耕作方式对主要粮食作物影响的研究综述

笔者通过对相关资料的整理与分析,阐述了常见不同耕作方式对主要粮食作物根系特性、光合效应、品质指标及产量的影响,分析了未来农业生产中进一步加强对耕作方式研究的必要性和重要性,并指出今后农业生产中应在结合中国国情的基础上注重根据区域生态环境、土壤属性、作物种类及茬口类型选择适宜的耕作方式,试图为中国农业生产中耕作方式更加合理的选择与运用及作物产量的提高和耕地的可持续利用提供科学依据和理论帮助。     

柠条生长季平茬对根系贮藏营养物质的影响

【目的】通过生长季不同月份平茬试验,研究及了解不同月份平茬对柠条根系贮存常规性营养物质和可溶性性营养物质的影响。【方法】常规营养物质测定按照饲料监测方法进行,可溶性营养物质参考《植物生理学实验指导》和《植物生理生化实验原理和技术》方法进行测定。【结果】随着平茬时间推迟,柠条根系蛋白质含量逐渐下降的趋势,淀粉与脂肪之间相互转化协调逆境变化维持生命或再生发挥作用；可溶性碳水化合物是柠条根系主要贮藏的营养物质,对柠条不同月份平茬逆境胁迫下反应比较敏感；可溶性糖类与可溶性淀粉的比例逐渐随着月份增加,有利于植株抗击冻害；萌动期、初霜期平茬对柠条根系营养物质影响较大。【结论】柠条生长季平茬建议在4-8月份进行。     

作物根系形态对施肥措施的响应

氮磷钾是植物生长所必需的营养元素,但土壤中植物能利用的有效成分低,限制作物生长发育,而植物可以形成特有的适应机制来应对不同的生长环境。本文综述了作物为适应不同施肥条件所产生的一系列根系形态学变化。分析了不同施肥处理对作物根系形态指标(根长、根表面积、根直径、根体积和根冠比等)的影响：氮对作物影响主要在侧根,低氮胁迫下,根系纵向伸长,增加根长、根体积；低磷条件下,植物普遍抑制主根生长,刺激侧根发育生长,诱导根毛形成；缺钾抑制细根生长,根表面积、根体积等也显著降低；普遍随元素水平的提高,作物根长、根体积、根直径、根表面积和其他根系特征均呈先增加后减少的趋势,植物根系发育产生“低促高抑”的现象；有机肥比化肥可以弥补化肥养分单一和供肥不平衡的缺点,与化肥配合施用更能促进根系生长发育,增加根系体积和总表面积；作物不同基因型品种对肥料胁迫的响应也不尽相同,高效基因型具有良好的根系形态和根系分布,以获得更多的养分。为有效利用有限的肥料资源以及高效作物品种的选种提供理论基础,对作物进一步达到经济收益最大化和环境污染最小化具有重要意义。     

水分胁迫下新造地施磷深度对苦荞生长及根系分布的影响

  【目的】  根系构型影响作物的抗旱能力，研究磷肥施用深度调节苦荞根系分布的可行性，为贫瘠干旱地区苦荞的生长提供科学养分管理措施。  【方法】  以‘黑丰1号’苦荞 (Fagopyrum tataricum L.) 为试验材料，进行根管土柱 (直径25 cm、高50 cm) 栽培试验，设置田间持水量65%～75% (W1)、45%～55% (W2) 和35%～45% (W3) 3种土壤水分条件，磷肥施用深度分别设置距离地表10 cm (P10)、20 cm (P20)、30 cm (P30) 以及3层均匀施用 (P-all) 4种方式，共有12个处理。在苦荞幼苗三叶一心期进行处理，生长22天后取样，测定根系构型，并记录生物量。  【结果】  干旱胁迫抑制了苦荞植株生长、干物质量的积累以及根系发育，其中W3水分条件抑制作用最为明显，导致苦荞株高、茎粗和叶面积较W1水分条件分别下降17.20%、18.03%和23.17%；根长、根表面积和根体积分别下降16.97%、20.39%和17.39%；地上部干物质量和根系干物质量分别下降39.16%、28.60%。干旱胁迫促进根系下扎，增加深层土壤中的根系分布。与W1水分条件相比，W2、W3水分条件下0—10和10—20 cm土层平均根长分别下降30.18%和27.55%、41.83%和41.02%，根系干物质量分别下降36.62%和33.61%、49.72%和48.11%；而20—30和30—45 cm土层中的苦荞平均根长则分别增加33.53%和42.52%、31.74%和50.95%，根系干物质量分别增加13.70%和26.84%、5.85%和28.64%。深层施磷促进施磷层土壤根系生长，与P-all处理相比，P10处理10—20 cm土层根长平均增加18.96%，P20处理20—30 cm土层平均增加32.39%，P30处理30—45 cm土层平均增加28.73%，根系干物质量依次分别增加26.62%、30.74%和24.65%。方差分析结果表明，各水分处理条件下，0—10和10—20 cm土层根系干物质量均表现为P10处理显著高于其他施磷处理，且其他处理间差异也达显著水平；而20—30、30—45 cm土层根系干物质量则表现为P20、P30施磷处理显著高于其他处理。  【结论】  水分和施磷深度对苦荞苗期植株生长以及根系分布均有显著影响。在干旱胁迫下，增加磷肥的施用深度可促进苦荞根系在20—45 cm深土壤中的分布，显著扩大根系对土壤养分和水分的获取空间，并最终促进苦荞的生长。本试验条件下，采样仅限于苦荞苗期，在水分胁迫条件下磷肥以10 cm的施肥深度效果最佳。     

