種植密度對(duì)南疆勻播冬小麥根系時(shí)空分布的影響

張麗 張選 翟云龍 陳猛 梁雪齊 陳國棟 吳全忠

摘要 為明確勻播冬小麥根系對(duì)種植密度的響應(yīng)，以多穗型冬小麥品種新冬22號(hào)為材料，設(shè)置了123萬、156萬、204萬、278萬、400萬株/hm2共5個(gè)種植密度，研究了根長密度、根表面積、根系直徑、根干質(zhì)量密度時(shí)空分布。結(jié)果表明，新冬22號(hào)根長密度、根系表面積、根干質(zhì)量密度均在抽穗期達(dá)到最大值，均呈先增加后降低的趨勢(shì)，越冬期123萬株/hm2處理的根長密度、根表面積和根干質(zhì)量密度均大于其他處理。拔節(jié)期、抽穗期、成熟期根長密度、根表面積均由高到低依次為156萬株/hm2處理、204萬株/hm2處理、123萬株/hm2處理、278萬株/hm2處理、400萬株/hm2處理。5種不同密度處理下0～60 cm土層根系分布最多，占總根長的95.13%～97.84%，說明勻播冬小麥根系主要分布在0～60 cm，隨深度的增加根系急劇減少。越冬后，0～40 cm 土層的根系增長速率最為顯著，拔節(jié)后 40～100 cm 土層根系顯著增多。越冬期高密度條件下勻播冬小麥根量較大;拔節(jié)至抽穗期根系生長最旺盛，各處理由高到低依次為156萬株/hm2處理、204萬株/hm2處理、123萬株/hm2處理、278萬株/hm2處理、400萬株/hm2處理，勻播條件下新冬22號(hào)根系集中分布在0～60 cm土層。

關(guān)鍵詞 冬小麥;勻播;種植密度;根系

中圖分類號(hào) S 512.1+1;S 311 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）14-0039-04

Abstract To determine the response of roots of uniformly sowed winter wheat to the planting density in South Xinjiang area，multiple spike type winter wheat varieties of Xindong 22 were used as material，five planting density were designed，which were 123×104，156×104，204×104，278×104 and 400×104 plants/hm2.The root length，root surface area，root length density and root dry weight were investigated. Results showed that root length density，root surface area and root dry mass density of Xindong 22 reached the maximum value at heading period，showing the trend of firstly enhance and then reduce. At overwintering period，treatment of 123×104 plants/hm2 showed greater root length density，root surface area and root dry mass density than other treatments. Root length density and root surface area at jointing stage，heading period and mature period were in the order of 156×104 plants/hm2 treatment>204×104 plants/hm2 treatment>123×104 plants/hm2 treatment>278×104 plants/hm2 treatment>400×104 plants/hm2 treatment. Under 5 different density treatments，0-60 cm soil layer had the most root system distribution，accounting for 95.13%-97.84% of the total root length，showing that evenly sowing winter wheat root system was mainly distributed in 0-60 cm，the root system reduced sharply with the increase of soil layer. After wintering，increasing rate of root system at 0-40 cm soil layer was the most significant. After jointing，increasing rate of root system at 40-100 cm soil layer was the most significant. Root amount of uniformly sowed winter wheat was relatively great under highdensity condition at overwintering period. Root system grew the most vigorously from jointing stage to heading stage，showing the order of 156×104 plants/hm2 treatment>204×104 plants/hm2 treatment>123×104 plants/hm2 treatment>278×104 plants/hm2 treatment>400×104 plants/hm2 treatment. Under uniform sowing，root system of Xindong 22 was mainly distributed at 0-60 cm soil layer.

Key words Winter wheat;Uniform sowing;Planting density;Root system

基金項(xiàng)目 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)南疆重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2017DB010）。

作者簡介 張麗（1985—），女，安徽界首人，碩士，從事作物高產(chǎn)理論與技術(shù)研究。*通信作者，副教授，博士，從事作物高產(chǎn)理論與技術(shù)研究。

