土壤栽培条件下根系生长非扰动观测根箱及其应用

原位观察土壤中根系的生长情况是一个难题。该文提出了一种土壤栽培条件下根系生长非扰动观测根箱,并以栽种烟草为例说明其应用。该装置由生长室、水肥供应系统、图像捕获与分析系统构成。烟草根系在生长室中生长,水肥供应系统独立调节各分室的水肥供应。利用数码相机定期捕获观察面的根系图像,再用ImageJ软件分析数据,即可实现根系的定量观测。结果表明,烟草根系伸长速率在移栽后第35天和第46天出现2个增长高峰,其峰值分别为54.58和185.69cm/d。根系深度与宽度的比值随生长时间呈现"V"形曲线。根系的快速生长区域具有下移的趋势。比较生长室观察面所得数据和挖掘根箱获得的数据,结果表明,>20～40cm土层根系最多,2种方法所得到的根长在各土层的分布趋势基本一致、相关性显著,表明本装置可应用于土壤栽培条件下根系生长的非扰动观测。

利用根箱法解析大豆苗期氮磷吸收及其在根际分布的特征

应用根箱法对2种不同大豆基因型苗期的氮、磷吸收及其在根际分布进行比较研究。结果表明,高产品种北丰11单位根长及根表面积吸收的氮、磷量及植株体内的氮、磷含量均高于低产品系海9731,北丰11表现出较强的吸收养分能力。土壤有效氮、磷在根际的分布趋势不同,根际有效氮含量高于非根际,而有效磷含量则低于非根际,但全氮和全磷的含量无明显变化。不同基因型间,活化根际养分能力差异较大,北丰11在0-8 mm内的根际土壤有效氮、磷含量均高于海9731,这种差异的原因与2基因型根际pH值的差异有一定关系,北丰11根际pH较低。

利用根箱法解析转双价(Bt+CpTI)基因棉花对土壤微生物数量及细菌多样性的影响

利用根箱法对棉花根部土壤进行分区采集,并采用传统平板培养和DGGE克隆测序技术相结合的方法,对转双价基因棉和常规棉3个生长时期(播种后40 d、50 d和60 d)不同根区土壤细菌、放线菌和真菌数量及细菌多样性进行对比分析。平板培养结果表明,与常规棉相比,转双价基因棉S1根区土壤细菌、放线菌的数量显著降低,而S2根区土壤细菌、放线菌、真菌和S3根区土壤细菌、真菌的数量显著增加(P<0.05);DGGE图谱分析表明,在棉花生长的3个时期内,转双价基因棉和常规棉根区土壤细菌多样性指数、均匀度和条带数均无显著差异(P>0.05),2种棉花处理间有着很强的相似性,不受转双价基因棉种植的影响。转双价基因棉种植仅改变了根区土壤可培养微生物数量,对细菌多样性无显著影响。

用根箱法研究毛竹实生苗根系构型

运用根箱法研究了毛竹实生苗的根系构型特征，结果表明：毛竹实生苗没有明显主根，基部形成4～5条不定根；根宽深比为0.682，根宽小于根深；根长、根系数量、根表面积、根体积与根系平均直径在不同土层中的分布存在极显著差异，根长、根系数量、根表面积与根体积集中分布在0～20 cm土层，占总量64.2%～71.66%，随土层加深，各指标均下降，根系平均直径最大值、最小值分别出现在0～10 cm、20～30 cm土层；水平方向毛竹实生苗根系干重的最大值出现在以竹苗为中心0～5 cm范围土层内，随着距离的增加逐渐减少；垂直方向上，84.6%根系干重集中分布在0～20 cm土层，随土层加深，根量减少，呈“T”形分布状态。

刈割、AM真菌和施磷对根箱栽培中柑橘和柱花草生长的影响

利用根箱栽培模拟果园生草栽培,以柑橘Citrussinensis(L.)Osbeck.cv.Luogangcheng和柱花草StylosanthesgracilisH.B.K.cv.Graham来研究生草刈割、AM真菌和施磷在减轻养分竞争上的作用.结果表明,3种措施在不同程度上减轻了柱花草对柑橘生长的抑制效应,增加了柑橘的株高、叶片数和干质量;柱花草刈割的作用最明显,导致柱花草的根冠比急剧降低,表明刈割可能是通过抑制根系生长来减轻养分竞争.

