玉米和水稻根系的空间分布特性及栽培调控

随着中国科学技术不断的发展,水稻和玉米的栽培技术得到很大提升。业内人士都知道水稻和玉米根系分布特点不同,将会影响最终的栽培效果,为了提高水稻和玉米的产量,该文就对这方面进行分析,希望给有关人士一些借鉴。     

超高产水稻品种的根系分布特点

利用不同类型水稻品种和组合,采用根箱钉板法研究了全量根系在土壤中纵向和横向的分布特征。结果表明,根系生物量的５２％～６３％分布在０～１２ｃｍ土层中,７０％～７９％分布在０～２４ｃｍ土层中。后期耐早衰的协优９３０８表现奶系生物量大,深根系比例高。根系横向分布随土壤深度增加,趋向离开植株中心分布。根系重量密度以表层最高,并随深度增加逐渐下降。协优９３０８在表土层以下的根系重量密度比其他品种明显提高。     

高产水稻群体根系空间分布数学模型的研究

本文探讨了高产水稻群体根系干重、体积、长度、总表面积和活性表面积密度的水平和垂直分布数学模型及与地上部空间结构的关系.研究中发现:根参数垂直方向的分布采用y=A+BLnZ,y=Ae~(B.Z),y=AZ~b拟合结果都比较好,但不同根参数在不同条件下有其最优的模型.根参数在水平方向上的分布应用y=A+Bsin(180/L)X的模型描述不仅精度高,而且还具有明确的农业意义.     

水稻根系的空间分布及其与产量的关系

选择9个水稻品种，在水稻生长根系最旺盛的抽穗期进行取样，研究高产水稻群体的根系空间分布特征。结果表明：不同水稻品种的根系体积和质量的总量存在差异，各品种水稻根系的体积和质量均随土层深度增加而下降，但主要分布在土壤耕作层(0～20cm)，且表层(0～10cm)占80％以上，其垂直分布可用指数模型、乘幂模型、对数函数、多项式函数表示，相关系数都在0．9以上，上层根(0～10cm)质量与产量之间没有显著的相关关系，而下层根质量(10cm以下)与产量之间呈显著正相关关系，相关系数达0．7258，研究认为，从整株根系和高产的角度来看，适当减少表层根系，培育和增加深层根系的比例有利于促进水稻产量的提高。     

胡杨树根系空间分布特性

本文对中国干旱内陆荒漠区的幼龄天然胡杨树的根质量密度和根长密度分布进行研究。结果表明:在垂直方向上,根量主要集中于80cm~100cm的土层中,约占总量的38.75%,在100cm土层以下迅速下降,根长密度随土壤深度的变化,呈指数函数分布;在水平方向上,主要分布在距胡杨树干0cm~100cm范围内,且输导根(d>2mm)占质量比重大,约占总量的88.67%,吸收根(d<2mm)占根长比重大,约占总量的92.21%。     

滴灌小麦根系生理特性及其空间分布

通过管栽滴灌根区水分控制试验,研究不同滴灌条件下,春小麦根系生理特性、垂直分布变化及其产量构成等。结果表明:①孕穗～灌浆初期是滴灌春小麦根系生长的关键时期,此期根系的总根质量和总根长、根系总吸收面积、活跃吸收面积和根系活力达最大值。②土壤水分过少,根系过氧化物酶活性降低,脯氨酸含量虽有所增加,但后期下降过快,根系过早衰亡;水分过多,影响根系吸收面积增加,根系活力下降,植株贪青晚熟,经济生产效率低;适宜水分(田间饱和质量含水量的70%～75%)处理能有效促进根系生长及生理功能提高,产量最高。通过滴灌控制小麦根区水分状况,可以实现以水调根,促进小麦高产形成并获得较高的水分利用效率。     

水稻根系空间分布特性的三维建模及可视化研究

为明确水稻根系在土壤中的空间分布特性,应用"根箱法"进行试验,获取水稻根系坐标数据,分析根系生长随水稻生育进程的变化规律,采用植物模拟技术,建立了水稻根系三维形态模型,包括根节点初始位置的确定、根节点生长方向的确定、不定根位置的确定、不定根生长方向的确定等。根据水稻根系几何形态参数,采用Visual C++及Open GL标准图形库,对水稻根系的三维形态结构进行重构,使系统生成更加逼真的水稻根系图像。结果表明该模型对水稻根系形态结构动态生长具有较好的预测效果,同时也可为其他作物根系的可视化研究提供参考。     

