作物根系构型特征与水肥利用效率关系的研究

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摘要 论述了作物根系构型特征与根系吸收、作物抗逆性和水分、养分利用效率的关系及影响根系构型的水肥因素，以为现代农业可持续发展提供借鉴。

关键词 作物根系；构型；水肥利用

中图分类号 S311 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）14-0230-01

1 作物根系构型特征与根系吸收特性

作物根系的构型特征及其与土壤接触体积的大小，决定了作物对土壤中水分、养分的利用程度。根系纵向、横向伸展与分枝形成了与土壤紧密相连的吸收网络，这对作物的生存和生长是至关重要的。已有研究表明，根系吸收水分和养分量随土壤深度增加而减少，但与根量之间无线性关系，中深层吸收水分和养分量占总吸收量比例远大于中深层根量所占总根量的比例。对于一条单根来说，由于从根尖至根基不同区段根的结构组成不同，表现出不同的吸收功能。单根最大吸收水分和养分速率区，位于距根尖很近的一个区段内。冯广龙等[1]研究表明，在作物利用土壤水分初期，根系吸水速率最大，随着土壤含水量逐渐减少，根系吸水速率随之降低，土壤中有效含水量比例在0.8以上，根系吸水速率大致以线形关系大幅度降低。

2 作物根系构型特征与抗逆性

根系分布与作物的抗逆性密切相关。对于干旱逆境的适应来说，根系在土壤中的空间分布比根系生长发育更重要。这主要是由于干旱逆境下有限的根系发育空间使作物吸收水分、养分遇到了更大困难，刺激和引发了作物自身的调节反应，为了缓解因水分、养分吸收量减少对作物生长的不利影响，作物根系尽量增大生长量，扩大觅取土壤水分和养分的空间，改善生理功能，以改进其水分和养分的吸收，维持自身的生存和发展的需要。在干旱胁迫条件下，对抗旱品种的选择来说，与根系密度相比，根系的下扎深度是更好的选择指标。因此，在以水分和养分高效利用为目标的现代作物育种和栽培实践中不应盲目追求强大根系在抗逆方面的作用，而以优化根系在土壤中的空间分布、增强根系对水分养分的吸收能力已成为作物逆境生理研究的重点和热点。

3 作物根系构型特征与水分、养分利用效率

作物根系构型直接影响作物对养分的吸收，进而对养分利用效率有明显影响。Ladha et al研究认为培育分枝发达的细小根系是提高氮素利用效率的重要途径。李从锋等[2]对雄性不育玉米的研究表明，不育植株的根系体积和根系干重未表现出优势，其深层根量分布明显较多，且根系活力显著高于其同型可育系，可有效延长根系的功能期，维持根系较高的生理活性，从而氮素的吸收与利用效率较高。魏海燕等[3]研究认为氮高效类型水稻在生育前期具有较强的发根能力，使氮高效类型水稻整个生育期根干重和根系体积大于氮低效类型，保持较强的根系活力，为植株大量吸收和高效利用氮素奠定了良好基础。石 岩等[4]研究认为冬前深耘断根增加了中、下层根系的数量和所占比例，增强了氮肥的吸收和利用效率。从上述研究中可看出，作物根系的形态和空间分布与土壤水分和养分利用效率密切相关，尤其是深层根的分布比例和吸收能力对水分和养分利用效率的贡献率较大。

4 影响根系构型的水肥因素

土壤中的水分和养分状况是影响作物根系生长和空间分布的最重要因素。关于土壤深层水对根系构型影响的研究表明，土壤深层水充足有利于诱导作物根系相对较多地向土壤纵深下扎，形成了上层相对较少、深层相对较多的根系构型，延深了根系汲取土壤水分的深度，削弱根信号对小麦生长发育时的抑制作用，保持小麦较为旺盛的生长活力。当作物生育期遭受土壤水分亏缺时，作物根系逐渐向深层发育，通过吸收利用土壤中下层水量以适应水分亏缺逆境；土壤水分过多时，根系主要集中在表层，吸收利用上层土壤水分。当氮素缺乏时，相对较多的光合产物被根系利用，形成较大的根系，以便吸收更多的氮素；在高氮的供应条件下，由于高氮可能降低根系向深层穿插的能力，从而降低其对深层养分、水分利用的能力。关于土壤深层水与施肥互作的研究表明，底墒与氮、磷肥互作不仅增加或显著增加了各层根重，而且能明显促进作物中、下层根系的生长发育，扩大作物觅取水分和养分的土壤空间，有效吸收和利用储藏在土壤深层的水分，提高作物的产量和水分利用效率。关于生育期间土壤水分与施肥互作的研究表明，轻度水分亏缺下，施氮能够增加作物的根系干重、长度；但在严重水分胁迫条件下，施氮可导致根体积和根干重的严重下降。

综上所述，作物根系的构型特征与水、肥利用效率密切相关，尤其是中下层根系的形态和分布比例对提高水、肥利用效率具有重要意义。因此，深入研究作物根系的生长发育规律，并在此基础上利用现代节水灌溉新技术、新方法，探讨通过人为调控土壤水分和养分供应，调节根系生长及空间分需，进而增强根系吸收能力、提高作物抗逆性，对以土壤水和作物关系为中心的农田水肥调控有重要意义。

5 参考文献

[1] 冯广龙，刘昌明.冬小麦根系生长与土壤水分利用方式相互关系分析[J].自然资源学报，1998，13（3）：235-241.

[2] 李从锋，刘鹏，董树亭，等.细胞质雄性不育玉米的根系特性和氮效率研究[J].中国农业科学，2008，41（11）：3573-3579.

[3] 魏海燕，张洪程，张胜飞，等.不同氮利用效率水稻基因型的根系形态与生理指标的研究[J].作物学报，2008，34（3）：429，436.

[4] 石岩，位东斌，于振文，等.深耘断根对旱地高产小麦氮素分配利用及产量的影响[J].核农学报，2002，16（4）：224-227.