植物根系特征与根区土壤水分高通量监测管道机器人研制

研究水分胁迫下的根系特征对于节水农业的发展具有重大意义。针对现有根系观测与土壤水分监测方法难以满足野外条件下根系和根区水分的同步、原位、高通量监测的不足,该研究研制了一种基于STM32芯片的管道机器人系统。系统由管道机器人、数据基站与PVC透明管道组成,通过在土壤中埋设管道机器人系统,控制机器人搭载的微距相机与土壤水分传感器在巡航时拍摄根系图像,并获取土壤水分数据。由根系图像识别分割与提取程序对图像进行畸变校正与根系识别,获取管道方向上植株的根系面积、长度与密度等特征参数。实验室条件下进行相机拍摄效果、图像畸变校正、识别与分割误差及里程轮测距误差测试,以及土壤水分传感器标定试验。测试结果表明:1)管道机器人能够清晰地拍摄到根系图像,图像畸变校正效果较好,单个像素点长度和面积分别为44μm和0.002 mm^(2),单张根系图像的拍摄范围为14.17 mm×10.60 mm;2)土壤水分传感器输出电压与土壤体积含水率之间呈现良好线性关系,决定系数R^(2)为0.990;3)自主巡航定位准确度较高,平均相对误差为1.47%。在田间条件下进行的根系生长动态监测、根系信息提取、土壤水分监测与电池续航试验表明:1)管道机器人系统能够在田间环境下高通量地拍摄根系图像,监测根系的生长动态,并进一步提取出根系长度、面积、根面积密度等特征参数;2)根区土壤水分监测较为准确,测量结果与烘干法结果平均相对误差为2.23%;3)在系统初始满电量状态下,管道机器人系统独立运行时长不少于7 d,最大巡航监测距离约为48 m。本文研制的管道机器人系统可在田间条件下实现根系特征以及根区土壤水分的原位、高通量测量,为节水灌溉与根系生长研究提供技术支持。

低氮条件下超级杂交稻苗期根系特征的变化及与其高氮素积累的关系

作物根系在氮素吸收与分配中起着重要作用。本研究选用2个根系特征具有差异的水稻品种黄华占(Huanghuazhan, HHZ,常规稻)和扬两优6号(Yangliangyou 6, YLY6,超级杂交稻),在水培条件和2个氮素浓度(低氮,lownitrogen,LN;高氮,highnitrogen,HN)处理下,研究根系形态和解剖结构特征的变化及其与LN下氮素积累的关系。与HN处理相比, LN处理下HHZ总氮积累量显著下降了19.7%, YLY6没有显著下降;YLY6根干重、总根长、根表面积、根尖数分别显著增加了41.3%、57.1%、74.9%和20.6%,而HHZ没有显著变化。与HN处理相比, LN处理下YLY6的根直径和根皮层面积分别显著增加了12.4%和24.2%,而HHZ根直径和根皮层面积、中柱直径分别显著降低了12.0%、21.9%和11.4%。LN处理下,YLY6根系铵转运蛋白基因AMT2;1、AMT2;3、AMT3;1、AMT3;2的表达量分别显著增加了195.6%、29.3%、314.9%和388.9%,谷氨酰胺合成酶基因GS1;1表达量增加了158.2%, HHZ中这5个基因的表达量没有显著变化。LN下总氮积累量与根系性状显著正相关(根厚壁组织厚度除外),与部分铵转运和同化相关基因的表达量显著正相关。这些结果表明超级杂交稻YLY6幼苗在LN下根系特征变化有利于增加氮积累。选育根系对减氮表现出有利变化的水稻品种应是绿色水稻生产的一个重要途径。