不同穗型水稻品种根系空间分布的研究

[目的]研究不同穗型水稻群体的根系分布特征。[方法]以沈稻3号（半直立穗型）和沈稻7号（弯曲穗型）为供试水稻品种,分别在其拔节期、齐穗期、成熟期,以稻株为中心。挖取长30cm、宽13．3cm、深30cm的土块,将土块至土表向下每10cm划为1层,测定不同土层中的根系体积、总吸收面积和活跃吸收面积。[结果]沈稻3号在成熟期仍保持较高的根系活性,且成熟期上层（0～10cm）根系对水稻生长影响较大;沈稻7号齐穗期根系生长旺盛,中层（10～20cm）和下层（20—30cm）根系对水稻生长影响较大;2水稻品种根系在各层中的分布总体表现为越接近稻株中心,所占比例越大。[结论]不同水稻品种根系体积、干系干重及其在不同土层中的分布存在差别。     

水稻根系生长及根构型对氮素供应的适应性变化

采用全根、分根培养系统,研究根构型参数对氮素供应方式和水平的适应性变化。结果表明:水稻根构型参数对供氮量和供氮方式具有适应性反应。分根供氮时,无论供氮量高低,供氮均能诱导根系生长发育,表现为供氮侧侧根长、根表面积、根系体积、根重等根构型参数明显高于无氮一侧,但是根系平均直径明显变细。分根处理,供氮侧中量和高量供氮使侧根长分别增加9%和91%,而在无氮侧,侧根长分别减少54%和42%;供氮侧根表面积分别增加20.1%和87.9%,无氮侧分别减少45.2%和33.3%;供氮侧根系体积分别增加32.4%和88.0%,无氮侧根体积分别减少33.9%和22.4%。供氮量适当时(N40),侧根长、根表面积、根体积的增加归因于生物量的增加;而在供氮量多时(N80),侧根长、根表面积、根体积的增加既有生物量增加的作用,又有比根长、比表面积的直接贡献。研究结果表明,根构型参数变化是水稻适应不同氮素供应的可能机理之一。     

库尔勒香梨根系空间分布特征

采用剖面挖掘和分层取样法,利用WinRHIZO Pro2010a根系分析系统对漫灌条件下盛果期库尔勒香梨吸收根（d＜2 mm）和输导根（d≥2 mm）的空间分布进行分析。结果表明,在距离树干0～100 cm的0～130 cm土层根系分布比较密集,吸收根的水平分布范围比输导根宽25～50 cm,垂直分布深10 cm左右。根系在水平方向上（0～400 cm）随着距树干水平距离的增加而减少,最值出现在0～25 cm和25～50 cm处;在垂直方向上（0～130 cm）随土层深度增加先增多后减少,吸收根表现出“单峰型”的规律,最大值出现在80～90 cm处,而输导根则表现出“双峰型”的规律,最值出现在20～30 cm和80～90 cm处。距树干0～275 cm的0～90 cm土层是香梨田间水肥管理的重要区域,土壤质地条件是影响根系分布的一个重要因素。     

间作对水稻根系分布特征的影响*

 通过田间试验，研究了两种水稻品种黄壳糯与合系41间作条件下的根系分布特征。结果表明：间作黄壳糯的根深指数显著高于单作，较单作提高49%。合系41第1行的根深指数显著高于第2行和第3行，分别比第2行和第3行高了26.7%和24.9%，且第2行和第3行之间的根深指数无显著差异。间作黄壳糯产量较单作黄壳糯呈增加趋势，但未达显著差异。合系41第1行的产量显著低于第2行、第3行及合系41单作的产量,分别低了23.7%，24.6%和24.6%,但合系41间作第2行、间作第3行与合系41单作之间的产量无显著差异。本试验应用Sufer软件绘制的根系分布图表明：合系41第1行表层根密度较小，下层根密度较大，根系总量显著减少；单作黄壳糯根系呈两边伸展，而间作黄壳糯根系则深层次分布较多。     

