立体种植农田不同生育期及土壤水分的根系分布

分类：论文范文 发表时间：2021-05-08 09:20

　　摘要:在立体种植农田中，作物根系分布是影响作物间水肥竞争及利用效率的首要因素。针对滴灌条件下番茄套种玉米立体种植农田设置高(T1)、中(T2)、低(T3)3个土壤水分处理，研究不同水分处理对立体种植农田不同位置土壤含水率、作物根系分布的影响，探讨立体种植农田根系在不同生育期生长发育特征。结果显示:立体种植农田番茄侧土壤含水率平均值显著低于玉米侧，膜内土壤含水率明显高于膜外土壤含水率，膜内不同位置土壤含水率无明显差异;随着生育期的推进作物间根系呈“不交叉—轻度交叉—完全交叉—轻度交叉”规律;随着土壤含水率的增加根系总量呈增长趋势，在0～30cm的滴灌湿润区，作物根系分布最密集，约占总根系的60%～70%，且高水分处理根量显著大于低水分处理，根长密度、根表面积密度、根体积密度以及根重密度均呈现T1＞T2＞T3的趋势，而在非滴灌主要湿润区则正好相反;累积根系分布曲线分析显示随着土壤含水率增加根系向土壤下层生长，随着生育期推进根系向作物中间发展。立体种植农田作物在不同生育期根系分布变化明显，同时土壤水分对根系分布影响较大。

　　关键词:立体种植根系分布土壤水分累积根系分布曲线

　　引言

　　立体种植主要通过间作套种，在同一块土地上同时种植2种或2种以上的作物，是作物在时间和空间上的集约化［1－2］。立体种植在世界各地都有较大种植面 积［3］。然而立体种植农田不同作物之间存在水分、养分、光热等竞争，从而导致立体种植农田不同作物蒸散存在差异;而立体种植农田不同作物根系分布特征对于作物水肥竞争及利用效率起关键作用，水肥利用效率又间接影响了作物株高和叶面积。掌握立体种植农田根系分布特征对于明确作物间水肥竞争机理，提高立体种植农田水肥高效利用都具有重要意义。

　　1.材料与方法

　　1.1试验区情况

　　田间试验于2012年在内蒙古磴口县坝楞节水试验站(40°20'15''E，107°1'45''N，海拔高度2004m)进行。该地区光热资源丰富，全年日照时长达2190h，多年平均降水量为198mm，多 年 平 均 蒸 发 量 达2460mm，是典型的内陆干旱地区。试 验 田0～100cm内平均容重为1.50g/cm3，土壤质地为夹砂粘土，田间持水量为36.2%(体积含水率)。

　　1.2试验设计

　　供试作物为番茄(屯河48)和玉米(中地77) ，采用4行番茄套2行玉米的立体种植模式，滴头流量为2.4L/h，采用“一膜一管两行”的 滴 灌 灌 水 方式，具体见图1所示(图中数据单位为cm)。不同处理以及不同作物均设置独立阀门，并在阀门前安装水表(精度0.001m3)用以控制灌水量，共6个阀门及水 表。根 据 番 茄、玉米需水量不同，每 个 处 理 番茄、玉米灌水定额不同，试验过程玉米共滴灌9次，番茄滴灌6次，在当地灌水经验及往年灌溉试验基础上，设置了充分(T1)、轻亏(T2)、亏缺(T3)3种灌溉处理，每个处理设3个重复，具体见表1。

