基于根系竞争的云杉幼苗细根内部异质性研究

以亚高山森林优势树种云杉幼苗为研究对象,通过模拟根系竞争试验,结合4种施肥处理,基于细根亚径级、根序分级等根系分类方法,从根系生物量分配及形态等方面探究树木细根在应对根系竞争时体现出的异质性规律。结果表明,云杉幼苗细根内部组分在亚径级、根序层次上均表现出显著的异质性规律;竞争区同非竞争区间0～0.5,0.5～1.0,1.0～2.0 mm细根亚径级生物量,1.0～2.0 mm细根亚径级长度和比表面积对根系竞争产生显著响应,而在0～0.5 mm细根亚径级内部,根系竞争对根系生物量、长度及表面积等指标产生影响的作用点主要集中于前两级根序上,特别是一级根上。根系竞争同土壤养分浓度间存在显著交互作用,在根系竞争研究中需单独分析土壤养分对试验结果的影响。

虚拟间作植物根系竞争生长的可视化系统研究

基于模拟根系形态结构的Simroot系统的几何建模理论,结合计算机图形学方法建立了虚拟间作植物根系竞争生长过程的三维可视化模拟系统。将间作大豆—玉米根系的生长参数输入模拟系统中进行模拟。结果表明,该系统能够形象逼真地显现间作植物根系竞争生长过程中的形态结构和生物特性。

根系竞争对两个不同年代春小麦品种生长及资源分配的影响

植物相同基因型个体之间竞争地下资源会导致根系增生,这被称为根系竞争的“公地悲剧”现象。减少或者消除作物的根系增生有望提高种子产量。但人工育种是否已经无意识地影响了作物的根系竞争效应,目前研究尚不足。本研究选取春小麦古老品种‘和尚头’和现代品种‘92-46’开展温室盆栽试验,通过设置尼龙隔离、无竞争塑料隔离和有竞争塑料隔离,并设置1倍营养和2倍营养两个营养水平,分析根系竞争对春小麦各器官生物量的影响,并采用标准化主轴回归(SMA)方法分析根系竞争对资源分配的影响。结果表明,与无竞争塑料隔离相比,尼龙隔离的根系生物量无显著变化,但茎叶生物量和总生物量显著提高。尼龙隔离的古老品种‘和尚头’种子生物量与无竞争塑料隔离无显著差异,而现代品种‘92-46’的种子生物量显著高于无竞争塑料隔离。2倍营养-有竞争塑料隔离与1倍营养-无竞争塑料隔离相比,根系生物量和种子生物量无显著差异,但茎叶生物量和总生物量显著降低。标准化主轴回归(SMA)分析发现,根系竞争对‘和尚头’的根系资源分配无显著影响,根系竞争显著降低了‘92-46’的根系资源分配但降低程度较小(尼龙隔离相比无竞争塑料隔离);根系竞争对两个品种的茎叶资源分配和种子资源分配均无显著影响。另外,本研究还发现:‘和尚头’的根系生物量和茎叶生物量大于‘92-46’,而种子生物量小于‘92-46’。除1倍营养-无竞争塑料隔离处理,其他隔离处理下‘和尚头’的根系资源分配与‘92-46’无显著差异;且‘和尚头’的茎叶资源分配大于‘92-46’,种子资源分配小于‘92-46’。总之,现代品种‘92-46’可能发展出一定程度的合作行为,通过根系分泌物介导识别邻株根系并减少根系资源分配;现代品种‘92-46’资源更多分配到繁殖生长,而古老品种‘和尚头’更多分配到茎叶生长。