收稿日期 2021-03-15

近年來隨著其他經(jīng)濟(jì)作物的不斷擴(kuò)大，新疆小麥種植面積不斷下降，且新疆維吾爾自治區(qū)和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)提出加強(qiáng)畜牧業(yè)發(fā)展的要求，造成南疆糧飼緊缺，產(chǎn)生糧食安全及畜牧業(yè)發(fā)展受限等問題，因此如何使小麥穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)成為小麥的主要研究方向，而根系是小麥吸收水分和養(yǎng)分參與體內(nèi)物質(zhì)合成和轉(zhuǎn)化過程的重要器官，其生長發(fā)育程度直接影響地上部生長狀況及籽粒產(chǎn)量[1-6]。因此，探求小麥根系的形態(tài)特征及其在土壤中的生長分布動(dòng)態(tài)對(duì)于優(yōu)化根系構(gòu)型以實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量潛力提高具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。小麥勻播技術(shù)是一種有利于小麥生產(chǎn)節(jié)本增效的先進(jìn)生產(chǎn)模式，但勻播技術(shù)是否適合新疆冬小麥的種植、不同品種類型冬小麥適合的勻播密度等方面研究較少。

目前冬小麥勻播技術(shù)的研究多集中在冬小麥地上部分和種植模式等方面[7-9]，對(duì)勻播小麥地下部分根系的研究還較少。植物根系結(jié)構(gòu)分布及動(dòng)態(tài)生長規(guī)律一直是根系研究領(lǐng)域的重要課題，近些年有關(guān)小麥根系的研究主要集中于不同品種類型[10-11]、耕作栽培措施[12-13]、水肥條件[14-16]、灌溉技術(shù)[17]及生長冗余[18]等方面。隨著光學(xué)和微電子技術(shù)的不斷成熟，借助于先進(jìn)的圖像分析技術(shù)，尤其是微根管技術(shù)，對(duì)細(xì)根的形態(tài)、分布、周轉(zhuǎn)過程和生產(chǎn)力水平等進(jìn)行合理評(píng)價(jià)成為可能，Waddington等[19]利用類似微根管技術(shù)觀察了溫室里盆栽小麥的根系生長情況。閻素紅等[20]通過根鉆取土，掃描儀掃描的方法對(duì)比分析了不同類型冬小麥的根系生長特性，指出不同類型冬小麥品種的根系生長特性存在明顯差異;田中偉等[21]認(rèn)為小麥品種類型與根系改良是高產(chǎn)高效栽培調(diào)控的重要目標(biāo)。鑒于此，筆者以新疆廣泛種植的多穗型冬小麥品種新冬22號(hào)為研究對(duì)象，研究了勻播不同種植密度下不同生育時(shí)期根系空間分布特征，分析了該品種密度效應(yīng)及適宜密度范圍，為確立并完善勻播冬小麥高產(chǎn)栽培模式提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2019—2020年在塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)點(diǎn)位于塔里木盆地西北邊緣（40°33′N，81°16′E），海拔1 012.2 m，年平均氣溫11.4 ℃，年均降水量50.8 mm，年均蒸發(fā)量1 988.4 mm，年均相對(duì)濕度在55%以下，屬典型暖溫帶內(nèi)陸型氣候，試驗(yàn)地土質(zhì)為砂壤土。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì) 該研究為田間試驗(yàn)，供試材料為多穗型冬小麥品種新冬22號(hào)，人工開溝定穴點(diǎn)播，均勻播種設(shè)置為5個(gè)密度，株、行距配置分別為M1處理（5 cm×5 cm）、M2處理（6 cm×6 cm）、M3處理（7 cm×7 cm）、M4處理（8 cm×8 cm）、M5處理（9 cm×9 cm），分別對(duì)應(yīng)密度為400.0、277.8、204.1、156.3、123.5株/m2。2019年10月1日播種，2020年6月21日收獲。分別在越冬期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期取樣測(cè)定根長密度、根表面積、根干質(zhì)量，每次每個(gè)處理以植株為中心取3個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)分0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm共5個(gè)土層深度，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目與方法

分別在冬小麥越冬期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期用根鉆取樣。根鉆鉆頭直徑為9 cm，長20 cm。按要求取出根系裝入尼龍網(wǎng)袋后在水中浸泡30 min，然后再用自來水沖洗干凈，用鑷子去除雜質(zhì)和雜根，之后將其按照不同土層平鋪在根系掃描盤上，經(jīng)根系掃描儀灰度模式掃描并以圖形文件格式存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，再用 WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析，從而獲得各處理不同階段不同土層的根長、根平均直徑，然后將根系分別裝入信封，105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒重，測(cè)定各層次根干重，即得根干質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理冬小麥根長密度時(shí)空分布

