不同密度处理下玉米单株根系体积的动态变化

2010-05-01李洪

山西农业科学 2010年9期

李洪

（山西省农业科学院高寒区作物研究所，山西大同037008）

作物科学是以提高产品的数量、质量、降低消耗为目标，研究作物的生长发育、生态环境、技术调控的科学，这一系统结构的核心是以地表为界的作物地上部分“叶光系统”与地下部分的“根土系统”[1]。长期以来，作物科学围绕产量的形成，对作物地上部分“叶光系统”的结构与功能已做了大量的研究，而对于作物地下部分的“根土系统”虽早已为人们所注意，但由于土壤限制根系的可观察性，田间条件下研究植物根系困难，所以，有关作物根系的研究远不如地上部深入，人们对于根系的研究水平和认识水平与根系在植物生长发育过程中的作用还不相适应，这方面的研究工作在国内外开展的也比较少[2-3]。然而，准确了解作物根系发育的特征，对科学地估计产量，适时地实施农艺措施，定向选择对不同环境适应力强的丰产品种都是至关重要的。种植密度作为一项重要的栽培技术措施，不但对玉米建立合理的冠层结构有很重要的意义，同时也可以建立合理的根群分布，充分利用土壤中的营养物质及水分[4-6]。

随着玉米在现代农业发展中显示出的广泛应用开发前景，科学家越来越重视对玉米的研究，与此同时，对玉米根系的研究也必将不断地深入。为此，本试验采用PVC管栽与大田试验相结合的方法，对不同种植密度下玉米的根部性状和冠部性状进行研究分析，明确不同部位根系的生长发育规律、生理活性、吸收特点以及根系在土壤中的时空分布特性；并进一步明确根系生长与地上部的关系，为玉米育种及高产栽培等提供基础信息与指导，同时通过获取不同部位、不同时期根系的形态及生理数据，建立数学模型，为下一步根系的可视化构建提供理论依据[7-8]。

1 材料和方法

1.1 试验地及品种

试验于2009年在山西省农业科学院高寒区作物研究所试验田进行。供试土壤为沙壤土，肥力中等。试验所选玉米品种为同单36号。

1.2 试验设计

1.2.1 大田试验设3个密度处理，即低密度3.75万株/hm2（D1）、中密度6.00万株/hm2（D2）、高密度7.50万株/hm2（D3），随机区组排列，3次重复，小区面积为32m2，8行区，行距50 cm。试验于2009年4月27日播种，6月7日定苗，9月25日收获。播前每公顷施碳酸氢铵750 kg、硝酸磷300 kg，在小喇叭口期每公顷追施尿素300 kg，磷肥全部作基肥施入。

1.2.2 PVC管栽试验 PVC管土柱法又称PVC管栽法，该方法的优点是取样简单、工作量小、易于操作、根系完整，并与大田生长一致。试验采用直径30 cm、高100 cm的PVC管进行管栽，在3个密度小区中挖深为100 cm的土坑，将PVC管排放于土坑中，根据试验设计的密度进行排列。按照田间土壤状况装管，管周围用土填实，播种前进行灌水沉实，使土柱和大田状况尽可能一致。在管周围按照同样的密度进行大田种植，以保证管栽玉米的群体结构与大田的一致性。每管保留1棵生长一致、健壮的植株，施肥量按大田施肥量进行折算，其他管理措施同大田相一致。

1.3 取样时间及方法

1.3.1 大田根钻取样采用根钻法挖掘根系样本，在拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和成熟期分6次取样，5次重复。取样时，选有代表性的典型样株分别在1/4行距、1/2株距和1/2行距处取样，用直径为7 cm的根钻垂直向下钻100 cm，每10 cm取1个样本，将所得的样本进行冲洗，拣出所有根系，烘干称干质量，用于分析不同密度处理根质量在土壤中的水平分布特性，并累加不同密度处理各取样点在不同土层的根质量。

1.3.2 PVC管栽取样在玉米的生长期内，从播种到出苗每3 d取样1次，出苗到拔节植株每展开1片叶取样1次，拔节到吐丝植株每展开2片叶取样1次，吐丝到成熟每隔15 d左右取样1次，全生育期共取样17次。每次每个处理取3个管柱，取下PVC管对土柱进行冲洗，可得到完整的根系，将获取的根系按初生胚根、不同层次节根进行分类，并分别测定其体积。

1.4 测定方法

根体积采用排水法进行测定。

2 结果与分析

2.1 不同密度处理下玉米单株根系体积的动态变化

由图1、表1可知，不同密度处理下，单株玉米根系总体积在整个生育期内呈单峰曲线变化，峰值出现在播种后80～90 d。播种后，26 d以前其体积增加缓慢，26 d以后迅速增加达到最大体积后开始下降，到成熟期，3个密度处理的根系体积仍保持一定的水平。不同密度处理下，各时期的根系体积差异表现为：播种后26 d前，3个密度处理的根系体积无明显差异，而后各生育时期均表现为低密度处理大于高密度处理，并随播种后天数的增加其体积差异逐渐增大。

2.2 不同密度处理下不同根层根体积的变化

玉米不同部位根系体积在整个生育期的变化（表1）表明，不同密度处理下，不同根层根体积均随播种后天数的增加呈单峰曲线变化。不同根层根体积达到峰值的时间和峰值高低不同。根体积峰值出现的时间表现为：初生胚根的体积峰值出现在播种后38 d左右；第1，2层节根在播种后47 d左右；第3层节根在播种后54 d左右；第4，5层节根在播种后63 d左右；第6，7层节根在播种后74 d左右；第8层节根在播种后91 d左右。不同根层根体积在达到峰值后下降幅度差异较大，初生胚根在播种后100 d左右基本衰亡；而各层节根则基本持续到成熟期，并随着节根层位的增加，成熟期的根体积值也相应增大，且在3个密度处理之间的变化趋势基本一致。不同根层根体积峰值的变化规律为：初生胚根体积的峰值相对较小，且差异不明显；地下节根（7节以下节根）随着根层位的增加，根体积的峰值呈增加趋势，1～5层节根的根体积增加趋势缓慢，5层以上的地下节根的根体积增加迅速；地上节根（7节以上节根）则随着根层位增加，根系体积的峰值呈下降趋势，但均高于地下节根的峰值，且3个密度处理具有相同的变化趋势。