根系分析儀對小麥根系的生長及活力研究

　　當(dāng)前栽培條件下,限制小麥產(chǎn)量提高和高產(chǎn)突破的一個關(guān)鍵因素是小麥根系功能受到限制,因此,利用根系分析儀準(zhǔn)確測定作物根系的發(fā)育特征對科學(xué)地估計作物產(chǎn)量和作物高產(chǎn)至關(guān)重要。

　　近年來國際上將根系研究作為進(jìn)一步提高作物生產(chǎn)力的一個極具潛力的基礎(chǔ)性研究課題,并在小麥根系的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)等方面開展了不少研究,初步探明了小麥根系發(fā)生形態(tài)建成及其與地上部分的關(guān)系,研究了土壤水肥及其一些農(nóng)藝栽培措施對根系生長發(fā)育及其活力的影響,尤其是對根信號的研究,使根系研究進(jìn)入了一個新的階段。

　　現(xiàn)將利用根系分析儀對小麥根系的生長及活力研究綜述如下。

　　1　小麥根長的動態(tài)變化

　　作物根系的長短、粗細(xì)對作物吸收養(yǎng)分和水分至關(guān)重要。已有研究表明,作物對養(yǎng)分的吸收不完全取決于根系重量,而主要取決于根長和根表面積,單作小麥的根長受土壤中水肥條件及其它環(huán)境條件的影響很大,尤其對土壤水分的反應(yīng)較為敏感,土壤嚴(yán)重干旱(土壤相對含水量40%)時根的伸長生長嚴(yán)重受阻,土壤水分趨于良好則根長顯著增加,土壤相對含水量達(dá)55%左右時根系最長。

　　很多試驗表明,施肥可以促進(jìn)作物根系生長,從而促進(jìn)作物對深層土壤水分的吸收利用。P營養(yǎng)對根長的作用因土壤水分狀況而異,在土壤嚴(yán)重缺水條件下,施P對促進(jìn)根系生長具有極其顯著的作用,隨后隨土壤含水量的提高肥效逐漸下降;此外,增施P肥不僅能增加根系的上層數(shù)量,而且能促進(jìn)根系下扎,增加根長和根層數(shù)量,增強(qiáng)作物吸水力,提高抗旱力,且P肥對根長的影響大于N肥。研究認(rèn)為,小麥根長對N肥的反應(yīng)不太敏感,隨土壤含水量的提高,N肥對根長的作用逐漸削弱。

　　栽培措施對小麥根系的生長與活力也有較明顯的影響。深耕打破犁底層,有利于改善土壤的通透性,增加蓄水保墑能力,促進(jìn)根系下扎;苗期適度干旱,也可促進(jìn)根系下扎;單株次生根數(shù)隨密度增加而減少,群體次生根數(shù)隨密度增加而增加。地膜覆蓋栽培有利于促進(jìn)根系早期生長,增加根長、根數(shù)和根重,改善根系在土壤中的分布,有利于延長作物生長后期部分根系的吸收功能。地膜覆蓋改善了麥田土壤環(huán)境,顯著促進(jìn)了根系生長。據(jù)報道,覆膜小麥種子根為(5.08±0.64)條,露地小麥為(3.79±0.43)條;地膜小麥次生根條數(shù)為10.6條,露地小麥為7.2條,差異達(dá)到極顯著水平。

　　2　小麥根重的動態(tài)變化

　　一般認(rèn)為小麥根系的數(shù)量和重量隨分蘗的發(fā)生而不斷增加,在最高分蘗期小麥根的數(shù)量最大,而在抽穗前后根的總重量達(dá)最大,抽穗以后根逐漸死亡,根量減少,但根系的活動一直維持到最后。根系在土壤中的分布與有效磷在土壤中的分布集中區(qū)是一致的,根系的80%分布在土壤耕層中。土壤水分對小麥根干重的影響是明顯的。土壤相對含水量為40%時小麥根系嚴(yán)重受阻、根干重明顯降低,土壤相對含水量在55%～61%時根干重最大,以后土壤相對含水量越大,則根干重明顯降低。說明根重與水分利用效率的關(guān)系極為密切。

　　N、P肥對根干重的影響與土壤水分有極大關(guān)系。研究結(jié)果表明,適量施N(276 kg/hm2)可增加總根重和深層土壤中的根重,有助于提高小麥的抗旱性;過量施N(690 kg/hm2)可增加上層根重。而在土壤水分嚴(yán)重虧缺時,施用N肥對提高小麥根干重不利。增施P肥可顯著提高根干重,但在不同水分條件下,P促進(jìn)根重增長所需的適宜用量不同。P肥對根干重的效應(yīng)還與其施用的位置有一定的關(guān)系,且土壤嚴(yán)重干旱(土壤相對含水量為40%)時,P的效果最顯著。N、P交互作用對根干重有顯著影響,當(dāng)土壤中N和P其中一個元素維持在較高水平時,降低另一元素將增加根冠比,也就是說當(dāng)土壤中N、P不平衡時根冠比將受到影響,根的生長相對增加。有機(jī)、無機(jī)肥料配合施用,可提高冬小麥的根干重,特別是40～100 cm土層的根系干重。冬小麥覆膜有利于根重增加和根系下扎,吸收下層水分,達(dá)到以根調(diào)水。相同水分處理l m土層內(nèi)地膜小麥的根重量比對照增加30.3%～48.6%,而且分布向深層發(fā)展。

