水氮對根箱種植冬小麥根系生長及產(chǎn)量的影響

1、    水氮對根箱種植冬小麥根系生長及產(chǎn)量的影響    姜麗娜齊冰玉徐光武摘要：根箱種植條件下，探討不同水氮施用量對冬小麥根系生長及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，根質(zhì)量密度在拔節(jié)期表現(xiàn)為n2最高，較n0、n1處理分別提高37.95%、5.74%；在抽穗期表現(xiàn)為n1>n0>n2；灌漿期根質(zhì)量密度表現(xiàn)為充分灌水處理（w1）大于水分虧缺處理（w0），其中充分灌水處理下，n1處理根質(zhì)量密度顯著高于n0、n2。根質(zhì)量密度主要分布在010 cm的土壤中。隨著土壤深度的增加，根質(zhì)量密度逐漸降低，根箱條件下，部分處理在3040 cm有小幅回升。隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，根

2、冠比逐漸下降，并在灌漿期達(dá)到最低。根冠比隨著施氮量的增加而降低。灌漿期n1、n2處理下，充分灌水（w1）根冠比較水分虧缺（w0）分別增加1.62%、13.87%。在同一水分處理下，隨著施氮量的增加，產(chǎn)量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，且充分灌水（w1）高于水分虧缺（w0），以n1w1處理的產(chǎn)量最高。因此，適量的增施氮肥以及充分的灌水能夠增加冬小麥的根質(zhì)量密度，增加地上部的光合產(chǎn)物，從而提高產(chǎn)量。關(guān)鍵詞：冬小麥；水氮施用；根質(zhì)量密度；根冠比中圖分類號： s512.106文獻(xiàn)標(biāo)志碼： a文章編號：1002-1302（2017）14-0042-04植物根系的主要作用是吸收水分和肥料，與植株地上部生長密切相

3、關(guān)，并在植物-土壤生態(tài)系統(tǒng)中扮演重要角色1-2。根系的空間分布決定其對水分和肥料的吸收能力3。適宜的水氮運(yùn)籌措施可以調(diào)節(jié)根系生長4-5，促進(jìn)產(chǎn)量和水氮利用效率的提高，還可避免造成地下水污染6-7。灌水影響土壤水分含量，進(jìn)而影響根的生長。研究表明，適當(dāng)?shù)耐寥浪帜茱@著增加植株根的長度和密度8，干旱條件下根系n、p積累量減少9-11，根系總生物量減少，但是深層土壤中根系量增加，有利于吸收深層土壤中的水分和養(yǎng)分12。適量施肥促進(jìn)了根系在土壤中的延伸和分布，有利于其對水分和養(yǎng)分的吸收13-14。干旱條件下施肥能夠促進(jìn)小麥植株早期生長，使根系迅速下扎，有利于植株在早期吸收深層土壤水分；但是過量養(yǎng)分施入抑

4、制根系下扎，減少了其對硝態(tài)氮的吸收15-16。適宜的根冠比，能夠保證作物正常生長。根冠比較低會限制作物生長，而根冠比過高會導(dǎo)致過多的同化物在根cm（25部被消耗，從而影響產(chǎn)量17。田間試驗(yàn)條件下，施入土壤中的水分和氮肥存在下滲及徑流等損失。以根箱進(jìn)行小麥種植，既能夠避免水氮的損失，也為根系的觀察和取樣提供了方便。本研究在根箱種植條件下，設(shè)置不同的水分和氮肥施用量處理，研究其對小麥根系分布以及根系與地上部之間關(guān)系的影響，以期為小麥高產(chǎn)高效水氮運(yùn)籌提供理論參考。bt1#1材料與方法1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于20142015年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)綜合試驗(yàn)基地（113°45e、35°09

