土壤紧实胁迫下根系–土壤的相互作用

  【目的】  土壤紧实胁迫破坏土体理化性质,阻碍作物根系生长,降低作物产量,是限制农业生产力提高的世界性难题。根系形态结构决定了植物对土壤资源的探索能力及其对胁迫环境的适应性。讨论紧实胁迫下植物根系–土壤的相互作用,综述国内外关于根系通过形态和生理改变等根系生物学潜力的发挥提高对紧实胁迫适应性的研究进展。  主要进展  土壤紧实胁迫增加根系穿透阻力,限制根系对土壤水分和养分的获取。植物根系会从形态和解剖结构方面对土壤紧实胁迫做出一系列适应性改变,充分利用土壤中的孔隙拓展生长空间。此外,根系也会对紧实胁迫做出生理响应,通过大量释放分泌物,影响根际土壤微结构,改变根土界面微域环境,降低根系生长的机械阻力。  展望  土壤紧实胁迫作为产量限制因素被长期忽视。通过发挥根系自身的生物学潜力,提高根系在紧实土壤中的适应性,对于最大限度地保证其在紧实胁迫下的正常生长非常关键,作为应对土壤紧实胁迫的有效策略具有重要的现实意义。未来的研究方向与重点包括:揭示紧实胁迫下根系分泌物与微生物的“对话机制”,探明紧实胁迫下根系–土壤–微生物的互作关系和作用机制,为发挥根系生物学潜力,强化关键根系/根际性状,塑造健康土壤结构,提高土壤紧实胁迫下的农业生产力提供科学依据。     

作物根系对土壤生物活性的影响

本文分析了玉米和大豆根系对土壤生物量，土壤呼吸，土壤酶活性的影响。土壤生物活性在根系的生育盛期出现高峰，玉米根系高于大豆根系。     

促进根系健康的土壤微生态研究

土壤理化性质、根际养分与能量、不同品种和不同生育期的根系分泌物等均影响病菌在土壤中生长及对寄主侵染能力，施用有益微生物正成为调节土壤微生态促进植物根系健康的有效方法，大量繁殖有益微生物应用于农业生产其发展前景广阔。     

植物根系吸收土壤中离子的途径

土壤中的离子态养分如何被植物根系摄取并成为其组成分,无論在理論上和生产实践上都是一个有意义的问题。因此,近30年来曾引起了土壤化学家和植物生理学家的广泛注意。     

土壤中山毛榉根系呼吸的碳素损失

根系对植物生长发育过程有着重要的调控作用,其生理生化代谢过程是农学、生态学等学科研究的薄弱领域。植物生长发育过程受不同器官呼吸碳素损失的影响,根系是一个重要的碳素库［1］,其呼吸作用是生态系统碳素循环中重要的反馈途径之一［2,3］。由于很多研究侧重地上部分的研究,就环境因素对地下碳素库调控的了解还很有限,根系碳素量几乎占到植物总碳素量的50%［4,5］,但是,目前就植物根系呼吸碳素损失的研究方法,以及影响同化产物累积和分配的机制还有待研究［1］。以往多用溶液培养、气培和分离根系［6］来测定根系的呼吸速率或根系活力,这些测定结果与自然状态下根系的实际生理状况差异较大,难以确切掌握植物碳素平衡与分配。为此,我们设计了一种可动态测定土壤中植物根系呼吸碳素损失的方法,并在高CO2条件下植物13C吸收与分配模式研究中取得了较好的结果。     

根系构型对土壤渗透性能的影响

植物的根系能够影响土壤中水分的下渗,但是不同的根系构型对土壤入渗性能的影响尚不清楚。为探究不同构型根系对土壤渗透性能的影响,选择重庆缙云山6种不同根系构型的树种进行单株尺度的定水头入渗试验;渗透结束后将根系挖出,统计不同根系构型的根系形态,并分析其对土壤下渗速率的影响。结果表明:1)植物根系的存在能够提高土壤的稳渗速率达2～5.23倍,根长密度、根体积分数、根系的体积分形维数与土壤的稳渗速率均呈正相关关系;2)不同根系构型对土壤入渗性能的影响不同,在根系体积相同的情况下稳渗速率从大到小依次为V型 M型 R型 W型 VH型 H型;3)H型根土复合体的入渗速率时间曲线可以用Horton公式进行拟合,R型和W型根土复合体可以用Kostiakov公式进行拟合,而M型根土复合体采用2种方式拟合均可。     

