黄土丘陵沟壑区不同植被带植物群落的细根分布特征

以黄土丘陵沟壑区延河流域3个植被带(森林带、森林草原带、草原带)不同植物群落的细根(直径d≤2 mm)为研究对象,对植物群落0~20 cm土层细根根长密度、根系生物量、比根长进行了研究。结果表明,3个植被带不同植物群落直径d≤1 mm的根系根长密度占总细根的90%以上,根系生物量占53%以上。有较大比例的直径d≤1 mm的根系不仅在植物的生长活动中贡献很大,且在改善土壤结构方面发挥重要作用;植物群落细根d≤2 mm生物量从南部森林带到北部草原带呈递减趋势,比根长从南部森林带到北部草原带呈递增趋势,草原带的根长密度显著低于其他植被带(P0.05)。根长密度与根系生物量变化趋势一致,乔、灌群落高于草本群落,但比根长表现为草本群落显著高于乔、灌群落(P0.05);乔、灌群落和以达乌里胡枝子为次优种或优势种的群落根长密度和根系生物量较高,植物根系生长能力强,根系发达。以狼牙刺、杠柳、白羊草为优势种的群落比根长较高,具有较高的水分、养分潜在吸收率和生长速率;以狼牙刺、杠柳、铁杆蒿、白羊草为优势种的群落,根系参数(根长密度、根系生物量、比根长)在森林草原带显著高于其他植被带(P0.05),这些群落在此环境下,更能有效吸收土壤水分、养分,在提高土壤抗侵蚀能力方面发挥着重要作用。     

不同灌水定额下核桃树吸水根系分布研究

以8a生核桃树为研究对象,采用分层分段挖掘法研究核桃树根系的空间分布,探讨滴灌条件下不同灌水定额处理组对核桃根系的作用效应,分析土层深度与水平距离变化对根长密度的影响,并建立根系密度分布函数。研究结果表明:在核桃成熟期,根长密度的一维垂直分布中,吸水根系集中分布于0~60cm,水平方向,根系集中分布于0~90cm。在垂直二维吸水根长密度分布中,C1处理主要分布在垂向0~80cm、水平0~90cm的范围内,C2处理主要分布在垂向0~60cm、水平0~90cm的范围内,C3处理主要分布在垂向0~100cm、水平0~90cm的范围内,其中尤以C3处理的根长密度分布居多。对比二元二次回归模型,利用二元多次方程拟合根长密度、水平距离与土层深度之间的关系,其函数相关度较好,可以应用于灌水施肥策略调整。     

浑河源头不同水源涵养林根系分布特征

【目的】揭示浑河源头不同水源涵养林根系分布特征。【方法】采用根钻法和WinRHIZO根系分析系统等研究手段,定量分析了不同林地根系参数(根质量密度、根长密度、根表面积密度、根体积密度)垂直分布特征以及不同径级根系分布特征。【结果】各个样地植物根系主要集中在0～20 cm土层,且随着土层深度的增加而减小,0～10 cm土层红松林地和采伐迹地显著大于混交林地和落叶松(p<0.05);各样地不同径级根质量密度分布存在差异,多为细根,根质量密度在0.47～9.73 g/cm~3之间,根长密度在0.88～5.90 cm/cm~3之间,根表面积在0.22～0.94 cm2/cm~3之间,根体积密度在0.003～0.022 cm~3/cm~3之间。【结论】不同水源涵养林植物根系主要集中在0～20 cm,红松和混交林地根系量最高。     

蓄水坑灌下矮砧苹果园水分监测点位置研究

以蓄水坑灌(坑深40 cm)下的5 a生矮砧富士苹果树为研究对象,通过田间测定直径小于等于2 mm的吸水根分布和不同位置的土壤含水率情况,采用数据拟合和聚类分析的方法,探讨蓄水坑灌下矮砧苹果树土壤水分监测点的合理布置。结果表明:1蓄水坑灌下,苹果树吸水根在水平方向上主要分布于距树干0~90 cm范围内,其根长密度占总根系的90%以上;垂直深度上主要分布于距地表0~120 cm深度范围内,其根长密度占总根系的80%以上,并在40~60 cm深度达到生长峰值,其根长密度占总根系的40%以上。2以Dr90(距离树干90 cm,深度0~120 cm)监测点为含水率分析区域,通过水分分布曲线拟合和聚类分析得出,Dr90监测点60 cm深度处的含水率可代表整个0~120 cm深度剖面的含水率情况,并利用2013年的实测数据进行验证,含水率相对误差在±5%范围内。     