木纤维重构红壤下根系特征对根土复合体抗剪特性的影响

红壤黏性重、水分变化大、抗剪性能较低,通过根系特征参数研究草本植物根土复合体的力学特性具有一定意义。为探明不同质量分数(0、0.5%、2.5%和5.0%)木纤维重构红壤下,根系特征对草本植物根土复合体抗剪特性的影响机理,该研究通过直剪试验测定白三叶和黑麦草根土复合体的抗剪强度,并采用WinRHIZO根系分析系统测定根表面积指数、根系体积比、根系长度、地下生物量4个根系特征参数,并进一步揭示其对抗剪强度影响机理及规律。结果表明:适量的木纤维添加有利于须根系草本植物的生长,木纤维质量分数较低时,黑麦草的根系特征参数值高于白三叶3~5倍,木纤维质量分数较高时,黑麦草和白三叶的根系长度分别为456.27和438.35 cm,地下生物量分别为0.410和0.150 mg;随根系特征参数增加黑麦草根土复合体的抗剪强度增幅大于白三叶根土复合体,增幅范围分别为26.55%~47.20%、26.21%~35.07%,但存在一定的变化阈值。采用摩尔-库伦模型对根土复合体的抗剪特性参数的模拟效果较好,根系特征参数达到变化阈值时,黏聚力变化差异明显,对内摩擦角影响较小。该研究对深入研究红壤区的边坡防护、植被恢复和土地整治等具有重要的理论和工程实践价值。

黄土丘陵区典型草本根系特征对土壤抗剪特性的影响

[目的]探讨退耕还林(草)工程实施20年以来,退耕地植物根系特征对土壤抗剪特性的影响,旨在为新时期黄土高原植被恢复和水土保持效益评估提供参考。[方法]选取黄土高原丘陵沟壑区不同演替阶段6个典型草地和2个人工草地,采集土壤表层(0—5 cm)土样120个,测定土壤抗剪特性、土壤性质和根系特征指标。[结果](1)各样地土壤容重无显著的差异(p>0.05),毛管孔隙度、总孔隙度和土壤含水量存在显著差异(p<0.05),其中人工草地毛管孔隙度和总孔隙度相对较小,白羊草样地土壤含水量最低。(2)不同演替阶段须根系植物根长密度和表面积密度较大在不同演替阶段均大于直根系植物,须根系植物根体积密度除演替初期外均小于直根系植物,人工草地沙打旺上述根系特征参数均不同程度小于自然撂荒草地。(3)各样地平均根土复合体抗剪强度相较于素土增加了22.11%~46.22%,但自然撂荒草地平均抗剪强度差异不显著(p>0.05)。人工草地黏聚力整体低于自然撂荒草地,不同演替阶段内摩擦角均表现为须根系植物大于直根系植物(1.07,1.25,1.23倍)。(4)黏聚力随总孔隙度(R^(2)=0.82)或根体积密度(R^(2)=0.47)的增加呈线性增大,内摩擦角随土壤容重的增加呈线性减少(R^(2)=0.39)。[结论]在植被恢复过程中,土壤性状、根系特征及根系构型对土壤抗剪特性有一定影响。

保护播种对苜蓿当年生产性能及根系特征的影响

为探究适宜于阿旗地区种植的燕麦与苜蓿最佳混播比例,以单播苜蓿(CK)为对照,研究了5、6、7 kg(YM5、YM6、YM7)燕麦亩播量与苜蓿保护播种对苜蓿当年生产性能及根系特征的影响。结果表明:在第二茬牧草中,CK株高显著高于其他处理组(P<0.05),CK干草产量显著高于YM6(P<0.05),YM7粗蛋白质含量显著高于CK(P<0.05),YM7中性洗涤纤维显著低于CK(P<0.05),YM5酸性洗涤纤维显著低于CK(P<0.05),YM7相对饲喂价值显著高于CK(P<0.05)。不同处理下越冬前YM5苜蓿主根长最长,YM7第一侧根位置最深,CK主根直径、根颈直径与0~10 cm侧根数量最大。除YM7处理下10~20 cm与>20 cm土层之间地下生物量无显著差异外(P>0.05),其余同一处理不同土层之间均存在显著差异(P<0.05)。不同处理下0~10 cm土层地下生物量最大的为CK,10~20 cm、>20 cm土层地下生物量最大的均为YM5。综合评价表明,保护播种可有效提高苜蓿生产性能,改善苜蓿根系特征,从第二茬苜蓿生产性能来看,保护播种组合以YM7最佳;从苜蓿根系特征来看,保护播种组合以燕麦YM5最佳,因此,为考虑新播苜蓿高效返青与可持续利用,最适宜于阿旗地区推广种植的组合为YM5。