植物根系提高土壤抗侵蚀性机理研究

介绍了近10年来植物根系提高土壤抗侵蚀性机理研究进展。植物根系稳定表土层结构、提高土壤入渗性能和抗剪强度、增强土壤抗冲性的有效性机理是植被抵抗径流侵蚀动态过程及土壤侵蚀预报研究亟待加强的关键科学问题。     

胶东梨园根系层土壤贮水量估算研究

2005年4月～2006年1月期间利用Trime土壤水分速测系统,分18次测定了烟台农科院梨园0～180cm范围内的土壤水分。对表层土壤水分与深层土壤水分之间的转换关系,及梨树在不同生长阶段对转换关系的影响进行了研究。结果表明,在梨树生长旺盛期和休眠期两个阶段内,0～10cm和0～30cm土层对深层土壤水分的预测效果都较差,0～50cm对深层土壤水分的预测效果较好,预测结果中相对误差大于12%的分别占26.67%和20.00%,最大相对误差依次为21.07%和15.05%;经验模型的预测精度偏高且各模型在生长旺盛期内的预测效果总体上较在生长休眠期内的预测效果差。因而本地区进行深层土壤水分估算的最佳表层深度为0～50cm土层,且以经验模型预测为佳。     

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.     

不同草本植物根系对土壤渗透性的影响

[目的]揭示当地排土场不同草本植物根系对土壤渗透性的影响,阐明预测草本植物根系提升土壤渗透性的最优指标,并得出草本植物根系提升土壤渗透性的最佳径级,为排土场生态修复植物选择提供重要依据。[方法]以海州露天矿排土场为研究地点,以轴根型紫花地丁、根蘖型苦荬菜和根茎型水麦冬为研究对象,采用图片像素换算法量化3种根系在不同土层深度范围内的根系分布特征;并结合渗透试验获取3种草本植物原状根土复合体的渗透参数,进而探究了根土复合体根系分布参数与渗透参数的关系。[结果]3种草本植物均能提升土壤的渗透性能,轴根型、根茎型和根蘖型根土复合体的初始入渗率、稳渗率、平均渗透速率、渗透总量相较于素土分别提升82.23%～254.99%,85.59%～307.63%,72.02%～325.91%,62.93%～246.98%。3种草本植物根系的根长密度和根表面积密度与根土复合体的渗透参数均呈现线性相关,根表面积密度的相关性强于根长密度。3种根系对土壤渗透性的增强作用主要归功于0.5 mm相似文献   

植物根系对土壤抗侵蚀能力的影响

植物根系增加土壤的抗侵蚀能力主要通过两种方式：一是通过根系在土体中交错，穿插，网络固持土壤；二是通过改善土壤的物理性质，提高土壤自身的水力学性质，从而增强土体的抗侵蚀能力，植物根系能明显增强土壤的抗冲性，土壤的渗透性及土体的剪切强度等水力学性质，根系在提高土壤抗侵蚀能力，防止土壤侵蚀方面有具有重要作用。     

根系含量对土壤抗剪强度的影响

为了深入研究根系对土壤的"加筋"作用,即充分了解植物根系对边坡土体抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了安山口、八毛地、瓷器山和高岭山头等4处边坡的原状土和无根扰动土的剪应力-剪切位移关系,探讨了不同平均含根量的土体抗剪强度。结果表明:平均含根量为0.945%的安山口、1.154%的八毛地、1.326%的瓷器山及1.173%的高岭山头等4处原状土的黏聚力明显比对应的无根扰动土大,黏聚力增幅分别为5.05%、17.10%、36.93%和33.42%,内摩擦角提高并不明显;随着含根量的增加,土体的黏聚力增大,抗剪强度增大;草灌混合植物根系与草本植物根系相比能更有效地提高土壤的抗剪强度。     

测量根系对土壤机械压力的试验装置设计

根系对土壤机械压力是综合反映土壤-根系复合体相互作用的力学指标.该研究研制出了一种可利用气体或液体介质进行直接测量根系对土壤机械压力的试验装置.利用气体介质测量装置进行了模拟根系的穿插试验取得了较好的试验结果;利用液体测压试验装置进行了模拟根系穿插试验和植物生长期根系压力测定的初步试验,结果表明:装置满足压力测量试验设计的需要,具有较好的适用性和精度,可以用本试验装置直接进行根系对土壤机械压力的测量.     