利用作物冠层叶气温差预报根系层土壤含水率的试验研究

根系是作物吸收水分的重要器官,根系的生长和分布对水分利用起着重要的作用,试验以番茄作为研究对象,于2011年的春夏两季对日光温室番茄的根系活动层内土壤容积含水率与冠层叶-气温差之间的关系进行了研究。结果表明：反映日光温室番茄的冠层叶-气温差与土壤含水率关系的最佳测定时间是13：00～15：00,根据该时段内的数据分析发现,冠层叶-气温差与不同深度范围内的土壤容积含水率成负相关,且与20～30cm土层内的土壤容积含水率相关性最为显著,相关系数为-0．808,通过回归分析,得出冠层叶-气温差（△T）与20～30cm土层内的土壤容积含水率（Sw）两者之间的回归方程为SW=-0．017AT＋0．155,因此可以确定番茄根系的活动层主要分布在土层的20～30cm范围内。     

生物炭配施氮素对陆地棉盛花期根系形态与构型的影响

为揭示生物炭与氮素相互作用对陆地棉盛花期根系形态及构型的影响规律,设置处理N0(常规施氮,施氮量0. 3 t/hm~2)、N0+Bc1%(常规施氮+棉秆炭质量为耕层土质量1%)、Nl+Bc1%(低氮0. 21 t/hm~2+棉秆炭质量为耕层土质量1%)、Nl+Bc2%(低氮0. 21 t/hm~2+棉秆炭质量为耕层土质量2%)和N0+Bc4%(常规施氮+棉秆炭质量为耕层土质量4%),掘根法采集棉花盛花期0～10 cm和大于10 cm土层根系,基于广义加性模型分析土层深度(0～10 cm和大于10 cm)、生物炭施用方式(生物炭与氮素比例)单独以及交互作用对根系节间距和根长密度的影响,并利用冗余分析影响根长密度的因子。结果表明:N0+Bc1%细根平均根长与Nl+Bc2%没有显著差异(p0. 05),但显著高于N0+Bc4%、Nl+Bc1%、N0(p 0. 05)。0～10 cm土层根系平均分枝角为83°17',深层土壤(大于10 cm)根系分枝角均显著变大,Nl+Bc2%根系分枝角最大,为101°48'。生物炭施用方式改变了棉花根系节间距(p 0. 001),与来水方向270°根系节间距变化最显著,其中N0+Bc4%平均根节长度为4 cm。生物炭施用方式(p 0. 02)和土层深度(p 0. 001)均改变了棉花根长密度。冗余分析表明:浅层细根和中等根分枝角、深层细根分枝角和极细根根长比例是影响根长密度的主要因子。综上所述,1%～2%的生物炭配施0. 21 t/hm~2氮主要改变了深层土壤(大于10 cm)陆地棉根系构型及形态,并且2%生物炭弥补了灰漠土氮素不足的负作用。     

玉米生长期土壤抗剪强度变化特征及其影响因素

采用野外实测与室内分析相结合的方法,对玉米各生育期土壤抗剪强度变化特征及其影响因素进行了研究。结果表明:随着玉米生育期推进,0~5 cm土层土壤抗剪强度持续增加,于成熟期达最大;5~10 cm和10~15 cm土层表现为先增加后减小,在抽雄期达最大;15~20 cm土层抗剪强度总体较大。玉米对0~5 cm、5~10 cm和10~15 cm土层土壤抗剪强度的增强效应较好,其增强率在抽雄期最高。抗剪强度与土壤含水率呈线性函数关系,与土壤容重呈极显著线性正相关;含根量、根长和根系体积等根系参数与土壤抗剪强度呈极显著正相关,土壤抗剪强度增强值与0~1 mm根长增加值呈极显著正相关。土壤抗剪强度随玉米生育期推进逐渐增强,含水率、容重和玉米根系对土壤抗剪强度具有较大影响,采用一定耕作和水保措施增加土壤表层含水率和容重,同时选取含0~1 mm根径较多的玉米品种对该区域水土流失防治具有重要意义。     

滴灌和畦灌的幼龄核桃树根系空间分布特性研究

采用分层分段挖掘法和扫描分析法对干旱区滴灌和畦灌方式下核桃树根系总根长、有效根系的空间分布规律进行了研究。研究结果表明:1在水平方向上滴灌和畦灌核桃树根系主要分布在0~120cm范围内,滴灌占总根系分布的90.1%,畦灌占总根系分布的89.2%;在垂直方向上滴灌核桃树根系主要分布在0~90cm范围内,占总根系分布的90.6%,畦灌核桃树根系主要分布在0~120cm范围内,占总根系分布的85.7%。2畦灌核桃树有效根系在水平方向上随距离增加而递减的规律分布,在垂直深度分布上呈现出先随深度的增加而增加,在深度为110cm左右处出现峰值之后又随深度增加而减小的规律。滴灌有效吸水根根长在水平距离70cm和垂直深度70cm处为分布密集区。在距离树干水平距离70cm和垂直深度70cm附近的根区,应作为核桃树水肥管理的重点区域。     