5、n）進(jìn)行。供試品種為矮抗58（由河南科技學(xué)院小麥中心提供）。試驗(yàn)采用根箱（內(nèi)徑110 cm×50 cm×60 cm）種植，隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，水分處理為充分供水（w1）和水分調(diào)虧（w0），灌水時(shí)間及灌水量見表1。氮肥處理為3個(gè)水平，在底施氮肥0、150、240 kg/hm2的基礎(chǔ)上，隨拔節(jié)期灌水追施氮肥 90 kg/hm2，分別以n0、n1、n2表示。2014年10月23日播種，根據(jù)根箱尺寸，縱向6行等行距（20 cm）播種，播量以基本苗450萬/hm2計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)4次。冬小麥播種前底墑充足，田間管理按照高產(chǎn)田標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。2015年6月2日收獲。1.2樣品采集分別于拔節(jié)期（

6、2015年3月30日）、抽穗期（2015年4月16日）和灌漿期（2015年5月12日）進(jìn)行地上部取樣和根鉆取土（040 cm）。將土壤樣品置入100目尼龍網(wǎng)中進(jìn)行清洗，分離出根系。地上部樣品和根系樣品分別烘干后稱質(zhì)量。1.3數(shù)據(jù)分析運(yùn)用spss 17.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用duncans法進(jìn)行多重比較。2結(jié)果與分析2.1根質(zhì)量密度冬小麥的根系干質(zhì)量是根系生長狀況的集中體現(xiàn)，是衡量冬小麥根系發(fā)達(dá)程度的重要指標(biāo)。由表2可以看出，小麥根質(zhì)量密度表現(xiàn)為抽穗期>拔節(jié)期>灌漿期。拔節(jié)期，n1、n2處理根質(zhì)量密度顯著高于n0，其中n2最高，較n0、n1處理分別提高37.95%和5.74%。抽

7、穗期，各處理根質(zhì)量密度表現(xiàn)為n1>n0>n2，n1處理較n0、n2處理高8.70%、1819%，表明拔節(jié)期追氮有利于根系生長，但高的氮肥水平對根系生長產(chǎn)生了抑制。灌漿期，根質(zhì)量密度表現(xiàn)為w1高于w0，表明充足的水分能夠促進(jìn)冬小麥根系的生長。其中w1處理下，n1顯著高于n0和n2，表明在水分充足的條件下，適量氮肥供應(yīng)可以使冬小麥在生育后期有較高水平的根系生物量。由圖1可知，3個(gè)時(shí)期小麥根質(zhì)量密度主要分布在010 cm 的土壤中。隨著土壤深度的增加，根質(zhì)量密度逐漸降低，與2030 cm土層相比，部分處理底層3040 cm根質(zhì)量密度有小幅回升，這主要是由于根箱深度的限制，使得下扎的根系堆

8、積在根箱的底層而致。fk（w11tpjln1.tiffk）fl（2k2根質(zhì)量密度的空間分布隨生育時(shí)期的推進(jìn)，其變化不完全一致。拔節(jié)期，n0處理010 cm土壤中的根質(zhì)量密度占57.70%，低于n1、n2處理，這與n0處理無底氮施入，表現(xiàn)為抑制根系生長有關(guān)。進(jìn)入抽穗期后，010 cm土層根質(zhì)量密度較拔節(jié)期有所提高，其中n0處理010 cm土層的根質(zhì)量密度由于拔節(jié)期追氮表現(xiàn)為迅速增加，超越了過量施氮的n2處理；此期，010 cm土層的根質(zhì)量密度以n1處理最高，達(dá)到1 416.6 g/m3，所占比例達(dá)到67.06%。灌漿期，010 cm土層中根質(zhì)量密度迅速下降。其中n1處理010 cm土層根質(zhì)量密度

