土壤盐分空间异质性成因及对植物生长影响研究进展

盐胁迫是农业生产的重要限制因子之一，土壤中的盐分在时间和空间上呈现普遍的异质性，植物对这种盐分差异性十分敏感。深入了解植物对异质盐胁迫的响应模式，对于改善植物在非一致性盐胁迫下的抗性具有十分重要的意义。实际农业生产中，植物对土壤异质盐胁迫的响应存在较大差异。本研究综述了土壤盐分异质性分布成因及近年来盐分空间异质性对植物生长影响的研究进展，主要内容包括:①土壤盐分空间异质性成因及分布；②土壤盐分空间异质性对植物地上部生长的影响；③植物根系对土壤盐分空间异质性的响应；④土壤盐分空间异质性对植物生长和根区盐分含量的关系。展望了土壤盐分空间异质性对植物生长影响的可行性研究。参65     

基于参数L系统的水稻根系生长可视化研究

采用"根箱法"分析水稻根系在土壤中的分布形态,并应用三维球形海龟几何解释,结合参数L系统推导出产生式规则;采用二次B样条插值函数的方法,设计了水稻根系参数L系统,并使用Visual C++和Open GL标准图形库,实现水稻根系生长的可视化。对该模型进行实验验证,获得的标准误差趋近0,一致性指数趋近1,参数L系统模型可以有效模拟水稻根系的生长。     

盐碱地水盐动态对玉米根系时空分布特征的影响

为探讨盐碱地滴灌条件下水盐运移对玉米根系时空分布的影响,选择淡水4个处理,选择5个不同生育期采集距滴头不同距离和深度上的根系,并监测各剖面的水分、盐分及地上植株的农艺性状。对其根长密度与地上部分、水分和盐分的运移进行分析,研究表明根系对水分和盐分的胁迫表现明显,当土壤体积含水率高于20%且电导率低于2000μS/cm时,可以满足根系的正常生长发育,在此范围内,根系集中在高水和低盐度的区域生长。     

植物生长条件下土壤水分与养分资源动态分布的模拟研究

借助根系功能-结构机理模型,在动态描述根系空间生长发育的基础上,采用根系空间吸水速率函数耦合三维土壤水动力学模型,描述根系吸收条件下土壤水分的时空分布;以根个体为中心,采用扩散方式,描述了由于根系吸收土壤中磷元素而引起的土壤中有效磷分布的动态变化。通过小麦苗期根系结构与生物量的动态观测试验,获取了根系生长参数,利用文献资料获取了土壤水分运移参数、土壤有效磷扩散参数。在设定的灌溉与蒸散情景下,模拟了根长密度与根系吸收速率在三维空间的动态分布、根系吸水条件下土壤水分三维时空变化以及根系吸收磷元素的条件下土壤中有效磷的亏缺区域变化过程。模拟结果显示,根系-土壤系统能够实时地模拟根系生长下土壤环境资源的动态变化。     

全地膜覆盖棉田咸水滴灌对土壤水盐分布的影响

通过田间定位小区试验,以淡水滴灌为对照,设置不同矿化度咸水滴灌处理,研究全地膜覆盖条件下,咸水滴灌棉田土壤水分和盐分的动态变化和分布特征。结果表明,咸水滴灌减少了棉花对土壤水分的吸收,HCO3--Na+型咸水矿化度对棉花根系吸水的影响要大于Cl--Na+型咸水。土壤水分受到前期灌溉水量和灌溉水盐分的影响,这种影响在整个生育期都存在。各种灌溉处理都使得0~100 cm土体剖面的土壤EC值增加,土壤盐分随着灌溉水矿化度的增加而增加。从土壤盐分的积累来看,利用滴灌补灌一次6 g/L以下的咸水,通过种植前黄河水压盐和夏季降水淋洗,不会造成棉花根系分布层土壤盐分的明显积累。     

绿洲灌区土壤盐分平衡分析及其调控

土壤次生盐碱化是威胁新疆绿洲灌区持续灌溉农业的关键因子.以水盐平衡原理为指导,以渭干河灌区多年实际监测数据为基础,深入分析了灌区不同尺度的土壤盐分分布特点与平衡措施,重点探讨了维持耕地根系层尺度上的盐分平衡的淋洗需水量的计算问题.针对水土资源开发水平的高低与土壤盐碱化的实际状况,提出了防控土壤次生盐碱化的不同对策：在塔里木河流域灌区,以加强渠道防渗和提高田间水利用率为主;对石河子地区,重点在于以冬灌方式实现作物根系层的盐分平衡.     