蓄水坑灌与地面灌条件下果树吸水根系分布的对比研究

蓄水坑灌是适用于北方山丘的一种新型节水灌溉方式,为了研究节水灌溉机理并提高水分利用效率,必先了解吸水根系的分布状况。采用根钻法对蓄水坑灌和普通地面灌条件下的苹果树吸水根系的分布特性进行对比研究,结果表明:1在垂向上果树根长密度随着深度的增加呈现出先增加后减少的趋势,主要分布在0~100cm范围内,占总根系的78.16%。在径向上,果树根系主要分布在距树干30cm处,达到根系总量的60.49%,距树干越远,果树的根长密度越小;2蓄水坑灌条件下,果树根长密度在垂向上与地面灌溉的分布规律相近,但是在地下60cm处根长密度明显增加,根系有下移的趋势。水平方向上,根系密度主要分布在30~60cm范围内。     

不同灌水深度条件下南疆枣树根系吸水模型研究

为探究不同灌水深度条件下,南疆枣树根系分布特征及吸水机理。以枣树为研究对象,试验导水装置设置3个深埋水平,分别为20 cm (T1)、35 cm (T2)和55 cm (T3),以地表滴灌（T0）为对照组;结合土壤水分运动基本方程建立枣树根系一维吸水模型,并利用实测数据对吸水模型进行验证。研究结果表明,各处理下枣树根系随土层的增加呈负指数趋势分布,相比于T0,T1、T2和T3处理下出水口范围内枣树有效根长分别增长18.2%、15.3%和10.9%,即深层灌水处理促进了枣树深层扎根;不同灌水深度处理下,各土层含水率大小为T2>T3>T1>T0,同一灌水深度处理下,各土层土壤含水率随土壤深度的增加呈现先变大后变小的趋势;通过建立的根系吸水模型模拟土壤含水率,计算值和测量值差异性在允许范围内,满足枣树根系吸水模型对土壤含水率预测的精度要求。综上可得,当灌水深度设置为35 cm左右时,利于枣树根系充分吸收水分和提高水分利用效率。     

基于无人机热红外的水分胁迫指数与土壤含水率关系研究

为了实时快速监测作物根系活动层的土壤含水率,利用低空无人机搭载的热红外相机获取经4种水分处理的棉花花铃期一天中5个时刻的冠层温度,并连续观测5 d,应用水分胁迫指数(CWSI)的理论模式、简化模式、定义模式计算得到3种CWSI,与棉花根系不同土壤深度含水率建立模型。研究表明:3种胁迫指数与土壤含水率具有幂函数关系,其中理论模式与土壤含水率的相关性最佳,定义模式次之,简化模式最差;在一天中不同监测时间点上,3种CWSI的监测精度在13∶00最高,9∶00和17∶00最差;在监测深度上,3种胁迫指数与0～60 cm处的土壤含水率关系最为紧密,0～30 cm次之,0～15 cm最差。该研究可大面积获取作物根系层土壤含水率,提高作物根系层土壤含水率的反演精度。     

基于Logistic模型的盐渍农田向日葵根长密度分布模拟

根长密度分布是反映作物根系潜在水分利用状态的重要指标，然而，当前关于水盐胁迫下作物根系量化的研究有限。以2016-2017年盐渍农田向日葵为研究对象，比较分析了不同盐分田块(低S1、中S2和高S3)的土壤水盐和作物根长密度分布变化，提出可以表征其动态变化的Logistic模型(LRDG)，并对模型参数(α和β)进行量化。结果显示：高盐田块的作物根长密度整体高于低盐田块，且根系集中生长的现象显著，特别是在蕾期后，向日葵根系集中分布于30～75 cm土层，累积根长占比超过40%，其中2016年S3田块作物根长密度峰值达5 cm/cm³以上。相比于标准根长密度的指数和幂函数模型，Logistic模型可较好地表征盐渍农田向日葵静态根长密度分布，R²为0.870,RRMSE为0.338；同时，Logistic模型参数α和β随土壤表层水盐和积温变化规律显著，由此具体量化了参数α和β的计算公式，参数量化验证RRMSE分别为0.425和0.297。这表明构建的LRDG模型能够准确表征土壤水盐胁迫下作物根长密度分布的动态响应，可为盐渍农田作物抗逆潜力挖掘和水肥...     