夏玉米杂交种登海3719根系分布与竞争力

在大田箱式土柱栽培条件下,比较了高产玉米品种登海3719和金海5号的根系特征,并以混播时地上部生物产量变化为依据,分析了根系特征与竞争能力的关系。结果表明,在氮肥供应充足条件下,登海3719单株根系生物量低于金海5号,根冠比无明显差异,其0～20cm根系分配比率大、活力高,在与金海5号根系竞争中地上部氮素积累量增加6%、生物量提高8%。不施氮时,登海3719的根冠比增加4%,金海5号增加21%,登海3719的根冠比、0～20cm根系分配比率及活力均低于金海5号,在根系竞争中氮素积累量减少8%,生物量下降2%。与金海5号相比,登海3719在氮素供应不足时,根系竞争力弱,适应低氮条件的能力较差,但在氮肥充足条件下表现吸氮能力高,竞争力强。

间作群体作物根系营养竞争与互作效应

综述了间作群体作物根系对矿质营养和水分的竞争效应及对作物生长发育的影响,以及由于根系形态、间作作物养分需求差异、根系分泌物及土壤微生物变化等因素引起的间作作物营养互作效应。提出了3个方面的研究展望;开展间作作物根系错位效应及根系空间错位回避信号识别与传导机制研究;依托不同作物的间作竞争势及互作特点,开展作物根系竞争势等方面的科学分类及根系竞争与互作模型构建研究;不断创新根系监测与研究手段,提升作物根系研究水平,增加作物根系研究深度。

我国西北地区芨芨草-苦豆子群落根系分布与种间关系

以宁夏沙湖的一个典型的干旱区草本型植物群落——芨芨草(Achnatherum splendens)-苦豆子(Sophora alopecuroides)(禾草-非禾草型)群落为研究对象,自芨芨草-苦豆子聚生丛的基部向丛间裸地依次划分为植冠区、过渡区和空旷区3个分区,通过比较分析两个优势种根系生物量密度在这3个分区的空间分布格局,研究了干旱胁迫生境中芨芨草和苦豆子的根际关系。结果表明:在水平方向上,芨芨草根系总生物量主要集中分布于植冠区,而苦豆子根系总生物量密度在3个分区间无显著差异;在垂直方向上,芨芨草的根系总生物量密度和细根生物量密度最大的土壤层次从植冠区到空旷区埋深渐深,而苦豆子的根系总生物量在3个分区主要分布于10～30cm土层,但其细根生物量密度最大的土层从植冠区向外呈上升趋势;同时发现,在植冠区,根系总生物量密度较高,两种植物细根生物量密度最大的土壤层次不同,但在空旷区和过渡区,两种植物细根生物量密度的垂直分布格局趋于一致。群落中两个主要植物种的根系在植冠区具有垂直层次的分异性,在不同分区间具有水平分布格局的差异性,这可能是群落中两种主要植物种间为了避免根系间直接竞争共同适应干旱胁迫生境的重要机制。

核桃-小麦复合系统中细根生长动态及竞争策略

以核桃(Juglans regia)-小麦(Triticum aestivum)间作复合系统为研究对象,用微根窗和根钻相结合的方法采样,研究复合系统中核桃和小麦细根年内年际的生长动态和竞争适应策略,为农林复合系统的经营管理和竞争模型的建立提供理论依据和技术支持。结果表明,间作核桃和小麦根系均在上半年有一个大的生长高峰(5月和4月),在下半年有一个小的生长高峰(9月和11月),二者的竞争主要发生在上半年的大生长高峰期。在各年份各土层,间作核桃的根长密度均低于单作核桃,且在从第7年开始存在显著差异。在0—20 cm土层间作小麦根长密度在第3—7年间获得迅速提高,从第7年开始显著高于单作小麦,但在20 cm以下土层则相反。间作使核桃和小麦细根生态位实现了分离,11年的观察期内间作核桃比单作核桃细根的垂直分布中心下移了6.59 cm,间作小麦比单作小麦的上移了8.59 cm。在根系竞争策略方面,小麦根系是通过短期内的快速生长,迅速占据土壤空间获得竞争优势;而核桃根系是通过根系的逐年积累,逐步占据土壤空间从而获得竞争优势。可以干扰核桃根系积累过程的"竞争-干扰-再平衡"农林复合经营管理策略可以让复合系统中核桃和小麦保持各自竞争优势的情况下实现共存。在根系形态方面,自身细根直径较小者小麦在剧烈竞争区域以增加细根直径减小比根长来适应竞争,而自身细根直径较大者核桃则相反。

