作物正常的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成過(guò)程是地上部光合作用和地下根群吸收養(yǎng)分、分水的有機(jī)統(tǒng)一過(guò)程。生產(chǎn)中改良土壤、施肥、灌水和中耕等大多數(shù)栽培措施均是直接作用于根系,從而調(diào)節(jié)地上部發(fā)育和實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)量的提高。因此,對(duì)根系的研究在高產(chǎn)栽培中愈來(lái)愈顯得重要。

　　然而,由于根系深藏于土壤之中,研究難度大,以住在我區(qū)尚很少開(kāi)展這方面的工作。我們從1988年起利用根系分析儀對(duì)本區(qū)棉花和玉米兩大作物根系的構(gòu)型、動(dòng)態(tài)建成規(guī)律及生產(chǎn)措施對(duì)根系的影響等方面做了一系列研究,現(xiàn)綜合報(bào)道如下,旨為新疆棉花、玉米的進(jìn)一步高產(chǎn)提供一些理論依據(jù)和技術(shù)措施。

　　1　材料和方法

　　試驗(yàn)于1988～1993年在本校農(nóng)學(xué)系試驗(yàn)站完成。試驗(yàn)地為壤土,0～20cm耕層含有機(jī)質(zhì)1.50%。棉花供試品種為新陸早1號(hào),共設(shè)置密度、灌溉和覆膜三組試驗(yàn)。種植方式均為60～30cm寬窄行,文中常規(guī)種植密度為666.7m2(舊制1畝,下同)1×104株,株距15cm。玉米根系研究設(shè)置品種、密度和化控三組。60cm等行距種植,常規(guī)栽培系指品種為SC704,密度為666.7m23705株,株距為30cm。所有試驗(yàn)小區(qū)面積29.0～82.8m2,重復(fù)2～5次。生育期間保持無(wú)雜草,其它管理同一般大田。

　　根系生物量系采用雙向切片法挖取,即在田間單株所占土地面積內(nèi),從地表向下每10cm為一層切割,挖至不見(jiàn)根段為止;每一層又以植株為中心,向兩側(cè)行間以10cm為單位切割。挖出的每一土體土均全部收集,揀出根段、分置、洗凈、烘干稱(chēng)重，利用根系分析儀對(duì)作物的根系進(jìn)行測(cè)定觀察。各處理每期挖3～5株。所有被挖取的植株均測(cè)其綠葉面積和地上部各器官的重量,成熟期測(cè)產(chǎn)。烘干稱(chēng)重后的根樣測(cè)定根系氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)和可溶性糖的含量。

　　2　結(jié)果與分析

　　2.1　根系的構(gòu)型分布

　　1)縱向構(gòu)型分布特點(diǎn)

　　通過(guò)對(duì)不同品種、生育期及多種調(diào)控措施處理?xiàng)l件下的研究表明,棉花與玉米根系的生物量在根土容積中的分布都是自上而下呈錐形負(fù)指數(shù)遞減模式:

　　y=Ae-Bx,式中y為根重(mg),x為土層深(cm),A為常數(shù),B為遞減率,?B?值越小,y值隨x值增加而減少的值越少,土壤深層根量就越大。在大田常規(guī)栽培方式下,棉花新陸早1號(hào)花鈴期根系的縱向分布為y=3294e-0.0538x,r=0.916**;而根量最大的成熟期為y=2097e-0.0475x,r=0.822**;玉米根量最大的吐絲期SC704為y=17114e-0.0532x,r=0.958**。

　　生育期不同,棉花和玉米根群分布的范圍也不同。棉花苗期根系主要分布在地表40cm土層內(nèi),始蕾期40cm以下土層中根重僅占總根量1.6%;現(xiàn)蕾后,根系迅速向下伸展,至始花期入土深度達(dá)120cm左右,花鈴期可達(dá)150cm。進(jìn)入吐絮成熟期后根系幾乎不再下扎。整個(gè)生育期分布于地表20和40cm土層內(nèi)的根量分別在52.4%和73.3%以上。

　　玉米苗期根系分布也較淺,撥節(jié)前一周測(cè)定,40cm以下土層根重僅占總根量的1.8%。撥節(jié)以后,根系迅速向下伸展,至吐絲期可下扎到160cm左右深的土層內(nèi),此后雖幾乎不再下扎,但在較深層土壤中的根量仍有所增加。整個(gè)生育期分布于近地表20cm和40cm土層內(nèi)的根量分別在69.2%和79.5%以上。

　　2)側(cè)向構(gòu)型分布特點(diǎn)