不同生育時(shí)期冬小麥0～100 cm土層深度根長密度結(jié)果見圖1。由圖1可知，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，根長密度先增加后減小，抽穗期達(dá)最高峰。拔節(jié)期不同密度處理根長密度均呈緩慢增長趨勢(shì)，各處理間無顯著差異，M2、M4處理增長較快。拔節(jié)期到抽穗期根長密度增長顯著，表現(xiàn)為M1處理>M3處理>M4處理>M5處理>M2處理，根長密度隨密度變稀呈減小趨勢(shì)。不同密度處理的根長密度都在抽穗期達(dá)到最大值，說明拔節(jié)期至抽穗期是根系生長最旺盛的時(shí)期。成熟期根長密度迅速減小，隨密度變稀根長密度減小越快。

不同生育時(shí)期冬小麥不同土層單位體積總根長結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，各生育時(shí)期根長密度隨土層加深而逐漸減小，0～60 cm土層深度根長占總根長的96.59%。拔節(jié)期和抽穗期的根長分別占總根長的21.57%和51.9%。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，各層根長密度呈先增后減的趨勢(shì)，在抽穗期達(dá)到最大值，成熟期根長密度開始迅速減小，說明成熟期根系生長速度減緩并衰亡。越冬期土壤各層中均表現(xiàn)為M1處理根長密度最大，而其他密度處理差別不大。拔節(jié)期0～40 cm土層深度根長密度M2、M4處理較大，20～40 cm土層深度M2處理根長密度最大，40～60 cm，M2、M4、M5處理根長密度較長。抽穗期在0～40 cm土層深度各處理的根長密度均達(dá)到最大值，M1處理增長速度最快、增值最大，20～40 cm 土層深度隨種植密度變稀，根長密度變小，40～60 cm土層深度根長密度隨種植密度變稀，呈先增后減。成熟期M1處理的根長密度最大，40～60 cm土層深度隨種植密度變稀，根長密度先增后減，M2、M3處理根長密度較大。

2.2 不同處理冬小麥根表面積時(shí)空分布

不同生育時(shí)期冬小麥0～100 cm土層深度根表面積結(jié)果見圖3。由圖3可知，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，根表面積先增加后下降，抽穗期達(dá)最高峰。拔節(jié)期不同密度處理根長密度均呈緩慢增長狀態(tài)，各處理間無顯著差異。拔節(jié)期到抽穗期根表面積增長顯著，表現(xiàn)為M1處理>M2處理=M3處理>M4處理>M5處理。根表面積隨密度變稀呈減小趨勢(shì)。不同密度處理的根表面積都在抽穗期達(dá)到最大值，說明拔節(jié)期至抽穗期是根系快速生長時(shí)期。成熟期根表面積迅速減小。

不同生育時(shí)期冬小麥根表面積垂直分布見圖4。從圖4可以看出，各生育時(shí)期根表面積隨土層加深而遞減，0～60 cm土層深度根表面積占總根系面積的95.21%。拔節(jié)期和抽穗期的根長分別占總根長的23.84%和49.35%。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，各層根表面積呈先增后減的趨勢(shì)，在抽穗期達(dá)到最大值，成熟期根表面積開始迅速減小，說明成熟期根系生長減緩并衰亡。越冬期土壤各層中M1處理根表面積均為最大值。拔節(jié)期0～40 cm土層深度根表面積增大速度表現(xiàn)為隨密度變稠而減小;40～60 cm土層深度根表面積隨密度變稀而增加;60～100 cm土層深度，根表面積表現(xiàn)為隨密度增加而先增后降，至M3處理最高。抽穗期在0～20 cm土層深度各密度的根表面積均達(dá)到最大值，0～40 cm土層深度中M1、M2處理根表面積最大，隨種植密度變稀根表面積遞減，40～60 cm土層深度M2處理根表面積較大。成熟期20～60 cm土層深度隨種植密度變稀根表面積先減后增，60～80 cm土層深度M3處理根系生長較好。

2.3 不同處理冬小麥根系干質(zhì)量密度時(shí)空分布

不同生育時(shí)期冬小麥根干質(zhì)量密度垂直分布見圖5。由圖5可知，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，根干質(zhì)量密度先增加后下降。越冬期M1處理根干質(zhì)量密度最大;拔節(jié)期不同密度處理根干質(zhì)量密度迅速增長，各處理間根干質(zhì)量密度增長無顯著差異;抽穗期根干質(zhì)量密度依然處于高峰，表現(xiàn)為M1處理>M3處理>M2處理>M4處理>M5處理，差異不顯著;不同密度處理的根干質(zhì)量密度在拔節(jié)期、抽穗期達(dá)到最大值，說明拔節(jié)期至抽穗期是根系生長最旺盛的時(shí)期;成熟期根干質(zhì)量密度除M3處理依然增加外，其他處理都迅速減小。