　　3　小麥根表面積及根系活力

　　在大田條件下,根系吸收活力的強(qiáng)弱,不僅取決于根系吸收活力的空間分布,更重要的是取決于其單位土體內(nèi)根系活力的高低,大田冬小麥根系吸收活力的增加與減少,在水平方向上是按由近及遠(yuǎn)、垂直方向上是從上到下、整個土體空間內(nèi)是從里到外的順序進(jìn)行變化的,最后表現(xiàn)為整個根系活力的全面衰亡。根系吸收活力的空間擴(kuò)展與根系的形態(tài)建成范圍相一致。每年開花后冬小麥深層根增加時,上層土壤中都有一些衰老的根。其次,揚(yáng)花期水分虧缺,造成根系活力下降早衰,直接影響籽粒產(chǎn)量,而前期缺水則影響營養(yǎng)體的大小,對產(chǎn)量影響很小,灌漿期缺水會導(dǎo)致干物質(zhì)貯藏于莖稈,降低粒莖比和收獲指數(shù)。當(dāng)土壤相對含水量在70%以上時,隨P素水平的提高,根系呼吸作用增強(qiáng);當(dāng)土壤相對含水量在55%以下時,隨P素水平的提高,根系呼吸作用減弱。N素對根系呼吸作用的影響,在土壤相對含水量為40%～70%時,高N水平根系的呼吸強(qiáng)度始終高于低N水平,且不論供N水平高低,土壤缺水條件下呼吸強(qiáng)度一直高于豐水條件下的呼吸強(qiáng)度。

　　小麥根系的活力受栽培措施的影響很大,稀植可提高根系活力,促進(jìn)深層分布;秋季麥前實行1～2a的耙茬少耕,具有促根生長和提高深層土壤根系活力的作用,可使小麥增產(chǎn)。土壤水分條件對根系表面積產(chǎn)生劇烈影響且成拋物線分布。在不同P素營養(yǎng)水平下,土壤水分對根系表面積的作用不同:在不施P條件下,根系表面積在土壤相對含水量為57%時達(dá)到峰值;當(dāng)P素水平為90 kg/hm2,土壤相對含水量為54%時根系表面積最大;當(dāng)P素水平達(dá)180 kg/hm2時,根系表面積在土壤相對含水量為51%時達(dá)最大值。說明P肥可以明顯提高根系的活性吸收面積。

　　因此根據(jù)土壤水分調(diào)節(jié)N、P肥的施用量,可以促進(jìn)小麥根表面積的擴(kuò)大。有機(jī)肥可以刺激小麥根系活力,從而改變了根系對磷的吸收動力特征,提高磷的吸收,但單純使用有機(jī)肥其效應(yīng)較短,而有機(jī)與無機(jī)肥配施能較長時間地維持這一效應(yīng),可有效地降低根系的膜脂過氧化作用,增強(qiáng)根系活力;不同時期追施肥水對根系活性具有近期效應(yīng),拔節(jié)期肥水和孕穗期肥水可提高后期的根系活力,延緩葉片衰老,促進(jìn)粒重增加。

　　4　小麥根系的空間動態(tài)分布變化

　　關(guān)于小麥根系空間動態(tài)變化的研究報道,因研究對象的不同而有所差異。旱地冬小麥抽穗期最大根系生物量的垂直分布為0～20 cm表土層的約占85%,20～100 cm土層中根重減少到7.7%,100～200 cm為2.9%,200 cm以下至邊緣層根系總量約占4.4%。水地冬小麥無論是根長還是根重,80%都分布在0～50 cm土層中,100 cm以下土層的根系不到總根系數(shù)量的6%。對不同抗旱性冬小麥品種抽穗期根系垂直分布的研究結(jié)果表明,根干重隨地下土層的增加而減少,即0～15 cm>15～30 cm>30 cm以下;抗旱品種下層根干重所占比重增加。

　　小麥根系不論數(shù)量還是生物量(根重、根長度、根表面積、根體積)的垂直分布均呈指數(shù)函數(shù)遞減模式(y=A·e-BX,其中-B為遞減率,是決定根系分布的重要參數(shù);A為最大值);各層土壤中累計根重、根長的百分比隨相對深度的變化符合雙曲線函數(shù)形式;根系總長度和總干重隨時間的變化呈Logsitic曲線變化。而最適小麥根數(shù)生長曲線為三次多項式。

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