苜蓿、玉米根系提水作用测定的影响因素——植物根系提水作用机理研究Ⅰ

通过一种上干下湿的分根装置,应用中子水分仪在大田条件下研究了苜蓿和玉米根系提水作用测定中几种相关因素的作用和影响,提出了总提水作用的概念和测算模式.结果显示,夜间9 h（20∶00-5∶00）的表观根系提水量（Qm）,一龄苜蓿为8.02 g,开花期的中单2号和豫玉22玉米分别为7.52 g和4.76 g.但其蒸腾失水量（Qt）平均分别为90.26 g4、6.94 g和48.07 g,供试土壤表面的自然蒸发量和上下土层之间隔水层的毛管升水量,苜蓿处理为6.60 g和6,58 g,玉米处理为5.20 g和6.66 g.分别占每株供试苜蓿表观根系提水量（Qm）的11.25倍、82.3%和82.1%,中单2号玉米的6.24倍、69.1%和88.6%,豫玉22玉米的10.1倍、109.2%和139.9%.表明被测植株的蒸腾速率、供试土壤表面水分的自然蒸发和隔水层的毛管作用对植物根系提水作用测定有着及其显著的影响.因此,植物总根系提水量QT应由实际提水量Qp与植株的蒸腾量Qt两部分构成,其中Qp为表观提水量Qm与上层土壤的蒸发量Qe之和再减去隔水层的毛管升水量Qc,即：QT=Qp＋Qt=（Qm＋Qe-Qc）＋Qt.     

苜蓿根系提水与蒸腾速率、水分利用率等的相关性分析

实验采用分根装置测定苜蓿的根系提水作用,研究和确定在大田条件下,供试材料的提水作用与蒸腾速率、水分利用率几个生理指标的相关性,根系采用上下分区灌溉,以便控制水分使其上桶干燥,下桶湿润。结果发现苜蓿的根系提水与蒸腾速率、水分利用率、气孔阻力均呈正相关,与其他指标均呈负相关。     

植物根系的提水作用

在查阅国外大量研究资料的基础上，结合作者几年来的研究结果，对根系提水作用的概念、鉴定、发生数量、研究方法和测定方法以及影响因素进行了论述。并结合中国西北地区干旱半干旱特点和土壤养分与水分分布的空间变异性，探讨了根系提水作用的农学意义，提出了今后开展根系提水作用研究的方向。     

植物根系的提水作用

在查阅国外大量研究资料的基础上，结合作者几年来的研究结果，对根系提水作用的概念，鉴定，发生数量，研究方法和测定方法以及影响因素进行了论述，并结合中国西北地区干旱半干旱特点和土壤养分与水分分布的空间变异性，探讨了根系提水作用的农学意义，提出了今后开展根系提水作用研究的方向。     

施肥深度对不同水分条件下冬小麦根系特征及提水作用的影响

【目的】研究施肥深度对不同水分条件下2个不同品种冬小麦根系提水作用的影响,为制定旱地作物水分管理策略提供科学依据。【方法】以抗旱型长武134(CW134,R)和水分敏感型西农979(XN979,S)冬小麦为试验材料,采用自行设计的上下分层隔离式土培箱装置(分为上室(0～20cm)和下室(20～60cm)),设2个水分处理,分别为上层中度水分胁迫(M,上室土壤水分含量为田间持水量的55%～60%,下室为70%～75%)和上层重度水分胁迫(D,上室为田间持水量的35%～40%,下室为70%～75%);对CW134设不施肥(N)、上层施肥(U)、下层施肥(L)3个施肥处理,对XN979仅设上层施肥(U)1个施肥处理,通过时域反射计(TDR)对不同处理的土壤含水量进行控制和观测。研究不同水分条件下,施肥深度对不同品种冬小麦根系提水作用、土壤体积含水量、耗水量、籽粒产量、水分利用效率的影响。【结果】品种和施肥深度显著影响不同水分条件下冬小麦根系长度(RL)、根系表面积(RSA)和根系体积(RV)(P0.05)。M和D条件下,上层施肥处理冬小麦CW134的RL、RSA和RV分别较XN979显著增加。2个冬小麦整个生育期提水量变化均呈单峰状,除不施肥处理根系提水量在灌浆期达到最大外,其余施肥处理提水量均在扬花期达到最大。M条件下上层处理冬小麦CW134的土壤体积含水量在23:00左右开始上升,至第2天凌晨01:00-05:00均保持高水平,随后又开始迅速下降;而XN979土壤体积含水量只在01:00-03:00出现峰值,随后也迅速下降。D条件下上层施肥处理CW134和XN979土壤体积含水量变化与M条件下类似,只是CW134的土壤体积含水量在03:00-05:00出现峰值。冬小麦全生育期根系提水总量及作物水分利用效率受作物品种、水分处理和施肥深度共同影响,表现出一定的显著性差异。与M相比,D条件下CW134和XN979的全生育期提水总量均降低,但相同水肥条件下CW134生育期根系提水总量、水分利用效率高于XN979。【结论】在旱作农业中可利用抗旱型冬小麦品种较发达的根系和较高的生育期提水作用来充分发掘深层土壤水分;施肥深度也可以调节作物根系分布特征及提水作用,能进一步促进作物对有限水分的高效利用。     

