间作冬小麦根系数量与活性的空间分布及变化规律

在冬小麦‖早春玉米/夏玉米种植体系(‖与/分别表示间作和套作)中,研究了小麦根系数量与活性的空间分布特征及变化规律。主要结果:(1)高产田间作冬小麦最大根深200cm左右,160～200cm深层土壤根量持续增长至灌浆蜡熟期。(2)根系含水率自上而下由低向高变化,随生育进程推进,呈下降趋势。(3)根系鲜重自拔节期以后,0～80cm土层随生育进程推进呈减低趋势;80～160cm于开花期达最大值,之后下降;160～200cm土层到灌浆期和蜡熟期值最大。0～200cm土体总根干重于灌浆期值最大,之后下降。(4)拔节、开花、灌浆和蜡熟4次结果平均,0～20cm土体根鲜重和干重分别占到0～200cm总重的46.90%与47.63%,40cm以上占到57.90%与59.89%,80cm以上占77.00%与78.62%,120cm以上占到92.26%与93.07%,120cm以下土体占不足10%。根系重量密度自上而下可划分为0～20cm高密度区、20～120cm中密度区、120～160cm低密度区及160～200cm稀密度区。(5)根系TTC还原强度呈上大下小变化,0～160cm土体平均根活力拔节期较高,开花灌浆期下降,蜡熟期反弹上升。(6)拔节、开花、灌浆和蜡熟期四次结果平均,0～20cm土壤根系TTC还原总量占到0～160cm土体的53.84%,40cm以上占到66.01%,80cm以上占到83.40%,120cm以上占到94.77%,120～160cm深层土壤占5%左右。     

夏播玉米根系分布与含氮量对氮肥类型与施氮量的响应

连续两年施用不同氮肥和用量,考察了夏玉米（郑单958）根系在不同土层的分布与含氮量,分析其与产量、地上部氮素累积量的相关性。结果表明:1）施氮抑制夏玉米生育前期根系生长与下扎,抑制作用表现为:复合肥＞包膜尿素＞尿素;施氮使吐丝期0—25与50—80 cm土层根量增大,25—50 cm土层根量减少;总根量表现出:尿素＞复合肥＞包膜尿素,且差异显著。2）施氮显著提高夏玉米9叶展开期0—25 cm土层与吐丝期25—80 cm土层根系含氮量;氮肥类型影响根系含氮量,且差异显著。3）吐丝期25—80 cm土层根系含氮量与产量呈显著正相关（P＜0.05),与地上部氮素累积量呈极显著正相关（P＜0.01﹚;在25—50 cm,根系鲜重密度、体积密度和干重密度与产量及氮素累积量表现为负相关,在其他土层表现为正相关。其中,0—80 cm土层根系干重密度与产量呈显著正相关（P＜0.05),0—25 cm土层根系鲜重密度与产量、0—80 cm土层根系鲜重密度与氮素累积量呈明显正相关（P＜0.1）。可见,玉米根系分布与含氮量明显受到氮肥类型与施氮量的影响,施氮主要通过提高表土层根系鲜重、根系总鲜重与总干重及中下层根系含氮量实现夏玉米增产增效目的。     

玉米根系在土壤剖面中的分布研究

玉米根系在土壤剖面中的分布是准确量化植被与气候相互作用不可缺少的参数,也是玉米生产科学管理和节水农业发展的重要科学依据.在中国气象科学研究院固城生态环境与农业气象实验站内的大型根系观测系统中,采用地下室玻璃窗观测法和方形整段标本法,观测了"屯玉46号"玉米的根深、根宽、根长和根重,分析了玉米根长、根长密度、根重密度和根系粗度等在土壤剖面中的分布状况.结果表明,玉米根长、根干重均随土壤深度的增加基本呈递减类型.吐丝期0～40 cm土层根长占整层根长51.5%,0～80 cm土层占76.2%,0～120 cm土层占90.5%.乳熟后期其分布趋势与吐丝期相似.玉米根系粗度随着土壤深度增加,在上层呈减少分布型,在下层呈增加分布型.乳熟后期,玉米最大根深可达230 cm,根长总量达8.288 km·m-2,显示出该玉米品种有较发达的根系.通过玻璃窗观测的根深大于远离玻璃窗处的根深.     

