植物生态学报 ›› 2005, Vol. 29 ›› Issue (2): 266-273.DOI: 10.17521/cjpe.2005.0034 cstr: 32100.14.cjpe.2005.0034
收稿日期:2003-09-22
接受日期:2004-08-11
出版日期:2005-09-22
发布日期:2005-03-10
作者简介:*E-mail:caow@njau.edu.cn基金资助:
ZHANG Li-Zhen1,2, CAO Wei-Xing1,*(
), ZHANG Si-Ping2, ZHOU Zhi-Guo1
Received:2003-09-22
Accepted:2004-08-11
Online:2005-09-22
Published:2005-03-10
摘要:
结合田间根钻取样和图像扫描分析方法, 研究了不同棉花品种根系的长度、直径和表面积动态及 0~ 10 0cm深和 0~ 4 0cm宽土壤范围内的空间分布特征。该方法与常规直尺测量结果相比相关系数R2 达到 0.899 (n =1318), 显示了较好的可靠性。研究结果表明, 棉花平均根长密度 (RLD) 在花铃期为 1.2 1~ 1.2 7mm·cm-3, 吐絮后降至 1.0 4~ 1.12mm·cm-3, 收花时为 0.76mm·cm-3 。棉花根平均直径在不同基因型间存在显著差异, 抗虫杂交棉的根直径最粗, 平均为 0.5 2mm ;早熟类型品种根直径较细, 平均为 0.36mm。在土壤深度上根直径的差异不显著, 但距棉行距离越远, 根的平均直径越小。在明确根系长度和直径动态规律的基础上, 提出了根表面积指数 (RAI) 的概念, 与地上部叶面积指数具有相似的含义和生物学意义, 且呈较好的指数相关关系 (R2 =0.779) 。RAI在生理发育时间 (PDT) 小于等于 4 0前, 其增长动态符合LOGISTIC生长规律 (R2 =0.84 9), 在PDT大于 4 0后, 呈线性递减趋势 (R2 =0.5 70~ 0.895 ), 且杂交抗虫棉的RAI在全生育期内均明显高于其它类型品种, 而早熟类型品种相对略低。RAI空间分布特征表现为, 开花前在浅根层内 (0~ 30cm) 分布最多, 花铃期以中层根系 (40~ 6 0cm) 为主, 吐絮后主要以深层 (70~ 10 0cm) 和距棉行较远的行间较多。研究结果为制定合理的施肥、灌溉措施提供了理论依据, 并量化了棉花根系的时空变化, 为进一步提高生长发育模拟模型的精度奠定了基础。
张立桢, 曹卫星, 张思平, 周治国. 棉花根系生长和空间分布特征. 植物生态学报, 2005, 29(2): 266-273. DOI: 10.17521/cjpe.2005.0034
ZHANG Li-Zhen, CAO Wei-Xing, ZHANG Si-Ping, ZHOU Zhi-Guo. CHARACTERIZING ROOT GROWTH AND SPATIAL DISTRIBUTION IN COTTON. Chinese Journal of Plant Ecology, 2005, 29(2): 266-273. DOI: 10.17521/cjpe.2005.0034
| 水平位置 Placement | 日/月 Day/month | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15/7 | 29/7 | 13/8 | 27/8 | 10/9 | 24/9 | 8/10 | |
| D0 | 1.67 | 1.86 | 2.07 | 1.84 | 1.07 | 1.32 | 0.96a |
| D15 | 1.19 | 1.23 | 1.03 | 0.99 | 0.88 | 1.30 | 0.80b |
| D25 | 1.34 | 0.86 | 0.97 | 0.87 | 1.09 | 0.99 | 0.61b |
| D35 | 0.84 | 1.01 | 1.03 | 1.13 | 1.12 | 0.86 | 0.65b |
表1 根长密度在水平位置上的变化动态(mm·cm-3)
Table 1 Dynamic changes of RLD at different horizontal placements (mm·cm-3)
| 水平位置 Placement | 日/月 Day/month | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15/7 | 29/7 | 13/8 | 27/8 | 10/9 | 24/9 | 8/10 | |
| D0 | 1.67 | 1.86 | 2.07 | 1.84 | 1.07 | 1.32 | 0.96a |
| D15 | 1.19 | 1.23 | 1.03 | 0.99 | 0.88 | 1.30 | 0.80b |
| D25 | 1.34 | 0.86 | 0.97 | 0.87 | 1.09 | 0.99 | 0.61b |
| D35 | 0.84 | 1.01 | 1.03 | 1.13 | 1.12 | 0.86 | 0.65b |
| 土层深度 Depth (cm) | 日/月 Day/month | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15/7 | 29/7 | 13/8 | 27/8 | 10/9 | 24/9 | 8/10 | |
| 10 | 2.99 | 3.50 | 3.25 | 2.72 | 1.70 | 1.08 | 0.89 |
| 20 | 4.93 | 2.38 | 3.24 | 2.20 | 1.91 | 1.94 | 0.95 |
| 30 | 2.73 | 1.36 | 1.57 | 1.39 | 1.33 | 1.50 | 0.78 |