植物根系对土壤团聚体形成作用机制研究回顾

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,土壤水力侵蚀的微观描述即为土壤团聚体的破裂过程。研究表明:植物根系可以改变土壤的力学以及水文特征,促进土壤团聚体的形成和稳定。因此,对近20年国内外的相关研究成果进行较为系统的回顾,从根系对土壤团聚体的物理、生物、电化学作用3个研究视角,分析了植物根系对土壤团聚体形成的作用机制,提出了现有研究中存在的问题及研究趋势,这对深入认识植物根系对土壤团聚体的影响及其作用机制、发展根-土相互作用的土壤侵蚀过程模型具有重要的意义。     

灌草立体配置对退化草地土壤水分和养分的影响

【目的】比较灌草立体配置模式下3种不同生境的土壤水分、养分和植物根系相关参数的差异，探究灌草立体配置30年对退化草地土壤水分和养分以及植物根系的影响，为黄土高原水土保持和生态恢复提供理论依据。【方法】以位于黄土高原云雾山国家草原自然保护区种植30年的人工柠条和野山桃搭配灌丛带样地为研究对象，采集灌丛带内部、灌丛带边缘和灌丛带外部不同土层的土样和植物根系，比较3种位置下土壤水分、养分含量和植物根系特征的差异，并分析了根长与土壤水分和养分含量的相关性。【结果】在0～80 cm土层，灌丛带内部的土壤含水量明显高于灌丛带边缘和灌丛带外部。在0～80 cm土层，随着土层深度增加，灌丛带3个位置土壤全氮、碱解氮和有机碳含量均呈下降趋势，而全磷含量变化不明显；在同一土层，灌丛带内部的全氮、碱解氮和有机碳含量均明显高于灌丛带边缘和灌丛带外部。在灌丛带内部、灌丛带边缘和灌丛带外部3个位置，植物根系生物量呈减小的趋势。从垂直分布来看，灌丛带内部、灌丛带边缘和灌丛带外部0～15 cm土层的植物根系生物量分别占0～40 cm土层植物根系生物量的90.86%，90.79%，92.91%，说明植物根系生物量主要集中分布于0～15 cm土层。3个取样位置中，灌丛带内部植物根长、根表面积和根体积均最大。相关性分析表明，灌丛带植物根长与0～20 cm土层的土壤含水量，0～40 cm土层土壤有机碳和全氮、0～80 cm土层碱解氮均呈显著或极显著正相关。【结论】在黄土高原退化草地上进行灌草立体配置可以促进植物根系生长，提高土壤水分和养分含量，有利于退化草地的恢复。     