施肥深度对不同水分条件下冬小麦根系特征及提水作用的影响

【目的】研究施肥深度对不同水分条件下2个不同品种冬小麦根系提水作用的影响,为制定旱地作物水分管理策略提供科学依据。【方法】以抗旱型长武134（CW134,R）和水分敏感型西农979（XN979,S）冬小麦为试验材料,采用自行设计的上下分层隔离式土培箱装置（分为上室（0~20 cm）和下室（20~60 cm））,设2个水分处理,分别为上层中度水分胁迫（M,上室土壤水分含量为田间持水量的55%~60%,下室为70%~75%）和上层重度水分胁迫（D,上室为田间持水量的35%~40%,下室为70%~75%）;对CW134设不施肥（N）、上层施肥（U）、下层施肥（L）3个施肥处理,对XN979仅设上层施肥（U）1个施肥处理,通过时域反射计（TDR）对不同处理的土壤含水量进行控制和观测。研究不同水分条件下,施肥深度对不同品种冬小麦根系提水作用、土壤体积含水量、耗水量、籽粒产量、水分利用效率的影响。【结果】品种和施肥深度显著影响不同水分条件下冬小麦根系长度（RL）、根系表面积（RSA）和根系体积（RV）（Plt;0.05）。M和D条件下,上层施肥处理冬小麦CW134的RL、RSA和RV分别较XN979显著增加。2个冬小麦整个生育期提水量变化均呈单峰状,除不施肥处理根系提水量在灌浆期达到最大外,其余施肥处理提水量均在扬花期达到最大。M条件下上层处理冬小麦CW134的土壤体积含水量在23:00左右开始上升,至第2天凌晨01:00-05:00均保持高水平,随后又开始迅速下降;而XN979土壤体积含水量只在01：00-03：00出现峰值,随后也迅速下降。D条件下上层施肥处理CW134和XN979土壤体积含水量变化与M条件下类似,只是CW134的土壤体积含水量在03:00-05:00出现峰值。冬小麦全生育期根系提水总量及作物水分利用效率受作物品种、水分处理和施肥深度共同影响,表现出一定的显著性差异。与M相比,D条件下CW134和XN979的全生育期提水总量均降低,但相同水肥条件下CW134生育期根系提水总量、水分利用效率高于XN979。【结论】在旱作农业中可利用抗旱型冬小麦品种较发达的根系和较高的生育期提水作用来充分发掘深层土壤水分;施肥深度也可以调节作物根系分布特征及提水作用,能进一步促进作物对有限水分的高效利用。     

干旱区苹果园的田间耗水状况探析

1999-2000年对干旱区5-6年生苹果园生长期实际土壤蒸发量和叶片蒸腾量进行了田间测定分析，结果表明，在较干旱的气候环境条件下，5-10月间单株成龄果树的耗尜量约为8.5t，其中土壤蒸发量占99%以上，实际灌水量仅为6.3t，差额水量的补充则来自于降雨、土壤水分移动和深层根系的吸水作用，干旱区果园60cm土层温度达6.5%左右时为凋萎湿度，田间持水量控制在70%左右，不会影响树体正常生长。     

栽培条件对作物生长及根系提水作用的影响

不同的栽培条件对作物的生长具有不同的效果影响,尤其是在我国水资源供应日益加剧的环境下,通过水力提升作用能够是作物的根系充分利用土壤深层水分,提高作物的抗旱能力。本文以北方干旱地区的小麦作物为例,研究不同干旱胁迫水平及施肥对冬小麦生长及全生育期根系提水利用的影响。     

