根系三维构型进行原位无损检测。试验研究和分析了生长介质、作物根系类型以及三维重建方法对作物根系成像的影响,并探讨了应用MRI技术快速无损进行作物根系研究的优势和不足。研究表明,应用MRI技术进行作物根系三维构型的研究是可行的。该研究为作物根系三维构型的定量描述和分析提供了一种新的途径。     

滴灌土壤湿润体与作物根系优化匹配研究

研究滴灌土壤湿润体与作物根系优化匹配结果表明 ,滴灌土壤湿润体是滴灌系统对作物根系的作用区域 ,滴灌土壤湿润体和作物根系合理匹配是滴灌系统优化的关键     

作物对Cd的吸收与根系阳离子交换容量

在不同浓度Ｃｄ溶液中培养了１１种作物幼苗，测定了各种作物根系的阳离子交换容量（ＣＥＣ），探讨根系ＣＥＣ与Ｃｄ污染生态效应的关系，结果表明，作物根对Ｃｄ的吸收与根系ＣＥＣ呈显著正相关，根系ＣＥＣ大的豆科作物对Ｃｄ最敏感，而根系ＣＥＣ小的禾本科作物耐受Ｃｄ的能力较强。     

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%。     

间套作改善作物矿质营养的机理研究进展

【目的】合理的间套作能够改善作物的矿质营养。近年来国内外对间套作提高作物生产力、 改善作物矿质营养的机理研究越来越深入。本文分析了国内外不同间套作中作物根际养分动态及作物营养吸收变化,阐述了间套作改善作物矿质营养的可能机理。【主要进展】 1)根系分泌物中的铵态氮和氨基酸态氮作为作物的氮源; 根系分泌物能够诱导豆科作物固氮作用的增强,增加间套作系统中的氮营养; 2)根系分泌物中的有机酸类物质能够活化根际土壤中的磷、 铁、 钾等营养,将其转变为植物可以利用的营养; 3)根系分泌物或地上部的种间互作能诱导作物的根系构型和矿质营养吸收相关基因的表达发生变化,形成空间上的营养生态位互补,增强根系吸收矿质营养的能力,充分利用土壤营养资源; 4)丛枝菌根真菌与作物间形成的网络便于营养在作物之间的转移和吸收; 5)间套作能够改变土壤生物多样性(土壤动物和微生物),而土壤的生物多样性能够促进作物矿质养分的吸收。间套作中,由于微生物代谢功能的多样性,作物对微生物的选择和富集使得根际土壤功能微生物的种类和数量增多,提高了土壤中矿质营养的生物有效性; 6)间套作提高了土壤的酶(如脲酶,酸性磷酸酶和碱性磷酸酶)活性,促进了有机氮、 磷向无机氮、 磷的转化,提高了土壤无机氮、 磷的浓度。总之,根系分泌物、 根系构型变化、 土壤生物多样性、 土壤酶在作物的营养有效利用中发挥重要作用,其中根系分泌物是它们之间的纽带,介导了作物-作物、 作物-土壤、 作物-微生物之间的相互作用。【建议与展望】由于技术手段的限制及地下根际过程的复杂性,人们对于地下生物学过程的认识还远远不够。根系分泌物的原位定性与定量、 间套作中种间的识别和响应、 间套作对土壤生物多样性的影响及土壤生物多样性对作物生长的反馈、 间套作中功能微生物的筛选、 分离、 鉴定及应用都将成为研究的重点。     

作物相对耐盐性的研究──Ⅱ．不同栽培作物的耐盐性差异

本文通过盆栽生物试验,对小麦、大豆、棉花、玉米等栽培作物的苗期耐盐性进行了研究.结果表明:棉花较为耐盐,玉米、小麦次之,大豆耐盐性最差.不同作物各组织中钠的浓度和累积量随盐度增加而剧增.小麦、大豆、棉花根系吸收钠后,不同程度地向地上部分转移;玉米根系吸收钠后,多累积在根系中.不同作物各组织中钾的浓度随盐度增加变化不大.但累积量剧减;钙的浓度和累积量随盐度增加都有不同程度的减少.作物根系吸收钾、钙后,向地上部分运输,因而地上部分组织中钾、钙累积量多于根系中钾、钙累积量.作物体内K/Na比随盐度增加而降低.本文还对不同栽培作物耐盐性差异的机理进行了探讨.     