　　根系生物量(Y,根干重密度mg/cm3)隨主莖側(cè)向距離(x,cm)符合S形曲線方程模型(y=1/A+Be-x)規(guī)律,如吐絲期SC704(1.5cm株行距配置,模擬無(wú)株間相互影響)y=1/(0.1905-28.1071e-x),r=0.995**。在常規(guī)栽培條件下,棉花根量78.2%以上分布在植株兩側(cè)0～15cm范圍內(nèi),且該比例是隨生育期的推延而不斷的降低,至花鈴期達(dá)最低,吐絮成熟期又有所回升,這可能與后期棉株?duì)I養(yǎng)大量輸入上部主根有關(guān)(表1)。玉米根系則90%左右集中分布在距植株0～20cm范圍內(nèi),且SC704和石單早根群分布較新玉4號(hào)更緊湊(表2)植方式,其寬行中間10cm區(qū)間分布著來(lái)自相鄰兩行不到10%的根量;而60cm等行距種植的玉米其兩行中間20cm區(qū)間也分布著不到15%的根量,因此實(shí)行縮行增株,使群體根系均衡分布可能更有利于對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收。此外,綜合縱、側(cè)分布來(lái)看,棉花和玉米根系均系上部土層根系占絕對(duì)量的構(gòu)型類(lèi)型,其中棉花根系的57%以上分布在植株兩側(cè)15cm深40cm土體內(nèi),而玉米78%以上根量分布于距植株20cm深40cm的土體中。施肥應(yīng)充分考慮這一特點(diǎn),如象磷肥等移動(dòng)性差的礦質(zhì)肥料要施入距植株10cm左右為宜,且穴施優(yōu)于條施。另外,根據(jù)根系生長(zhǎng)的趨肥性,可通過(guò)深層施肥,以增加深層根量,充分利用土壤深層養(yǎng)分和水分,防止早衰而增產(chǎn)。

　　2.2　根系動(dòng)態(tài)建成過(guò)程作物根系不僅所達(dá)深度,而且根量、根活力及根系營(yíng)養(yǎng)等均隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化。

　　1)棉花根系生物量的動(dòng)態(tài)變化

　　從出苗至撥桿,棉花根系生物量同地上部分一樣隨生育期推延呈S形曲線增加,至終絮期達(dá)最大。棉根的消長(zhǎng)大致可分為苗期緩慢增長(zhǎng),蕾期快速增長(zhǎng),花鈴期平穩(wěn)增長(zhǎng)和吐絮成熟期減緩增長(zhǎng)四個(gè)階段。相應(yīng)各階段根系生長(zhǎng)率(CGR)為6.9、84.6、37.4和4.4mg/株·d,積累占總生物量的6.8%、52.2%、31.7%和7.3%。其中盛蕾期根量已超過(guò)總根量的一半;四個(gè)階段地上部CGR相應(yīng)為208.8、454.

　　1、662.7和202.9mg/株·d,積累占總生物量的7.4%、21.2%、44.4%和26.4%,以花鈴期增長(zhǎng)最快,生長(zhǎng)高峰晚于根系(表3)。由此可見(jiàn),棉花苗期應(yīng)早松土、早施苗肥,促主根下扎和側(cè)根快發(fā),實(shí)現(xiàn)壯苗早發(fā)。蕾期根系生長(zhǎng)最旺盛的時(shí)期,應(yīng)深施蕾肥,促根多發(fā)且深扎。花鈴期保證耕層有足量肥水供應(yīng),充分發(fā)揮棉根旺盛生理功能,促地上部多結(jié)桃。吐絮成熟期要重視肥、水、氣協(xié)調(diào),保護(hù)中下部葉片正常生理功能,防止根系生長(zhǎng)減速的過(guò)早過(guò)快,以提高棉花的品質(zhì)和產(chǎn)量。

　　2)玉米根系生物量的動(dòng)態(tài)變化

　　從出苗至成熟,玉米根系重呈單峰曲線變化,在吐絲期達(dá)最大。其消長(zhǎng)大致可分為苗期緩慢增長(zhǎng),撥節(jié)孕穗期快速增長(zhǎng)和灌漿成熟期衰亡消退三個(gè)階段。相應(yīng)各階段根系CGR為49.4、437.6和-135.8mg/株·d。開(kāi)花后隨生長(zhǎng)中心向籽粒轉(zhuǎn)移,根系開(kāi)始衰亡,并且部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外運(yùn),成熟時(shí)根重減至吐絲期的71.4%。