　　2.结果与分析

　　2.1滴灌与立体种植耦合作用下不同水分处理土壤水分分布特征

　　立体种植农田生育期内0～60cm平均土壤含水率分析显示(表2) ，在整个生育期内番茄侧土壤含水率(P1、P2、P3)明显高于玉米侧土壤含水率(P4、P5、P6) ，达到极显著差异(F=10.716，p=0.005) ，平均约大12.47%，这是由于番茄侧地上茎叶覆盖度大于玉米侧，导致番茄侧土壤蒸发减少，从而整个生育期番茄侧平均需水强度明显低于玉米侧，而正是由于番茄侧与玉米侧土壤含水率的差异为玉米根系扩展到番茄侧奠定了基础。对于均位于膜内的番茄 侧P2、P3位 置，和 玉 米 侧P5、P6位 置，尽管一个位于滴头下方，另一个位于作物茎秆下方，但由于两者间距小，而且地表均覆膜，故土壤含水率差异不显 著，其 中P2、P3方 差 显 示F=0.004，p=0.954，P5、P6方差显示F=0.567，p=0.493。覆膜明显提高了土壤含水率，P1、P4分别处于番茄与番茄未覆膜区，番茄与玉米未覆膜区，其平均含水率明显低于对应的覆膜区平均含水率，对应的未覆膜区含水率仅为覆膜区 含 水 率 的93%。可 见 番 茄 套 种玉米立体种植农田番茄侧土壤含水率高于玉米侧，覆膜区不同位置含水率无差异，未覆膜区含水率低于覆膜区含水率。

　　2.2不同生育期番茄玉米根系二维分布特征

　　立体种植农田区别于单作农田主要在于同一农田中有多种作物同时生长，作物利用水分和养分存在竞争关系，这种竞争关系主要受作物根系在不同时期分布 的 影 响。立体种植农田根系分布二维图(图3)显示，作物生长初期(6月6日)两种作物根系间相互不交叉，两种作物根量主要集中在约半径15cm的土体 内，该时期两作物生长基本无竞争关系。随着生长进入快速生长期(6月22日)根系出现小范围竞争状态，作物根系不断进行横向、垂向扩展，在两作物的中间地带根系间出现了少部分交叉现象，但主要根系仍集中在约半径20cm的土体内。在作物生长旺期(7月21日)作物耗水量大，作物根量已经达到最大阶段，同时根系进一步在横向和垂向扩展，两作物根系在横向继续相互渗透，呈现完全交叉现象，可见任何一侧两作物都会对水、肥产生相互竞争。而到了生长后期(8月20日) ，该时期番茄侧灌溉停止，地上生物量部分已凋萎，导致根系死亡数远大于新生数，根系趋于萎缩态势，而玉米该阶段由于需水量仍然较大，需要较多水分，故玉米根系主要向下层发展且明显增多。由此，根系生长交叉现象减少，最终导致不交叉。由试验可见，整个生育期立体种植农田两种作物根系生长的特征呈现“不交叉—轻度交叉—完全交叉—轻度交叉”过程。241农业机械学报2014年

　　3.结论

　　(1)立体种植农田不同作物侧及不同水分处理的土壤含水率呈显著差异。番茄侧含水率明显高于玉米侧含水率，平均高12.47%;番茄侧或玉米侧膜内不同位置土壤含水率无显著差异;两侧未覆膜区含水率约是覆膜区含水率的92%～93%，且存在显著差异;高灌溉定额处理平均土壤含水率高于低灌溉定额处理。

　　(2)立体种植农田不同生育期根系具有明显的交叉，分离变化规律，结果显示两作物根系在生育期呈现“不交 叉—轻 度 交 叉—完 全 交 叉—轻 度 交 叉”变化规律。根系横向比重分析显示立体种植根系中心靠近番茄侧，玉米根量大于番茄根量。

　　参考文献

　　1.王仰仁，李明思，康绍忠．立体种植条件下作物需水规律研究［J］．水利学报，2003(7) :90－95．WangYangren，LiMingsi，KangShaozhong．Efficientwateruseinstripintercroppingproduction［J］．JournalofHydraulicEngineering，2003(7) :90－95．(inChinese)

　　2.刘巽浩，高旺盛．集约持续农业工程技术［M］．郑州:河南科学技术出版社，2000．3ZhangFusuo，LiLong．Usingcompetitiveandfacilitativeinteractionsinintercroppingsystemsenhancescropproductivityandnutrient-useefficiency［J］．PlantandSoil，2003，248(1－2) :305－312．

　　李仙岳史海滨龚雪文彭遵远李祯闫建文

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