9、比例最低，僅為44.42%。從灌水處理來看，010 cm 土層根質(zhì)量密度表現(xiàn)出充分灌水處理（w1）大于水分虧缺處理（w0）。 隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，1020 cm土層根質(zhì)量密度的變化趨勢與010 cm土層基本一致，均先增加后降低，于抽穗期達(dá)到最高。在拔節(jié)期，1020 cm土層根質(zhì)量密度表現(xiàn)為n2>n1>n0；進(jìn)入抽穗期后，1020 cm土層根質(zhì)量密度表現(xiàn)為n1處理根質(zhì)量密度低于n0、n2；灌漿期1020 cm土層的根質(zhì)量密度均迅速下降，各處理間表現(xiàn)為n1w1處理根質(zhì)量密度最高。2030 cm與3040 cm土層根質(zhì)量密度變化趨勢基本一致。拔節(jié)期到抽穗期，深層土壤（2040 cm）根質(zhì)

10、量密度占整個(gè)土層的比例均以n0處理表現(xiàn)最高，說明施加氮肥使根系主要集中在上層；灌漿期2040 cm土層的根質(zhì)量密度所占比例表現(xiàn)為n0w0>n0w1，而n1、n2處理下不同水分處理間差異較小。2.2根冠比由表3可知，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，地下部根系和地上部的比值逐漸下降，并在灌漿期達(dá)到最小。隨著冬小麥的生長和發(fā)展，地下部根系和地上部冠層的干物質(zhì)分配呈現(xiàn)出相反的結(jié)果，即分配到地下部根系的干物質(zhì)比例逐漸降低，地上部干物質(zhì)占總干質(zhì)量的比例逐漸增加。拔節(jié)期干物質(zhì)在根系的分配比例為27.11%30.13%，之后光合產(chǎn)物向根系的分配比例明顯降低，均不足15%，而地上部干物質(zhì)的比例則明顯增加。這說明拔節(jié)期

11、以后是以地上部干物質(zhì)的積累為主。水氮處理影響冬小麥的根冠比例。在拔節(jié)期和抽穗期，根冠比隨著施氮量的增加而降低。與n0處理相比，拔節(jié)期和抽穗期n1、n2處理的根冠比分別降低13.75%、13.43%和25.29%、40.41%。這說明增施氮肥有利于中后期光合產(chǎn)物向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。灌漿期相同水分處理下，根冠比同樣隨著施氮量的增加而降低；水分虧缺條件下，相較于n0處理，n1、n2的根冠比分別降低17.05%、28.16%；充分灌水條件下根冠比降低緩慢，分別降低了4.14%、6.97%。灌漿期n1、n2處理下，充分灌水（w1）處理的根冠比較水分虧缺（w0）分別增加了1.62%和13.87%。由此可以看出，

12、充分灌水以及降低施氮量能夠增大根冠比，這說明植株地上部的生長受到水氮的影響要大于根系。由表4可知，水氮調(diào)控對小麥穗粒數(shù)的影響較小。n2w1處理下穗粒數(shù)最多，而n0w1處理最少。其中，n0w1、n1w0處理的穗粒數(shù)顯著低于n2w1處理，其他各處理間無顯著差異。充分供水條件下，隨著施氮量的增加，穗粒數(shù)呈現(xiàn)遞增趨勢，說明增施氮肥能夠增加單穗粒數(shù)，有利于提高產(chǎn)量。在同一施氮量下，除n0外，均表現(xiàn)為w0< p>由表4可知，千粒質(zhì)量以n0w1最高，n1w0最低。在同一水分處理下，隨著施氮量的增加，各處理的千粒質(zhì)量呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，且差異顯著。在同一施氮量下，充分灌水（w1）千粒質(zhì)量顯著高

13、于水分虧缺（w0），說明適量的灌水亦能夠增加小麥的千粒質(zhì)量。在同一水分處理下，隨著施氮量的增加，產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，充分灌水（w1）均高于水分虧缺（w0），其中n1w1處理產(chǎn)量最高。在同一水分處理下，產(chǎn)量表現(xiàn)為n2<n0< p>3討論目前，已有研究表明施氮能夠顯著影響冬小麥根系的生長和發(fā)展。武榮等研究表明，當(dāng)灌水量相同時(shí)，適當(dāng)增加施氮量（150 kg/hm2）能促進(jìn)冬小麥根系生長，但施氮量過高時(shí)（300 kg/hm2）又會抑制冬小麥根系生長17。wang等研究表明，在兩水灌溉下，180 kg/hm2的施氮量能顯著促進(jìn)根系生長并獲得最大的根質(zhì)量密度；與無水條件比較，灌兩