不同生育時(shí)期冬小麥根干質(zhì)量垂直分布見圖6。從圖6可以看出，各生育時(shí)期根干質(zhì)量密度除M3處理一直增加外，其他密度處理的根干質(zhì)量密度都隨土層加深而遞減，0～60 cm土層深度根干質(zhì)量密度占總根干質(zhì)量密度的94.39%。拔節(jié)期和抽穗期的根干質(zhì)量密度分別占總根干質(zhì)量密度的34.31%和32.41%。隨著生育進(jìn)程推進(jìn)，除M3處理一直增加外，各層根干質(zhì)量密度呈先增后減的趨勢(shì)，在抽穗期達(dá)到最大值，成熟期根干質(zhì)量密度開始迅速減小。越冬期土壤各層中根干質(zhì)量密度均隨種植密度增加表現(xiàn)為先減后增;拔節(jié)期，0～40 cm土層深度根干質(zhì)量密度增大速度表現(xiàn)為隨密度變稠而減小，M5處理增長最快，20～40 cm、60～80 cm土層深度M3處理增長最快;抽穗期在0～40 cm土層深度各密度的根干質(zhì)量密度均達(dá)到高峰，M1處理根干質(zhì)量密度最大，20～40 cm土層根干質(zhì)量密度隨種植密度變稀表現(xiàn)為先增后減，M4處理根干質(zhì)量密度達(dá)最大。成熟期M3處理根系依然在生長。

3 結(jié)論與討論

根系分布影響營養(yǎng)、水分吸收，根系生長發(fā)育與作物產(chǎn)量有相關(guān)性[22]，該研究各密度處理根長密度、根表面積在拔節(jié)期和抽穗期均表現(xiàn)出種植密度越稠增加越多，成熟期表現(xiàn)出種植密度越稠減小越慢，而較緩的根系衰老有助于小麥粒質(zhì)量增加[23]。新冬22號(hào)勻播越冬期高密度有利于根系生長，這與劉殿英[24]提出冬小麥生根量生育前期與密度呈正相關(guān)一致。一些研究認(rèn)為，小麥根系多分布在0～60 cm，該試驗(yàn)結(jié)果新冬22號(hào)勻播干旱灌區(qū)根系生長集中分布在0～60 cm土層深度，這與之前研究結(jié)果一致，并與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。M2處理根系深層生長在不同生育期都優(yōu)于其他處理，這與產(chǎn)量結(jié)果相符，說明小麥產(chǎn)量與深層根系關(guān)系密切[25]。

冬小麥根系隨著土壤深度的增加，根長密度、根系表面積、根干質(zhì)量密度減小;拔節(jié)期0～60 cm土層深度根長密度、根表面積增大速度表現(xiàn)為隨密度變稠而減小，在整個(gè)土壤剖面上，隨著種植密度增稠，根系各指標(biāo)降低速度加快。隨著冬小麥密度的變稠，根系根長密度、根表面積增加，且在抽穗時(shí)達(dá)最高值，這與其他研究人員的研究結(jié)果一致[25]，根長密度是單位土體中根的長度，是根系生長強(qiáng)弱的1個(gè)指標(biāo)。盧振民等[ 23]指出，根長密度各生育期呈指數(shù)分布的相關(guān)性都很好。小麥根系表面積的大小表明根系活性高低。該試驗(yàn)結(jié)果表明，根系各項(xiàng)指標(biāo)隨小麥生育進(jìn)程發(fā)展呈先升高后下降的變化趨勢(shì)，并且除根干質(zhì)量密度是在拔節(jié)期達(dá)到最大值外，其余指標(biāo)均是拔節(jié)到抽穗期生長最快，各處理根系整體生長狀態(tài)為M2處理>M3處理>M1處理>M4處理>M5處理，說明過密或者過稀的勻播密度都不利于新冬22號(hào)根系生長發(fā)育，該試驗(yàn)中最適宜的勻播密度為M2密度處理。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱新強(qiáng)，高陽，黃玲，等.冬小麥根系形態(tài)性狀及分布[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（11）：2211-2219.