利用根箱法解析甜椒根际土壤中氮的行为(英文)

为研究甜椒根际土壤中氮的行为，与既报同样的方法进行研究，即，利用^15NH4^＋，^15NO3^＋双标记的硝胺（NH4^15NO3，^15NH4NO3），在温室里对甜椒进行6周的根箱栽培。收割后，对土壤全氮，NO3-N，水溶性NH4-N，KCl抽出NH4-N和其各自的^15N atom％进行测定。结果表明，土壤全氮从非根际到根际逐渐增加，与栽培前相比，土壤全氮在非根际中减少，却在根际中增大。土壤NO3-N浓度朝根际增加到离根际2mm处，然后激减到根际。NO3-N的来自施给NO3-N的比例靠近根际逐渐升高，在根际达到了69％，反而，来自施给NH4-N的比例靠近根际逐渐降低，在根际将至7％左右。水溶性NH4-N和KCl抽出NH4-N浓度靠近根际逐渐降低，而且，从非根际到根际，二者匀保持3：10的比例。KCl抽出NH4-N的来自施给NO3-N的比例靠近根际逐渐升高，但在根际仍低于3％，反而，其来自施给NH4-N的比例在非根际约为47％-55％，在根际降到41％。在整个根箱里，施用NO3-N的有横率达到62％，但其值在根际比非根圈要低。相反，施用NH4-N的有横率仅11％左右，但其值在根际比非根际要高。以上结果表明，在甜椒根际土壤中氮的无机化．有机化潘眭与水稻相比显著低。

用两室根箱系统法对土壤氮素转化的空间变异及N_2O的产生之初探

用特制的带有9根采气管的两室根箱系统,采集和分析根箱中9个不同部位土壤空气中N2O的浓度,结合使用具有选择性的硝化抑制剂(包括低浓度的C2H2和DCD),研究在不同铵态氮水平下的硝化过程及其对N2O气体释放的贡献;结合使用高浓度的C2H2,抑制反硝化过程中N2O到N2的还原,研究在不同铵态氮水平下的反硝化过程及其对N2O气体释放的贡献。同时还研究铵态氮、硝态氮转化及其释放N2O气体的时间和空间变异性和植物对它们的影响。结果表明,根箱系统结合使用抑制剂的方法,是一种研究土壤氮素转化过程、N2O气体释放及植物对前两者影响的有效方法。

利用根箱法解析水稻根际土壤中氮的行为(英文)

为研究水田土壤中氮的行为，施给^15NH4^＋或^15NO3^-标记的硝胺（NH4^15NO3或^15NH4NO3）的沙壤土（Shirasu soil）添充在根箱里，对Japonica水稻（品种Hinohikari）进行温室栽培6周。收割后，水稻植株分地上部和根部，对各自的全氮，^15N atom％进行测定。根箱各区域的土壤按着鲜土形态进行采取后，对此全氮，NO3-N，水溶性NH4-N，KCl抽出NH4-N和其各自的^15N atom％进行测定。研究结果表明，土壤全氮含量与栽培前相比，在非根际明显降低，但在根际比非根际要高，保持了与栽培前相同的水平。土壤NO3-N浓度从非根际到根际递增，但与其栽培前相比显著地降低，在整个根箱里，施给NO3-N的79％为因脱氮而损失。土壤中NO3-N的大部分来自于土壤氮化合物，来自施肥的比例却较低，尤其是在根际。反而，施给NO3-N的残存率约仅为16％左右，但其中有机态氮所占的比率在非根际里55％～86％，在根际却达到了93％。土壤水溶性NH4-N和KCl抽出NH4-N浓度靠近根际逐渐降低，而且在非根际两者匀由1：10的比例存在，但在根际里水溶性NH4-N没被检索到。在非根际里，土壤KCl抽出NH4-N的35％～66％为来自施肥，但其比例在根际里却降到15％左右。在土壤中残存的来自施给NH4-N的氮化合物之中，有机态氮所占的比例在非根际里约为11％～65％，但在根际却达到了92％。以上结果表明，在水稻根际，氮的无机化和有机化的活性比非根际显著。