酸枣根系抗旱性研究

为研究酸枣根系的抗旱能力,采用了自行设计的伤流系数法测定根系活力,双环境法测定根系的提水作用。结果表明:酸枣深或广的根系分布、大的根/冠比和根形态学基端的"泵根",有利于根系吸收土壤中的有限水分,使其能够生存于水分短缺的环境条件下。对不同类型的酸枣来说,伤流系数越大,根系的生理活性越强,抗旱性也越强;酸枣根系具有提水作用,并且浅层土壤水分含量越低,根系提水作用越明显。生产上伤流系数和根系提水能力的强弱均可作为酸枣抗旱性鉴定的指标。     

玉米根系分泌物对连作花生土壤酚酸类物质化感作用的影响

为探究玉米花生间作系统中玉米根系分泌物对连作花生土壤的酚酸类物质化感作用的影响机制,利用CH2Cl2提取了玉米抽雄期根系分泌物,通过室内模拟培养法,研究了玉米根系分泌物对含有不同浓度肉桂酸、邻苯二甲酸及对羟基苯甲酸3种酚酸类物质土壤的微生态环境的影响。结果表明,酚酸类物质均显著降低了土壤微生物量碳和氮的含量,抑制了土壤微生物活性,土壤酶（脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶）活性和养分含量（碱解氮、有效磷和有效钾）亦显著降低,且浓度越高化感抑制作用（RI＜0）越强（P＜0.05）。玉米根系分泌物可降低酚酸类物质对土壤微生物活性、微生物量、酶活性及养分含量的化感指数,以低浓度处理的降幅较大,且在处理第5 d和10 d显著增加了3种酚酸类物质处理的土壤呼吸强度、酶活性、微生物量及养分含量（P＜0.05）;不同酚酸类物质中,以邻苯二甲酸所受影响最大。整个培养时期,玉米根系分泌物对酚酸类物质化感作用的影响以处理第5 d最强,随后呈减弱趋势。3次取样,土壤微生物量、微生物活性、酶活性和养分含量的化感指数分别降低10.03%~64.13%、9.72%~57.51%、13.16%~78.85%和5.88%~59.71%。玉米根系分泌物可通过提高土壤微生物量、微生物活性及养分含量,来降低肉桂酸、邻苯二甲酸和对羟基苯甲酸对土壤微生态环境的化感作用。结果为玉米花生间作缓解花生连作障碍技术提供一定的理论依据。     

大豆根系分泌物化感作用的初步研究

选择不同浓度的大豆根系分泌物,研究其对4种主要农作物的化感作用。结果表明,提高大豆根系分泌物浓度,对小麦种子萌发有促进作用,对大豆、玉米、白菜种子的萌发有抑制作用;大豆根系分泌物随着浓度的增大而显著增强小麦、玉米超氧化物歧化酶(SOD)总活性和根活力,极显著抑制大豆SOD总活性和根活力;大豆根系分泌物随着浓度的增大对3种供试作物丙二醛(MDA)含量表现不同作用,使小麦MDA含量极显著降低,使大豆MDA含量极显著增加,对玉米MDA含量变化影响不大。大豆根系分泌物对供试小麦、大豆植株高度及其干重、胚根长及根干重表现为低浓度促进、高浓度抑制作用。大豆根系分泌物浓度的增大导致其对玉米植株高度及其干重、胚根长及根干重化感作用增强。     

作物根系分泌物对土壤团聚体大小及其稳定性的影响

采用土培试验将玉米和大豆植株根系分泌物添加到黑土中,25 ℃培养30 d,研究根系分泌物对土壤水稳性团聚体大小和稳定性的影响.研究结果表明,作物根系分泌物添加到土壤中,显著提高土壤有机碳矿化率、土壤水溶性糖和多糖含量及水稳性大团聚体(＞1 mm)比例(P＜0.05),显著提高水稳性团聚体稳定性(P＜0.05).玉米和大豆根系分泌物对土壤结构特性影响趋势基本一致,玉米根系分泌物提高土壤稳定性的幅度显著高于大豆根系分泌物.培养1 d时,添加玉米和大豆根系分泌物的土壤水稳性团聚体比例分别比对照增加2.38倍和1.71倍;培养30 d时,添加玉米和大豆根系分泌物的水稳性团聚体含量分别比对照增加52.0%和28.4%.因此,新鲜的作物根系分泌物能快速黏结土壤颗粒,避免遭水破坏,保护团聚体,从而提高团聚体稳定性.     

