全 文 ：第 10卷 第 4期
2 0 0 2年 1 2月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agricuhure
Vol，1O No，4
Dec．， 2002
高梁、谷子根系发育及其抗旱性研究
裴 冬 张喜英 王 峻
(中国科学院石家庄农业现代化研究所 石家庄 050021)(中国农村技术开发中心 北京 100045)
摘 要 试验结果显示，干旱条件下高粱、谷子根系发育显著增强，平均单位地上部分干物质量所具有的根长分别
达到 8m／g和 1lm／g，对 0～100cm土层土壤水的利用能力可达到凋萎湿度。谷子、高粱主要生理指标光合速率、气
孔阻力和叶水势对土壤水分降低的反应并不明显，尤其是高粱，在所试根层土壤水分范围内(14％～30％体积土壤
含水量)这些生理指标基本维持恒定，具有较强的耐旱性和抗旱性。
关键词 高粱 谷 子 根 系 生理 指标 抗 旱性
Study Oil root system development and drought resistance of sorghum and milet．PEI Dong，ZHANG Xi—Ying(Shijiazhuang
Institute of Agricultural Modernization，Chinese Academy of Sciences，Shijiazhuang 050021)，WANG Jun(Chinese Country
Technology Exploring Center，Beijing 100045)，CJEA，2002，10(4)：28～30
Abstract A experiment was made to study root system development and drought resistance of sorghum and milet，The
results showed that rot system of sorghum and milet was enhanced evidently under drought conditions．The average ro t
length of dry biomass of sorghum on the ground was 8m／g，and that of millet was 1lm／g．Their ability tO utilize soil water
in the depth of 0～ 100cm was significant，near the wilting point，Such main physiology indexes as photosynthetic rate，
stomatal resistance and leaf moisture potential did not act obviously tO the decreasing soil moisture．The indexes of sot—
ghum could even keep stable in its experiment moisture range(14％～30％ of soil volumetric water content)，so sorghum
has more drought tolerance and resistance than milet．
Key words Sorghum，Milet，Rot system，Physiology index，Drought resistance
高粱、谷子具有适应性广、耐旱耐瘠薄、抗逆性强的特点，在旱情严重的丘陵山区发展高梁和谷子十分重
要。高粱、谷子的这些生态特征与其发达的根系系统有关，Kramer P．J．认为具有深的分布广和分枝多的根
系如高粱是抗旱植物的一个主要特征 ，纵深发达的根系系统可使植物充分吸收利用贮存在土壤中的水分 ，
使植物渡过干旱期；Blum A．等研究发现高粱杂种优势中根系表现与地上部分表现一致 ，主要特征是生长速
度快，根长长，根系所占的土壤体积大 ¨；同时耐旱性和抗旱性强的作物与非抗旱作物地上部分一些生理指
标如气孔阻力、叶水势对土壤水分亏缺反应也有区别 ，如高粱在完全达到凋萎前其细胞壁具有伸缩性 ，可
以调节失水速率，延长生长期 ，耐旱和抗旱作物这些生理特征可作为选育耐旱和抗旱植物品种的依据。为
此，试验研究了高粱、谷子在干旱条件下根系发育特点和一些生理过程如光合速率、气孔阻力、叶水势对土壤
水分亏缺的反应，为实施节水农业提供理论依据。
1 试验材料与方法
试验于 1997年在中国科学院太行山生态农业系统试验站(以下简称太行山站)和 1997～1998年在中国