基于根系特征分析海岛棉幼苗耐碱性

针对海岛棉幼苗期进行耐碱性研究,设置不同Na 2CO 3胁迫浓度(0.00%、0.07%、0.09%和0.11%),待幼苗长至第11天根据其根部特征筛选海岛棉耐Na_(2)CO_(3)的最适浓度,并基于最适浓度评价海岛棉的耐受性。结果表明,0.09%的Na_(2)CO_(3)胁迫最适于鉴定海岛棉耐碱性;在0.09%的Na_(2)CO_(3)碱胁迫下,海岛棉品种根系特征性状均受到不同程度抑制,像素面积变异最弱。主成分分析将根部特征性状分为3个主成分,第1主成分为根系生物量和形态因子;第2主成分为侧根因子;第3主成分为主根长度因子。隶属函数值和D值之间拟合性较好,呈显著相关,因此可将两者统一进行综合评价,将海岛棉划分为敏感型、弱耐碱型、耐碱型和强抗型4类,并筛选到敏感材料4401和S(L),强抗材料JZ-1;供试海岛棉材料主要以中间型为主,极端材料较少。

灌水和施氮对冬小麦根系特征及氮素利用的影响

植株根系的形态和生理特性决定着其获取养分和水分的能力,分析麦田冬小麦根系形态特征、根系活力对水氮的响应及其与地上干物质积累、产量和氮素利用的关系,有利于构建合理的冬小麦根群结构,促进根冠协调生长并提高氮肥利用效率。在麦田定位试验基础上,采用裂区试验设计,设置2个灌溉主处理(W0:全生育期不灌水、W1:拔节期和开花期各灌水1次)以及3个施氮副处理(N0:0 kg hm^(–2)、N180:180 kg hm^(–2)和N300:300 kg hm^(–2))。结果表明:与W0处理相比,W1抑制根长密度的增加,但增加根系平均直径,提高0~20 cm土层根表面积和根干重密度,显著提高根系活力4.98%~22.7%,降低根冠比1.47%~11.25%;2年平均小麦产量、氮素吸收效率和氮肥偏生产力分别提高15.50%、13.40%和14.91%。施氮促进根系生长,与不施氮处理相比,施氮显著提高根系平均直径、根长密度、根表面积、根干重密度和根系活力,降低根冠比。其中N180更有利于根系生长,提高冬小麦根系各形态指标和根系活力,与N300相比,2年平均产量提高2.53%,而氮素吸收效率和氮肥农学效率分别显著提高44.51%和39.37%。相关分析表明,拔节期至开花期根干重密度与产量、氮利用率呈显著正相关关系;根冠比与产量呈显著负相关关系,与氮利用率呈正相关关系。因此,合理的灌水和施氮能够优化根系形态及分布,提高根系活力,协调根冠干物质分配,提高产量和氮利用率。在冬小麦生产中拔节和开花期各灌水1次结合180 kg hm^(–2)施氮量有利于促进产量和氮素利用效率协同提高。