水曲柳落叶松根系之间的相互作用研究

通过水曲柳 (Fraxinus mandshurica)和落叶松 (L arix gmelinii)两个树种苗木纯栽和混栽试验 ,在温室条件下研究两树种根系之间的相互作用。结果表明 ,水曲柳与落叶松混栽使水曲柳细根和粗根生物量比纯栽分别增加 47%和 46 % ,叶和茎生物量分别增加 30 %和 48% ,同时改变了水曲柳地下部分与地上部分比率 ,促进了水曲柳细根和叶协调生长。而混栽的落叶松细根和粗根生物量比纯栽分别减少 19%和 35 %左右 ,叶和茎生物量减少 2 2 %和 34 % ,但是落叶松地下部分和地上部分各生物量组分变化不存在显著差异。混栽改变了水曲柳根系的空间分布和根系的形态 ,导致根系密度和根长度分别增加 47%和 34 % ,有利于水曲柳吸收较多的养分和水分 ,提高其竞争效率。落叶松起到改变土壤环境作用。

地下空间拥挤程度对杉木幼苗根系内源有机酸的影响

采用室内盆栽模拟方法,选择同一无性系杉木为研究对象,设置双株拥挤、双株宽敞和单株种植(对照)3个拥挤程度,分别于处理50、100和150 d后进行破坏性收获,测定不同拥挤条件下杉木根系内源有机酸的种类及含量.结果表明:参试杉木幼苗根系内的有机酸主要有草酸(3.69~8.99 mg·g^(-1))、苹果酸(0.34~0.63 mg·g^(-1))和柠檬酸(0.06~0.12 mg·g^(-1));而棕榈酸、辛酸、肉豆蔻酸、亚油酸、山嵛酸和癸酸等有机酸含量较少(2.02~106.07μg·g^(-1));未检出γ-亚麻酸和十五碳烯酸.拥挤程度和处理时间对杉木根系内源有机酸含量的交互作用不显著;双株拥挤处理第150天时杉木根系内的草酸、苹果酸、柠檬酸、棕榈酸、辛酸、肉豆蔻酸、亚油酸、山嵛酸含量明显增加,与对照相比,分别增加了116.1%、171.5%、175.4%、98.1%、182.4%、91.3%、315.3%、266.5%;双株拥挤处理第150天时根系内柠檬酸含量显著低于同处理第50天时的含量,第100天时的山嵛酸含量显著高于另外两个时间点的含量,而其余有机酸含量均无显著变化.

降水和草本竞争对色木槭幼苗细根特征的影响

为了研究色木槭幼苗细根对干旱胁迫和草本竞争的反抗机制,以1年生色木槭幼苗为对象,设置正常降水-有草竞争(NG)、正常降水-无草竞争(NL)、减少降水-有草竞争(RG)和减少降水-无草竞争(RL) 4个试验处理。结果表明:NG和RG处理显著减少了色木槭幼苗细根生物量,RG和RL处理显著减少了色木槭幼苗比根长。NG和RG处理显著增加了色木槭幼苗细根的全碳含量,而RG和RL处理则显著减少了其全碳含量。草本竞争和减少降水处理色木槭幼苗细根其他生理特征无明显变化。草本竞争和减少降水的交互作用对色木槭幼苗细根淀粉和非结构性碳水化合物(NSC)含量有显著影响。与NL处理相比,RL处理显著减少了色木槭幼苗细根淀粉和NSC含量,而NG处理和RG处理的无显著差异。研究表明,色木槭幼苗对减少降水的形态和生理响应较弱,可能是由于试验采用的耕土中氮含量较多,影响了色木槭幼苗细根对减少降水处理的响应机制;其次,草本地下竞争主要影响了色木槭幼苗的生存空间。因此,在黄土高原选择色木槭造林时,应该重视干旱对苗木的损害并制定相应的对策,同时在造林前期注意拔除杂草,以免影响色木槭幼苗根系生长。

