不同密度處理下玉米單株根系體積的動態變化

李 洪

（山西省農業科學院高寒區作物研究所，山西大同037008）

作物科學是以提高產品的數量、質量、降低消耗為目標，研究作物的生長發育、生態環境、技術調控的科學，這一系統結構的核心是以地表為界的作物地上部分“葉光系統”與地下部分的“根土系統”[1]。長期以來，作物科學圍繞產量的形成，對作物地上部分“葉光系統”的結構與功能已做了大量的研究，而對于作物地下部分的“根土系統”雖早已為人們所注意，但由于土壤限制根系的可觀察性，田間條件下研究植物根系困難，所以，有關作物根系的研究遠不如地上部深入，人們對于根系的研究水平和認識水平與根系在植物生長發育過程中的作用還不相適應，這方面的研究工作在國內外開展的也比較少[2-3]。然而，準確了解作物根系發育的特征，對科學地估計產量，適時地實施農藝措施，定向選擇對不同環境適應力強的豐產品種都是至關重要的。種植密度作為一項重要的栽培技術措施，不但對玉米建立合理的冠層結構有很重要的意義，同時也可以建立合理的根群分布，充分利用土壤中的營養物質及水分[4-6]。

隨著玉米在現代農業發展中顯示出的廣泛應用開發前景，科學家越來越重視對玉米的研究，與此同時，對玉米根系的研究也必將不斷地深入。為此，本試驗采用PVC管栽與大田試驗相結合的方法，對不同種植密度下玉米的根部性狀和冠部性狀進行研究分析，明確不同部位根系的生長發育規律、生理活性、吸收特點以及根系在土壤中的時空分布特性；并進一步明確根系生長與地上部的關系，為玉米育種及高產栽培等提供基礎信息與指導，同時通過獲取不同部位、不同時期根系的形態及生理數據，建立數學模型，為下一步根系的可視化構建提供理論依據[7-8]。

1 材料和方法

1.1 試驗地及品種

試驗于2009年在山西省農業科學院高寒區作物研究所試驗田進行。供試土壤為沙壤土，肥力中等。試驗所選玉米品種為同單36號。

1.2 試驗設計

1.2.1 大田試驗 設3個密度處理，即低密度3.75萬株/hm2（D1）、中密度6.00萬株/hm2（D2）、高密度7.50萬株/hm2（D3），隨機區組排列，3次重復，小區面積為32m2，8行區，行距50 cm。試驗于2009年4月27日播種，6月7日定苗，9月25日收獲。播前每公頃施碳酸氫銨750 kg、硝酸磷300 kg，在小喇叭口期每公頃追施尿素300 kg，磷肥全部作基肥施入。

1.2.2 PVC管栽試驗 PVC管土柱法又稱PVC管栽法，該方法的優點是取樣簡單、工作量小、易于操作、根系完整，并與大田生長一致。試驗采用直徑30 cm、高100 cm的PVC管進行管栽，在3個密度小區中挖深為100 cm的土坑，將PVC管排放于土坑中，根據試驗設計的密度進行排列。按照田間土壤狀況裝管，管周圍用土填實，播種前進行灌水沉實，使土柱和大田狀況盡可能一致。在管周圍按照同樣的密度進行大田種植，以保證管栽玉米的群體結構與大田的一致性。每管保留1棵生長一致、健壯的植株，施肥量按大田施肥量進行折算，其他管理措施同大田相一致。

1.3 取樣時間及方法

1.3.1 大田根鉆取樣 采用根鉆法挖掘根系樣本，在拔節期、小喇叭口期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期分6次取樣，5次重復。取樣時，選有代表性的典型樣株分別在1/4行距、1/2株距和1/2行距處取樣，用直徑為7 cm的根鉆垂直向下鉆100 cm，每10 cm取1個樣本，將所得的樣本進行沖洗，揀出所有根系，烘干稱干質量，用于分析不同密度處理根質量在土壤中的水平分布特性，并累加不同密度處理各取樣點在不同土層的根質量。