氮磷配施对高寒草甸植物根系特征的影响

植物根系是固定和支撑植物体的重要器官,是草地生态系统重要的碳库之一。分析植物不同直径大小根系在不同浓度氮磷配施下的形态特征和生理功能,有利于了解高寒草甸植物根系生长特征、碳分配格局和养分循环。本研究在川西北高寒草甸采用微根管技术原位监测4个氮(N)、磷(P)梯度(CK:0 g·m^(-2);NP10:N 5 g·m^(-2)+P 5 g·m^(-2);NP_(2)0:N 10 g·m^(-2)+P 10 g·m^(-2);NP_(30):N 15 g·m^(-2)+P 15 g·m^(-2))根系动态(现存量、生产量、死亡量和周转率)的变化特征及其与环境因子间的相互关系。结果表明:1)土层间根系总现存量差异显著,0~10 cm土层施肥(NP10、NP20、NP30)显著降低了直径≤0.3 mm根系现存量,且NP30显著降低了总根系和直径>0.3 mm根系现存量;10~20cm土层NP20总根系和直径>0.3 mm根系现存量显著高于其他处理(P<0.05)。2)土层间根系总生产量和死亡量差异显著,0~10 cm土层,直径≤0.3 mm根系生产量和死亡量在处理间无显著差异,直径>0.3 mm根系在NP30死亡量显著增加;10~20 cm土层,直径≤0.3 mm根系生产量和死亡量在施肥处理下显著低于CK,直径>0.3 mm根系生产量和死亡量均在NP20、NP30显著高于CK(P<0.05)。3)土层及处理间根系周转速率无显著差异,但整体上直径≤0.3 mm根系周转速率高于直径>0.3 mm根系。4)结构方程模型进一步表明:根系现存量和生产量受土壤养分[全碳(TC);全氮(TN)]和根系直径大小的直接影响,土壤养分对根系周转率有正效应。综上:氮磷配施梯度对地下总根系现存量和死亡量影响显著,低、中氮磷(NP10、NP20)配施会降低植物对直径≤0.3 mm根系生物量的分配,投入更多的资源促进直径>0.3 mm根系的生长;高施肥(NP30)会使植物减少各直径大小根系生物量的分配,增加其死亡量,从而降低根系碳的积累。

滴水量对新疆水稻不同类型品种根系特征、产量及水分利用效率的影响

为提高水稻产量和水分利用效率,以抗旱性不同的2个水稻品种T-43(常规早粳抗旱型水稻)和新稻1号(常规早粳旱敏型水稻)为试验材料,设置W1(115.44 L/盆)、W2(98.12 L/盆)、W3(83.41 L/盆)3个滴水量处理,研究抽穗期和抽穗后20 d不同滴水量对水稻根系形态、分布、根冠比、产量和水分利用效率的影响。结果显示,W1处理下,抽穗后20 d各土层T-43品种根长密度(RLD)、根表面积密度(SAD)、根体积密度(RVD)较W2、W3处理分别提高了22.8%和33.1%、21.8%和37.7%、27.7%和32.8%,新稻1号则分别增加80.2%和53.2%、63.3%和88.9%、95.0%和32.3%。W2处理下,抽穗期T-43 RLD和SAD的β值较W1处理分别提高了0.4%、1.7%,新稻1号则分别增加0.3%、1.1%,其中抗旱型品种T-43在0~40 cm根长密度(RLD)及比根长(SRL)较其他处理增加了1.2%~55.2%,1.6%~29%;在40~60 cm根表面积密度(SAD)、根干质量(RDW)和平均直径(AvgDiam)分别增加了7.2%~13.8%、1.9%~3.0%、8.8%~9.4%,从而维持了T-43在滴水量比W1处理少17.32 L/盆的W2处理下,产量及其构成因子与W1差异不显著,WUE提高4.5%,而新稻1号随滴水量的减少产量及WUE分别降低了28.3%~79.8%和15.2%~71.7%。相关性分析显示,水稻0~20 cm浅层根系各形态指标与产量、产量构成因子及WUE存在显著或极显著正相关,且大于20~60 cm深层根系。综上,水稻根系形态学指标与产量、WUE间存在密切的相关性;通过适当减少滴水量(15%左右)调控作物浅层根系分布情况,促进抽穗后20 d根系发育,在不显著影响产量的前提下提高了水分利用效率;在生产上还应根据水稻品种对水分响应特性的不同制定合理的灌溉制度,以达到更高经济效益。

