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0～10 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30～40 cm有小幅回升。隨著生育時期的推進，根冠比逐漸下降，并在灌漿期達到最低。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]。適宜的水氮運籌措施可以調(diào)節(jié)根系生長[4-5]，促進產(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)高效水氮運籌提供理論參考。

[BT1#]1材料與方法

1.1試驗設(shè)計

試驗于2014—2015年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)綜合試驗基地（113°45′E、35°09′N）進行。供試品種為矮抗58（由河南科技學(xué)院小麥中心提供）。

試驗采用根箱（內(nèi)徑110 cm×50 cm×60 cm）種植，隨機區(qū)組試驗設(shè)計，水分處理為充分供水（W1）和水分調(diào)虧（W0），灌水時間及灌水量見表1。氮肥處理為3個水平，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，每個處理重復(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)進行。2015年6月2日收獲。

1.2樣品采集

分別于拔節(jié)期（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）進行地上部取樣和根鉆取土（0～40 cm）。將土壤樣品置入100目尼龍網(wǎng)中進行清洗，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

運用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。采用Duncans法進行多重比較。

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個時期小麥根質(zhì)量密度主要分布在0～10 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20～30 cm土層相比，部分處理底層30～40 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，使得下扎的根系堆積在根箱的底層而致。

[FK（W11][TPJLN1.tif][FK）]

[FL（2K2]根質(zhì)量密度的空間分布隨生育時期的推進，其變化不完全一致。拔節(jié)期，N0處理0～10 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)。進入抽穗期后，0～10 cm土層根質(zhì)量密度較拔節(jié)期有所提高，其中N0處理0～10 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，0～10 cm土層的根質(zhì)量密度以N1處理最高，達到1 416.6 g/m3，所占比例達到67.06%。灌漿期，0～10 cm土層中根質(zhì)量密度迅速下降。其中N1處理0～10 cm土層根質(zhì)量密度比例最低，僅為44.42%。從灌水處理來看，0～10 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）。

隨著生育時期的推進，10～20 cm土層根質(zhì)量密度的變化趨勢與0～10 cm土層基本一致，均先增加后降低，于抽穗期達到最高。在拔節(jié)期，10～20 cm土層根質(zhì)量密度表現(xiàn)為N2>N1>N0；進入抽穗期后，10～20 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10～20 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。20～30 cm與30～40 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（20～40 cm）根質(zhì)量密度占整個土層的比例均以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20～40 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，隨著生育時期的推進，地下部根系和地上部的比值逐漸下降，并在灌漿期達到最小。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。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，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

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

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，適當(dāng)增加施氮量（150 kg/hm2）能促進冬小麥根系生長，但施氮量過高時（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（0～20 cm），增施氮肥促進總根量增加，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20～30 cm土層相比，部分處理30～40 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，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10～30 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，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，在同一水分處理條件下，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行的，根箱種植能夠盡量真實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，進一步研究水氮調(diào)控對小麥根系生長的影響。

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