全 文 ：第 30卷第4期
2012年 7月 干 旱 地 区 农 业 研 究Agricultural Research in the Arid Areas Vol.30No.4Jul.2012
　
收稿日期:2011-10-23
基金项目:公益性行业(农业)科研专项经费资助(编号:201003053)
作者简介:宋晋辉(1978—),女 ,河北安国人 ,硕士 ,讲师 ,主要从事作物与微生物生态研究。
通讯作者:张立峰 , E-mail:zlf@mail.hebau.edu.cn。
裸燕麦根系体积与表面积的变化特征
宋晋辉1 , 2 ,郭　江1 ,李龙江3 ,张立峰2 ,王宏伟3
(1.河北北方学院农科系 , 河北张家口 075000;2.河北农业大学农学院 , 河北保定 071001;
3.张家口农业局 , 河北 张家口 075000)
　　摘　要:以品五(晚熟品种)和坝莜一号(早熟品种)两个裸燕麦(莜麦)品种为试验材料 , 对其不同时期的根系
体积和根系表面积的变化动态进行了研究。结果表明:裸燕麦两个品种中后期根系总体积的变化趋势基本一致 ,
大致可分为:拔节期到抽穗开花期的快速增长阶段 、抽穗开花期至开花后 10 ～ 26 d的显著下降阶段 、开花后 10 ～ 26
d 至成熟期的缓慢上升阶段。通过对裸燕麦不同时期分层根系体积和表面积的分析 , 30～ 90 cm 土层中根系的继续
增长导致其生育后期根系表现回升性增长特性。裸燕麦晚熟品种生育中后期根系体积 、根表面积 、根系干重等性状
间呈极显著正相关;早熟品种除根系干重与根系表面积之间相关不显著外 ,其他各性状之间均呈极显著正相关关系。
关键词:裸燕麦;根系体积;根系表面积;相关性
中图分类号:S512.6　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7601(2012)04-0133-06
　　随着对于作物生产潜力的开发和作物抗逆栽培
生理研究的不断深入 ,作物根系的探索已成为近年
来作物学中较为活跃的领域[ 1-4] 。国内外有关小
麦 、玉米 、水稻 、大豆等作物根系的研究已经很多 ,对
其在土体中的分布 、生物量 、根系活力 、根系功能 、地
下部与地上部的关系以及根系对外界环境条件的反
应等方面都做了比较深入系统的研究[ 5-18] ,但对喜
凉作物裸燕麦根系的研究却很少。作者之前已对裸
燕麦(莜麦)根系干重和全氮含量的变化[ 19]及根冠关
系[ 20]作过报道。本研究针对裸燕麦根系体积和根系
表面积等根部性状及它们之间的相关关系进行了研
究 ,以期为区域裸燕麦的高效生产提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　试验条件
试验在河北省张北县河北农业大学张北实验站
进行 ,选择两类裸燕麦品种为供试材料:晚熟品种品
五和早熟品种坝莜一号;供试土壤为砂质栗钙土。
1.2　试验方法与测定项目
本试验采用根袋种植 ,袋直径20 cm ,高 100 cm ,
袋装过筛的试验地 0 ～ 25 cm 土层的土壤。于 2003
年5月 25日将裸燕麦种植于根袋内 ,整个生育期不
施肥料 ,但保证水分供给 。于三叶期前后间苗 ,每袋
留苗 15株 。播后 46 d 开始取样 ,每隔 5 d取样一
次 ,每次取 3袋作为 3个重复。在近地表处将植株
剪断 ,分为根 、冠两部分。根系部分每 10 cm分为一
层 ,经过浸泡 、筛洗与清检等步骤 ,将净根在 80℃烘
箱中烘至恒重 ,采用排水法[ 21]测定分层根系的体
积 ,采用重差计法测定根系表面积[ 22] 。
1.3　数据分析与处理
试验数据采用 Excel2007进行处理。
2　结果与分析
2.1　裸燕麦根系总体积与根表面积的变化
裸燕麦两个品种中后期 15株根系总体积和总
根表面积的变化见图 1 、图 2。由图 1 可以看出:早
熟品种坝莜一号的根系体积于开花期(7月24日)达
最大值40.0 mL/15株;之后根系体积迅速下降 ,于开
花后 26 d(8月19日)降至最低 32.0 mL/15株;之后