科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称栾城站)进行，生长于太行山站的高粱和谷子完全旱作 ，土壤瘠
薄；栾城站的高粱和谷子分为灌水和旱作处理，土壤条件良好。1997年为大田试验 ，1998年为测坑试验，测
坑面积4n12，测坑之间用 1．2m水泥墙隔开，主要测定项 目包括根系、土壤含水量和光合速率、气孔阻力、叶
水势等作物生理指标。根系测定用根钻在作物行上和行间分别取样，根钻直径 7cm，每 10cm土层为 1个样
本，取回的土样用0．05ram土壤筛冲洗净后捡出死根和杂质，用截线法测定根长，称其鲜物质量，烘干后称其
干物质量，土壤含水量分别用中子仪(在栾城站)和土钻(太行山站)测定。在栾城站对不同水分处理的高粱和
谷子分别用ZLZ5型植物水分仪、MK3气孔计和 CI一301CO2分析仪测定其叶片水势、气孔阻力和光合速率，
*中国科学院知识创新工程项 目“精准种植技术体系集成平台建设与示范”与国家自然科学基金项 目共同资助
收稿日期：2001-1卜06 改回日期：2001-12-06
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第 4期 裴 冬等：高梁、谷子根系发育及其抗旱性研究 29
测定叶片位置为最上部完全展开叶片，每处理每次测定 3～5片。
2 结果与分析
2．1 干旱对高粱、谷子根系生长的影响
干旱条件下一般作物根
系生长相对增加，以提高根
系吸收土壤水分的能力，最
终减轻水分胁迫对其生长的
影响，高粱和谷子充分供水 量
与旱作处理根长密度在土壤 鐾
中分布的差异见图 1，旱作 ．H
高粱每层次根长密度均大于 一
充分供水处理；旱作谷子上
层土壤 中根长密 度较小 ，而
根长密度／cm·cln。
0．0 0．1 0．2 0．3 0．4 0 5 0 6
E
恻
聪
曩c
州
根长密度 ／cm·cm。
0．0 0．2 0 4 0．6 0．8 I．0
图 1 不同水分处理高粱(a)和谷子(b)根长密度在土壤中分布
中下层土壤中根长密度大于 Fig．1 Roots length density of sorghum(a)and milet(b)under diferent water conditions
充分供水处理，表明干旱条件下高粱、谷子深层根系生长增加，以利于根系吸收贮存于深层土壤的水分，减轻
干旱的威胁。高粱、谷子收获时灌水与不灌水土壤含水量剖面变化见图2，对深层土壤水分的利用不灌水处
理远大于灌水处理。旱作高粱(8．2m／g)和谷子(11．4m／g)收获时单位干物质量地上部分所具有的根长(根
0 50 IOO I5O 2删
土壤深度／cm
图 2 不同水分处理高粱与谷子收获时
土壤含水量剖面变化(1998。栾城站)
Fig．2 Water content changes in soil profile
of sorghum and millet under different
water conditions when harvesting
喇
*
缸
喇
岫1
曩c
州
0 2O 4O 6O 80 l00
土壤深度／cm
图 3 高粱与谷子收获时的土壤重量
含水量(1997。太行山站)
Fig．3 Soil water contents of sorghum and
milet when harvesting
长比)大于非旱作处理的高粱
(6．22m／g)和谷子(8．93m／g)，
表明干旱使作物根系生长相对
增加。旱作高粱和谷子的根长
比均 比夏 玉米和冬小 麦大 ，收
获时夏玉米和冬小麦根长比分
别为 4m／g和 8m／g左右(栾城
站)，且干旱高粱和谷子对土壤
水分的利用大于夏玉米和冬小
麦，收获 时旱作 高粱和谷 子
80cm以上土层 土壤 平均 重量
含水量在 4．5％～5．5％(见 图
3)，且对该土层水分的利用能
力达到 土壤凋萎 湿度极 限，故
在 1997年河北省发生 40年不遇的严重伏旱期间高粱和谷子均有一定的收成(高粱产量 1534．5kg／hm2，谷
子产量 1345．5kg／hm ，而同样生长条件下玉米颗粒无收，充分表明高粱和谷子比玉米耐旱性和抗旱性强，其
发达的根 系是基础 。
2．2 高粱与谷子气孔阻力、光合速率、叶水势对土壤水分的反应
作物在土壤一作物一大气连续体中居于中心地位，作物是否遭受水分胁迫可通过作物体 自身特性反映出
来，而水分胁迫对作物生理过程和产量影响十分复杂，与作物产量直接有关有生长、发育、光合、呼吸、蒸腾、
运输等指标⋯，其中生长对缺水最敏感 ，轻度水分亏缺能影响叶片扩张生长，但并不影响叶片气孔开放。对
光合速率的影响尚不明显，在所试根层(0～80cm)土壤体积含水量为 14％～30％范围内(见图4)，不同水分