黑河干流上游不同护坡工程对垂穗披碱草根系特征的影响

【目的】研究不同护坡工程对常用护坡植物垂穗披碱草(Elymus nutans)根系特征的影响,为植被护坡工程的科学建设提供参考。【方法】以黑河黄藏寺水利枢纽工程区高次团粒喷播植草工程、格状框条护坡植草工程和直接撒播草籽工程3种植被护坡工程的垂穗披碱草为研究对象,通过野外植物根系取样和土壤取样,室内WinRHIZO根系扫描分析和土壤理化性质分析,探讨3种护坡方式下垂穗披碱草的根系特征及其与土壤理化性质之间的关系。【结果】高次团粒喷播植草工程、格状框条护坡植草工程和直接撒播草籽工程3种护坡工程下,垂穗披碱草的根系均以细根为主,其中格状框条护坡植草工程下垂穗披碱草总根长为616.0 cm,根表面积为36.8 cm~2,根体积为0.24 cm~3,均显著高于直接撒播草籽工程。格状框条护坡植草工程下垂穗披碱草立地土壤的有机质、速效磷和速效钾含量较其他两种护坡方式高,而高次团粒喷播植草工程下0~10 cm土层土壤含水率和土壤体积质量较其他两种护坡方式高。土壤理化性质对垂穗披碱草根系生长的影响较大,相关分析表明,0~10 cm土层土壤含水率与总根长、根表面积和根体积均呈显著正相关关系(P<0.05);10~20 cm土层土壤速效钾含量与根表面积呈显著正相关关系(P<0.05)。【结论】格状框条护坡植草工程下垂穗披碱草的总根长、根表面积、根体积最高,其立地土壤的有机质、速效磷和速效钾含量也高,说明在黑河黄藏寺水利枢纽工程区及类似工程区选择格状框条护坡植草工程种植垂穗披碱草效果好。

不同土壤类型对荷木生长和根系特征的影响研究

在自然界中,土壤盐碱条件经常共存,而关于碱性和盐碱土壤对植物的影响了解甚少。为研究这方面的影响,进行了一项实验,其中包括对照组以及3种影响条件:盐性、碱性和混合盐-碱性。旨在确定这些胁迫条件对荷木生长、养分积累和根系结构的影响。结果表明:盐性和碱性对荷木的生长产生了类似的不利影响,而混合盐-碱性胁迫的效果是协同的。单独或与NaHCO_(3)混合的盐性处理导致荷木叶片中钠的积累显著增加,并降低了钾的浓度。相反,在仅用NaHCO_(3)处理的植物中,钠水平和钠/钾比保持相对稳定。在不添加NaCl的情况下,高pH值不影响脯氨酸的积累,但盐性和混合胁迫处理会增加脯氨酸的积累。

不同氮肥运筹下玉米根系特征与产量的关系

明确玉米(Zea mays L.)根系性状对氮肥的响应特征及其与产量的关系,是揭示玉米氮营养机制、优化氮肥管理策略的基础。以供试玉米品种‘安农591’为试材,于2022年设置6种氮肥处理,即:不施氮(CK)、氮肥全部基施(N10)、基肥70%+拔节肥30%(N7∶3)、基肥50%+拔节肥50%(N5∶5)、基肥30%+拔节肥50%+大喇叭口肥20%(N3∶5∶2)、基肥20%+拔节肥40%+大喇叭口肥40%(N2:4:4),研究不同氮肥运筹下玉米根系性状的变化特征,并分析根系性状与产量的关系。结果表明,与CK相比,施氮提高吐丝期玉米根总长度、根表面积、根平均直径、根尖数、根体积、根组织质量密度和根系活力,降低比根长、根比表面积和根冠比。N7:3和N5:5处理的籽粒产量和全株生物量较高,其籽粒产量比N10处理提高6.6%~7.3%。施氮降低成熟期玉米根干物质分配比例,提高籽粒干物质分配比例。适当氮肥后移有提高氮肥农学效率的趋势。玉米产量与吐丝期比根长和根冠比呈负相关,与根总长度、根表面积、根尖数、根系体积和根系活力呈正相关(P <0.05)。在10种根系性状中,根总长度、根系活力、根表面积、根尖数和根冠比对产量影响较强,根平均直径、比根长、根表面积、根组织质量密度和根比表面积对氮肥农学效率影响较强。上述性状分别反映的是玉米产量潜力和氮肥利用率的重要根系性状。

