李 洪

（山西省農(nóng)業(yè)科學院高寒區(qū)作物研究所，山西大同037008）

作物科學是以提高產(chǎn)品的數(shù)量、質(zhì)量、降低消耗為目標，研究作物的生長發(fā)育、生態(tài)環(huán)境、技術(shù)調(diào)控的科學，這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心是以地表為界的作物地上部分“葉光系統(tǒng)”與地下部分的“根土系統(tǒng)”[1]。長期以來，作物科學圍繞產(chǎn)量的形成，對作物地上部分“葉光系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)與功能已做了大量的研究，而對于作物地下部分的“根土系統(tǒng)”雖早已為人們所注意，但由于土壤限制根系的可觀察性，田間條件下研究植物根系困難，所以，有關(guān)作物根系的研究遠不如地上部深入，人們對于根系的研究水平和認識水平與根系在植物生長發(fā)育過程中的作用還不相適應(yīng)，這方面的研究工作在國內(nèi)外開展的也比較少[2-3]。然而，準確了解作物根系發(fā)育的特征，對科學地估計產(chǎn)量，適時地實施農(nóng)藝措施，定向選擇對不同環(huán)境適應(yīng)力強的豐產(chǎn)品種都是至關(guān)重要的。種植密度作為一項重要的栽培技術(shù)措施，不但對玉米建立合理的冠層結(jié)構(gòu)有很重要的意義，同時也可以建立合理的根群分布，充分利用土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)及水分[4-6]。

隨著玉米在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中顯示出的廣泛應(yīng)用開發(fā)前景，科學家越來越重視對玉米的研究，與此同時，對玉米根系的研究也必將不斷地深入。為此，本試驗采用PVC管栽與大田試驗相結(jié)合的方法，對不同種植密度下玉米的根部性狀和冠部性狀進行研究分析，明確不同部位根系的生長發(fā)育規(guī)律、生理活性、吸收特點以及根系在土壤中的時空分布特性；并進一步明確根系生長與地上部的關(guān)系，為玉米育種及高產(chǎn)栽培等提供基礎(chǔ)信息與指導(dǎo)，同時通過獲取不同部位、不同時期根系的形態(tài)及生理數(shù)據(jù)，建立數(shù)學模型，為下一步根系的可視化構(gòu)建提供理論依據(jù)[7-8]。

1 材料和方法

1.1 試驗地及品種

試驗于2009年在山西省農(nóng)業(yè)科學院高寒區(qū)作物研究所試驗田進行。供試土壤為沙壤土，肥力中等。試驗所選玉米品種為同單36號。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 大田試驗 設(shè)3個密度處理，即低密度3.75萬株/hm2（D1）、中密度6.00萬株/hm2（D2）、高密度7.50萬株/hm2（D3），隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積為32m2，8行區(qū)，行距50 cm。試驗于2009年4月27日播種，6月7日定苗，9月25日收獲。播前每公頃施碳酸氫銨750 kg、硝酸磷300 kg，在小喇叭口期每公頃追施尿素300 kg，磷肥全部作基肥施入。

1.2.2 PVC管栽試驗 PVC管土柱法又稱PVC管栽法，該方法的優(yōu)點是取樣簡單、工作量小、易于操作、根系完整，并與大田生長一致。試驗采用直徑30 cm、高100 cm的PVC管進行管栽，在3個密度小區(qū)中挖深為100 cm的土坑，將PVC管排放于土坑中，根據(jù)試驗設(shè)計的密度進行排列。按照田間土壤狀況裝管，管周圍用土填實，播種前進行灌水沉實，使土柱和大田狀況盡可能一致。在管周圍按照同樣的密度進行大田種植，以保證管栽玉米的群體結(jié)構(gòu)與大田的一致性。每管保留1棵生長一致、健壯的植株，施肥量按大田施肥量進行折算，其他管理措施同大田相一致。

1.3 取樣時間及方法

1.3.1 大田根鉆取樣 采用根鉆法挖掘根系樣本，在拔節(jié)期、小喇叭口期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期分6次取樣，5次重復(fù)。取樣時，選有代表性的典型樣株分別在1/4行距、1/2株距和1/2行距處取樣，用直徑為7 cm的根鉆垂直向下鉆100 cm，每10 cm取1個樣本，將所得的樣本進行沖洗，揀出所有根系，烘干稱干質(zhì)量，用于分析不同密度處理根質(zhì)量在土壤中的水平分布特性，并累加不同密度處理各取樣點在不同土層的根質(zhì)量。