1.3.2 PVC管栽取樣 在玉米的生長期內，從播種到出苗每3 d取樣1次，出苗到拔節植株每展開1片葉取樣1次，拔節到吐絲植株每展開2片葉取樣1次，吐絲到成熟每隔15 d左右取樣1次，全生育期共取樣17次。每次每個處理取3個管柱，取下PVC管對土柱進行沖洗，可得到完整的根系，將獲取的根系按初生胚根、不同層次節根進行分類，并分別測定其體積。

1.4 測定方法

根體積采用排水法進行測定。

2 結果與分析

2.1 不同密度處理下玉米單株根系體積的動態變化

由圖1、表1可知，不同密度處理下，單株玉米根系總體積在整個生育期內呈單峰曲線變化，峰值出現在播種后80～90 d。播種后，26 d以前其體積增加緩慢，26 d以后迅速增加達到最大體積后開始下降，到成熟期，3個密度處理的根系體積仍保持一定的水平。不同密度處理下，各時期的根系體積差異表現為：播種后26 d前，3個密度處理的根系體積無明顯差異，而后各生育時期均表現為低密度處理大于高密度處理，并隨播種后天數的增加其體積差異逐漸增大。

2.2 不同密度處理下不同根層根體積的變化

玉米不同部位根系體積在整個生育期的變化（表1）表明，不同密度處理下，不同根層根體積均隨播種后天數的增加呈單峰曲線變化。不同根層根體積達到峰值的時間和峰值高低不同。根體積峰值出現的時間表現為：初生胚根的體積峰值出現在播種后38 d左右；第1，2層節根在播種后47 d左右；第3層節根在播種后54 d左右；第4，5層節根在播種后63 d左右；第6，7層節根在播種后74 d左右；第8層節根在播種后91 d左右。不同根層根體積在達到峰值后下降幅度差異較大，初生胚根在播種后100 d左右基本衰亡；而各層節根則基本持續到成熟期，并隨著節根層位的增加，成熟期的根體積值也相應增大，且在3個密度處理之間的變化趨勢基本一致。不同根層根體積峰值的變化規律為：初生胚根體積的峰值相對較小，且差異不明顯；地下節根（7節以下節根）隨著根層位的增加，根體積的峰值呈增加趨勢，1～5層節根的根體積增加趨勢緩慢，5層以上的地下節根的根體積增加迅速；地上節根（7節以上節根）則隨著根層位增加，根系體積的峰值呈下降趨勢，但均高于地下節根的峰值，且3個密度處理具有相同的變化趨勢。

表1 不同密度處理下不同根層根體積的變化 cm3

3 結論

不同密度處理下各時期根系體積比較，播種后，26 d前，密度對其影響較小，3個密度之間無差異；26 d以后，各時期均以低密度處理的根體積大于高密度處理，并且隨著生育期的推進其差異更加明顯。

［1］ 李濟生，董淑琴.玉米根系的初步研究[J].北京農業科技，1981（6）：18-22.

［2］ 戚廷香.玉米不同品種根系分布和干物質積累的動態變化研究[J].玉米科學，2003，11（3）：76-79.

［3］ 孫占祥，魏亞范.盆栽條件下玉米根系的研究 [J].雜糧作物，1994（4）：28-29.

［4］ 李少昆，張旺峰，魏邦軍，等.不同密度玉米根系在大田土壤中的分布、重量的調節及與地上部分的關系[J].玉米科學，1993，1（3）：43-49.

［5］ 朱獻玳.玉米根系的生長及其在土壤中的分布 [J].萊陽農學院學報，1991，8（1）：15-19.

［6］ 孫彩霞，沈秀瑛.米根系生態型及生理活性與抗旱性關系的研究[J].華北農學報，2002，17（3）：20-24.

［7］ 管建慧.玉米根系生長發育特性及與地上部關系的研究[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2007.

［8］ 王法宏.作物根系的研究進展[J].萊陽農學院學報，1991，8（3）：198-201.