不同土壤水分条件下冬小麦根系生长及其与产量关系的试验研究

冬小麦根系对冬小麦生长发育和产量具有重要影响，土壤水分条件是影响小麦根系生长发育及分布的重要环境因子之一。干旱缺水是我国北方小麦生产发展的主要障碍，深入研究不同土壤水分条件下冬小麦根系生长、发育和分布特点及其与产量的关系具有重要的理论意义和实践意义。本项目将利用中国气象科学研究院固城生态环境与农业气象试验站的大型根剖面观测系统，开展不同土壤水分条件下冬小麦根系生长发育和分布及其与产量关系的观测试验研究。通过对不同试验小区进行土壤水分控制，同步观测土壤水分，土壤温度和背景气象条件的同时，利用微根管法、地下玻璃窗观测法和根钻取样法对小麦不同生长阶段根系生长状况及分布特征等进行动态观测。在此基础上，分析研究不同土壤水分条件下冬小麦不同生长阶段根系的发育、分布状况及其对最终产量的影响和机制，建立土壤水分条件、根系生长发育和分布及其与产量的定量关系，为制定冬小麦栽培管理和最佳节水措施提供科学依据。

利用中国气象局固城生态环境与农业气象试验站内的大型根系观测系统，采用微根管法，掘根法、玻璃窗法等，对冬小麦“济麦-22”的全生育期地上作物生长状况、地下根系生长状况、同期土壤水分、土壤温度、农田小气候等进行了为期3年的观测，并对土壤水分变化对冬小麦根系生长状况的影响如根长、根长密度、根重密度和根系粗度及在土壤中的分布状况等进行分析。结果表明：垂直方向上，随土壤深度的增加，小麦的根量(根长和根干重)呈减少分布型。重旱、轻中旱、适宜、偏湿四种处理的根长垂直分布与自然对照的相关系数分别为0.91、0.29、0.90、0.86，其中重旱与自然对照的相关性最好，轻中旱较差。土壤水分状况可以影响冬小麦根系的生长。土壤水分充足，有利于根系生长，使表层根系量增多，根干物质量增加；土壤水分亏缺，则相反。轻度干旱有利于中下层根系的延伸生长。冬小麦的根长密度与根重密度的相关系数呈显著的正相关关系，根系粗度随土壤深度的增加呈减少分布型。.分析了冬小麦在重度干旱胁迫（≤40%），轻中度干旱胁迫（40.1%～55%），适宜（55.1%～80%）三种水分处理条件下根系及地上生物量对水分胁迫的响应。旨在探索水分胁迫对华北平原冬小麦产量的影响。结果表明：（1）重度干旱胁迫下小麦根系生长受限制，根长降低，对根干重影响较大。轻中度干旱胁迫有利于根系的生长。（2）轻中度干旱胁迫和重度干旱胁迫缩短全生育期的天数，株高、叶面积及灌浆速率均出现不同程度的减少。（3）土壤水分胁迫引起冬小麦物质分配更多地向支持生长的茎秆转移，重度胁迫产量为适宜条件的69% 。.项目组同时利用河北固城生态环境与农业气象试验站和辽宁锦州生态与农业气象试验基地的大型根系观测系统分别针对玉米蠡玉16和丹玉39在控水条件下的地上和地下部分进行了观测，并分析了玉米全生长期的根系分布特征，不同水分下玉米的根系生长发育特征；同时基于作物模型CERES-Maize的生育期模块、地上生长模块和根系生长模块，结合光合作用水分胁迫，模拟了辽宁锦州不同土壤湿度条件下玉米根系的生长分布特征。.为准确获取通过微根管法获取根系观测图像的根参数，项目组基于形态学和距离变换的根系图像交叉的分离，在Matlab的基础上建立了一套根系图像拼接、根系提取分析系统，目前已经申请国家软件著作权专利（审查中）。