不同肥料类型对土壤酶活性与微生物数量时空变化的影响

采用等氮技术进行原状土柱法试验,研究了不同肥料类型对土壤酶活性和微生物数量时空变化的影响。结果表明,柱栽条件下,不同肥料类型对土壤酶活性和微生物数量的时空变化有明显影响。不同土壤深度脲酶和蛋白酶总活性均表现为肥料配施〉有机肥〉尿素;土壤脲酶活性均随土壤深度的增加而下降,0～20cm土层的土壤脲酶活性占全生育期1．2m土层总活性的50％以上,0～40cm土层占79％左右,在0～20cm和20～120cm的土层所占比例大致相当;不同土层的脲酶活性均在拔节期达到最高;在小麦生育后期,脲酶活性在不同土壤深度表现为升高的趋势。3种肥料类型处理不同土层的蛋白酶活性均在成熟期达到最大值,其次为拔节期,在拔节期和扬花期出现峰值,在抽穗期和灌浆盛期出现低谷,其最小值出现在灌浆盛期;土壤蛋白酶在20～40cm和80～100cm时出现峰值,并在20-40cm土层时活性最高。3种肥料类型处理间比较,微生物数量均表现为肥料配施〉有机肥〉尿素。在同-土层中的细菌数量以苗期最大;真菌数量以抽穗期最大;放线菌随着小麦生育期的推进数量逐渐增加,成熟期达最大值。在小麦不同生育时期,以20-40cm土层中的细菌、真菌和放线菌数量最大,0～20cm土层次之,40～120cm土层随土层深度加深数量逐渐减少。     

小麦根系形态数量性状的时空分布及其与土壤养分的关系研究

为明确小麦根系时空分布及其与土壤有效养分含量之间的相互关系,于2020—2021年进行大田试验,采用裂区设计,主处理为品种,分别选用大穗品种周麦30和多穗品种周麦32,副处理为种植密度,设置1.2×10⁶、2.4×10⁶、3.6×10⁶苗·hm^-2 3个密度。使用长方体铁盒(20 cm×5 cm×20 cm)在麦行上、行距1/4处、行距1/2处分别取0～20 cm和20～40 cm土层的样品。分析冬前期、返青期、拔节期、开花期、灌浆期、成熟期不同位点小麦根系形态数量性状(根长密度、平均根直径、根体积、根总表面积)及土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量。结果表明,随着生育时期的推进,根总表面积、根长密度、根体积表现为先升高后降低的单峰曲线变化趋势;0～20 cm土层平均根直径呈“W”形曲线变化趋势,20～40 cm土层平均根直径呈“V”形曲线变化趋势。小麦根系垂直分布状况表现为：0～20 cm土层中根总表面积、根长密度、根体积均显著高于20～40 cm土层;20～40 cm土层平均根直径高于0～20 cm土...     

不同肥料类型对土壤酶活性与微生物数量时空变化的影响

采用等氮技术进行原状土柱法试验,研究了不同肥料类型对土壤酶活性和微生物数量时空变化的影响。结果表明,柱栽条件下,不同肥料类型对土壤酶活性和微生物数量的时空变化有明显影响。不同土壤深度脲酶和蛋白酶总活性均表现为肥料配施>有机肥>尿素;土壤脲酶活性均随土壤深度的增加而下降,0~20 cm土层的土壤脲酶活性占全生育期1.2 m土层总活性的50%以上,0~40 cm土层占79%左右,在0~20 cm和20~120 cm的土层所占比例大致相当;不同土层的脲酶活性均在拔节期达到最高;在小麦生育后期,脲酶活性在不同土壤深度表现为升高的趋势。3种肥料类型处理不同土层的蛋白酶活性均在成熟期达到最大值,其次为拔节期,在拔节期和扬花期出现峰值,在抽穗期和灌浆盛期出现低谷,其最小值出现在灌浆盛期;土壤蛋白酶在20~40 cm和80~100 cm时出现峰值,并在20~40 cm土层时活性最高。3种肥料类型处理间比较,微生物数量均表现为肥料配施>有机肥>尿素。在同一土层中的细菌数量以苗期最大;真菌数量以抽穗期最大;放线菌随着小麦生育期的推进数量逐渐增加,成熟期达最大值。在小麦不同生育时期,以20~40 cm土层中的细菌、真菌和放线菌数量最大,0~20 cm土层次之,40~120 cm土层随土层深度加深数量逐渐减少。     