日光温室秋冬茬黄瓜结果期灌溉频率对产量及根系分布特征的影响

为制定宁夏中部干旱带日光温室秋冬茬黄瓜生产水分灌溉管理参数,采用田间试验的方法,研究不同灌溉频率对嫁接黄瓜产量及根系分布特征的影响。结果表明:在日光温室黄瓜秋冬茬栽培中,黄瓜根系主要分布在0～20 cm土层中,0～10 cm土层根系生物量超过80%,结果期不同灌溉频率对黄瓜根系生长量影响显著,其中每7 d灌溉1次的处理(TR3)0～15 cm土层根系生物量最高,灌溉频率对15～30 cm土层分布影响不显著,减少灌溉频率,能够促进0～15 cm土层黄瓜根系生长量的增加,有利于黄瓜坐果,产量增加以及果实中糖含量的积累,因此在宁夏地区中部干旱带日光温室黄瓜冬季生产中,平均日均温18℃左右,、灌水定额1 500 m~3/hm~2的条件下,黄瓜结果期的灌溉间隔7 d为宜。     

交替隔沟灌溉下玉米根长密度分布及水分利用

为了探明交替隔沟灌溉和常规沟灌条件下玉米根长密度的分布规律及水分利用效率(WUE),研究了2种沟灌方式下玉米根长密度的空间分布和水分利用情况。结果表明,玉米根长密度在根区水平向和垂向呈指数分布。交替隔沟灌溉促进了玉米根系的水平向伸展和下扎深度,常规沟灌在垄位的大密度根系分布集中在20～60cm。交替隔沟灌溉增大了根系下扎深度,有利于根系吸收深层土壤水分,在非充分供水条件下提高了作物的水分利用效率,交替隔沟灌溉水分利用效率较常规沟灌提高5%以上。     

粗糙度不变假设下的大区域冬小麦墒情多源遥感监测方法

大区域农田墒情遥感定量监测对当代精准农业应用意义重大,但如何提高监测精度一直是该领域的关键问题.融合多源遥感的方法可以充分发挥各种遥感的优势,是提高监测精度的重要技术手段.以河南省中东部为研究区域,利用MODIS、Sentinel数据,结合实测土壤含水量,根据植被覆盖、地表粗糙度和不同湿度的土壤对后向散射的贡献,利用BP神经网络模型构建上述参数的关系,分别对研究区2016年3-6月冬小麦高植被覆盖时期0～10 cm、0～20 cm深度土壤墒情反演.根据地表粗糙度参数的性质,提出了地表粗糙度不变假设,并结合遗传算法优化BP神经网络方法(GA-BP),进行对比实验.结果显示:①植被茂盛期,后向散射系数(σ)及其差值(?σ)与土壤墒情均具有一定的相关性,VV极化优于VH极化,差值优于原值;②在反演0～10 cm与0～20 cm深度土壤墒情时,BPσ、BP?σ、GA-BP?σ模型得到的结果精度均依次提高,其中GA-BP?σ模型的均方根误差0～10 cm为4.07％,0～20cm为3.42％;③3种BP神经网络模型皆与0～20 cm深度土壤墒情相关性较好,预测精度较高.研究表明:中原地区冬小麦全生育期地表粗糙度不变假设是成立的,后向散射系数差值(?σ)与土壤墒情的相关性更好,0～20 cm的根部墒情的遥测敏感度更高,     

膜下滴灌棉花根系分布规律研究

在棉花不同的生育期,在窄行及宽行采用根钻取样的方法,对棉花根系分布进行研究,结果表明:随着深度的增加,窄行和宽行的根重密度及根长密度逐渐减小,在棉花蕾期,宽行根系分布较多,窄行较少,棉花花期根系主要集中在20~40 cm土层内;进入铃期后,0~20 cm土层内宽行根重密度大于窄行,20~40 cm的土层范围内,窄行根重密度大于宽行,而在40 cm以下,宽行大于窄行,根系的分布宽行较广;在棉花进入絮期后,窄行根系的生长优于宽行,窄行的土壤条件对根系的生长更为有利,窄行分布的吸水根系相对较多。     