基于探地雷达和电容法的作物根系原位无损测量技术研究进展

改善根系结构提高作物的抗逆特性是保障粮食安全的有效途径。但传统破坏性取样根系测量方法费时费力，且破坏了根系的原位状态。为满足栽培和育种对根系信息的需求，亟需发展原位无损的根系测量方法。因此，该研究综述了相关技术的研究现状，以目前能够在田间应用的作物根系原位无损测量技术-探地雷达和电容法为例，系统分析总结了两者技术原理、当前应用情况、存在的关键问题以及未来研究方向等，研究认为，提高探地雷达测量作物根系的精度和证实电容法测量根系的可行性是未来研究主要的着力点。     

基于根系层水分状态的旱区净灌溉需水量模型构建和应用

为更准确计算灌区净灌溉需水量,促进灌区水资源高效利用,针对降水过剩可能产生深层渗漏和地表径流,以及采用经验公式计算不同作物有效降水量可能错误估算净灌溉需水量的问题,该研究建立了基于根系层水分状态的净灌溉需水量模型。以景电灌区为例,计算了2000－2020年平均净灌溉需水量和有效降水量,并分析了各驱动因子对净灌溉需水量的影响,结果表明：不同作物年净灌溉需水量在319.4～732.3 mm之间,降水利用效率在39.2%～56.1%之间,夏秋作物的降水利用效率高于春夏作物。夏秋作物的年净灌溉需水量与年降水量相关性更强,春夏作物的年净灌溉需水量与作物需水量的相关性更强,所有作物的月净灌溉需水量仅与月作物需水量呈显著正相关。敏感性分析表明,净灌溉需水量与作物需水量呈正相关关系,与降水量和根系深度呈负相关关系。夏秋作物比春夏作物对降水量和作物需水量的敏感性更强。对净灌溉需水量贡献程度由大到小分别为作物需水量、降水量和根系深度,其中作物需水量贡献率占86.0%发挥主导作用,特定年份根系深度贡献率为12.0%,根系深度对净灌溉需水量的影响不容忽视。与传统净灌溉需水量模型相比,该研究所计算的净灌溉需水量充分考虑了不同作物降水利用效率的差异,计算结果可为灌区水资源管理提供参考。     

作物对氮素养分高效吸收的根系形态学研究进展

本文综述了近年来与作物对氮素养分高效吸收有关的根系形态学研究情况，简要比较了解释氮索供应诱导作物根系形态变化的几种观点，着重阐述了用氮素诱导碳水化合物定向分配来解释根系变化的合理性和意义，并提出了根系研究在水分、养分效率和植物营养遗传研究中的展望。     

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。     

作物根系对干旱胁迫逆境的适应性研究进展

主要就作物根系的形态性状、根系提水作用、生理代谢、根系细胞壁蛋白及其生长性能与干旱胁迫间的关系作了综述，指出应加强对干旱逆境下根系发育及根系生长性状变化上的遗传机理研究。     

作物根系吸水特性研究进展

综述了作物根系吸水模型的研究现状、存在问题和研究展望。根据根系吸水源汇项S(z，t)的构造方法不同，可将作物根系吸水模型大致分为微观模型和宏观模型。微观根系吸水模型能够描述根区微域内土壤水分运动规律，但根系分布的均一性假设和田间情况相差较大；宏观根系吸水模型的边界条件容易确定和控制，但该类模型忽略了根系微域的水势梯度和其他类似现象。今后的研究应集中在对以往根系吸水模型进行修改与完善、根系过程(吸水、吸肥、渗流、呼吸等)模拟以及根系结构与分布等方面。     

辣椒根系影响下的农地土壤水分空间运动分异特征

根系是土壤层中重要的组成结构,根土环境影响田间作物生长发育。为探究作物根系对农地土壤水分空间运动异质性的影响,进一步反映根土环境对农业生产的作用,该研究以辣椒为试验作物,于2022年9月20日—2022年9月23日开展野外染色示踪试验,结合形态学图像解析技术与灰色系统理论,对作物根系影响下的农地土壤水分空间运动变化进行分析。结果表明：辣椒根系接近鱼尾形结构,根系体积相对较大,根系扎根深度和根系广度（根系形态）与根系结构相关程度高（P<0.05）。在相同外部供水条件下,非根区的水分整体分布在田间土壤表层（平均狭长度为0.89）,而根区土壤水分在整个土壤深度（0～50 cm）空间内沿深度由整体向团状聚集状态再向“指状”（平均狭长度为0.61）形态转变。非根区和根区的土壤平均染色面积比均随土壤深度增加而减小,但根区平均染色面积比（36.84%）显著高于非根区（23.62%）,土壤水分分布更集中。非根区水分沿土壤深度的增加,其运动变化程度（平均湍动强度为116.09）显著高于根区（P<0.05）,在根系的影响下,水分竖向入渗能力较强。相较于根系结构,根系形态对土壤水分运动影响更显著...     