冬小麦灌溉制度对土壤贮水利用的影响

足墒条件下冬小麦播种时200cm土体总贮水量为619.6mm,有效贮水量为329.5mm。冬小麦播种～拔节期主要消耗0～100cm土层内土壤有效贮水;由于有效贮水能满足作物需水,因此拔节期不出现土壤水分亏缺。拔节～开花期对照(CK)耗水深度为200cm土层,起身期灌1水(Ⅰ-1)处理为160cm,其他处理为130cm;至开花期CK和Ⅰ-1处理0～60cm土层内已呈现一定程度的水分亏缺。开花～成熟期各处理200cm 土体内土壤有效水含量均呈不同程度下降,但主要供水层为0～130cm土层;冬小麦成熟期除春后起身～孕穗～灌浆期(Ⅲ-1)、拔节～开花～灌浆期(Ⅲ-2)灌3水和起身～拔节～开花～灌浆期(Ⅳ)灌4水处理外,大部分处理0～80cm或0～60cm土层内均呈明显的水分亏缺。随灌水次数或灌水量的增加,土壤贮水利用率呈明显下降趋势。     

不同肥料对土壤微生物数量及全氮时空变化的影响

采用等氮技术及原状土柱法研究了尿素（N）、有机肥（OM）和尿素与有机肥配施处理对土壤微生物数量和全氮含量时空变化的影响。结果表明,3种肥料处理的微生物数量均表现为配施〉有机肥〉尿素。同一土层的细菌数量以越冬期最大;真菌数量以抽穗期最大;放线菌数量则随小麦生育期推进逐渐增加,成熟期达最大值。不同生育时期20-40cm土层的细菌、真菌和放线菌数量最大,0～20cm次之,40～120cm随着土壤深度增加逐渐减少。随小麦生育期推进,3种处理0～20cm土层全氮含量逐渐减少。配施处理土壤剖面全氮含量整体变幅较大,其次为有机肥和尿素处理。小麦全生育期各处理0～20cm和0—40cm土层中的全氮量占0—120cm土层全氮总量的比例均表现为配施最高。相关性分析表明,除尿素处理拔节期的土壤细菌、真菌、放线菌数量,有机肥处理扬花期的放线菌和灌浆期细菌数量与土壤全氮含量相关性不显著外,各处理各生育期微生物数量与全氮含量均显著或极显著相关。     

施氮量对间作玉米土壤硝态氮累积量及氮肥利用率的影响

通过田间定位试验,监测了不施氮和不同施氮水平(分别为210、420和630kg.hm-2)下间作玉米各关键生育时期0～200cm土层硝态氮累积量的动态变化、玉米产量及其构成,计算分析了间作玉米的氮肥利用率。研究结果表明,间作玉米0～200cm土层土壤硝态氮累积量总体表现为0～60cm土层>60～200cm土层。0～60cm土层土壤硝态氮累积量呈"M"形变化,即玉米播种前和玉米大喇叭口期出现高峰,小麦播种前、玉米拔节期和玉米收获后出现低谷。60～120cm和120～200cm土层土壤硝态氮累积量呈倒"V"形变化,总体在玉米大喇叭口期前后出现高峰值,210～630kg.hm-2施氮处理下120～200cm土层的硝态氮累积量较不施氮处理分别高出149.1%、115.6%和126.3%。随着施氮量的增加,间作玉米穗长、穗粒数、穗重呈增大趋势,秃顶呈降低趋势,增产幅度依次减小,氮肥利用率依次降低。     

辽西石灰性褐土不同施氮模式下的土壤养分动态研究

从高效施肥的角度出发,研究了不同施氮模式下的辽西石灰性褐土土壤养分时空动态变化特征。结果表明,与对照相比,施氮明显提高0～20 cm土层碱解氮含量。随着土层加深,碱解氮和有效磷含量降低,速效钾含量变化较小。随着生育期推进,0～20 cm土层碱解氮、有效磷和速效钾含量总体呈先升高后降低的趋势,高峰出现在拔节期或大喇叭口期;20～40 cm土层碱解氮和有效磷含量保持稳定,速效钾含量呈降低-升高-降低趋势,高峰出现在大喇叭口-灌浆期内;40～60 cm土层碱解氮、有效磷和速效钾呈降低-升高-降低趋势,高峰分别出现在大喇叭口期和灌浆期。随着土层加深,土壤pH值升高。施氮降低了0～20 cm土层的pH值,而对20～40cm和40～60 cm土层的pH值无影响。随着生育期推进,0～20 cm土层的pH值呈现升高-降低-升高的趋势,20～40 cm和40～60 cm土层的pH值保持稳定。土壤养分动态变化特征因施氮模式而异。与其它施氮模式相比,二次追肥和一次深施的施氮模式能够在拔节期和大喇叭口期提供玉米较充足的有效养分,满足植株的生理需求。综合考虑土壤养分动态特性、产量性状、产投比、氮肥农学效率等因素,初步筛选出二次追肥和一次深施为辽西春玉米生产中的高效施氮模式。     

