作物正常的生長發育、產量形成過程是地上部光合作用和地下根群吸收養分、分水的有機統一過程。生產中改良土壤、施肥、灌水和中耕等大多數栽培措施均是直接作用于根系,從而調節地上部發育和實現最終產量的提高。因此,對根系的研究在高產栽培中愈來愈顯得重要。

　　然而,由于根系深藏于土壤之中,研究難度大,以住在我區尚很少開展這方面的工作。我們從1988年起利用根系分析儀對本區棉花和玉米兩大作物根系的構型、動態建成規律及生產措施對根系的影響等方面做了一系列研究,現綜合報道如下,旨為新疆棉花、玉米的進一步高產提供一些理論依據和技術措施。

　　1　材料和方法

　　試驗于1988～1993年在本校農學系試驗站完成。試驗地為壤土,0～20cm耕層含有機質1.50%。棉花供試品種為新陸早1號,共設置密度、灌溉和覆膜三組試驗。種植方式均為60～30cm寬窄行,文中常規種植密度為666.7m2(舊制1畝,下同)1×104株,株距15cm。玉米根系研究設置品種、密度和化控三組。60cm等行距種植,常規栽培系指品種為SC704,密度為666.7m23705株,株距為30cm。所有試驗小區面積29.0～82.8m2,重復2～5次。生育期間保持無雜草,其它管理同一般大田。

　　根系生物量系采用雙向切片法挖取,即在田間單株所占土地面積內,從地表向下每10cm為一層切割,挖至不見根段為止;每一層又以植株為中心,向兩側行間以10cm為單位切割。挖出的每一土體土均全部收集,揀出根段、分置、洗凈、烘干稱重，利用根系分析儀對作物的根系進行測定觀察。各處理每期挖3～5株。所有被挖取的植株均測其綠葉面積和地上部各器官的重量,成熟期測產。烘干稱重后的根樣測定根系氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)和可溶性糖的含量。

　　2　結果與分析

　　2.1　根系的構型分布

　　1)縱向構型分布特點

　　通過對不同品種、生育期及多種調控措施處理條件下的研究表明,棉花與玉米根系的生物量在根土容積中的分布都是自上而下呈錐形負指數遞減模式:

　　y=Ae-Bx,式中y為根重(mg),x為土層深(cm),A為常數,B為遞減率,?B?值越小,y值隨x值增加而減少的值越少,土壤深層根量就越大。在大田常規栽培方式下,棉花新陸早1號花鈴期根系的縱向分布為y=3294e-0.0538x,r=0.916**;而根量最大的成熟期為y=2097e-0.0475x,r=0.822**;玉米根量最大的吐絲期SC704為y=17114e-0.0532x,r=0.958**。

　　生育期不同,棉花和玉米根群分布的范圍也不同。棉花苗期根系主要分布在地表40cm土層內,始蕾期40cm以下土層中根重僅占總根量1.6%;現蕾后,根系迅速向下伸展,至始花期入土深度達120cm左右,花鈴期可達150cm。進入吐絮成熟期后根系幾乎不再下扎。整個生育期分布于地表20和40cm土層內的根量分別在52.4%和73.3%以上。

　　玉米苗期根系分布也較淺,撥節前一周測定,40cm以下土層根重僅占總根量的1.8%。撥節以后,根系迅速向下伸展,至吐絲期可下扎到160cm左右深的土層內,此后雖幾乎不再下扎,但在較深層土壤中的根量仍有所增加。整個生育期分布于近地表20cm和40cm土層內的根量分別在69.2%和79.5%以上。

　　2)側向構型分布特點

　　根系生物量(Y,根干重密度mg/cm3)隨主莖側向距離(x,cm)符合S形曲線方程模型(y=1/A+Be-x)規律,如吐絲期SC704(1.5cm株行距配置,模擬無株間相互影響)y=1/(0.1905-28.1071e-x),r=0.995**。在常規栽培條件下,棉花根量78.2%以上分布在植株兩側0～15cm范圍內,且該比例是隨生育期的推延而不斷的降低,至花鈴期達最低,吐絮成熟期又有所回升,這可能與后期棉株營養大量輸入上部主根有關(表1)。玉米根系則90%左右集中分布在距植株0～20cm范圍內,且SC704和石單早根群分布較新玉4號更緊湊(表2)植方式,其寬行中間10cm區間分布著來自相鄰兩行不到10%的根量;而60cm等行距種植的玉米其兩行中間20cm區間也分布著不到15%的根量,因此實行縮行增株,使群體根系均衡分布可能更有利于對土壤水分和養分的吸收。此外,綜合縱、側分布來看,棉花和玉米根系均系上部土層根系占絕對量的構型類型,其中棉花根系的57%以上分布在植株兩側15cm深40cm土體內,而玉米78%以上根量分布于距植株20cm深40cm的土體中。施肥應充分考慮這一特點,如象磷肥等移動性差的礦質肥料要施入距植株10cm左右為宜,且穴施優于條施。另外,根據根系生長的趨肥性,可通過深層施肥,以增加深層根量,充分利用土壤深層養分和水分,防止早衰而增產。

　　2.2　根系動態建成過程作物根系不僅所達深度,而且根量、根活力及根系營養等均隨時間動態變化。

　　1)棉花根系生物量的動態變化

　　從出苗至撥桿,棉花根系生物量同地上部分一樣隨生育期推延呈S形曲線增加,至終絮期達最大。棉根的消長大致可分為苗期緩慢增長,蕾期快速增長,花鈴期平穩增長和吐絮成熟期減緩增長四個階段。相應各階段根系生長率(CGR)為6.9、84.6、37.4和4.4mg/株·d,積累占總生物量的6.8%、52.2%、31.7%和7.3%。其中盛蕾期根量已超過總根量的一半;四個階段地上部CGR相應為208.8、454.