作物根系的解放

我们常听到这样一种说法:"作物的主要根系只分布在土壤表层20-30厘米范围内,在这30厘米以内进行耕作施肥最为有效,再深耕深施肥料作物利用就比较少了,就是要深耕也只能逐年加深,不要超出根系活动范围"。     

深根系休闲作物对减少N流失的影响

为鉴定减少N下渗损失的套种休闲作物的种类,研究深根系情况和土壤硝态氮含量的变化,在5a时间内研究了16个植物种类。结果表明,大麦生长期间,休闲作物根系生长差异很小,收获后到秋季,根系生长差异显著,黑麦草在0.8m以下几乎没有根系,大部分种类在0.8~1.6m的深度表现较高的根系密度,板蓝根和蓝蓟甚至在1.6~2.4m之间也有较高的根系密度。根系生长的差异与深层土壤氮的降低具有显著的相关性。板蓝根降低0~2.5m土层内硝态氮含量是最有效的,种植板蓝根的地块土壤硝态氮含量达到15kg/hm~2,黑麦草地块是53kg/hm~2,没有休闲作物地块是62kg/hm~2,这个差异大部分由于1m以下的部分。豆科作物吸收的N比其他种类多,也比其他种类产生的生物量多,然而4个豆科作物没有一个处于深根系种类之中,他们处于最浅的根系种类之中,和黑麦草差不多。     

低磷胁迫时植物根系的形态学变化

根系是土壤-植物进行物质和能量交换的中间体,是作物吸收水分和养分的重要器官,同时也是一些内源激素的合成器官,对植物适应营养胁迫有非常重要的作用。根系生物学已成为一个新兴的研究领域,越来越引起人们的重视。本文利用现有文献,结合本研究室的部分相关工作,简要综述了低磷胁迫时作物根系的形态学反应。主要包括根系分化与发育增强、菌根增多、根构型改变、光合产物分配的变化等。     

集约化互作体系植物根系高效获取土壤养分的策略与机制

【目的】植物根系的形态与生理变化是植物从土壤中高效获取养分资源的重要机制,由相同物种或不同物种组成的互作体系中植物根系对养分的吸收利用受相邻植物竞争的强烈影响,阐明互作体系不同竞争条件下植物根系获取养分的策略并揭示其作用机制,这是基于根系觅食行为探讨养分高效利用的根际调控途径与技术措施的重要理论基础。主要进展根系属性的互补性有利于降低根系间对养分的竞争。根系构型的互补性,例如深根系与浅根系植物互作,促进个体植株对土壤剖面不同深度养分的吸收利用;由根系可塑性介导的水平方向上根系空间分布的互补性,提高了植物根系对同一土层不同空间位点土壤养分的挖掘;个体植株根系形态属性与相邻植物根际生理过程的互补性促进根系对不同形态养分的利用。互作体系根系获取养分的策略具有高度互补性,这有助于提高整个作物系统的养分利用效率,进而提高生产力。根系空间生态位的分离 (包括垂直与水平方向) 以及根际生物化学特征生态位的分离,是驱动互作体系根系高效获取养分资源的主要机制。合理的根层调控可以提高植物根系挖掘土壤养分的能力;优化互作体系物种的搭配能充分发挥根的互作效能,提高养分利用的生物潜力。问题与展望今后应进一步针对集约化高投入作物体系,通过管理根层养分供应和物种间的互作效应,强化根际养分信号的调控作用,调节根系形态与生理特性,降低种间竞争,增强种间互利,以最大化根系和根际的生物学潜力,提高养分利用效率和作物产量,为实现以节肥增效为核心的可持续集约化作物生产提供重要的调控策略与途径。     

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。     

黄土丘陵区须根系作物地土壤分离季节变化研究

采用变坡试验水槽的试验方法,研究了黄土丘陵区典型须根系作物玉米和谷子在生长季土壤分离能力的季节变化及潜在影响因素。结果表明:在作物生长季,须根系作物玉米地和谷子地的土壤分离能力具有明显的季节变化(P0.05),并表现出了相似的季节变化模式;两种作物地土壤分离能力的季节变化主要受到农事活动、土壤硬化、水稳性团聚体和作物根系生长的影响;两种作物地的土壤分离能力可以用土壤粘结力、作物根系密度和水流剪切力很好地拟合(R~20.75,NSE0.74)。