超高产春玉米的根系特征

以西辽河平原地区广泛种植的春玉米品种金山27为试材,以当地普通高产栽培模式为对照,研究了超高产栽培下春玉米的根系特征。结果表明,超高产春玉米深层根系占总根重比例较大,最大根幅下移,下层土壤根条数增加,且随土层深度增加与对照的差异增大。单株根重随生育进程呈先升后降的变化趋势,吐丝期达到最大且与对照的差异达到显著水平。各生育时期0~20cm土层根重所占比例明显低于对照,40cm以下各土层根重所占比例均高于对照。冠根比生育前期与对照接近,生育后期低于对照。根系活力变化随生育进程呈单峰型变化曲线,在吐丝期达到最大。超高产栽培下各生育时期根系活力随土层深度增加均呈单峰型变化曲线,而对照在不同生育时期有较大的差异。SOD和POD活性在吐丝期和乳熟期各土层超高产栽培均高于对照,而MDA含量低于对照。深松土和优化施肥改善了根系环境条件和养分供应水平,在高密度种植下促进了下层根系的发生,并保持较高的生理活性,为超高产的实现奠定了基础。

深耕及秸秆还田对春玉米产量、花后碳氮积累及根系特征的影响

针对目前农业生产中连年采用旋耕的耕作方式以及过分依赖化肥,使得耕层变浅、犁底层变硬、土壤理化性质恶化的现象,采用田间小区试验,研究旋耕、深松和深翻耕作方式及在此基础上进行的秸秆还田对春玉米产量和花后碳氮积累及根系特征的影响。结果表明:深松和深翻可以显著提高春玉米的产量、花后干物质的积累量及其占总生物量比例和氮素吸收量;促进了根系的发育,尤其有利于30～60cm土层根系的发育,使根系在玉米生育后期保持相对较高的活力;但减少了花后干物质和氮素从营养体向籽粒转移的效率。深松和深翻相比,对产量的促进作用更加显著,但两种耕作方式对春玉米其他方面的影响并没有表现出相同的规律。秸秆还田后当季春玉米产量总体呈下降趋势,花后干物质积累量、最大根长及生育后期深层根系根长显著提高,但秸秆还田对花后氮素吸收、氮素及干物质转移有抑制作用,并且对开花后根系活力的保持不利。在进行秸秆还田的同时,采取适当的深耕措施,可以缓解秸秆还田对当季玉米产量的不利影响。

外源亚精胺对干旱胁迫下玉米幼苗叶片生理及根系特征参数的影响

采用营养液水培法，以两种不同耐旱类型玉米品种先玉335（抗旱性强）和丰禾1号（抗旱性弱）为试验材料，研究了利用20％聚乙二醇（PEG-6000）模拟的干旱胁迫下根施外源亚精胺（Spd，0．1mmol／L）对玉米幼苗干（鲜）重、根系特征（根长、根表面积、根体积）、叶片相对含水量、叶绿素含量及细胞膜透性的影响。结果表明：正常条件下，外源Spd处理可显著提高两个玉米品种的干（鲜）重、株高、根长及根表面积，但对根体积、根平均直径、叶片相对含水量、叶绿素含量及细胞膜透性的影响较小。干旱胁迫下，外源Spd处理可显著提高玉米幼苗干（鲜）重、叶片相对含水量和叶绿素含量；增加根系数量，且随0～1．0mm径级比例根系数量的增加，其根系长度增加幅度相应加大，随0．5～1．5mm径级比例根系数量的增加，其根系表面积增加幅度相应加大；使玉米幼苗叶片细胞膜透性显著降低；对抗旱性弱的丰禾1号影响更为明显。因此，适宜浓度的外源Spd可以减轻干旱胁迫对玉米幼苗的伤害，并能更好地缓解干旱胁迫对抗旱性弱的玉米品种生长的抑制作用。