根箱法原位分析黄梁木幼苗移栽后的根系生长

【目的】利用活动式根箱在土壤栽培条件下原位动态观察和分析黄梁木移栽后根系的形态和分布变化,解答黄梁木是如何构建根系网络及其根系形态和分布是否存在独特特征的两大问题,以期为黄梁木的水肥管理提供理论依据。【方法】将6个月苗龄的黄梁木实生苗移栽于装有赤红壤的活动式根箱,每10 d利用扫描仪获取0~15、15~30和30~45 cm土层根系生长图像,借助根系分析软件WinRHIZO和Image J分析移栽后40 d内这3个土层的根长、根表面积、根体积、根直径、根分支数和根分支角度等指标,并计算根直径、根深宽比、根分支数和分支角度的动态变化率以及根分支数和分支角度的相关性,最后模拟移栽后黄梁木根系生长变化。【结果】在移栽后40 d内,黄梁木的根长、根表面积、根体积、根直径和根分支数均随时间变化不断增加,根系伸长速率达到21.4 cm·d-1;黄梁木70%的根长、根表面积、根体积和根分支数分布15~30 cm和30~45 cm土层;黄梁木根系总长、根表面积和根体积主要由直径≤1.5 mm的细根贡献,特别是直径≤1.5 mm根系长度占根系总长的百分比大于96%;根系横向伸展速率为0.77~1.5 cm·d-1,纵向伸长速率达2.6 cm·d-1;15~30 cm土层单条二级根产生的三级根数量显著大于0~15 cm和30~45 cm土层的,最大值达58条·二级根-1;二级根和三级根分支角度在60°~80°之间;二级根和三级根的分支角度随着时间变化而不断增大,且二级根和三级根的分支数和分支角度均呈极显著正相关关系(P<0.01),相关系数均大于0.8。【结论】本研究的活动式根箱及相关方法较好地实现了土壤栽培条件下黄梁木根系生长的动态原位观察和分析。黄梁木综合运用不断伸长根系和扩大分支角度两种策略,在移栽后的短时间内长出大量细根,迅速在15~45 cm土层建成较发达的根系网络,形成较强的水分和养分吸收能力。为保障黄梁木移栽后快速生长,建议在15~45 cm土层追肥。

利用根箱法解析转基因抗虫棉花重组DNA在土壤中的分布

利用根箱法对转基因抗虫棉花根部土壤进行分区采集,并采用新建立的土壤中转基因抗虫棉花重组DNA的半定量PCR检测方法对转基因抗虫棉花3个生长时期(播种后40、50和60d)不同根区土壤中内参磷酸果糖激酶(PFK)基因片段、35S-Cry1A构建特异性片段和35S-NPTII构建特异性片段进行分析,探索转基因抗虫棉花重组DNA在土壤中的分布特点。结果表明:播种后第40天、第50天的全部根表、根际及1个非根际土壤样品中检测到磷酸果糖激酶基因片段,第60天的全部土壤样品中检测到磷酸果糖激酶基因片段;第40天、第50天各有2个根表和1个根际土壤样品中检测到35S-Cry1A构建特异性片段,而非根际土壤样品中未检测到35S-Cry1A构建特异性片段,第60天的全部根表、根际及1个非根际土壤样品中检测到35S-Cry1A构建特异性片段,35S-Cry1A构建特异性片段相对量变化与磷酸果糖激酶基因片段基本一致;第40天、第50天和第60天全部根表土壤样品和第60天全部根际土壤样品中检测到35S-NPTII构建特异性片段,而在其他土壤样品中各有2个检测到35S-NPTII构建特异性片段,35S-NPTII构建特异性片段相对量变化与35S-Cry1A构建特异性片段基本一致;35S-Cry1A和35S-NPTII构建特异性片段与内参磷酸果糖激酶基因片段在土壤中的分布特点相似,主要分布在根表和根际土壤中,并随着棉花生长期的推进分布范围逐渐扩大。