长期膜下滴灌棉田根系层盐分累积效应模拟

<正>膜下滴灌技术具有显著的节水、抑盐和增产效果,在新疆干旱区棉田获得大面积推广应用。由于气候干旱和灌水量有限,长期膜下滴灌棉田土壤盐分演变趋势和累积效应近年来倍受研究人员和农业生产部门关注。本文以新疆玛纳斯河流域膜下滴灌棉田为研究对象,于2011年和2012年针对两种典型种植模式(传统种植模式和超宽膜种植模式)开展了大田试验,在统计分析和概化棉花根系分布特征的基础上建立了二维根系吸水模型和土壤水盐运移数     

兰州两山滴灌造林土壤水盐运移过程研究

通过造林地滴灌试验,研究了在不同滴头出水流量条件下湿陷性黄土水分盐分运移与分异过程,并调查树木的根系分布。试验结果表明,微灌系统仅给树木根际分布区以内的小面积土壤供水,并未使整个土表面均匀湿润,对于大多数林地而言,其优点是有限的湿润表面积能够限制杂草生长,减少土壤表面无效蒸发。然而,造林地潜在蒸发量大,滴灌条件下水分运移的过程将引起和支配耕作层盐分的移动和重新分配。当水盐混合溶液(无机肥料溶液,N∶P∶K=12∶6∶6)在三种处理中(0.3L/h、0.8L/h、2.0L/h)由滴头流动至根系湿润区内,水分、养分被作物根系吸收,部分水分直接蒸发至大气后,过剩盐分将留存下来,并在土体表面和土体内湿润边界层逐渐积聚,形成高盐分聚集区。由树木根系分布特点看出,处理Ⅰ、处理Ⅲ有利于提高根系单位土体分布密度,处理Ⅱ次之。     

微咸水膜下滴灌对绿洲棉田土壤水盐特征的影响

为指导新疆绿洲微咸水膜下滴灌棉田管理,2010年在新疆农一师灌溉试验站进行微咸水膜滴灌方式下土壤水盐状况的研究。结果表明,随灌溉水盐度的增加,带入作物根区的盐分明显增加,当根区土壤盐分积累到一定程度,影响作物根系对水分的吸收和作物的正常生长,造成作物蒸腾减少,相对提高了土壤水分含量。轻度盐分胁迫处理可保护表土,使土壤保持疏松状态,提高土壤的肥效,有利于作物的生长。重度盐分与水分胁迫对土壤体积质量影响较弱,但对根系的生长发育影响较重。     

植物根系吸水模型研究综述

总结归纳了具有代表性的根系水分吸收模型和溶质吸收模型,简要介绍了根系的补偿吸收模型,并且总结了常用的根系长度密度分布函数。在综合评述已有模型研究的基础上,指出需加强湿地植物根系的吸收模型研究,以及根系表面积密度分布函数和根系体积密度分布函数的研究,并且简化模型参数。     

冬小麦根系吸水模式的研究

依据冬小麦根系伸展深度、重量根密度以及土壤含水量分布的实测资料,对冬小麦根系吸水分布进行了动态模拟。在分析根系吸水规律的基础上考虑根系分布状况、土壤含水率、蒸腾速率等因素的影响,建立了一个冬小麦根系吸水模式,该模式经实际应用,效果良好。     

冬小麦根系形态性状及分布

【目的】了解冬小麦根系形态的动态分布规律,为优化根系构型、提高小麦产量潜力提供参考。【方法】本研究借助于微根管技术,对冬小麦根系生长至消亡过程中的根长密度、根尖数、表面积、直径和以根长为基础的根系生长速率进了原位监测。【结果】冬小麦根系的根长密度和根尖数均在拔节期达到最大值,根表面积和直径在抽穗前达到最大值;收获1周后,其根长密度、表面积和根尖数开始大幅降低;10—40 cm土层根系的平均直径较大,根长密度的最大值出现在30—40 cm土层;冬小麦绝大多数根系的直径（RD）小于0.5 mm,0.1 mm＜RD≤0.25 mm区间的根长密度是其它区间之和的1.3—2.1倍;返青至拔节前期,0—40 cm土层的根系增长速率最为显著,拔节中后期40—80 cm土层则显著增大。【结论】返青至抽穗期冬小麦的根系生长最旺盛,其生长重心也逐渐下移,收获后死亡节律滞后。深层根系的直径较小,0.1 mm＜RD≤0.25 mm区间的细根是冬小麦根系的主要组成部分。     