1.3.2 PVC管栽取樣 在玉米的生長期內(nèi)，從播種到出苗每3 d取樣1次，出苗到拔節(jié)植株每展開1片葉取樣1次，拔節(jié)到吐絲植株每展開2片葉取樣1次，吐絲到成熟每隔15 d左右取樣1次，全生育期共取樣17次。每次每個處理取3個管柱，取下PVC管對土柱進行沖洗，可得到完整的根系，將獲取的根系按初生胚根、不同層次節(jié)根進行分類，并分別測定其體積。

1.4 測定方法

根體積采用排水法進行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度處理下玉米單株根系體積的動態(tài)變化

由圖1、表1可知，不同密度處理下，單株玉米根系總體積在整個生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，峰值出現(xiàn)在播種后80～90 d。播種后，26 d以前其體積增加緩慢，26 d以后迅速增加達到最大體積后開始下降，到成熟期，3個密度處理的根系體積仍保持一定的水平。不同密度處理下，各時期的根系體積差異表現(xiàn)為：播種后26 d前，3個密度處理的根系體積無明顯差異，而后各生育時期均表現(xiàn)為低密度處理大于高密度處理，并隨播種后天數(shù)的增加其體積差異逐漸增大。

2.2 不同密度處理下不同根層根體積的變化

玉米不同部位根系體積在整個生育期的變化（表1）表明，不同密度處理下，不同根層根體積均隨播種后天數(shù)的增加呈單峰曲線變化。不同根層根體積達到峰值的時間和峰值高低不同。根體積峰值出現(xiàn)的時間表現(xiàn)為：初生胚根的體積峰值出現(xiàn)在播種后38 d左右；第1，2層節(jié)根在播種后47 d左右；第3層節(jié)根在播種后54 d左右；第4，5層節(jié)根在播種后63 d左右；第6，7層節(jié)根在播種后74 d左右；第8層節(jié)根在播種后91 d左右。不同根層根體積在達到峰值后下降幅度差異較大，初生胚根在播種后100 d左右基本衰亡；而各層節(jié)根則基本持續(xù)到成熟期，并隨著節(jié)根層位的增加，成熟期的根體積值也相應(yīng)增大，且在3個密度處理之間的變化趨勢基本一致。不同根層根體積峰值的變化規(guī)律為：初生胚根體積的峰值相對較小，且差異不明顯；地下節(jié)根（7節(jié)以下節(jié)根）隨著根層位的增加，根體積的峰值呈增加趨勢，1～5層節(jié)根的根體積增加趨勢緩慢，5層以上的地下節(jié)根的根體積增加迅速；地上節(jié)根（7節(jié)以上節(jié)根）則隨著根層位增加，根系體積的峰值呈下降趨勢，但均高于地下節(jié)根的峰值，且3個密度處理具有相同的變化趨勢。

表1 不同密度處理下不同根層根體積的變化 cm3

3 結(jié)論

不同密度處理下各時期根系體積比較，播種后，26 d前，密度對其影響較小，3個密度之間無差異；26 d以后，各時期均以低密度處理的根體積大于高密度處理，并且隨著生育期的推進其差異更加明顯。

［1］ 李濟生，董淑琴.玉米根系的初步研究[J].北京農(nóng)業(yè)科技，1981（6）：18-22.

［2］ 戚廷香.玉米不同品種根系分布和干物質(zhì)積累的動態(tài)變化研究[J].玉米科學，2003，11（3）：76-79.

［3］ 孫占祥，魏亞范.盆栽條件下玉米根系的研究 [J].雜糧作物，1994（4）：28-29.

［4］ 李少昆，張旺峰，魏邦軍，等.不同密度玉米根系在大田土壤中的分布、重量的調(diào)節(jié)及與地上部分的關(guān)系[J].玉米科學，1993，1（3）：43-49.

［5］ 朱獻玳.玉米根系的生長及其在土壤中的分布 [J].萊陽農(nóng)學院學報，1991，8（1）：15-19.

［6］ 孫彩霞，沈秀瑛.米根系生態(tài)型及生理活性與抗旱性關(guān)系的研究[J].華北農(nóng)學報，2002，17（3）：20-24.

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