根际箱种植条件下富含硫氨基酸转基因大豆对土壤微生物群落结构的影响

采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法测定了根际箱种植条件下富含硫氨基酸转基因大豆品系OE-8、OE-7、RNAi-3及其受体南农88-1和17-4、21-8、57及其受体N2899对根际土壤微生物群落结构的影响。结果表明:与受体南农88-1根际土壤微生物的磷脂脂肪酸相比,转基因品系OE-8的12Me14∶0、15∶0、17∶0、cy17∶0、10Me17∶0、10Me18∶0、20∶1ω9、18∶2ω6,9cc含量显著提高,转基因品系OE-7的14Me15∶0、16∶0、20∶1ω9含量存在显著差异,转基因品系RNAi-3的14Me15∶0含量显著提高,3个转基因品系根际土壤微生物磷脂脂肪中缺失15Me16∶1ω5,但出现20∶1ω9和18∶2ω6,9cc;与受体N2899根际土壤微生物的磷脂脂肪酸相比,转基因品系17-4的15∶0、14Me14∶0、16∶1ω7c、16∶0、cy17∶0、10Me17∶0、18∶1ω8、cy19∶0含量发生改变,转基因品系21-8的14Me16∶0、cy19∶0缺失,转基因品系57的所有磷脂脂肪酸含量显著提高,3个转基因品系根际土壤微生物磷脂脂肪中出现18∶1ω2。对单个PLFA含量进行的主成分分析显示,花期转基因品系土壤总体微生物群落结构发生了改变,与受体相比变化较大的转基因品系有OE-7、RNAi-3、17-4和57。

烟草根系形态发育模拟模型

在分析烟草根系生长发育规律的基础上,采用作物模拟技术,定量地描述了根系生长与环境之间的动态关系,建立了烟草根系形态发育的数学模型。根据“根箱法”测定的资料,确定了根系模型的相关参数;通过运行模型,以较少的参数实现了烟草根系数量、长度、根长指数和根长密度等指标的输出,为根系的研究提供了新的手段。利用2003年的试验资料对模型进行检验,结果表明,烟草根系一级、二级侧根根长及其数量、根长密度和根长指数等的模拟值与实测值均呈显著正相关,相关系数分别达0.9540～0.9896,表明模型对烟草根系形态发育动态具有较好的预测效果。

水稻根系生长及其对土壤紧密度的反应

采用筒栽方法研究了杂交稻汕优 6 3和 6 5 0 0 2在分蘖期、穗分化期、开花期和成熟期根系生长量和垂直分布以及开花期土壤容重对根系生长和分布的影响 .结果表明 ,根系生长量以开花期最高 ,开花后下降 .随生育进展 ,深层根系 (2 0～ 45cm)比例提高 .分蘖期到穗分化期是根系重量增长最快 ,且根系向下生长的主要时期 .随耕层以下土壤容重提高 ,根系生长量下降 ,同时深层根系比例下降 .

油菜-水稻轮作下根区与非根区红壤性水稻土钾素变化研究

采用分室根箱试验,研究了油菜-水稻轮作条件下红壤性水稻土根区与非根区土壤不同形态钾素含量变化特点。结果表明,轮作前季(油菜季)前期,根区土壤水溶性钾和交换性钾首先出现相对亏缺。随着油菜生长和吸钾强度的增大,非根区内、中、外区土壤水溶性钾向根区迁移,交换性钾向水溶性钾转化,含量均逐渐降低,且距根区越近,降低幅度越大。轮作后季(水稻季)前期,淹水促进了非根区水溶性钾向根区的扩散,交换性钾向水溶性钾的转化。随着水稻生长和吸钾强度增大,根区与非根区土壤交换性钾含量均显著降低。水稻季末期作物吸钾强度减小,根区土壤水溶性钾含量降低至一定程度时就不再减少,而非根区水溶性钾继续向根区扩散。整个轮作期,根区与非根区土壤非交换性钾含量与不种作物处理相比差异不显著。可见,作物首先吸收利用根区土壤钾,非根区钾逐渐向根区迁移,距根区越近,对作物吸钾量的贡献越大。在一个轮作期内,交换性钾和水溶性钾是红壤性水稻土主要供钾形态,作物吸收利用的非交换性钾较少。

丛枝菌根真菌菌丝对土壤微生物群落结构及多氯联苯降解的影响

以摩西球囊霉（Glomusmosseae）为供试菌种，在光照培养箱内利用分室根箱研究丛枝菌根真菌菌丝对多氯联苯（polychlorinated biphenyls，PCBs）污染土壤的修复效应及其机理。试验设置接种丛枝菌根真菌的处理以及不接种的对照，选用美国南瓜（CucurbitapepoL．）为供试植物，在南瓜生长40天后将接种菌根真菌处理的菌丝室土壤从尼龙网向外水平分为4层取样，测定PCBs及磷脂脂肪酸含量。结果表明：菌丝可以穿越尼龙网影响菌丝室土壤，且距离尼龙网越远菌丝量越低；菌丝显著促进了土壤微生物量（P〈0．05），并改变了不同土层土壤微生物群落结构；接种菌根真菌处理各土层PCBs降解率为35．67％～57．39％，均显著高于对照的17-31％，相关分析结果表明土壤三氯、四氯联苯以及PCBs总量与菌丝量呈极显著负相关（P〈0．011；菌丝际土壤微生物量，特别是细菌生物量与土壤三氯联苯含量呈显著负相关（P〈0．05）。可见，菌丝通过影响菌丝际土壤微生物群落结构及生物量，促进三氯及四氯联苯降解，从而提高土壤PCBs修复效率。