　　1、662.7和202.9mg/株·d,積累占總生物量的7.4%、21.2%、44.4%和26.4%,以花鈴期增長最快,生長高峰晚于根系(表3)。由此可見,棉花苗期應早松土、早施苗肥,促主根下扎和側根快發,實現壯苗早發。蕾期根系生長最旺盛的時期,應深施蕾肥,促根多發且深扎。花鈴期保證耕層有足量肥水供應,充分發揮棉根旺盛生理功能,促地上部多結桃。吐絮成熟期要重視肥、水、氣協調,保護中下部葉片正常生理功能,防止根系生長減速的過早過快,以提高棉花的品質和產量。

　　2)玉米根系生物量的動態變化

　　從出苗至成熟,玉米根系重呈單峰曲線變化,在吐絲期達最大。其消長大致可分為苗期緩慢增長,撥節孕穗期快速增長和灌漿成熟期衰亡消退三個階段。相應各階段根系CGR為49.4、437.6和-135.8mg/株·d。開花后隨生長中心向籽粒轉移,根系開始衰亡,并且部分營養物質外運,成熟時根重減至吐絲期的71.4%。

　　同時,玉米地上部生物量則呈現S型曲線變化,在離乳期、撥節前一周、孕穗期、吐絲期、乳熟期和成熟期分別達最大生物量的0.1%、1.0%、24.5%、50.1%和100.0%,地上部50%左右的生物量是在吐絲以后積累的,冠根比則隨生育期推進而增大(表4)。據此,生產上應于吐絲前建立強大的根系為高產做保證,并在開花、灌漿期供給充足的水分和養分,增強生育后期下層根的數量和根系的活力以防止葉片早衰,為增加粒重奪豐產奠定基礎。

　　3)棉花根系營養積累的特點

　　棉花根系中氮、磷、鉀營養百分濃度是自苗期至花鈴期逐漸下降,絮期又有所回升。棉根吸養最多的時期是蕾期,與根系生物量的變化是一致的。據初花期測定,根系中氮、磷、鉀的積累已分別達61.48%、65.06%和68.09%。而至花鈴期,由于地上部迅速生長,光合產物和礦質營養較集中地供應地上部生長,雖根系生物量仍不斷增加,但根系營養積累卻明顯變緩(表5)。因此,生產實踐中于花蕾期及時追施速效肥,促進根系生長與營養積累,無疑對建造強大的根系,保證棉鈴充分發育,防止后期早衰有良好的影響。

　　4)玉米根系營養積累特點

　　玉米根系所含營養濃度自出苗至成熟不斷下降,如SC704撥節前一周、孕穗期、吐絲期、乳熟期和成熟期測定,根系含氮量依次為2.06%、1.44%、1.32%、1.16%和0.88%;根系可溶性糖的含量則分別為5.91%、2.05%、4.6%、3.32%和0.99%,在撥節前和吐絲期形成兩個峰值。根系糖氮比值則相應為2.87、1.42、3.60、2.

　　86和1.13,變化趨勢同可溶性糖含量,且均以吐絲期為最大。孕穗期根系可溶性糖含量及糖氮比呈現低谷,可能是此時莖葉迅速生長及伸展、雌雄穗強烈分化,植株生長處于一生最快階段,消耗糖多所致。此外,玉米根系營養積累量則同根重一樣呈單峰曲線變化,以吐絲期為最大,灌漿成熟期反而下降,可能與吐絲后根系衰亡及營養外運到地上部和籽粒有關。吐絲至成熟營養減少率為29.11%～44.87%,比生物量減少的多,且三要素中以鉀的減少量為最多,說明鉀在植物體中有較大的再利用性(表6)。

　　5)成熟期根系生物量與營養的積累量

　　作物根茬留田是土壤有機質的重要來源,尤其在新疆干旱荒漠生態條件下留茬對改善農田生態和后作生長發育具有極為重要的作用。

　　本研究結果表明,種植新陸早1號棉花后每年666.7m2土壤中可殘留根系干物質38.93kg,含純氮0.53kg,磷0.14kg和鉀0.67kg;種植SC704玉米后可殘留根系干物質71.4kg,含純氮0.63kg、磷0.15kg、鉀0.63kg,而種植石單早玉米殘留僅分別為27.97、0.33、0.08和0.24kg。上述殘留量均普遍少于內地。

　　3　結語

　　為了挖掘棉花和玉米的增產潛力,對根系開展進一步更深入的研究是非常必要的。今后關于根系的研究要注意不僅要有根系的數量而且更應在活性和功能方面綜合考察根系的生長,以及其與地上部性狀特別是與產量形成的關系。同時還應加強研究根系的遺傳規律和環境因素對根系的影響;作物的抗逆性與根系形態生理的關系;根系生理活性與根際微生物活動的關系等問題,出臺根系調控技術硬件,為改進根系的水、肥利用率、增加產量而服務。