| 40 | 0.93 | 0.97 | 0.94 | 1.10 | 1.13 | 0.54 | 0.58 |
| 50 | 0.38 | 1.11 | 1.18 | 0.81 | 0.71 | 1.00 | 1.07 |
| 60 | 0.14 | 0.61 | 1.03 | 0.57 | 1.12 | 1.59 | 0.69 |
| 70 | 0.13 | 0.64 | 0.23 | 0.88 | 0.71 | 0.87 | 0.96 |
| 80 | 0.28 | 0.63 | 0.12 | 0.65 | 0.52 | 0.82 | 0.66 |
| 90 | 0.06 | 0.53 | 0.25 | 0.90 | 0.53 | 0.90 | 0.60 |
| 100 | 0.07 | 0.69 | 0.97 | 0.87 | 0.75 | 0.93 | 0.40 |
表2 根长密度在深度层次上的变化动态 (mm·cm-3)
Table 2 Dynamic changes of RLD at different soil layers(mm·cm-3)
| 土层深度 Depth (cm) | 日/月 Day/month | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15/7 | 29/7 | 13/8 | 27/8 | 10/9 | 24/9 | 8/10 | |
| 10 | 2.99 | 3.50 | 3.25 | 2.72 | 1.70 | 1.08 | 0.89 |
| 20 | 4.93 | 2.38 | 3.24 | 2.20 | 1.91 | 1.94 | 0.95 |
| 30 | 2.73 | 1.36 | 1.57 | 1.39 | 1.33 | 1.50 | 0.78 |
| 40 | 0.93 | 0.97 | 0.94 | 1.10 | 1.13 | 0.54 | 0.58 |
| 50 | 0.38 | 1.11 | 1.18 | 0.81 | 0.71 | 1.00 | 1.07 |
| 60 | 0.14 | 0.61 | 1.03 | 0.57 | 1.12 | 1.59 | 0.69 |
| 70 | 0.13 | 0.64 | 0.23 | 0.88 | 0.71 | 0.87 | 0.96 |
| 80 | 0.28 | 0.63 | 0.12 | 0.65 | 0.52 | 0.82 | 0.66 |
| 90 | 0.06 | 0.53 | 0.25 | 0.90 | 0.53 | 0.90 | 0.60 |
| 100 | 0.07 | 0.69 | 0.97 | 0.87 | 0.75 | 0.93 | 0.40 |
| 品种 Cultivar | 距棉行的水平距离 Placement from cotton row | 平均 Mean* | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 0 cm | 15 cm | 25 cm | 35 cm | ||
| `中棉所29' `CRI29' | 0.56 | 0.52 | 0.49 | 0.49 | 0.52a |
| `中棉所32' `CRI32' | 0.51 | 0.44 | 0.41 | 0.41 | 0.44b |
| `中棉所35' `CRI35' | 0.48 | 0.44 | 0.40 | 0.39 | 0.43b |
| `中棉所37' `CRI37' | 0.45 | 0.37 | 0.34 | 0.32 | 0.36c |
| 平均 Mean** | 0.50d | 0.44e | 0.41e | 0.40e | 0.43 |
表3 不同基因型和水平位置上棉花根系直径的变化 (mm)
Table 3 The changes of root diameter with different cotton genotypes and horizontal placements (mm)
| 品种 Cultivar | 距棉行的水平距离 Placement from cotton row | 平均 Mean* | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 0 cm | 15 cm | 25 cm | 35 cm | ||
| `中棉所29' `CRI29' | 0.56 | 0.52 | 0.49 | 0.49 | 0.52a |
| `中棉所32' `CRI32' | 0.51 | 0.44 | 0.41 | 0.41 | 0.44b |
| `中棉所35' `CRI35' | 0.48 | 0.44 | 0.40 | 0.39 | 0.43b |
| `中棉所37' `CRI37' | 0.45 | 0.37 | 0.34 | 0.32 | 0.36c |
| 平均 Mean** | 0.50d | 0.44e | 0.41e | 0.40e | 0.43 |
图3 不同基因型不同年份下棉花根表面积指数随生育进程的变化动态
Fig.3 The dynamic changes of root area index over physiological development time (PDT) in different cotton genotypes and growing years
| 品种 Cultivar | RAImax (cm2·cm-2) | K | Rm PDT-1 | a (cm2·cm-2) | b PDT-1 | R2* | R2** |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| `33B' `中棉所35' `CRI35' `中棉所32' `CRI32' | 0.621 5 | 2.033 | 0.085 5 | 0.993 0 | -0.008 0 | 0.849 | 0.570 0 |