根系分布形式和土壤质地对作物蒸腾量影响的模拟研究

根系吸水是土壤-作物系统水动力学的关键过程,作物根系的分布形式对蒸腾量的影响极大。基于数值模拟的方法对在黏壤土和砂壤土条件4种根系分布形式、不同潜在日蒸腾量条件下的土壤水分和蒸腾量进行系统研究。结果表明:对于根长30 cm的情况,在作物蒸腾过程中,根区深度范围内的土壤含水量变化明显,40 cm以下土层的水分基本不能被根系吸收利用。植物根系分布越均匀,越有利于根前期吸水,但后期吸水困难。砂壤土比黏壤土含水量的变化更快,且根区附近的土壤水分较黏壤土更易被植物根系吸收。     

黄土长武塬区苹果林地水量平衡研究

本研究以黄土高原沟壑区的典型代表长武塬为研究区,选取苹果园生态系统为研究对象,通过测定土壤蒸发、植物蒸腾、土壤含水量等水量平衡的各个组分,以月为时间尺度,分析初果园(9龄)和盛果园(19龄)林地系统的水量平衡状况,以期正确认识和评价黄土高原大面积种植苹果经济林的生态水文效应。结果表明:1)苹果林生态系统蒸散贡献量由小到大依次为冠层截留、土壤蒸发和果树蒸腾,初果园的土壤蒸发作用大于盛果园,而盛果园的蒸腾作用却大于初果园;2)土壤蒸发量及果树蒸腾量具有先增大后降低的趋势,土壤蒸发较果树蒸腾最大值出现提早一个月,土壤蒸发量6月份出现最大值,果树蒸腾最大值出现在7月;3)2014年盛果园、初果园5-8月总的平衡项分别为19.2 mm和-36.7 mm,占该时段降水量的7.9%和15.1%;2015年盛果园5-9月总平衡项为15.7 mm,占该时段降水量的4.3%,初果园5-9月的平衡项为-0.1 mm。研究结果可为黄土塬区农田、果园结构调整和土壤有限水资源的持续利用提供理论依据。     

不同用量风化煤腐殖酸对玉米根系的影响

【目的】 我国风化煤腐殖酸储量丰富,腐殖酸含有多种活性官能团,其对植物生长发育具有重要意义。当腐殖酸施于土壤时,根系对腐殖酸的响应是促进植物生长的最初动力。因此,研究腐殖酸对玉米根系生长发育的影响机制,可为风化煤腐殖酸资源的高效利用和作物的增产提质提供理论依据。【方法】 采用霍格兰营养液溶液培养试验,供试玉米品种为郑单958,待玉米幼苗长至两叶一心时移到营养液培养盆钵中缓苗1 d,外源添加不同添加量（0、5、10、15和20 mg C·L ^-1）腐殖酸,研究其对玉米生物量、根冠比、根系形态以及根部养分状况的影响。 【结果】 （1）腐殖酸可显著增加玉米根系和地上部干物质量、根冠比、根系活力和根系TTC还原总量,较对照分别平均提高42.31%、19.33%、18.18%、46.54%和81.01%。（2）腐殖酸可改善玉米根系的形态,其处理玉米总根长、总根数量、根体积、根表面积和平均直径分别比对照平均提高13.51%、16.74%、69.62%、14.68%和49.28%。（3）添加腐殖酸可增加玉米根系的轴根数、轴根长度和侧根数,腐殖酸处理分别比对照提高16.28%、21.65%和16.80%。（4）随腐殖酸添加量的增加,对玉米根系生长的促进作用呈现先升高后降低的变化,以中等浓度（10 mg C·L ^-1）腐殖酸对玉米根系的作用效果最明显,其根干物质量和根系活力分别比对照提高了69.36%和69.07%。（5）腐殖酸处理（尤其是10 mg C·L ^-1）可有效增加玉米根系糖类、碳水化合物、脂类物质、蛋白质、多肽和氨基酸类物质等的含量。 【结论】 添加腐殖酸可明显增加玉米干物质量和根系活力,增加根冠比,改善根系形态,有效增加玉米根系主要化学组分的含量。本试验条件下,中等浓度（10 mg C·L ^-1）的腐殖酸对玉米根系的促进作用最好。     