14、水處理下根質(zhì)量密度較無水條件顯著增加18。本研究在根箱種植條件下進(jìn)行，研究結(jié)果表明抽穗期和灌漿期充分灌水處理下，根質(zhì)量密度均表現(xiàn)n1>n0>n2，其中n1分別較n0、n2處理高8.70%、18.19%（抽穗期）和9.11%、14.07%（灌漿期），且充分灌水處理（w1）大于水分虧缺處理（w0）。根系在不同土層分布差異較大，且隨土層增加而減少，根系主要分布在耕作層（020 cm），增施氮肥促進(jìn)總根量增加，并使根系垂直分布遞減率增大，表層根量增加，深層根量減少19。本研究中，與2030 cm土層相比，部分處理3040 cm土層中根質(zhì)量密度略有回升，可能與根箱深度的限制有關(guān)。有研究表明，

15、水分虧缺導(dǎo)致了根系向深層土壤生長或土壤表層側(cè)根數(shù)量的增加以吸收更多的水11。本研究中，灌漿期1030 cm土層中根質(zhì)量密度所占比例表現(xiàn)為 n0w0>n0w1，n1、n2處理下不同的水分處理間差異較小。這說明水氮互作對小麥根系的生長起到了互補(bǔ)效果，氮肥的施用可以平衡水分虧缺的不利影響。土壤中的n、p含量高時(shí)，對根系生長是有利的，但對比地上部的生長來說還是很慢，這也降低了根冠比（r/s）20。本研究結(jié)果表明，不同處理間的根冠比隨著施氮量的增加而降低，充分灌水處理（除n0處理外）的根冠比高于水分虧缺處理。這可能是由于水分促使龐大根系的建成，從而消耗較多的同化物，使根質(zhì)量增加，冠質(zhì)量降低。水分和

16、養(yǎng)分是作物增產(chǎn)的決定性因素21-23，水分供應(yīng)不足是小麥產(chǎn)量的主要限制因子，而養(yǎng)分特別是氮素供應(yīng)不足又在很大程度上限制了水分作用的發(fā)揮24-26。適量補(bǔ)水和施肥可以增加土壤貯水量，提高小麥抗旱能力和產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，在同一水分處理?xiàng)l件下，隨著施氮量的增加，產(chǎn)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，充分灌水處理產(chǎn)量顯著高于水分虧缺處理，以n1w1處理產(chǎn)量最高。因此，適當(dāng)增施氮肥以及充分灌水能夠促進(jìn)冬小麥的根系生長，有利于根系對水分和肥料的吸收，增加地上部的光合產(chǎn)物，從而提高產(chǎn)量。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，可以優(yōu)化水氮供應(yīng)，協(xié)調(diào)冬小麥地上部和地下部的生長，以獲得高的產(chǎn)量。本研究是在根箱條件下進(jìn)行的，根箱種植能夠盡量真實(shí)

17、地反映田間種植植株-土壤的特性，并具有根系觀察的直觀性和取樣的便捷性，可利用根箱種植結(jié)合田間試驗(yàn)，進(jìn)一步研究水氮調(diào)控對小麥根系生長的影響。 </n0參考文獻(xiàn)：1zhang x y，chen s y，sun h y，et al. root size，distribution and soil water depletion as affected by cultivars and environmental factorsj. field crops research，2009，114（1）：75-83.2馬冬云，郭天財(cái)，朱云集，等. 不同穗型冬小麥品種根系時(shí)空分布特征及其碳氮代謝的研究j

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