野燕麦与小麦之间的营养体竞争

在包括新西兰在内的许多国家里,野燕麦是小麦和其它禾谷类作物的重要杂草(Holm et al.1977).之所以能够如此,是其有与小麦生育期相近、种子脱落较早和在土壤中能持续休眠数年等特征(Thurston.1966).野燕麦与小麦的竞争非常激烈,当其大量出现时,将造成作物产量降低(Bell & Nalewaja,1968;Chanchllor &Peters,1974).尽管如此,有关野燕麦和小麦之间竞争的研究报道却非常少(Hannah.

宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨−小麦复合系统的细根分布及形态特征

【目的】探讨宽窄行栽植模式下毛白杨−小麦复合系统中的细根根长密度(FRLD)分布及形态特征,为优化该系统的集约栽培措施提供了理论依据。【方法】在宽窄行栽植模式下的4年生三倍体毛白杨−小麦复合系统中,于小麦收获后,采取根钻法在3株平均标准木周围进行根系取样,取样位点为窄行距树75 cm、树行距树75 cm、宽行距树100、200、300、400 cm,取样深度为80 cm,共取得根样288个。对所有样品进行形态扫描和烘干称质量,得到不同深度、位点处的毛白杨和小麦细根的分布及形态数据。【结果】垂直方向上,毛白杨和小麦的细根均主要聚集在0~20 cm的浅土层,其中FRLD分别占总根长密度的68%和45%。毛白杨(R^(2)=0.6793,P<0.05)和小麦(R^(2)=0.9229,P<0.05)细根均随土层指数递减;两个物种的FRLD在浅土层没有显著差异(P>0.05),在深土层中则表现出小麦的FRLD显著高于毛白杨的特征(P<0.05)。水平方向上,毛白杨细根主要聚集在窄行的浅土层中,而小麦细根则在宽行中大量分布。二维根系分布结果显示,毛白杨和小麦有各自的细根密集分布区域且总体上互不干涉。毛白杨的平均细根直径显著高于小麦(P<0.05),其比根长则显著低于小麦(P<0.05)。【结论】在宽窄行栽植模式下的三倍体毛白杨−小麦复合系统中,毛白杨和小麦的细根分布产生了空间分离,密集分布区域重叠较少;此外,为了更有效地吸收土壤资源以占据竞争优势,小麦会生产更多吸收效率更高的细根。以上结果可为优化该栽植模式下农林复合系统的集约经营技术提供理论支撑。

生态学的试验方法——强度和概念性问题

生态学的研究需要综合方法.即观察性的、实验性的、理论性的方法。本文讨论了生态学实验方法的必要性和可行性,井比较了短期实验和长期实验的利弊。本文讨论了田间实验的概念性问题、间接作用问题、环境变化、综合稳定平衡和立地历史等.

旱区小麦植株竞争导致的公地悲剧,是源自遗传性状还是源自可塑性性状?