作物根系对土壤中老化HCH-DDT的富集作用

在室温条件下,采用盆栽试验方法研究了小麦和玉米作物根系对自然污染土壤中不同水平老化HCH、DDT的富集作用及其影响机制。通过连续提取,将根系富集的有机氯农药分为弱吸着、强吸着和吸收3种不同形态。结果表明,作物对老化HCH、DDT的富集存在选择性。在60d的试验周期内,玉米根系富集的HCH、DDT中55.4%~62.2%为根表强吸着,23.3%~36.9%为根内吸收;而小麦根系中HCH、DDT的73.8%~76.9%被根表强吸着,仅15.4%~20.5%可以进入根系组织内部。不同形态组分中异构体及代谢物的组成比例差异化明显,其中吸收态以β-HCH为主,强吸着态以p,p′-DDT、p,p′-DDE和p,p′-DDD为主。随着土壤污染水平的增加,小麦和玉米根系对HCH、DDT的富集总浓度增加,而生物蓄积系数逆浓度梯度增加,小麦根系的富集能力强于玉米。在控制污染水平的条件下,作物根系对土壤老化HCH、DDT的富集量与其根系比表面积大小和总脂含量极显著正相关,而向根系深层组织运移的过程主要受总脂含量控制。     

围场地区紫花苜蓿土壤水分动态变化与根系分布状况研究

通过田间试验对承德围场地区紫花苜蓿地土壤水分动态变化和不同茬次根系生长状况进行研究,结果发现不同土壤层次水分变化有所不同,深层土壤80￣120cm土壤含水量变化最大,表层0￣20cm次之,20￣80cm土层为相对稳定层;根系生长在不同茬次变化很大,呈逐渐递增的趋势,其中0￣30cm土层内的根量相当大,占到75%￣95%之间。苜蓿根重密度与土层深度之间呈指数递减关系,20￣30cm土层根量在生长期间逐渐增加。总之,在苜蓿生长期间,水分消耗以表层为主;由于该地地下水位较浅,而苜蓿的主体根系分布的土壤层次在逐渐扎深,因此建议在充分利用相对稳定层土壤水分的基础上,适度控制苜蓿生长年限,达到苜蓿生长与水分利用“双赢”的目的。     

基于模拟耕作模式容重对玉米根系生长的影响

以耕层棕壤(0~20 cm)和犁底层棕壤(20~40 cm)为试验材料,采用盆栽的方法模拟翻耕、旋耕模式及不同层次容重对玉米根系生长的影响。结果表明:下层土壤容重增加导致玉米总根量显著或极显著降低,表层根量的占比升高;中层土壤容重有差异,但根量差异不显著。拔节期模拟的翻耕与旋耕模式对玉米根干质量无显著影响,拔节期至生育期末模拟翻耕处理根量高于或显著高于模拟旋耕处理。表层土壤容重为1.2 g/cm3、下层土壤容重为1.4 g/cm3时最适合玉米根系生长。     

饱和铵贮库施肥对玉米根系空间分布和氮素吸收的影响

采用根箱栽培研究饱和铵贮库(nitrogen depot with saturated ammonium,NDSA)施肥法对玉米根系空间分布和氮素吸收的影响.结果表明:饱和铵贮库施肥显著促进了玉米根系及地上部的生长,其根和地上部鲜质量分别增加了18%和37%;饱和铵贮库施肥法能使玉米根系围绕施肥点形成根球",其根系主要集中在离施肥中心点6~8 cm的土体中;饱和铵贮库施肥的玉米根、茎、叶的氮吸收量分别比常规施肥高43%、30%、31%,氮肥表观利用率提高了15%;饱和铵贮库施肥处理离施肥中心点6~8 cm土体中的铵态氮含量比常规施肥高出2倍以上,而硝态氮含量则减少1倍以上,表明饱和铵贮库施肥法可有效抑制铵态氮向硝态氮的转化.由此可见,饱和铵贮库施肥通过诱导根系生长、改变根系在土壤中的空间分布及构型,最终形成根球,并对铵的硝化进行有效抑制是其减少土壤氮素损失,大幅提高植物氮素利用率,促进植株生长的一个重要机制.     

玉米植株水分动态及其影响因子的研究

本研究供试品种为先锋７８３，总叶数为１９片，试验地为砂壤土，在全自动防雨棚下进行，通过调控喷水量，使正常供水的对照区土壤含水量接近田间持水量，干旱处理区于第１４片叶伸出时停止供水１８ｄ。采用改良热平衡法连续监测玉米植株茎中汁液流速，直接确定株蒸腾速率和冠层日蒸腾量，结果表明，当土壤含水量接近田间持水量时，植株蒸腾速率主要受制于太阳辐射等气象因子，并与蒸散势呈同步平行变化，当土壤含水量减少到正常水分