水、陆稻根部性状的研究

选用来自日本、中国华北、东北、西北等地的粳型水稻品种8个和陆稻品种7个，在大田旱种和雾培条件下测其根系性状和叶片水势等。结果表明，在2种栽培条件下水、陆稻的根长、根数、根基粗、根中粗和根体积等性状相关显著；水、陆稻不同的品种间根系性状的差异均达极显著水平，陆稻品种的根比水稻品种的长、根的基部粗。陆稻品种的叶 片水势比水稻高，并且与根长、根基粗相关显著；水陆稻幼苗4叶期根基粗和灌浆期的根基粗相关极显著。因此水、陆稻苗期根基粗可以作苗期初步鉴定抗旱性的一种指标。     

不同草本层三倍体毛白杨细根及草根的空间分布及季节变化

以退耕还林后2种不同草本层(自然草、黑麦草)模式下的4年生三倍体毛白杨幼林为研究对象,利用土柱法对林地细根和草根按照0~10 cm(上层)、10~20 cm(中层)、20~30 cm(下层)3个土壤层次,2个径级(0~1 mm,1~2 mm)进行每月1次、为期1 a的草根和细根生长及死亡的生物量研究。结果表明:2种模式林地内,2个径级活细根的生物量,基本为上层中层下层,黑麦草林地在上、中、下层变化趋势均比自然草林地明显,0~1 mm细根上层有明显的年变化趋势,峰值出现在5月和9月,谷值分别出现在8月和7月;2个径级死细根的生物量,0~1 mm径级为上层中层下层,1~2 mm径级则全年均为中层下层上层,黑麦草林地变化同样比自然草林地明显。2种模式内3层0~1 mm、1~2 mm活细根与死细根生物量的比值为5∶1。2种模式草根的生物量上层峰值也都出现在5月和9月,与0~1 mm细根上层相同,谷值则出现在8月。草根的年平均生物量,黑麦草仅在上层和中层分布,每层的自然草根系生物量都比黑麦草根系生物量大得多,上层是黑麦草的3.6倍,中层是黑麦草根系的4.6倍。人工种植的黑麦草林地细根生物量(0.614 t/hm~2)较自然草林地生物量(0.465 t/hm~2)高,但细根和草根合在一起后,自然草林地比黑麦草林地高。在自然草林地内,草根占据了0~2 mm根系生物量的53.4%,可见,就0~1 mm的根系来说,在造林初期,生物量在自然条件下要比人为干扰环境下大得多。     

沙棘根系分布及根瘤研究

以中国沙棘、俄罗斯大果沙棘和蒙古大果沙棘的3个品种为试材，采用根窖法对沙棘的根系分布进行了研究，结果表明沙棘的根系主要分布于0～60cm的土层中。通过调查，发现中国沙棘“中阳”根瘤总数、中根瘤数最多；俄罗斯大果沙棘品种“金阳”的根瘤总体积、根瘤鲜重、根瘤干重、最大根瘤重、最大根瘤直径、根瘤总氮量最大；蒙古大果沙棘品种“秋阳”大根瘤数最多。     

水稻根系分布形态研究法现状及展望

简略回顾了根系研究法的历史.介绍了水稻根系研究法的现状,分为机械挖掘类和非挖掘类,机械挖掘类分为原状土片法、原状土柱法、网袋法、简易根箱法、塑料管土柱法;非挖掘类分为雾培法、同位素示踪法、桶(盆)钵栽培法、沙培法、水培法、水上栽培法等.分析了存在的问题并展望了发展前景.     

Numerical Simulation of Root Growth Dynamics of CO2-Enriched Hybrid Rice Cultivar Shanyou 63 Under Fully Open-Air Field Conditions