处理的高粱光合速率基本相等(可以说是等效的)，这与张权中等 研究结论相一致。谷子除最低含水量处
理的光合速率略低外，其他处理光合速率基本无差异，气孔阻力的表现与光合速率基本一致(见图5)。这 2
种作物的叶水势比气孔阻力和光合速率对土壤水分的反应敏感程度低，土壤含水量低时 2种作物叶水势也
低(见图6)，尤其是谷子更明显，但较高土壤含水量下 2种作物的叶水势基本维持稳定。这表明高粱、谷子
主要生理指标对土壤水分均有明显的阈值反应，当土壤含水量在一定范围内时土壤水分的变化对气孔阻力、
光合速率、叶水势无明显影响。 ．
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20
J0
0
9：00 13：00 1 7：00 9：00 13：00 l 7：00 9：00 I 3：00 l 7：00 9：00 l3：00 l 7：00
07 3 1 08 0 l 08-02 08-03
日 期(月一日)
图4 高粱(a)与谷子(b)光合速率随土壤水分的变化
(土壤体积含水量 14％～30％，1998，栾城站)
Fig．4 Photosynthetic rate changes of sorghum and milet
with soil water contents(under 14％ ～30％ of soil
volumetric water contents，1998，Luancheng station)
3 小 结
高粱和谷子的抗旱性与其发达的根系有关，且其地
上部分生理指标如光合速率、气孔阻力、叶水势能适应
土壤水分在一定范围内的变动，适度水分亏缺对其产量
不会造成明显影响，即使在严重水分亏缺下，也能保证
一 定产量，因此在水资源严重短缺的干旱和半干旱地区
应大力发展耐旱和抗旱的高粱、谷子。
参 考 文 献
1 山 仑，徐 萌．节水农业及其生理生态基础．应用生态学报，
1991，2(1)：70～76
8
6
采
岛 4
2
0
9：00 1I：o0 I 3：00 5 00 l 7：00 9：00 II o0 13 o0 15
． OO I7 o0
08。01 08·02
日 期(月·日)
图 5 高粱(a)与谷子(b)气孔阻力随土壤水分的变化
(土壤体积含水量在 14％～30％ ，1998，栾城站)
Fig．5 Stomatal resistance changes of sorghum and millet
with soil water contents(under 14％～30％ of soil
volumetric water contents，1998，Luancheng station)
9：00 13：00 1 7：00 9：00 13：00 l7：00 9：00 l3：00 1 7。00
07-3l 08-0l 08-02
日期(月·日)
2 张权中等·水分胁迫对高粱和糜子幼苗光合作用及水分利用效 图 6 高粱(a)与谷子(b)叶水势随土壤水分的变化
率的影响·华北农学报,1990，5(增刊)： 00～ 05 (土壤体积含水量 14％～30％
，1998，栾城站 )
3 Kramer P．J．Plant and soil water relationship：A modam synthesis． ⋯ ． ．． ． ， ． ．
McGraw HiI1．New Y。rk：NY．1969
Fig．0 Leat mo sture potent al changes ot sorghum and
4 Blum A Genotyptlc responses in sorghum to drought stress：1． milet with soil water contents under 14 of soil ( ％～30％
Response to s0il moisture streSs．Cmp Sci．，1974a，14：361～364 Volumetr c water contents，1998’Luancheng stat on)
5 Blum A．Genotyptic responses in sorghum to drought stres：2．Leaf tisue water relations．Crop Sci．，1974b，14：691～692
6 Blum A．Jordan W．R．，Arkin G．F．Sorghum root morphogenesis and growth：2．Manifestation of heterosis．Crop Sci．，1977．17：153
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