根系对土壤机械压力影响的模拟试验

为了研究根系对土壤机械压力的大小、分布和影响因素以及各个因素与其相互关系,该研究采用自制的压力测量装置,测定并分析了不同模拟根系对不同体积质量土壤产生的机械压力及其影响因素。试验结果表明：模拟根系对土壤机械压力与根系直径呈极显著（p＜0.01）幂函数关系,随着直径增加,根系对土壤的机械压力增加;随着土壤体积质量增加和土层深度增加,根系对土壤机械压力增加;当植株受到风力作用时,随着风力变大,根系对土壤机械压力呈递增变化。模拟研究表明,根系生长可以对土壤产生机械压力,地表风力等扰动力量也可以传递到根系并引起这种机械压力的变化,这种压力可能会对土壤结构和物理行为产生影响,需要进一步深入研究。尽管该文是通过模拟根系进行模拟生长试验,仍然对研究根系生物力学有指导意义。     

草类根系对土壤抗冲性的强化效应

本文以研究草本植物根系密度、根量及土壤抗冲性的剖面特征为基础,首次对不同土层深度根系的减沙效应及提高土壤抗冲性的有效范围进行了定量分析。结果表明,草类根系提高土壤抗冲性的作用与其在剖面中的分布状况的关系极为密切;20cm土层内,根系的减沙效应不受坡度及雨强的影响,减沙效应系数平均在0.82以上。20cm以下土层根系的减沙效应明显降低。根据对不同坡度及雨强下根系提高土壤抗冲性的效应曲线及减沙效应的综合分析,确定出在坡度≤30°、雨强≤4.0mm/min条件下,草类根系密度超过166根/100cm²时对增进土壤抵抗径流冲剧有极其明显的作用,其根系的有效深度下限值为30cm。     

不同海拔茶树根系土壤微生物群落多样性分析

从福建省泉州市安溪县不同海拔铁观音茶园采集了根系区域土壤, 利用磷脂脂肪酸(PLFAs)生物标记法研究了不同海拔茶园根系土壤微生物群落多样性。结果表明, 不同海拔茶树根系土壤共检测22个PLFAs, 不同的PLFAs在不同海拔茶树根系土壤分布差异明显, 可分为完全分布和不完全分布两种类型。高海拔(834 m)茶树根系土壤分布的PLFAs种类和数量都最多, 分布最高的前3个生物标记为16:0(指示细菌)、18:3ω6c(6,9,12)(指示真菌)、18:00(指示嗜热解氢杆菌)。对不同海拔茶树根系土壤特征微生物PLFAs分析表明, 代表细菌的16:0、代表真菌的18:3ω6c(6,9,12)和代表放线菌的10Me 16:0相对生物量在不同海拔茶树根系土壤中分布量不同, 细菌分布量最大, 其次是放线菌, 真菌分布量最小。微生物群落PLFAs标记聚类结果显示, 当欧氏距离为11.51时, 可将不同海拔茶园根系土壤的PLFAs生物标记分成3个大的类群, 类群I的PLFAs生物标记为完全分布且分布量中等, 类群Ⅱ的PLFAs生物标记为完全分布且分布量较高, 类群Ⅲ的PLFAs生物标记为不完全分布且分布量较低。分析多样性指数表明, Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数均是海拔834 m处最大, 海拔717 m处最低。     

祁连山南麓植物根系改善土壤抗冲性研究

 对祁连山南麓相同土壤类型,相同立地条件,相同植被类型,相同林龄的样地进行对比,分析随着植物根系分布和数量差异,对土壤理化性质的影响,以及这种影响对提高土壤抗冲性的作用。结果表明,丰富的根系能够增加土壤有机质、水稳性团聚体含量,降低土壤容重,增加非毛管孔隙度,进而增强土壤疏松性和透水性,增强土壤下渗能力,增强土壤抗冲性。通过研究指出,为了防治青海省大通县水土流失,应该加强造林与管护。     

岩溶区典型根系地下生境的土壤质量分析

选择岩溶区三种不同的典型根系地下生境类型土壤为研究对象(类型Ⅵ——白云岩水平产状多层空间类型、类型Ⅸ——白云岩倾斜产状多层空间类型及类型Ⅺ——白云岩直立产状多层空间类型),根据不同类型的土壤物理、化学及生物学指标,计算土壤肥力的综合指标值,对其土壤质量进行综合分析评价。结果表明:(1)不同植物根系地下生境类型和不同空间土壤层次的土壤指标值差异极显著;(2)不同类型的土壤质量存在差异,且具有明显的层次性,土壤质量表现为白云岩倾斜产状多层空间类型最好,且三种类型的土壤质量均呈现出随土壤深度的增加而逐渐降低的趋势。该文揭示了根系地下生境的土壤质量差异,这为岩溶石漠化区的植被恢复技术研究和治理均有积极的作用。