水氮耦合对冬小麦根系分布和根冠比及产量的影响

【目的】研究膜下沟灌水氮耦合对冬小麦根系分布、根冠比及产量的影响,为冬小麦生产提供理论依据。【方法】以冬小麦为试材进行田间试验,设1500、3000m3/ha两个灌水水平和75、150和300kg/ha3个施氮水平,测定不同处理组合冬小麦根部特征及产量。【结果】冬小麦根系随着土层深度增加,根长密度呈指数下降;灌水量相同时,适当增加施氮量能促进冬小麦根系生长,但施氮量过高时又会抑制冬小麦根系生长。施氮量相同时,增加灌水量会显著抑制冬小麦根系生长。冬小麦产量随灌水量的增加而增加,而冬小麦根冠比随灌水量的增加而减少。冬小麦产量与根冠比之间呈一元二次显著性相关。【结论】冬小麦产量与根冠比呈一元二次显著相关,3000m3/ha灌水量和150kg/ha施氮量为较优的灌溉施氮方式。     

水氮耦合对冬小麦根系分布和根冠比及产量的影响

【目的】研究膜下沟灌水氮耦合对冬小麦根系分布、根冠比及产量的影响,为冬小麦生产提供理论依据。【方法】以冬小麦为试材进行田间试验,设1500、3000 m3/ha两个灌水水平和75、150和300 kg/ha 3个施氮水平,测定不同处理组合冬小麦根部特征及产量。【结果】冬小麦根系随着土层深度增加,根长密度呈指数下降;灌水量相同时,适当增加施氮量能促进冬小麦根系生长,但施氮量过高时又会抑制冬小麦根系生长。施氮量相同时,增加灌水量会显著抑制冬小麦根系生长。冬小麦产量随灌水量的增加而增加,而冬小麦根冠比随灌水量的增加而减少。冬小麦产量与根冠比之间呈一元二次显著性相关。【结论】冬小麦产量与根冠比呈一元二次显著相关,3000 m3/ha灌水量和150 kg/ha施氮量为较优的灌溉施氮方式。     

南疆枣麦复合系统中冬小麦根长密度、根表面积密度分布特征研究

在冬小麦成熟期采用根钻法采集单作冬小麦及与3、5年生枣树间作的冬小麦根样,利用Win-SURFER V.8.0软件进行根系根长密度、根表面积密度的分析,同时进行冬小麦经济产量和地上部生物量的测定。结果表明,相比单作冬小麦,间作冬小麦的产量（P=0.0003）和地上部生物量（P=0.001）均显著下降。间作和单作冬小麦根长密度、根表面积密度随土层深度的增加而逐渐减少。与3、5年生红枣间作的冬小麦20~60 cm土层的根长密度值比单作冬小麦20~60 cm土层的根长密度值分别减少了30.1%~46.2%;与3、5年生红枣间作的冬小麦20~40 cm土层的根表面积密度值比单作冬小麦20~40 cm土层的根表面积密度值分别减少了18.7%~31.3%。间作冬小麦根系与枣树的根系在20~60cm土层中生态位重叠,导致物种间根系竞争。5年生枣树较3年生枣树对间作冬小麦根长密度值、根表面积密度值的变化和分布影响较大。     

腐殖酸钠对镉胁迫下冬小麦种子萌发及根系生长的影响

[目的]研究腐殖酸钠(HA-Na)对镉胁迫下冬小麦种子萌发及根系生长的影响。[方法]以鲁麦22号为试验材料,研究不同浓度Cd~(2+)溶液处理对冬小麦种子萌发和根系生长的影响,以及不同浓度HA-Na溶液对Cd~(2+)胁迫下冬小麦种子萌发和根系生长的影响。[结果]Cd~(2+)胁迫使冬小麦种子萌发和根系生长均受到抑制,发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗根长及芽长均降低。低浓度的HA-Na提高了Cd~(2+)胁迫下冬小麦种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗根长、芽长,部分缓解了Cd~(2+)胁迫对冬小麦种子萌发和幼苗生长的抑制作用。其中以50μmol/L HA-Na溶液处理的缓解效果最好,但随着HA-Na浓度的增大,其对Cd~(2+)胁迫的缓解效应逐渐减弱,当HA-Na浓度达200μmol/L时,会明显加剧Cd~(2+)胁迫的毒害作用。[结论]该研究为被重金属污染的农田土壤治理和改良提供了理论依据。     

施氮量对冬小麦根系生长分布及产量的影响

在土壤肥力较高的大田条件下,研究氮肥用量对多穗型品种豫麦49-198和大穗型品种兰考矮早八根系生长分布和产量的影响.结果表明,2品种总根质量密度和各土层根质量密度变化趋于一致,呈先增加后减小的趋势,并于抽穗期达到最大.施氮量影响根质量密度的分布,2品种均以180 kg/hm2施氮处理根质量密度最大,其中豫麦49-198分别比360和0 kg/hm2处理增加12.59％和31.11％,兰考矮早八分别增加8.02％和15.79％.大穗型品种根质量密度与产量的相关性明显高于多穗型品种,表明通过氮肥用量调控根量对提高大穗型小麦产量的作用更大.     