不同水分状况下施锌对玉米生长和锌吸收的影响

选择潮土(砂壤)和土(粘壤)两种质地不同的土壤,进行盆栽试验,研究不同土壤水分条件下施锌对玉米生长和锌吸收的影响。结果表明,施锌显著增加了玉米植株根、茎、叶以及整株干物质重;缺锌条件下玉米植株根冠比、根叶比和根茎比趋向增大。施锌显著提高了玉米植株各器官中锌的浓度和吸收量,并明显促进锌向地上部运移。干旱胁迫抑制了玉米植株生长,根冠比、根茎比、根叶比增大;随着土壤水分供应增加,植株生长加快,各器官生物量以茎和叶增加大于根。水分胁迫下,在潮土上玉米叶片中锌浓度上升;在土上叶片中锌浓度下降。但增施锌后,根和茎锌浓度增加幅度较大,叶片增加幅度较小;施锌和水分胁迫对根和茎锌浓度的交互作用极显著。水分胁迫下,玉米植株对锌的吸收总量减少。水分胁迫和锌肥施用对玉米叶片、茎锌吸收量的交互作用十分显著,但对根锌吸收量的交互影响不显著。     

黄土高原旱地轮作与施肥长期定位试验研究 Ⅰ.长期轮作与施肥对土壤酶活性的影响樊

在黄土高原旱作条件下,对连续轮作、施肥15年后不同处理过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性进行了测定。结果表明,长期轮作施肥降低了旱地黑垆土的过氧化氢酶活性,以长期不种作物的休闲地酶活性最高,各处理比休闲地降幅为1.2%～20.6%。其它4种酶的活性则比休闲地有不同程度提高,蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性分别增加26.0%～138.3%、22.5%～321.7%、31.4～157.8%、15.2%～483.3%。有机肥的作用明显大于化肥,豆科作物苜蓿、豌豆、红豆草等对土壤酶活性的影响大于小麦、玉米等禾本科作物。     

施氮量和蚕豆/玉米间作对土壤无机氮时空分布的影响

在田间条件下于2006—2007年研究了不同氮水平下（N 0、75、150、225、300 kg/hm2）蚕豆/玉米间作体系与其相应单作体系土壤无机氮的时空分布规律,旨在为河西走廊灌区蚕豆/玉米间作体系的氮素管理提供理论依据。用土钻法采集土壤剖面样品,CaCl2浸提,流动分析仪测定土壤无机氮的方法研究了施氮量和蚕豆/玉米种间相互作用对土壤无机氮时间和空间变化特点。结果表明:灌漠土无机氮以NO3--N为主。蚕豆和玉米无机氮含量在蚕豆收获前种植方式间均无显著性差异,蚕豆收获后至玉米收获,间作显著降低了两种作物各层无机氮含量;无机氮含量随着施氮量增加而显著增加。蚕豆收获后间作体系0—100 cm土层无机氮累积量略高于单作体系,且0—100 cm 土层无机氮累积量高于100—160 cm土层;玉米收获后,间作蚕豆和玉米土壤无机氮累积量在0—100 cm土层分别平均降低了51.7%和16.6%,在100—160 cm土层平均降低了42.1%和6.1%;与不施氮相比,施氮蚕豆和玉米无机氮累积量在0—100 cm土层分别平均增加了40.1%和81.5%,在100—160 cm土层分别增加了69.6%和40.6%;与单作体系相比,间作体系0—100 和100—160 cm土层土壤无机氮分别降低43.4%和34.1%。因此,施氮肥显著增加土壤无机氮的累积,而豆科/禾本科间作减少了土壤无机氮的残留。     

