ENGLISH

不同土壤盐分和施氮条件对向日葵的生根深度、动态根系分布的影响

撰稿人: 日期:2022-5-5 点击次数:375


    河海大学的科研人员为了解不同土壤电导率(EC)和施氮量对向日葵生根深度、根系动态分布及其产量的影响,在河套灌区进行了为期三年的田间试验。 该实验由三个初始盐度 (IS) 水平和五种N比率组成。向日葵根系生长的动态由微型根管原位监测,并揭示了其在不同处理中分布的灵活性。本研究的主要目的是:(1)了解向日葵根系深度、细根和产量对不同土壤盐分水平和施氮量的响应;(2)建立盐田细根分布动态模型(DRD-SF),以描述在土壤盐分和施氮量相互作用的影响下细根长度的动态变化。该模型所提供的信息将有助于从作物根系发育和产量生产潜力的角度优化盐田氮素管理。

文中根系生物量及根系动态研究方案:在 2015 年的田间研究中,在每个向日葵生长阶段进行了破坏性测量:(i)苗期,(ii)芽期; (iii) 开花期; (iv) 收获 。 每块地随机选取三株向日葵,用螺旋钻获取所选植物在0-60厘米深度内的根部(图1b),在实验室从土壤颗粒中仔细分离并用自来水冲洗后,用 Epson 扫描仪扫描根部,并使用 WinRHIZO Pro软件进行分析。

2016年和2017年,使用微根窗测量系统原位测量向日葵根系的动态生长。 在每个地块中,以100厘米的间隔安装四个长200厘米、内径6.4厘米的微型根管,与播种线平行(图 1a),与地面成45度角,达到100厘米的垂直深度。2016年在苗期、花蕾和开花期期间每隔 7 天连续观察一次,而2017年每隔10天观察一次。在这两年中,最后一次观察分别在收获时进行。

微根窗扫描仪以600dpi 生成360°、22cm×20cm的管-土壤界面图像,用于分析。 使用 WinRHIZO Tron软件分析所有捕获的图像,该软件提供不同直径等级内的根长度。本研究仅考虑细根的长度(直径≤2 mm),采用Johnson等人的方法将其转化为FRLD。


Fig. 1. (a) Schematic diagram of the longitudinal soil profile with four minirhizotron tubes paralleled with the sowing line in 2016 and 2017, (b) the in-situ images captured by minirhizotron showing the dynamic root process of sunflower within 30-35 cm depth under S1N3 treatment in 2016.

研究结果:

图 7 盐田动态根分布模型 (DRD-SF) 在 (a-c)S0N4 下三个不同标准化发育阶段 (DVS = 0.51, 0.65 和 2.00) 观察和模拟的细根长度密度 (FRLD) 分布, (d-f) 2017 年的 S1N4 和 (g-i) S2N4 处理。观察结果是通过微型根管原位获得的,模拟是使用 DRD-SF 模型计算的。


      结果表明,连续的原位观察表明,向日葵细根生长的动态与土壤盐分密切相关。 纵向分析表明,盐胁迫显着降低了萌芽前的根系渗透率。根据 FRLD 观察,随着土壤盐分的增加,衰老速率也降低。这可以看作是向日葵植物在盐碱地生存的一种适应。同时,虽然N3在S2水平上明显加重了盐胁迫,加速了向日葵根系衰老,但在生殖生长期可刺激耐盐性增强,促进根系垂直发育。利用2015年破坏性采样数据和2017年原位数据进行验证,结果表明,盐田动态根分布模型 (DRD-SF)对不同IS水平和施氮量下向日葵FRLD的柔性分布具有良好的模拟性能。

文中利用微根窗技术原位观察了根系的生长动态,减少了对植物根系生长的扰动,同时和根钻法相比也有很好的相关性。这种方法已经越来越多的应用到根系的原位观察实验中。由澳作公司自主研发的AZR-300复合根系生长动态监测系统就是一款的利用微根窗技术的根系原位观测系统。

该系统集扫描和摄像技术于一体,扫描模式下,一次扫描可以观察20cm深土层内根系生物量,1200dpi的分辨率完全可以满足观察大部分根系的需求。其摄像模式分辨率高达4800dpi,可对小至10um的根毛、菌丝做到清晰观察。这样就可以把直径小于2mm的细根也纳入测量范围内。

两种模式相结合大大提高了对根系生物量监测的准确性。该系统可以测量根长度、根直径、根面积、根总长、根总面积、根平均直径、根数量,统计根系生物量、细根寿命、细根周转率等。



同时,64 倍图像放大功能,用于观察植物根菌、真菌和土壤动物活动等。还配有紫外光源,用于区分活根和死根。



上一篇:根际激发对土壤有机碳氮矿化的调控

下一篇:利用AZR-300根系监测系统监测根系生长与土壤孔隙变化的关系