當前栽培條件下,限制小麥產量提高和高產突破的一個關鍵因素是小麥根系功能受到限制,因此,利用根系分析儀準確測定作物根系的發育特征對科學地估計作物產量和作物高產至關重要。

　　近年來國際上將根系研究作為進一步提高作物生產力的一個極具潛力的基礎性研究課題,并在小麥根系的形態學、生理學等方面開展了不少研究,初步探明了小麥根系發生形態建成及其與地上部分的關系,研究了土壤水肥及其一些農藝栽培措施對根系生長發育及其活力的影響,尤其是對根信號的研究,使根系研究進入了一個新的階段。

　　現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　小麥根長的動態變化

　　作物根系的長短、粗細對作物吸收養分和水分至關重要。已有研究表明,作物對養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境條件的影響很大,尤其對土壤水分的反應較為敏感,土壤嚴重干旱(土壤相對含水量40%)時根的伸長生長嚴重受阻,土壤水分趨于良好則根長顯著增加,土壤相對含水量達55%左右時根系最長。

　　很多試驗表明,施肥可以促進作物根系生長,從而促進作物對深層土壤水分的吸收利用。P營養對根長的作用因土壤水分狀況而異,在土壤嚴重缺水條件下,施P對促進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量,而且能促進根系下扎,增加根長和根層數量,增強作物吸水力,提高抗旱力,且P肥對根長的影響大于N肥。研究認為,小麥根長對N肥的反應不太敏感,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,促進根系下扎;苗期適度干旱,也可促進根系下扎;單株次生根數隨密度增加而減少,群體次生根數隨密度增加而增加。地膜覆蓋栽培有利于促進根系早期生長,增加根長、根數和根重,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境,顯著促進了根系生長。據報道,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為10.6條,露地小麥為7.2條,差異達到極顯著水平。

　　2　小麥根重的動態變化

　　一般認為小麥根系的數量和重量隨分蘗的發生而不斷增加,在最高分蘗期小麥根的數量最大,而在抽穗前后根的總重量達最大,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系極為密切。

　　N、P肥對根干重的影響與土壤水分有極大關系。研究結果表明,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促進根重增長所需的適宜用量不同。P肥對根干重的效應還與其施用的位置有一定的關系,且土壤嚴重干旱(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、無機肥料配合施用,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,達到以根調水。相同水分處理l m土層內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、垂直方向上是從上到下、整個土體空間內是從里到外的順序進行變化的,最后表現為整個根系活力的全面衰亡。根系吸收活力的空間擴展與根系的形態建成范圍相一致。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,揚花期水分虧缺,造成根系活力下降早衰,直接影響籽粒產量,而前期缺水則影響營養體的大小,對產量影響很小,灌漿期缺水會導致干物質貯藏于莖稈,降低粒莖比和收獲指數。當土壤相對含水量在70%以上時,隨P素水平的提高,根系呼吸作用增強;當土壤相對含水量在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度一直高于豐水條件下的呼吸強度。

　　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。土壤水分條件對根系表面積產生劇烈影響且成拋物線分布。在不同P素營養水平下,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%時達到峰值;當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P素水平達180 kg/hm2時,根系表面積在土壤相對含水量為51%時達最大值。說明P肥可以明顯提高根系的活性吸收面積。

　　因此根據土壤水分調節N、P肥的施用量,可以促進小麥根表面積的擴大。有機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,但單純使用有機肥其效應較短,而有機與無機肥配施能較長時間地維持這一效應,可有效地降低根系的膜脂過氧化作用,增強根系活力;不同時期追施肥水對根系活性具有近期效應,拔節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,促進粒重增加。

　　4　小麥根系的空間動態分布變化

　　關于小麥根系空間動態變化的研究報道,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函數遞減模式(y=A·e-BX,其中-B為遞減率,是決定根系分布的重要參數;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。而最適小麥根數生長曲線為三次多項式。

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