18个苜蓿品种根系特征及与地上生物量关系的研究

对播种当年18个苜蓿品种材料根系特征和地上生物量进行了研究,分析苜蓿根系特征和地上生物量的相关性,探讨苜蓿根系特征对地上生物量的影响,结果表明:单株地上部干重以中苜1号最大,以呼盟黄花苜蓿最小;不同类型苜蓿根系形态指标差异明显;利用根系特征的10个指标对18个实验材料进行聚类,可分为4类;株高与分枝数、芽数呈负相关,地上部干重与根颈直径、主根直径、侧根直径、侧根数、根干重极显著相关,与入土深度呈显著相关;根据根系形态指标对地上生物量的主成分分析表明,根颈直径、主根直径、侧根数、分枝数、根干重对其影响最大;建议在苜蓿选种时,选取根颈直径大、入土深度深、主根长度长、侧根直径大、侧根发达、根干重重的材料。

高寒区垄沟覆膜方式对苜蓿生长、根颈及根系特征的影响

高寒区缺乏耐寒苜蓿品种和适宜的栽培技术,严重阻碍了该区域旱作苜蓿和草地畜牧业的发展。为高寒区苜蓿的高产栽培提供理论依据,在天祝高寒牧区研究了垄沟覆膜、垄沟覆膜+覆土、平膜全覆和垄沟4种种植方法下苜蓿生长特性及第2年苜蓿返青时的根颈和根系形态特征。结果表明,垄沟覆膜处理显著提高了高寒区苜蓿的生长,促进了苜蓿根颈、根颈芽和根系的生长。在种植当年,垄沟覆膜下苜蓿的自然株高可达41.2 cm,2级分枝数达25.1个,鲜草和干草产量分别达975.44和249.37 kg/hm2,均显著高于垄沟覆膜+覆土、平膜全覆和垄沟处理(P<0.05)。与垄沟种植方式相比,垄沟覆膜种植方式下的苜蓿鲜草产量提高了74%,干草产量提高了73.2%。垄沟覆膜处理下苜蓿单株根颈返青芽数(17.0个/株)和根颈直径(9.87 mm)分别是垄沟处理(6.5个/株,2.00mm)的2.63和4.94倍。垄沟覆膜和平膜全覆的苜蓿根颈入土深度分别为3.37和3.35 cm,显著低于垄沟覆膜+覆土处理(4.71 cm)与垄沟处理(4.73 cm)。垄沟覆膜处理下的苜蓿单株根体积(9.288 cm3/株)、根表面积(466.287 cm2/株)、根系生物量(7.76 g/株)、主根长度(85.55 cm)、主根直径(8.36 mm)和侧根数(26.27个)均显著高于平膜全覆处理、垄沟覆膜+覆土处理和垄沟处理(P<0.05)。平膜全覆处理和垄沟覆膜+覆土处理间的根颈芽数、根颈直径、根表面积、根体积和根系生物量差异不显著(P>0.05),但显著高于垄沟处理(P<0.05)。平膜全覆处理、垄沟覆膜+覆土和垄沟处理间的主根长度、主根直径和根系生物量差异不显著(P>0.05)。试验表明,垄沟覆膜处理极大地提高了苜蓿的根颈粗、根颈芽、主根深、根体积、根系表面积和根系生物量,提高了苜蓿产草量,建议在类似甘肃天祝高寒区的地区使用垄沟覆膜技术建植苜蓿人工草地。