| `中棉所29' `CRI29' | 0.900 0 | 2.110 | 0.121 1 | 1.288 0 | -0.013 0 | 0.901 | 0.895 0 |
| `中棉所37' `CRI37' | 0.501 2 | 1.980 | 0.063 4 | 0.657 6 | -0.004 4 | 0.764 | 0.760 5 |
表4 不同基因型棉花根表面积指数随PDT计算公式参数表
Table 4 The parameters of formula of RAI to PDT for different cotton genotypes
| 品种 Cultivar | RAImax (cm2·cm-2) | K | Rm PDT-1 | a (cm2·cm-2) | b PDT-1 | R2* | R2** |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| `33B' `中棉所35' `CRI35' `中棉所32' `CRI32' | 0.621 5 | 2.033 | 0.085 5 | 0.993 0 | -0.008 0 | 0.849 | 0.570 0 |
| `中棉所29' `CRI29' | 0.900 0 | 2.110 | 0.121 1 | 1.288 0 | -0.013 0 | 0.901 | 0.895 0 |
| `中棉所37' `CRI37' | 0.501 2 | 1.980 | 0.063 4 | 0.657 6 | -0.004 4 | 0.764 | 0.760 5 |
| [1] |
Burgess SSO, Adams MA, Turner NC, Ong CK (1998). Theredistributionofsoilwaterbytreerootsystems. Oecologia, 115,306-311.
DOI URL |
| [2] | Burke JJ, Upchurch DR (1995). Cottonrootingpatternsinre lationtosoiltemperaturesandthermalkineticwindows. A gronomyJournal, 87,1210-1216. |
| [3] | Gong YS (龚元石), Li BG (李保国) (1996). Sensibilityofthefieldwaterbudgetmodeltowaterextractionfunctionbyrootsandevapotranspirationform. ResearchofSoilandWaterConservation (水土保持研究), 3,1-7. (inChinesewithEnglishabstract). |
| [4] | Kramer PJ TranslatedbyXu XD (许旭旦), Tang ZC (汤章城), Wang WL (王万里), Lu XH (陆宪辉) (1989). Wa terRelationsofPlants (植物水分关系). SciencePress, Beijing,169~175. (inChinese). |
| [5] | Li YB (李亚兵), Zhang LZ (张立桢) (1999). TheapplicationofDT_SCANinstudyofcottonroots. ChineseCotton (中国棉花), 26,37-38. (inChinese). |
| [6] | McMichael BL (1980). Waterstressadaptation.In:HeskethJD, JonesJDeds. PredictingPhotosynthesisforEcosystemModels.CRCPress, USA,183-204. |
| [7] | McMichael BL, Upchurch DR, Burke JJ (1996). Soiltempera turederivedpredictionofrootdensityincotton. Environ mentalExperimentBotany, 36,303-312. |
| [8] | McMichael BL, Quisenberry JE (1991). Geneticvariationforroot_shootrelationshipsamongcottongermplasm. Environ mentalExperimentBotany, 31,461-470. |
| [9] | McMichael BL, Upchurch DR, Taylor HM (1992). Transparentwalltechniquesforstudyingrootgrowthandfunctioninsoil. JournalofPlantNutrition, 15,753-762. |
| [10] | Russell RS (1977). PlantRootSystems:TheirFunctionsandInteractionwithSoil. TheEnglishLanguageBookSocietyandMcGrow_HillBookCompany (UK) Limited (ELBS) Press, Maidenhead, Berkshire, England,9-27. |
| [11] | Stirzaker RJ, Passioura JB (1996). Thewaterrelationsoftheroot_soilinterface. Plant, CellandEnvironment, 19,201-208. |