作物的生长冗余,也就是营养器官的过度生长,常常对作物产量不利,因此被称为作物的‘公地悲剧’。作物品种内相邻植株之间的资源竞争也会导致可塑性的营养器官的过度生长,因此被称为可塑性的公地悲剧。然而,目前有关这种可塑性的公地悲剧如何响应不同作物品种和不同的资源水平的研究较少。本研究设计了盆栽实验来探索这一问题。为设置根系竞争和无竞争两种处理,把同品种两个植株栽种在同一花盆中,分别用尼龙和塑料进行隔离;采用了两个小麦品种(古老品种和尚头和现代品种92-46),设置了两个资源水平处理。研究结果表明,与92-46相比,和尚头品种把资源更多地分配给茎叶,更少地分配给种子。异速生长数据显示,在24对尼龙隔离和塑料隔离处理的比较中,只有4对显示出程度很小的差异。异速生长数据还显示,相比和尚头品种,92-46品种对增加资源的响应程度更小。基于有限样本大小,本研究揭示了作物地上部分营养生长和繁殖生长之间的权衡关系。正是这种权衡关系,导致了和尚头小麦品种的‘公地悲剧’式生长,同时也使得92-46小麦品种的种子产量得以提升。小麦的公地悲剧更可能是源自遗传性状(比如古老品种的生长冗余),而不太可能是源自植株的可塑性冗余生长。现代小麦品种92-46可能采用了节约型的资源利用方式,而古老品种则采取的是消耗型策略。综上所述,本研究表明育种工作者应当选育个体竞争力低的基因型。

黄瓜化瓜的原因与防治

黄瓜的果实的膨大过程中途停止,由瓜尖至全瓜逐渐变黄、干瘪,最后干枯,称为化瓜。黄瓜出现少量化瓜是植株自我调节的正常现象。但大量化瓜则属异常,会严重影响黄瓜产量,必须予以重视。

土壤养分异质性对玉米地上部、根系生长及种内竞争的影响

为探究作物之间对土壤养分斑块利用的优先顺序及对作物根系吸收矿质营养的影响,选用玉米品种‘先玉335’为研究材料,设置根箱试验,在养分匀质和异质2种供养模式下设置5个延迟种植时间作为时间梯度对正常种植和延迟种植的玉米的地上部生物量、养分含量、根冠比(T/R)和根系长度等指标进行分析。结果表明,同一根箱内,延迟2~5d种植的玉米地上部生物量比正常种植的玉米在养分匀质供养环境中低28.4%~74.3%,在养分异质环境中低19.2%~193.0%。延迟种植玉米的根系生物量在养分匀质供养环境中随着种植时间的加长均无显著差异;而正常种植玉米的根系生物量在异质环境中随着延迟种植时间的加长有显著增加。因此,同一根箱内,延迟种植玉米的根冠比显著高于正常种植的玉米,根系总长度和体积与根系生物量的变化趋势类似。在同一根箱内,在匀质供养环境中,正常种植和延迟种植玉米的比根长和根系组织密度在不同种植时间处理间均无显著差异;仅延迟5d种植玉米的根系组织密度在养分异质环境中显著低于正常种植的玉米。综上,玉米利用养分资源的先后顺序会引起地上部养分产生竞争,尤其是在养分异质环境中,玉米可以通过调整自身来适应养分和竞争环境。

种植密度对不同株型玉米生长及根系形态特征的影响

选取平展型(ND108)、紧凑型(ZD958)、小株小穗型(CF008)玉米品种,采用PVC管土柱法种植,密度为1株/盆、2株/盆和3株/盆,探讨种植密度对不同株型玉米的生长特性及根系形态的影响.结果表明:种植密度增加,不同株型玉米个体生长均受到抑制,各项根系形态指标显著降低(P<0.01),但较低幅度增密对平展型品种(ND108)根系各项形态指标无显著影响;种植密度对不同株型玉米品种比根长(SRL)与比根表面积(SRS)的影响程度有显著差异,对平展型品种(ND108)影响最大,对紧凑型品种(ZD958)影响最小;穗根比、根系生物量分配比例存在显著基因型差异,平展型品种(ND108)较其它两个品种具有较高的根系干物重分配比例,但其穗根比较低.综上,增密过程中平展型品种(ND108)倾向于通过形成庞大根系以提升单株竞争能力,但是个体间激烈的竞争将限制群体产量的提高;而紧凑型品种(ZD958)和小株小穗型品种(CF008)个体间竞争较弱,因而在群体压力增大时能够通过增强自身根系的吸收能力以保证对地上部水分、养分供应,有可能获得更高的群体产量.