邻苯二甲酸二异辛酯在番茄根际土壤中的持留动态

利用分室根箱法模拟根际微域环境的试验结果表明,无论初始浓度高低,邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)在土壤中的持留都可较好地用一级反应动力学方程进行描述,初始浓度越高,持留半寿期越短.土壤中DEHP浓度的增加可引起土壤脱氢酶活性的增加.但在DEHP初始浓度低、中、高3种情况下都表现出在根际土壤(0～5mm)中DEHP的残留浓度比非根际土壤(25～30mm)中的残留浓度稍高,持留的半寿期(t1 2)稍长的趋势,说明植物的生长并没有加速DEHP的降解.不添加DEHP的根室土壤中DEHP浓度始终都维持在一个较低的水平上,处理之间没有显著差异,且植物组织中DEHP的含量很低,处理之间也没有显著差异,说明DEHP在土壤中随水溶液的扩散和由于植物根系生长活动引起的迁移是微不足道的.

根系提水作用的土壤水分变异及养分有效性Ⅱ．黄土性土壤水肥交互和根系提水作用与作物生长效应

采用根箱法，在人工气候箱和自然条件下，分别研究了隔水层对土壤水分和谷子、冬小麦根系通过提水作用利用下层水分对上层土壤中肥料的增产效应。结果表明，在同一生长条件下，隔水层可明显增加下层土壤贮水量，谷子能利用下层土壤水分增加上层土壤氮磷钾肥料的肥效，明显增加肥料的增产率。土壤剖面设置隔水层虽有保墒贮水的功能，但其对作物生物学产量的效应还有必要深入研究，以探索出既保墒又高产的旱地农业水肥管理技术。

外源稀土对作物根际离子迁移和分布的影响

通过根箱法,研究了外源稀土对油菜和水稻根际电导率变化及交换态K+、Ca2+迁移和分布的影响。结果表明,添加外源稀土对土壤交换态K+、Ca2+的含量无显著影响,但增加水溶态离子的含量。低浓度稀土处理下的离子分布模式和电导率与对照相比差异不大,但高浓度处理显著改变其分布模式,造成离子在根际的非正常累积,说明高浓度处理对根际环境具有较强的破坏作用。

滴灌条件下施氮量对冬小麦根系生长及产量的影响

为明确豫北地区滴灌冬小麦高产栽培的氮肥施用量,选用矮抗58为试验材料,分析了滴灌条件下不同施氮量[0(N0)、120(N1)、180(N2)、240(N3)、300(N4)kg/hm^2]对0~40cm土层冬小麦根系生长及产量的影响。结果表明,各处理0~40cm土层冬小麦根长密度和根质量密度均表现为抽穗期>灌浆期>拔节期;抽穗期和灌浆期,随着施氮量(0~240kg/hm^2)增加,0~40cm土层根长密度和根质量密度均随之增加,当施氮量达到300kg/hm^2时,根长密度和根质量密度均有所下降。根长和根质量主要分布在0~10cm土层,随着土层深度增加,各处理不同生育时期冬小麦的根长密度和根质量密度总体上逐渐降低,少数处理在30~40cm土层有小幅回升;拔节期至灌浆期,0~40cm4个不同土层根系的根长密度和根质量密度均在抽穗期达到最大值;抽穗期,在一定范围内(0~240kg/hm^2)增施氮肥既有利于增加表层又有利于增加深层土壤根系的根长密度,然而根系生物量却主要集中在表层。冬小麦产量随着施氮量的增加也呈逐渐增加趋势,N3和N4处理产量显著高于其他处理,但两处理之间无显著差异。综合来看,合理增施氮肥可以通过促进冬小麦根系的生长,进而提高产量,在本试验条件下,最适宜的施氮量为240~300kg/hm^2,在此条件下产量为9286.62~9306.04kg/hm^2。