速生树种尾巨桉和竹柳幼苗的光合特性和根系特征比较

选择华南地区两种速生树种尾巨桉Eucalyptus urophylla×Eucalyptus grandis和竹柳Salix spp.幼苗,通过测定其各自光响应曲线特征、光合生理指标(净光合速率P n、气孔导度G s、胞间CO2浓度C i、蒸腾速率T r和水分利用效率WUE)日变化规律以及根系特征指标(根长、表面积、体积和根尖数),对比此两种树种光合生长能力、水分利用和消耗能力以及根系吸收水分和养分能力的差异。结果表明:(1)净光合速率、蒸腾速率日变化规律呈明显的"双峰"曲线,峰值均出现在10:00和16:00,而水分利用效率日变化规律不明显,尾巨桉和竹柳白天瞬时WUE变化范围分别介于1.863~3.941μmol/mmol和2.645~3.894μmol/mmol之间。(2)P n与温度和光照强度呈显著正相关,G s与空气相对湿度呈显著正相关,T r与温度和空气相对湿度均呈显著正相关,而C i和WUE与环境因子相关性均不显著。(3)竹柳潜在最大净光合速率以及白天不同时间瞬时净光合速率均高于尾巨桉,显示出了更优的潜在和实际光合生长能力,而尾巨桉全根系和细根(直径≤2 mm)的长度、表面积、体积和根尖数均高于竹柳,表明尾巨桉具有更强的吸水和吸肥能力。(4)综合来看,竹柳光合生长能力强,水分利用效率高,但叶片水分消耗较大,而尾巨桉节水性好,吸水吸肥能力更强,两个速生树种各有优劣。

脱硫石膏改良盐碱土对水稻秧苗素质、根系特征及质膜透性的影响

以水稻品种吉特605为试材,以不施任何改良物质为对照,设计了4种盐碱土改良技术集成模式,在水稻播种后21 d取样,测定各模式下水稻苗期的秧苗素质、根系特征、质膜透性和叶绿素含量等指标,以探索最佳技术集成模式。结果表明,与CK相比,各改良模式下土壤EC、p H值均极显著降低;施用脱硫石膏和改良剂能显著增加水稻的生根能力、叶片数和生物量,尤其在施加有机肥后,水稻秧苗素质得到了进一步提高;与CK相比,各改良模式下水稻总根长、根总表面积、根尖数均极显著增加;模式D和E的水稻叶片质膜透性、丙二醛含量均极显著低于CK,叶片叶绿素含量极显著高于CK。盐碱地改良时,脱硫石膏和改良剂是必要的改良因素,施用一定量的有机肥后改良效果更佳。

玉米-马铃薯间作根系特征及其与坡耕地红壤径流养分流失的关系

农作物在生长过程中其根系对土壤的固持作用可以减轻坡耕地土壤的养分流失,测定农作物根系对径流中养分流失的影响可以从侧面评价不同作物的水土保持作用。选取云南主要农作物玉米、马铃薯为研究对象,测定了不同种植模式下作物生育期内坡耕地的产流次数、径流量、土壤流失量、径流中养分流失量以及通过采用剪切箱,在农作物生育期对玉米、马铃薯单作与间作等3种种植模式下的作物根系特征进行了测定。结果表明,在常规管理条件下,与单作模式相比,间作模式具有明显减轻水土流失的作用。玉米马铃薯间作产流次数较马铃薯单作、玉米单作分别减少4次和2次;在开花期,玉米马铃薯间作处理较马铃薯单作、玉米单作处理径流量分别减少了20.49%,27.15%;成熟期玉米马铃薯间作处理较马铃薯单作、玉米单作处理土壤流失量分别减少了49.67%,40.31%;在成熟期,玉米马铃薯间作处理径流携带总磷养分流失最少,较马铃薯单作、玉米单作处理分别减少了78.06%,73.98%。成熟期玉米马铃薯间作处理的根长、根表面积、根体积与马铃薯单作、玉米单作处理的根长、根表面积、根体积达到显著水平(P<0.05),间作处理较马铃薯单作、玉米单作处理根长分别增加了80.06%,73.54%。在全生育期,玉米马铃薯间作处理的根长、根表面积、根体积与径流中总氮养分流失量分别达到显著负相关和极显著负相关,说明间作种植模式下农作物根系较单作更发达,更有利于控制径流中养分流失。