Effects of different irrigation methods on micro-environments and root distribution in winter wheat fields

The irrigation method used in winter wheat fields affects micro-environment factors, such as relative humidity(RH) within canopy, soil temperature, topsoil bulk density, soil matric potential, and soil nutrients, and these changes may affect plant root growth.An experiment was carried out to explore the effects of irrigation method on micro-environments and root distribution in a winter wheat field in the 2007–2008 and 2008–2009 growing seasons.The results showed that border irrigation(BI), sprinkler irrigation(SI), and surface drip irrigation(SDI) had no significant effects on soil temperature.Topsoil bulk density, RH within the canopy, soil available N distribution, and soil matric potential were significantly affected by the three treatments.The change in soil matric potential was the key reason for the altered root profile distribution patterns.Additionally, more fine roots were produced in the BI treatment when soil water content was low and topsoil bulk density was high.Root growth was most stimulated in the top soil layers and inhibited in the deep layers in the SDI treatment, followed by SI and BI, which was due to the different water application frequencies.As a result, the root profile distribution differed, depending on the irrigation method used.The root distribution pattern changes could be described by the power level variation in the exponential function.A good knowledge of root distribution patterns is important when attempting to model water and nutrient movements and when studying soil-plant interactions.     

黄淮海北部农田犁底层现状及其特征

【目的】研究黄淮海北部地区犁底层分布现状及特征。【方法】采用布点取样方法,根据黄淮海北部区土壤质地分布图结合第二次土壤普查点位选取山东陵县、河北吴桥县共108个点位,于2014年冬小麦拔节期进行剖面取样调查,测定0-45 cm不同层次土壤水分含量、土壤容重及穿透阻力。【结果】（1）黄淮海北部地区耕层平均厚度在14.74 cm,约有76%的被调研点存在明显的犁底层,犁底层主要分布在15-30 cm;（2）黄淮海北部区农田剖面各层次土壤容重及穿透阻力存在显著差异,犁底层容重最大,平均容重在1.54 g·cm^-3左右,显著大于耕层和心土层,在冬小麦拔节期犁底层穿透阻力为1 371.00-4 256.00 kPa,显著大于耕层及心土层穿透阻力;（3）冬小麦整个生育期犁底层穿透阻力均大于2 000 kPa,阻碍了小麦根系的深扎,造成小麦根系分布浅层化,这在冬小麦生长缺水的地区,易造成作物水分胁迫,同时不利于根系吸收深层养分;（4）土壤穿透阻力土壤与含水量及容重之间有着极显著相关关系,土壤穿透阻力有随着容重的增加而增加的趋势,二者之间回归方程为：y= 3 854.09x+3 891.99（y为穿透阻力,x为土壤容重,r =0.84）;当容重低于1.4 g·cm^-3时,土壤穿透阻力均低于 2 000 kPa,穿透阻力不会对作物根系生长产生障碍,而当土壤容重在1.4 g·cm^-3以上时,穿透阻力对作物的影响同时取决于土壤含水量,穿透阻力随着土壤水分的增加而降低,对应线性回归方程为：y = -75.93 x + 3 153.83（y为穿透阻力,x为土壤质量含水量,r=0.82）。 【结论】在现行以旋耕为主的传统耕作模式下,黄淮海北部地区农田犁底层是普遍存在的,不利于作物根系生长及作物对土壤养分的充分利用,需要适度打破犁底层,构建合理耕层结构。     

水分胁迫对冬小麦干物质分配的影响

[目的]研究不同土壤水分备件下冬小麦的生长发育、各器官的干物质积累动态。[方法]采用盆栽方法,通过设置不同的土壤水分条件,从器官水平考察水分条件对冬小麦物质积累、分配等的影响,并建立产量和耗水量的关系方程。[结果]在水分适宜条件下,茎秆干物质积累所占比例较小,为32％,穗部占39％;而过度灌溉和严重水分胁迫条件下,茎秆干物质积累所占比例较大,分别为43％和34％,穗部所占比例较小,仅为41％和27％。[结论]水分条件对冬小麦生长的拔节至扬花期尤为重要,生产上应特别注意加强扬花期和灌浆期水分管理。