小麦根系发育和生理功能的时空分布及其与土壤养分的关系研究

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为了明确小麦根系时空分布及其与土壤有效养分含量之间的相互关系,提高吸收利用养分效率、根系生理功能提供技术支撑。于2019~2021两个种植年度,进行大田试验。试验采用裂区设计,主处理为品种,分别选用大穗品种周麦30和多穗品种周麦32;副处理为种植密度,设1.2×10~6,2.4×10~6,3.6×10~6苗·hm-2 3个密度。于小麦的不同生育时期使用长方体铁盒(0.2×0.05×0.2 m)在麦行上、行距1/4处、行距1/2处分别取0~20 cm和20~40 cm土层的样品,测定不同位点小麦根系生物量、根系形态数量性状、根系活跃吸收面积、根总吸收面积、根系活力和土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量。主要得到如下研究结果:(1)0~20 cm和20~40 cm土层中根重密度、根总表面积、根长密度、根体积比、根总吸收面积和根系活跃吸收面积在生育期内呈先升高后降低的单峰曲线变化趋势;根系活力、根群生理势随生育时期的推进呈“M”形曲线的变化趋势。0~20 cm土层根平均直径呈“W”形曲线的变化趋势,20~40 cm土层根平均直径呈“N”形曲线变化趋势。(2)小麦根系垂直分布状况,0~20 cm土层根重密度、根总表面积、根长密度、根体积比、根总吸收面积、根系活跃吸收面积、根群生理势均显著高于20~40 cm土层(α=0.05);返青到成熟期间,20~40 cm土层根平均直径高于0~20 cm土层;在灌浆之前的各生育期内,0~20 cm土层根系活力高于20~40 cm土层,灌浆到成熟期间,下层根系的根系活力显著增大。(3)小麦根系水平分布状况,在整个生育期内,0~20 cm土层中,根重密度、根总表面、根长密度积、根体积比、根总吸收面积、根系活跃吸收面积和根群生理势的水平分布为行上>行距1/4处>行距1/2处;根平均直径在行上最大;开花期之前,根系活力在行距1/4处最大,开花到成熟期间根系活力水平分布为行距1/2处>行距1/4处>行上。20~40 cm土层中,小麦根系分布较为均匀,根重密度、根总表面积、根长密度、根体积比、根总吸收面积和根系活跃吸收面积在行距1/4处最大,根群生理势在开花至成熟期行距1/4处最高。(4)整个生育时期内,0~20 cm和20~40 cm土层,根重密度、根长密度、根总吸收面积、根系活跃吸收面积与土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤速效钾含量均呈负相关关系,达到极显著水平(α=0.01);根平均直径与土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤速效钾含量均呈显著正相关关系,达到极显著水平(α=0.01)。0~20 cm土层,根总表面积、根体积比与土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤速效钾含量呈负相关关系;根系活力、根群生理势与土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤速效钾含量均呈正相关关系。20~40 cm土层,根总表面积与土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤速效钾含量呈负相关关系;根体积比与土壤有效磷含量呈负相关关系,达到极显著水平(α=0.01);根系活力、根群生理势与土壤有效磷、土壤速效钾含量均呈正相关关系,达到显著或极显著水平(α=0.05或α=0.01)。小麦根系主要吸收0~20 cm土层中的养分,距麦行越远根重密度和根系吸收面积越小,吸收土壤养分能力变弱;而根系活力随生育时期推移从行上和行距1/4处向行距1/2处转移。为通过栽培技术措施和培育新品种等方式优化小麦根系时空分布,增强小麦在行距1/4处和行距1/2处吸收土壤养分的能力,减少化肥施用,提供了理论依据。
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