不同年代玉米品种氮素利用效率与其根系特征的关系

【目的】玉米品种根系构型及解剖结构决定着其氮素利用的效率。研究不同年代推广的玉米品种根系构型与解剖结构的演进规律,可为选育高产氮素高效利用型玉米新品种提供理论依据。 【方法】以20世纪80年代至今推广的8个玉米品种掖单13号（YD13）、农大108（ND108）、郑单958（ZD958）、先玉335（XY335）、京科968（JK968）、中单909（ZD909）、登海605（DH605）、登海618（DH618）为试验材料,进行大田和土柱栽培两种试验。大田试验施氮量为N 236.25 kg/hm2和不施氮,土柱试验为N 4.5和1.5 g/plant,定期取样测定根系相关指标、干物质及氮素积累与分配。 【结果】近代玉米品种籽粒产量和氮素积累量均显著高于早期品种,高氮处理2000's以后品种（JK968、ZD909、DH605、DH618）较之前的4个品种分别增加14.7%和11.7%,低氮条件下分别增加16.1%和20.6%;高氮处理,1990's玉米品种ND108、ZD958根系干重较1980's品种YD13平均减少54.2%,2000's以后的品种JK968、ZD909、DH605、DH618较1990's玉米品种平均增加23.2%,但仍少于YD13;次生胚根数目随品种更替呈现逐渐增加趋势;根系皮层通气组织（RCA）占根系横截面积的比例随品种更替呈现增加趋势,而根系皮层细胞层数（CCFN）和细胞大小（CCS）虽有差异,但并无明显变化趋势;2000's以后品种D95（95%的根系干重所达到的土层深度）较之前品种增加23.7%,表明近代品种根系下扎能力增强,在深层土壤中的根系分布比例增加。在同一氮素水平下,根干重、D95、RCA%与氮素积累量呈显著线性正相关,根系呼吸速率和氮素积累量呈显著线性负相关。 【结论】现代玉米品种的氮素吸收量与氮素利用效率显著高于早期品种,在低氮条件下优势更明显。随品种更替,次生胚根数目增多,利于玉米苗期的生长;根系总量呈现先减少后增加的趋势,根系下扎能力明显增强,深层土壤中根系显著增加。现代玉米品种根系RCA占根系横截面积比例显著增加,减少了根系呼吸消耗,有利于产量的提高。     

在植株不同水平距离处垂直断根对夏玉米产量形成和籽粒库容特性的影响

以高产夏玉米品种郑单958(浅根型,ZD)和登海661(深根型,DH)为材料,于大喇叭口期(V12)分别在距离植株两侧10 cm、20 cm、30 cm处垂直断根,断根深度60 cm,以不断根处理为对照,共设计8个处理(ZDCK、ZD10、ZD20、ZD30;DHCK、DH10、DH20、DH30),研究了玉米植株两侧不同水平距离处根系对夏玉米籽粒灌浆及产量形成的调控作用。结果表明,ZD10、ZD20与DH10、DH20分别切断24.81%、11.69%与16.82%、7.52%的根系;ZD30与DH30各指标与CK间无显著差异,ZD10、ZD20产量分别下降13.09%、9.10%,显著大于DH10、DH20的产量降幅(9.81%、4.64%),其产量下降原因主要是断根后两品种的穗粒数与千粒重降低,其中ZD20、ZD10穗粒数与千粒重较ZDCK分别下降4.90%、5.60%和4.37%、7.88%,DH20、DH10穗粒数与千粒重较DHCK分别下降3.38%、5.15%和1.15%、4.97%;断根后两品种实际库容与结实率均有不同程度下降;到达最大灌浆速率时的天数(T_(max))、灌浆速率最大时的生长量(W_(max))、最大灌浆速率(G_(max))、籽粒灌浆活跃期(P)、灌浆速率也均下降,断根处理对浅根型品种郑单958的影响更为显著。     

侧向垂直断根对不同根型夏玉米品种叶片光合性能及产量的影响

【目的】探明距离植株中心不同距离处根系对玉米叶片光合特性及产量形成的作用,为生产上通过筛选理想根系构型进一步提高玉米产量和资源利用效率提供理论依据。【方法】以高产夏玉米品种登海661(深根型,DH661)和郑单958(浅根型,ZD958)为材料,于大喇叭口期(V12)的植株为中心,沿行向分别在植株两侧10 cm(T-10)、20 cm(T-20)处侧向垂直断根,断根深度60 cm,以不断根处理为对照(CK),共6个处理,研究在玉米植株两侧不同水平距离处侧向垂直断根对不同根型夏玉米品种叶片光合性能及产量形成的调控作用。【结果】深根型品种DH661在距离植株10 cm范围内其根系干重(RDW)、总根长(RL)、根表面积(RSA)、根系体积(RV)分别占总体根系的83.18%,69.55%,68.74%,66.44%,浅根型品种ZD958则分别为75.19%、51.17%、53.85%、56.49%,DH661根系的分布主要集中在距离植株中心0—10 cm范围内,相对于ZD958根系在横向分布上更为紧缩。在距离玉米植株两侧10 cm及20 cm处垂直断根对于DH661各根系指标的影响较ZD958要小。断根显著影响了两玉米品种叶片的光合性能,抑制了花前叶片的生长,加速了花后叶片的衰老。两年中DH661的T-20处理在抽雄期(VT)叶绿素含量下降4.29%和6.32%,净光合速率(Pn)下降5.16%和4.66%,T-10处理降幅分别为6.37%和6.86%,6.47%和8.66%;ZD958的T-20处理降幅分别为6.52%和9.91%,6.48%和9.15%,T-10处理降幅分别为15.40%和15.01%,11.89%和15.49%。断根同时造成地上部生物量、籽粒产量显著下降,各指标的下降幅度均为T-10T-20,且对深根型品种DH661的影响显著小于浅根型品种ZD958。【结论】侧向垂直断根显著降低了两种不同根型夏玉米品种的穗位叶净光合能力、植株生物量和最终产量,降幅随着侧向垂直断根距离植株中心靠近呈显著增加趋势。两品种相比,深根型夏玉米品种(登海661)对于远距垂直断根(T-20)的响应明显弱于浅根型夏玉米品种(郑单958)。深根型与浅根型夏玉米品种从根系构型、分布和垂直断根后保留的根系功能方面相比,深根型品种根系性能更适宜纵向压缩的栽培空间,是其较浅根型耐密种植的主要原因之一。