　　同時(shí),玉米地上部生物量則呈現(xiàn)S型曲線變化,在離乳期、撥節(jié)前一周、孕穗期、吐絲期、乳熟期和成熟期分別達(dá)最大生物量的0.1%、1.0%、24.5%、50.1%和100.0%,地上部50%左右的生物量是在吐絲以后積累的,冠根比則隨生育期推進(jìn)而增大(表4)。據(jù)此,生產(chǎn)上應(yīng)于吐絲前建立強(qiáng)大的根系為高產(chǎn)做保證,并在開(kāi)花、灌漿期供給充足的水分和養(yǎng)分,增強(qiáng)生育后期下層根的數(shù)量和根系的活力以防止葉片早衰,為增加粒重奪豐產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

　　3)棉花根系營(yíng)養(yǎng)積累的特點(diǎn)

　　棉花根系中氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)百分濃度是自苗期至花鈴期逐漸下降,絮期又有所回升。棉根吸養(yǎng)最多的時(shí)期是蕾期,與根系生物量的變化是一致的。據(jù)初花期測(cè)定,根系中氮、磷、鉀的積累已分別達(dá)61.48%、65.06%和68.09%。而至花鈴期,由于地上部迅速生長(zhǎng),光合產(chǎn)物和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)較集中地供應(yīng)地上部生長(zhǎng),雖根系生物量仍不斷增加,但根系營(yíng)養(yǎng)積累卻明顯變緩(表5)。因此,生產(chǎn)實(shí)踐中于花蕾期及時(shí)追施速效肥,促進(jìn)根系生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)積累,無(wú)疑對(duì)建造強(qiáng)大的根系,保證棉鈴充分發(fā)育,防止后期早衰有良好的影響。

　　4)玉米根系營(yíng)養(yǎng)積累特點(diǎn)

　　玉米根系所含營(yíng)養(yǎng)濃度自出苗至成熟不斷下降,如SC704撥節(jié)前一周、孕穗期、吐絲期、乳熟期和成熟期測(cè)定,根系含氮量依次為2.06%、1.44%、1.32%、1.16%和0.88%;根系可溶性糖的含量則分別為5.91%、2.05%、4.6%、3.32%和0.99%,在撥節(jié)前和吐絲期形成兩個(gè)峰值。根系糖氮比值則相應(yīng)為2.87、1.42、3.60、2.

　　86和1.13,變化趨勢(shì)同可溶性糖含量,且均以吐絲期為最大。孕穗期根系可溶性糖含量及糖氮比呈現(xiàn)低谷,可能是此時(shí)莖葉迅速生長(zhǎng)及伸展、雌雄穗強(qiáng)烈分化,植株生長(zhǎng)處于一生最快階段,消耗糖多所致。此外,玉米根系營(yíng)養(yǎng)積累量則同根重一樣呈單峰曲線變化,以吐絲期為最大,灌漿成熟期反而下降,可能與吐絲后根系衰亡及營(yíng)養(yǎng)外運(yùn)到地上部和籽粒有關(guān)。吐絲至成熟營(yíng)養(yǎng)減少率為29.11%～44.87%,比生物量減少的多,且三要素中以鉀的減少量為最多,說(shuō)明鉀在植物體中有較大的再利用性(表6)。

　　5)成熟期根系生物量與營(yíng)養(yǎng)的積累量

　　作物根茬留田是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源,尤其在新疆干旱荒漠生態(tài)條件下留茬對(duì)改善農(nóng)田生態(tài)和后作生長(zhǎng)發(fā)育具有極為重要的作用。

　　本研究結(jié)果表明,種植新陸早1號(hào)棉花后每年666.7m2土壤中可殘留根系干物質(zhì)38.93kg,含純氮0.53kg,磷0.14kg和鉀0.67kg;種植SC704玉米后可殘留根系干物質(zhì)71.4kg,含純氮0.63kg、磷0.15kg、鉀0.63kg,而種植石單早玉米殘留僅分別為27.97、0.33、0.08和0.24kg。上述殘留量均普遍少于內(nèi)地。

　　3　結(jié)語(yǔ)

　　為了挖掘棉花和玉米的增產(chǎn)潛力,對(duì)根系開(kāi)展進(jìn)一步更深入的研究是非常必要的。今后關(guān)于根系的研究要注意不僅要有根系的數(shù)量而且更應(yīng)在活性和功能方面綜合考察根系的生長(zhǎng),以及其與地上部性狀特別是與產(chǎn)量形成的關(guān)系。同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)研究根系的遺傳規(guī)律和環(huán)境因素對(duì)根系的影響;作物的抗逆性與根系形態(tài)生理的關(guān)系;根系生理活性與根際微生物活動(dòng)的關(guān)系等問(wèn)題,出臺(tái)根系調(diào)控技術(shù)硬件,為改進(jìn)根系的水、肥利用率、增加產(chǎn)量而服務(wù)。