宛氏拟青霉提取物对盐胁迫下水稻幼苗的生理适应性

为探讨沙棘内生菌提取物作为生物刺激素对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响，于沙棘内生菌宛氏拟青霉（Paecilomyces variotii）中提取了生物刺激素PVE（Paecilomyces variotii extracts），并经液相色谱对PVE的活性物质进行了富集纯化。通过水稻液培试验，设无盐（CK）、添加NaCl（NS）、添加PVE和NaCl（PN1）、添加PVE纯化物和NaCl（PN2）4个处理，研究生物刺激素对水稻的耐盐效应。结果表明，施用生物刺激素能够缓解盐胁迫对水稻生长造成的严重抑制。PN1、PN2处理较NS处理提高了叶片与根系的干质量，减少了植株体内的水分流失，增加了根系的直径和吸收面积，但根长相较于CK处理无显著差异；PN2处理叶片鲜质量、叶片含水量、根系含水量较PN1处理分别增加了12.44%、1.13%和0.42%。与NS处理相比，PN1和PN2处理叶片光合速率分别提高了34.08%和40.82%，蒸腾速率分别提高了23.90%和18.86%，PN1和PN2处理还显著提高了叶片中的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性，使丙二醛（MDA）含量分别降低了28.36%和20.97%。PN2处理叶片和根系中的Na⁺含量较NS处理分别降低了36.31%和10.85%，从而降低了Na⁺/K⁺，保证了植株体内的离子平衡。研究表明，PVE及PVE纯化物在极低的浓度下具有较高的生理活性，并通过减少水分流失、促进根系生长、提高光合速率来减轻氧化损伤，同时以降低Na⁺流入的方式缓解盐胁迫对水稻幼苗的影响。     

典型乌龙茶产区氮素平衡状况及减排潜力研究

为探讨典型乌龙茶产区氮素平衡状况及温室气体减排潜力，基于2015-2017年在福建省安溪县和武夷山市茶园开展的355户农户调研数据和207个土壤数据，采用Boundary line方法，分析了典型乌龙茶产区的氮肥施用特征、氮素平衡状况以及温室气体减排潜力。结果表明：安溪县茶园平均氮肥投入量509.4 kg·hm^-2，主要来源于复合肥和尿素，全年氮盈余量479.1 kg·hm^-2；武夷山市茶园平均氮肥投入量218.1 kg·hm^-2，主要来源于复合肥，全年氮盈余量189.8 kg·hm^-2；氮素投入与氮养分盈余量之间具有极显著的正相关关系；随着氮素盈余量的增加，土壤全氮含量也随之增加，并且安溪茶园的土壤全氮含量比武夷山茶园更高；基于Boundary line方法，安溪县和武夷山市茶园的氮肥优化用量分别为411.3 kg·hm^-2和157.7 kg·hm^-2；通过优化氮肥投入和管理水平可分别实现安溪县和武夷山市茶园温室气体减排62.0%和68.0%。在安溪县和武夷山市乌龙茶产区中，氮肥施用严重过量，导致氮素盈余量和温室气体排放量较高，应通过优化氮肥用量达到减少氮素过量盈余和降低茶园温室气体排放的目的。     

镉胁迫下茉莉酸甲酯对水稻根系和光合作用的影响

通过对已筛选出的氮高效耐低氮水稻品种C156和氮敏感品种C111,分析植株根系的根系活力、总根长、根总表面积,功能叶的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO_2浓度等指标,研究了镉胁迫条件下茉莉酸甲酯对水稻根系和光合作用影响。结果表明:镉胁迫下茉莉酸甲酯提高了C156品种根系活力,提高了2个品种总根长,但是影响不大。镉胁迫下茉莉酸甲酯显著降低了C156品种净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。     

铅锌矿区重金属胁迫对野生小花南芥根系特征的影响

为云南会泽铅锌矿区重金属污染土壤治理与植被恢复提供科学依据,通过分析野生小花南芥地下部生物量、根系长度、根系表面积、根系体积和投影面积等根系指标研究重金属胁迫对野生小花南芥的根系特征的影响。结果表明:矿区内不同位置野生小花南芥地上部与地下部的生物量(以干重计)以及根冠比较低,指标保持相对稳定,各样点间差异性不显著,生长情况大致相同;野生小花南芥的根系长度、表面积、体积及投影面积在各径级(根径,mm)分布存在差异,其中,径级0d≤1.5根系长度所占总量的比重较大,根长随根径增大呈不同程度减小且减幅较大;根系表面积和投影面积在各径级下分布相对均匀;小径级0d≤1.5的根系体积占总体积的比重较小,较大径级1.5d≤4.5和d4.5的占比较大。