| [12] | Taylor HM, Klepper B (1978). Theroleofrootingcharacteris ticinthesupplyofwatertoplants. AdvancesinAgronomy, 30,99-128. |
| [13] | Taylor HM, Upchurch DR, McMichael BL (1991). Applica tionandlimitationofrhizotronsandminirhizotronsforrootstudies. In:KeisterDL, CreganPBeds.TheRhizosphereandPlantGrowth.KluwerAcdamicPublishers, UK,91-97. |
| [14] | Taylor HM, Klepper B (1974). Waterrelationsofcotton.I.Rootgrowthandwateruseasrelatedtotopgrowthandsoilwatercontent. AgronomyJournal, 66,584-588. |
| [15] | Zhang LZ (张立桢), Cao WX (曹卫星), Zhang SP (张思平) (2003). Simulationmodelforcottondevelopmentstagesbasedonphysiologicaldevelopmenttime. CottonScience (棉花学报), 15,97-103. (inChinesewithEnglishabstract). |
| [16] | Zhang LZ (张立桢), Li YB (李亚兵), Wang GP (王桂平), Zhu QL (朱巧玲) (1998). Therootgrowth, developmentanddistributionofcottonwithvegetativebranches. ActaGossypiiSinica (棉花学报), 6,322-328. (inChinesewithEnglishabstract). |
| [1] | 李淑英, 朱加保, 马艳, 徐道青, 阚画春, 陈敏, 刘小玲, 郑曙峰, 马小艳. 牛筋草对棉花的密度竞争和防治临界期[J]. 植物生态学报, 2026, 50(1): 134-149. |
| [2] | 冯旭飞, 雷长英, 张玉洁, 向导, 杨明凤, 张旺锋, 张亚黎. 棉花花铃期叶片氮分配对光合氮利用效率的影响[J]. 植物生态学报, 2023, 47(11): 1600-1610. |
| [3] | 高文童, 张春艳, 董廷发, 胥晓. 丛枝菌根真菌对不同性别组合模式下青杨雌雄植株根系生长的影响[J]. 植物生态学报, 2019, 43(1): 37-45. |
| [4] | 雒珺瑜, 刘传亮, 张帅, 王春义, 吕丽敏, 李春花, 李付广, 崔金杰. 转RRM2基因棉生长势和产量及对棉田节肢动物群落的影响[J]. 植物生态学报, 2014, 38(7): 785-794. |
| [5] | 张超, 占东霞, 张鹏鹏, 张亚黎, 罗宏海, 张旺锋. 棉花苞叶光呼吸和PSII热耗散对土壤水分的响应[J]. 植物生态学报, 2014, 38(4): 387-395. |
| [6] | 武辉, 戴海芳, 张巨松, 焦晓玲, 刘翠, 石俊毅, 范志超, 阿丽艳·肉孜. 棉花幼苗叶片光合特性对低温胁迫及恢复处理的响应[J]. 植物生态学报, 2014, 38(10): 1124-1134. |
| [7] | 陶先萍, 罗宏海, 杨海, 丁全盛, 张亚黎, 张旺锋. 根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花根系及叶片衰老特性的影响[J]. 植物生态学报, 2013, 37(3): 256-267. |
| [8] | 李维, 张亚黎, 胡渊渊, 杨美森, 吴洁, 张旺锋. 田间条件下棉花幼叶光合特性及光保护机制[J]. 植物生态学报, 2012, 36(7): 662-670. |
| [9] | 刘瑞显, 陈兵林, 王友华, 郭文琦, 周治国. 氮素对花铃期干旱再复水后棉花根系生长的影响[J]. 植物生态学报, 2009, 33(2): 405-413. |
| [10] | 张亚黎, 罗宏海, 张旺锋, 樊大勇, 何在菊, 白慧东. 土壤水分亏缺对陆地棉花铃期叶片光化学活性和激发能耗散的影响[J]. 植物生态学报, 2008, 32(3): 681-689. |
| [11] | 黄刚, 赵学勇, 苏延桂. 科尔沁沙地3种草本植物根系生长动态[J]. 植物生态学报, 2007, 31(6): 1161-1167. |
| [12] | 吴华兵, 朱艳, 田永超, 姚霞, 刘晓军, 周治国, 曹卫星. 棉花冠层高光谱参数与叶片氮含量的定量关系[J]. 植物生态学报, 2007, 31(5): 903-909. |
| [13] | 张志山, 李新荣, 张景光, 王新平, 赵金龙, 陈应武. 用Minirhizotrons观测柠条根系生长动态[J]. 植物生态学报, 2006, 30(3): 457-464. |
| [14] | 杨兴洪, 邹琦, 赵世杰. 遮荫和全光下生长的棉花光合作用和叶绿素荧光特征[J]. 植物生态学报, 2005, 29(1): 8-15. |
| [15] | 张旺锋, 王振林, 余松烈, 李少昆, 房建, 童文崧. 种植密度对新疆高产棉花群体光合作用、冠层结构及产量形成的影响[J]. 植物生态学报, 2004, 28(2): 164-171. |
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