玉米生长后期的根系分布研究

为了研究玉米生长后期根系的生长发育规律,利用中国气象局固城农业气象试验站大型根剖面系统,采用微根管观测系统及方形整段标本法和地下根系室玻璃窗,对‘屯玉46号’玉米根系的生长状况进行了试验研究。结果表明:垂直方向上,方形整段标本法和微根管法测得的根长密度占整层总根长密度比例的变化趋势一致,相关系数分别为0.987和0.717,且两种方法在0~20 cm土层的根长密度比例均为最大。0~60 cm土层为玉米根系生长活跃区,方形整段标本法测得根长密度生长量为其余层的4倍。两种方法测得的根长密度无显著差异,相关系数为0.830,均匀性水平较好。玉米成熟期根系的水平幅度较乳熟期窄,下层根系仍处于生长中,垂直深度增加。玻璃窗与方形整段标本法观测的根深测定结果存在差异,这可能与观测环境条件不一致有关。     

深松对春玉米根系形态特征和生理特性的影响

为研究深松对春玉米根系形态特征和生理特性的影响。以郑单958和先玉335为供试品种,设旋耕(R)、深松加旋耕(S+R)2个处理,于2012和2013年进行田间试验。结果表明,深松可以显著提高2个品种春玉米实测产量(P0.05)、春玉米乳熟期和完熟期根干质量(P0.05)且40 cm以下土层尤为明显。2个品种春玉米30 cm土层处的株、行间根幅均表现为S+R小于R处理,其中行间根幅的差异达到了显著水平(P0.05),单株根条数和比根长均表现为S+R显著高于R处理(P0.05)。乳熟期60 cm以下土层根系活力S+R高于R处理且随着土层的加深差异逐渐增大,超氧化物歧化酶和过氧物酶活性在吐丝期和乳熟期各土层S+R均高于R处理,而丙二醛含量低于旋耕处理。深松促进根系特别是下层根系干质量的增加,增加根系纵深分布,春玉米根系重心下移,并保持较高的生理活性,是其能够增产的重要原因。该文可为春玉米高产栽培提供依据。     

不同施氮情况下小麦玉米间作土壤硝态氮的动态变化

本文主要研究了0、210、420和630kg/hm2（NO、N1、N2和N3）4种不同施氮量对小麦玉米间作土壤硝态氮(NO-3-N)含量动态变化的影响。结果表明,0～200cm土层硝态氮的含量整体表现为N3>N2>N1>N0。各生育时期低氮水平下0～60cm土层,中、高氮水平下的0～80cm土层土壤硝态氮含量变化显著。0～60cm土层土壤硝态氮累积量随作物生育时期的变化呈“双峰”曲线,峰值分别出现在小麦挑旗期和玉米大喇叭口期,而60～200cm土层土壤硝态氮累积量的变化呈“单峰”曲线,峰值出现在玉米大喇叭口期。N0处理硝态氮累积量各生育时期变化差异较小。小麦与玉米共生期内0～200cm土层硝态氮含量表现为玉米带>小麦带,差异最大的时期为小麦灌浆期和玉米大喇叭口期。土壤硝态氮向深层的运移量随施氮量增加而增加,与N0相比,施氮后100～200cm土层硝态氮累积量小麦带增加了1053～6253kg/hm2,玉米带增加了1791～7039kg/hm2。优化氮肥施用比例,适当降低小麦播前施氮量可减小土壤硝态氮深层淋溶的风险。     

膜下滴灌不同灌水定额对玉米根系生长的影响

玉米根系的分布特征受多种因素的制约,其中影响最大的有土壤水分和生育期阶段等,通过分析不同灌水处理条件下,不同生育期,土壤深度与根长密度和根重密度的关系,研究膜下滴灌玉米各生育期根系在不同灌水定额处理下的分布规律,利用大田代表植株挖根试验得到的实测数据进行根长密度和根重密度计算。结果表明:根长在表层土壤中,随着水分的胁迫减轻,呈现增大趋势,深层反之,而且最大根深出现在80 cm处,在大喇叭期,处理1在20 cm土层根长密度最小（77.27 mm/cm³）,处理9最大（143.31 mm/cm³）,在40 cm土层,处理8的根长密度最小（16.11 mm/cm³）,处理1最大（24.89 mm/cm³）。根重密度与根长密度的规律基本一致,水分胁迫能促进根系向下伸长,在玉米拔节期,处理1在20 cm以上土层根干重仅占总根干重的67.9%,而处理9在20 cm则达到了90.2%。随着生育期的推进,表层根重密度随灌水量增大而增大,在大喇叭期,处理1的根重密度为8.16×10^-4 g/cm³,处理7为2.358×10^-3 g/cm³ 。水分胁迫使得根系深扎吸取水分来补偿亏缺,并且根变得较细较小,这说明根系自身会做出水分适应性环境调整,以达到重要机制的平衡。