至成熟 ,根系体积呈上升趋势 ,从 32.0 mL/15株上
升至 34.5 mL/15株 ,平均每天增加 0.3 mL/15 株。
晚熟品种品五在抽穗开花期(7月30日)完成快速增
长 ,为46.0 mL/15株;之后至开花后 10 d(8月 9日)
根系体积快速下降 ,从 46.0 mL/15株下降到 36.5
mL/15株 ,为最低值;开花后 10 d直至成熟 ,根系体
积呈波动性微增长 ,变幅不大 ,从 36.5 mL/15株上
升到 38.5 mL/15株。
以上分析表明 ,裸燕麦两个品种中后期根系总
体积的变化趋势基本一致 ,大致可分为:拔节期到抽
穗开花期的快速增长阶段 、抽穗开花期至开花后 10
～ 26 d的显著下降阶段 、开花后 10 ～ 26 d至成熟期
的缓慢上升阶段。其中早熟品种成熟期的根系体积
为开花期的 86.3%, 为开花后 26 d 最低值的
107.8%;晚熟品种成熟期的根系体积为抽穗期的
83.7%,为开花后 10 d 最低值的 105.5%。裸燕麦
生育后期根系体积呈上升趋势 ,这与作者之前所报
道的裸燕麦根系干重的变化相一致 ,也进一步证明
了裸燕麦生育后期根系的回升性增长特性。
图 1　不同裸燕麦品种中后期根系总体积的变化
Fig.1　Changes of the root volume during mid-late
period in two naked oat varieties
裸燕麦根表面积变化如图 2。晚熟品种品五中
后期根系表面积的变化与根系体积的变化趋势基本
一致:抽穗期(7月 30日)之前快速增长 ,抽穗期至
开花后10 d(8 月 9日)根系表面积急剧下降 ,之后
至成熟根系表面积波动性上升。成熟期根系表面积
为抽穗期的 91.5%,为开花后 10 d(8 月 9 日)的
121.59%。早熟品种坝莜一号的根系表面积于抽穗
期(7月 20日)达到最大值 ,之后有所下降;至成熟 ,
根系表面积呈波动性增长趋势。分析表明 ,裸燕麦
灌浆至成熟期根系体积与表面积均呈回升性增长趋
势 ,这有利于提高籽粒的充实度 ,从而提高产量 。
图 2　不同裸燕麦品种中后期根系总表面积的变化
Fig.2　Changes of the root surface area during
mid-late period in two naked oat varieties
2.2　裸燕麦不同时期根系体积与表面积的空间变化
两品种不同时期根系体积的空间变化如图 3 、
图 4。
图 3　品五不同时期不同土层根系体积的变化
Fig.3　Changes of the root volume in different soil layer during mid-late period of Pin-5
　　由图 3 、4看出 ,尽管不同裸燕麦品种中后期的
根系体积在总量上存在差别 ,但各时期不同土层的
根系体积分布特征基本一致 ,0 ～ 10 cm 最大 , 0 ～ 70
cm 土层内根系体积均随土层深度的增加而逐渐减
少 ,70 cm 以下根系体积有所上升 。此结果与大田
自然状态下的根系分布会有差异 ,上下质地一致的
土体与封底的根袋影响根系分布 。但造成后期 70
cm以下根系体积增加的原因并不是根袋造成的 ,而
是莜麦后期发根所致。
由表 1可以看出 ,晚熟品种品五 0 ～ 30 cm与 30
～ 90 cm 土层的根系体积均于抽穗期(7月 30日)达
到最大 ,分别为 30.0 、16.0 mL/15 株。之后直至成
134　　　　　　　　　　　　　　　　　　　干旱地区农业研究　　 　　　　　　　　　　　　　第 30卷
熟 ,0 ～ 30 cm 土层的根系体积不断下降 ,由 30.0
mL/15株降至23.5 mL/15株 ,所占比例由 65.2%降
至61.0%。30 ～ 90 cm 土层的根系体积从抽穗期至
灌浆初期(8月 9日)略有下降 ,由 16.0 mL/15 株降
至13.5 mL/15 株 , 但所占比例却由 34.8%升至
37.0%;之后根系体积由 13.5 mL/15 株升至15.0
mL/15株 ,所占比例由 37.0%升至 39.0%。早熟品