[2] 陳智勇，謝迎新，張陽陽，等.小麥根長密度和根干重密度對(duì)氮肥的響應(yīng)及其與產(chǎn)量的關(guān)系[J].麥類作物學(xué)報(bào)，2020，40（10）：1223-1231.

[3] 梅四衛(wèi)，朱涵珍，王術(shù)，等.小麥根系研究現(xiàn)狀及展望[J].基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué)，2018，37（12）：5448-5454.

[4] 方燕，閔東紅，高欣，等.不同抗旱性冬小麥根系時(shí)空分布與產(chǎn)量的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（8）：2922-2934.

[5] ?HAMMER G L，DONG Z S，MCLEAN G，et al.Can changes in canopy and/or root system architecture explain historical maize yield trends in the U.S.corn belt？[J].Crop science，2009，49（1）：299-312.

[6] 呂國紅，謝艷兵，溫日紅，等.東北玉米根系生物量模型的構(gòu)建[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，27（4）：572-580.

[7] 陳猛，梁雪齊，李玲，等.種植密度對(duì)勻播冬小麥干物質(zhì)積累、運(yùn)轉(zhuǎn)及產(chǎn)量的影響[J].麥類作物學(xué)報(bào)，2021，41（2）：238-244.

[8] 張永強(qiáng)，方輝，范貴強(qiáng)，等.一體化勻播技術(shù)對(duì)冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，57（3）：427-433.

[9] ANSARI M A，MEMON H R，TUNIO S D，et al.Effect of planting pattern on growth and yield of wheat[J].Pakistan journal of agriculture，agricultural engineering and veterinary sciences，2006，22（2）：6-11.

[10] 苗青霞，方燕，陳應(yīng)龍.小麥根系特征對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)[J].植物學(xué)報(bào)，2019，54（5）：652-661.

[11] 段國輝，田文仲，溫紅霞，等.不同基因型冬小麥根系生長及產(chǎn)量的差異[J].大麥與谷類科學(xué)，2018，35（2）：25-28.

[12] 方燕，徐炳成，谷艷杰，等.密度和修剪對(duì)冬小麥根系時(shí)空分布和產(chǎn)量的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（6）：1820-1828.

[13] 王永華，王玉杰，馮偉，等.兩種氣候年型下不同栽培模式對(duì)冬小麥根系時(shí)空分布及產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，45（14）：2826-2837.

[14] 嚴(yán)銀花，祁靜玉，羅雪梅，等.不同供氮水平下滴灌春小麥根系生理特性的變化[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（1）：89-96.

[15] 沈玉芳，李世清.施肥深度對(duì)不同水分條件下冬小麥根系特征及提水作用的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，47（4）：65-73.

[16] 薛麗華，趙連佳，陳興武，等.不同水氮運(yùn)籌對(duì)滴灌冬小麥根系生長、水分利用及產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，22（9）：21-31.

[17] 張向前，曹承富，喬玉強(qiáng).不同灌水方式對(duì)小麥根系、光合及品質(zhì)的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2016，31（1）：212-217.

[18] 侯慧芝，黃高寶，郭清毅，等.干旱灌區(qū)冬小麥根系的生長冗余[J].生態(tài)學(xué)雜志，2007，26（9）：1407-1411.

[19] WADDINGTON J.Observation of plant roots ?in situ [J].Canadian journal of botany，1971，49（10）：1850-1852.

[20] 閻素紅，楊兆生，王俊娟，等.不同類型小麥品種根系生長特性研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（8）：906-910.

[21] 田中偉，樊永惠，殷美，等.長江中下游小麥品種根系改良特征及其與產(chǎn)量的關(guān)系[J].作物學(xué)報(bào)，2015，41（4）：613-622.

[22] 高硯亮，孫占祥，白偉，等.玉米‖花生間作系統(tǒng)作物產(chǎn)量及根系空間分布特征的影響[J].玉米科學(xué)，2016，24（6）：79-87.

[23] 盧振民，熊勤學(xué).冬小麥根系各種參數(shù)垂直分布實(shí)驗(yàn)研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1991，2（2）：127-133.

[24] 劉殿英.種植密度對(duì)冬小麥根系的影響[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1987，18（3）：29-35.

[25] 王永華.不同栽培管理模式下冬小麥根群構(gòu)建與水氮利用及產(chǎn)量的關(guān)系研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.