不同灌溉方式对棉花根系分布的影响研究

设置痕量灌、逐日地下滴灌、膜下滴灌、常规地下滴灌和棉花地面灌(对照)等5种灌溉方式,研究不同灌溉条件下棉花根系的空间分布规律。结果表明:逐日地下滴灌、痕量灌对棉花根系干物质量积累的影响显著高于膜下滴灌、常规地下滴灌等滴灌方式,其中逐日地下滴灌处理根系干物质累积量大,水平分布均匀,更有利于根系生长。各处理棉花根系垂向分布范围在0～50 cm,主要聚集范围为0～20 cm、占总根重73.80%～76.91%,土层30～50 cm随着深度的增加根重占比逐渐减小,逐日灌水处理土壤横向剖面含水率相对其他处理变幅较小。根系水平方向范围在0～70 cm,各处理呈显著的向水性分布,且集中分布于膜下窄行与膜间,窄行根重占比相对膜间更大,但逐日地下滴灌处理水平方向分布较为均匀。综上所述采用逐日地下滴灌节水方式对棉花根系干物质积累更有利,根系水平分布更为均匀。     

间接地下滴灌灌溉深度对枣树根系和水分的影响

为探讨间接地下滴灌及导水装置埋深(灌溉深度)对南疆极端干旱区矮化密植红枣根系生长分布特征及产量、水分利用率的影响,试验设间接地下滴灌(ISDI)3个导水装置埋深水平,分别为20、27、35 cm,以地表滴灌(DI)为对照,共4个处理,经过2~4 a的田间试验后,采用环状壕沟分层挖掘法对以枣树树干为中心,半径为1 m的90°扇形区域内0~100 cm土层进行根系取样。结果表明,相对于DI,ISDI下各根系分布较均匀,生长方向基本向下延伸;ISDI显著增加了根径小于5 mm根系根长密度,细根(根径小于2 mm)是DI的3倍,但减少了根径大于5 mm根系根长密度,相对增加了20~40 cm土层根系根长占总根长的比率;垂直方向上随着灌溉深度的增加表层根系根长密度相对减少,深层相对增加;水平方向上各处理根系根长密度基本呈现随着与树干水平距离的增加而减小的趋势,但在0~20 cm土层减小的幅度较大,在20~40 cm土层其减小的幅度较小;随着灌溉技术由DI到ISDI及灌溉深度的增加,细根分布基本呈现出由"宽浅型"向"深根型"发展的趋势。相对DI,ISDI具有较好的节水增产效果,提高产量及灌溉水生产率最大达20%。建议幼龄期南疆密植枣树的导水装置埋深为27~35 cm。研究为极端干旱区枣树适宜灌溉技术的选择及其技术要素的制定提供依据。     

根层水肥调控对盆栽玉米生长效果的研究

采用盆栽试验,研究了不同水肥调控措施对玉米生长、根系分布及植株氮、磷、钾养分的影响。结果表明,与常规灌溉施肥处理相比,滴灌深施处理能显著提高10cm以下土层的总根长和根表面积;在试验条件下,不同处理对玉米地上、地下部含磷量影响差异不显著,在玉米生长后期对地上部氮及地上、地下部含钾量的影响差异显著,表现为常规灌溉施肥处理要显著低于土壤表层滴灌施肥、土壤深层滴灌施肥处理。玉米在3个取样时期的生物量均表现为土壤表层滴灌施肥、土壤深层滴灌施肥处理显著高于常规灌溉施肥处理,其增长率达59.0%～75.3%、30.0%～32.5%和13.6%～16.5%。     

水分传感器埋设深度及个数对墒情精度的影响

在灌溉预报过程中,要利用土壤水分传感器监测土壤墒情,同一剖面土壤水分传感器埋设数量越多,测墒精度就越高,在实际应用时,就要求减少土壤水分传感器的埋设数量以降低系统的成本,并保证一定的测墒精度。选取4个试验区,在0～100 cm土层深度内,采用取土烘干法测得5个测试深度土壤水分数据。分析了0～60和0～100 cm土壤剖面平均含水率与监测点含水率的相关关系,并设置了1个监测点和2个监测点不同组合的对比,分别计算了各种情况下土壤剖面平均含水率与监测点含水率的相关系数(R2)、平均相对误差(δR)以及均方根误差(RMSE)。研究结果显示:一个监测点时,40 cm深度的含水率能较好地反映0～60 cm土壤剖面平均含水率,R2达到0.95以上; 0～100 cm土壤剖面平均含水率用60 cm深度含水率反映,R2能达到0.93。两个监测点时,20/50 cm处的含水率与0～60 cm土壤剖面平均含水率的相关性最高,R2为0.994; 0～100 cm土壤剖面平均含水率与40/70 cm处的含水率相关性最高,各试验区平均的R2为0.965。