Hybrid indica rice (Oryza sativa L.) cultivars play an important role in rice production system due to its heterosis, resistance to environmental stress, large panicle, and high yield potential. However, no attention has been given to its root growth dynamic responses to rising atmospheric CO₂ concentration ([CO₂]) in conjunction with nitrogen (N) availability. Free air CO₂ enrichment (FACE) and N have significant effects on rice root growth. In this experiment, a hybrid cultivar Shanyou 63 (Oryza sativa L.) was used to study the effects of FACE and N levels on roots growth of rice. The results showed a significant increase in both adventitious root volume (ARV) and adventitious root dry weight (ARD) under the FACE treatment. The application of nitrogen also increased ARV and ARD, but the increase was smaller than that under FACE treatment. On the basis of the FACE experiment, numerical models for rice adventitious root volume and dry weight were built with the time as the driving factor. The models illustrated the dynamic development of rice adventitious root volume and dry weight after transplanting, regulated either by the influence factor of atmospheric [CO₂] or by N application. The models were successfully used to predict ARV and ARD under FACE treatment in a different year with the predicted data being closely related to the actual experimental data. The model had guiding significance to growth regulation of rice root under the condition of atmospheric [CO₂] rising in the future.     

水稻高产群体干物质积累与分配数学模型的研究

采用正交设计和旋转设计的复因子试验结果表明。水稻群体的干物质积累呈 S 曲线,其中有关参数及穗干重占总干物重的比例、成粒干重占穗干重的比例与处理因子间都可用二次方程表示。水稻生育前期的干物质分配中心是营养器官,中期分配中心向生殖器官转移,后期分配中心是生殖器官。总干物重与产量之间一般呈正相关,而穗干重占总干物重的比例与产量之间则呈二次曲线。因此,高产栽培时应该在保证适宜穗重比例的前提下增加总干物重。     

水分和氮素对玉米苗期生长、根系形态及分布的影响

【目的】 东北地区春旱频发严重影响玉米出苗与苗期生长,明确水分、氮素对玉米苗期生长和根系发育的影响及其耦合效应,可为东北春玉米水、氮调控措施的优化提供依据。【方法】 2016—2017连续2年设置水分、氮素两因素盆栽试验,土壤相对含水量设4个水平,分别为重度干旱（W0,30%）、适度干旱（W1,50%）、水分适宜（W2,70%）和水分过量（W3,90%）;施氮量设3个水平,分别为不施氮（N0,0）、低氮（N1,0.12 g N·kg ^-1土）和高氮（N2,0.24 g N·kg ^-1土）。【结果】 水分、氮素均显著影响玉米苗期的植株生长、根系发育、氮素吸收与利用,且两因素对植株干重、根系形态、吸氮量和氮肥利用率交互作用显著。土壤水分亏缺或过量均抑制了植株生长、干物质累积、根系发育和氮素吸收。W0处理的负面影响最为严重,其地上部干重、根系干重和植株吸氮量与W2处理相比分别降低55.5%、60.1%和47.4%,氮肥利用率下降6.4个百分点,根长和根表面积分别减少58.2%和59.5%。施氮显著促进玉米苗期植株生长与氮素吸收,降低根冠比,且不同水分条件下氮肥效应及对根系发育的影响存在明显差异。水分适宜条件下施氮促进根系生长,显著增加根长、根表面积和根体积,植株干重和吸氮量增幅最高。干旱胁迫条件下施氮抑制了根系发育,显著降低根长和根表面积,氮肥效应偏低。水分过量条件下施氮改善根系生长,但施氮效应仍低于W2处理。各水分条件下,N1处理的根长和根表面积均高于N2处理,而体积接近或更小,说明低氮增加了细根的比例。水分、氮素不仅显著影响根系形态,也导致根系空间分布出现明显差异。干旱胁迫促进根系下扎,增加深层土壤的根长分布,W0和W1处理0—12 cm土层根长比例相比W2处理分别下降11.0和8.3个百分点,而24—36 cm土层分别提高9.5和6.9个百分点。与干旱胁迫相反,水分过量趋向于增加根系在表层土壤的聚集。施氮显著促进表层土壤的根系分布,N1和N2处理0—12 cm土层根长比例相比N0处理分别增加16.3和13.7个百分点,而24—36 cm土层分别下降11.5和12.5个百分点。所有水-氮处理中,W1N1处理根系的空间分布最为均衡。【结论】 水分、氮素对玉米苗期生长和根系发育有显著的耦合效应,适宜的水、氮措施可优化根系形态与空间分布,增加植株干重和氮素吸收利用。春玉米生产中建议降低氮肥基施用量以发挥水氮耦合效应,促进根系下扎和细根增殖,提高植株耐旱性和氮肥利用率。