论文部分内容阅读
作物叶片和根系的生长量及其在空间分布在很大程度上决定了作物的养分吸收能力和光合作用能力。为了明确玉米和水稻冠层及根系的空间分布特性及其主要栽培措施对其冠层和根系空间分布的影响,以正大619和血丝玉米为材料进行根箱试验,在拔节期和灌浆盛期用三维数字化仪测定其叶片和根系的三维坐标,分析玉米冠层和根系的空间分布特点及其品种间差异。在此基础上,以正大619为材料进行根箱试验,以相同方法研究氮肥运筹对玉米根系和冠层分布的影响。同时,以金优253为材料进行大田根箱试验,通过人工测定三维坐标方法,分析了水稻根系的空间分布特点以及水分管理、氮肥运筹和稻草还田等措施对水稻根系空间分布的影响。主要研究结果如下：1、玉米冠层及根系空间分布的特性玉米根系由直径小于1mm、直径1-2mm和直径大于2mm三部分根系组成。在玉米根系总长度中,直径小于1mm根系占比大于80%,直径大于2mm根系占比小于3%,直径1-2mm根系占比约为9%-13%。在玉米根系总面积中,直径小于lmm根系占比大于50%,直径大于2mm根系占比约为10%-15%,直径1-2mm根系占比约为25%-33%。在玉米根系总体积中,直径小于1mm根系占比约为20%-22%,直径大于2mm根系占比可达40%以上,直径1-2mm根系占比约为30%-40%。因此,玉米根系的长度和面积以直径1-2mm根系为最主要构成,玉米根系的体积则以直径大于2mm根系为最主要构成。玉米拔节期和灌浆盛期根系纵向生长距离分别达到55cm和75cm,横向生长距离约为40cm和60cm,单株根系总长度分别达到5000cm和19000cm。其中,49.7%、20.7%的根系分布20cm深度土层内,64.6%、43.7%根系分布在20cm的横向范围内。玉米根系累积长度随纵向和横向生长距离的增加而增加,其变化规律可用Logistic方程进行数学模拟：(式中X表示根系纵向或横向生长距离,Y表示根系累积长度)。玉米叶面积随生育进程的推移而增加,灌浆期达到最大值。玉米叶面积的垂直分布具有明显的规律,除底部叶面积较小外,其他各层叶面积的分布比较均匀。由下而上的累积叶面积的动态分布符合Logistic方程曲线分布规律。玉米叶夹角、叶披垂角、叶距随着时间递增逐渐增加。叶向值趋于逐渐降低的趋势。叶面曲率则随时间先增加后下降的趋势,叶基—叶顶距离则具有先增加后下降的趋势。2、氮肥运筹对玉米冠层及根系空间分布的影响氮肥运筹显著影响玉米根系的数量、长度、面积和体积。在施氮量一定时,重施穗肥处理减少了前期肥料的施用,导致其拔节期根系长度、面积和体积显著下降。相反,重施穗肥增加了后期的氮肥的施用,促进了后期根系的生长,导致灌浆盛期根系的长度、面积和体积明显增加。氮肥运筹对直径不同根系的影响是不同的,重施穗肥处理使直径为0-2mm根系的面积、体积等占根系总面积和总体积的比例提高。氮肥运筹对玉米的冠层也有显著的影响。首先,氮肥运筹显著地影响叶面积的大小,三个施肥处理中,以重施基肥处理玉米叶面积最大。重施穗肥处理玉米在拔节期的叶面积最小,但拔节后叶面积发展较快。其次,氮肥运筹显著影响了灌浆期叶面积的垂直分布,重施穗肥明显增加了中上部叶面积。氮肥运筹对叶片的空间分布和姿态有一定的影响,主要影响叶夹角和叶基—叶顶距离,对其他指标的影响均达不到显著水平。重施穗肥增加了生育后期的叶夹角和叶基—叶顶距离。3、正大619和血丝玉米冠层及根系空间分布的主要差异在拔节期,正大619的根系长度、根系平均直径、根系表面积、体积均比血丝玉米低,但根系在纵向与横向的分布较大,且达到显著水平；在灌浆盛期,正大619根系长度、根系平均直径、根系表面积、体积则显著高于血丝玉米,其纵向分布与横向生长距离比血丝玉米大。表明正大619后期根系生长较血丝玉米旺盛。正大619的各生育期的叶面积显著小于血丝玉米,其叶面积的垂直分布也存在较大差异。与血丝玉米相比,正大619的叶面积垂直分布更加均匀,有利于改善冠层结构和提高群体的光合能力。此外,正大619叶片姿态与血丝玉米存在较大差别。正大619在各个生育时期的叶夹角略高于血丝玉米、叶向值显著大于血丝玉米,但其披垂角、叶基-叶顶距离叶面曲率及叶间距明显小于血丝玉米,表明正大619的叶型更加紧凑坚挺。4、水稻根系空间分布特性以及栽培管理对水稻根系空间分布的影响水稻分蘖期和成熟期,约88%的根系分布在10cm深度土层内,60-70%根系分布在10cm的横向范围内,其纵向和横向累积长度的变化均可用方程Y=a(1-bx)进行数学模拟(式中X表示根系纵向或横向生长距离,Y表示根系累积长度)。水分管理主要影响水稻根系的数量和纵向分布,对根系横向分布并不产生显著影响。间隙灌溉水稻成熟期90%根系分布深度比湿润灌溉、水层灌溉水稻分别深0.6cm与3.5cm,根系长度分别比湿润灌溉、水层灌溉水稻多19.8%与26.4%,根系数量分别比湿润灌溉、水层灌溉水稻多28.3%及21.0%。间隙灌溉水稻根系纵向生长潜力(参数a)比湿润灌溉、水层灌溉水稻分别大33.8%及37.2%。研究表明,不同氮肥运筹显著影响水稻根系生长和根系分布。重施基肥显著增加水稻根系纵向分布深度,其根系横向分布距离下降。稻草还田数量不同,对水稻根系生长影响的程度不同。稻草还田量较高水稻在不同时期的根长、根系干重高于较低还田量处理水稻,并且其根系纵向分布更深。