种坝莜一号 0 ～ 30 cm 土层内的根系体积于 7月 30
日达到最大 23.5 mL/15株 ,之后持续下降 ,由 23.5
mL/15株下降至 19.0 mL/15株;30 ～ 90 cm 土层的
根系体积变化较为平稳 。
图4　坝莜一号不同时期不同土层根系体积的变化
Fig.4　Changes of the root volume in different soil layer during mid-late period of Bayou-1
表 1　裸燕麦不同时期不同土层的根系体积(mL/15 株)
Table 1　Root volume in different soil layer during growth period of naked oat
品种
Variety
土层
(cm)
Soil
layer
07-09
体积
Volume
比例
(%)
Percentage
07-19
体积
Volume
比例
(%)
Percentage
07-30
体积
Volume
比例
(%)
Percentage
08-09
体积
Volume
比例
(%)
Percentage
08-19
体积
Volume
比例
(%)
Percentage
08-31
体积
Volume
比例
(%)
Percentage
09-09
体积
Volume
比例
(%)
Percentage
品五
Pin-5
坝莜一号
Bayou-1
0～ 30 18.0 64.3 23.0 64.8 30.0 65.2 23.0 63.0 26.5 64.6 25.0 64.1 23.5 61.0
30～ 90 10.0 35.7 12.5 35.2 16.0 34.8 13.5 37.0 14.5 35.4 14.0 35.9 15.0 39.0
0～ 30 15.0 52.6 22.0 58.7 23.5 61.8 21.0 58.3 19.0 59.4 19.0 55.1
30～ 90 13.5 47.4 15.5 41.3 14.5 38.2 15.0 41.7 13.0 40.6 15.5 44.9
　　综合图 3 、4与表 1 可以看出 ,晚熟品种 0 ～ 30
cm 土层内的根系体积明显高于早熟品种 ,晚熟品种
该层的根系体积平均为 24.14 mL/15株 ,所占比例
平均为 63.86%;早熟品种根系体积平均为 19.92
mL/15株 ,所占比例平均为57.65%。30 cm以下的根
系体积差异不大 ,晚熟品种平均为 13.64 mL/15株 ,
早熟品种为 14.50 mL/15株 。分析表明 ,晚熟品种
的根量多于早熟品种主要是因为 0 ～ 30 cm 土层内
根量的差异。
由图 5 、6可以看出:裸燕麦两个品种生育中后
期根系表面积的时空变化与根系体积基本一致 ,均
为0 ～ 10 cm 最大 , 0 ～ 80 cm土层内随层次加深 ,根
系表面积递减;80 ～ 90 cm 土层内根系表面积略有上
升。从图还可以看出 ,0 ～ 30 cm根系表面积下降较
快 ,30 ～ 90 cm根系表面积变化很小。
由表 2可以看出 ,晚熟品种中后期 0 ～ 30 cm 土
层的根系表面积平均为 44.47 g/15株 ,明显大于早
熟品种 36.54 g/15株;30 cm 以下则差异不大 ,晚熟
品种平均为 25.28 g/15株 ,早熟品种平均为 23.74
g/15株 。这与根系体积的分布趋势一致 ,进一步说
明晚熟品种的根量多于早熟品种 ,主要是由于 0 ～
30 cm土层内根量的差异所造成的 。
以上分析表明 ,无论是早熟品种还是晚熟品种 ,
裸燕麦 0 ～ 30 cm土层内的根系表面积变化幅度都
较30 ～ 90 cm 大 ,且随生育进程 ,根系逐渐向下扩
展 ,下层比例逐渐增加 ,上层比例逐渐减少 。此外 ,
灌浆初期至成熟期 ,30 ～ 90 cm土层的根系表面积比
0 ～ 30 cm土层上升幅度大 ,说明生育后期深层根系
135第 4期　　　　　 　　　宋晋辉等:裸燕麦根系体积与表面积的变化特征
对裸燕麦的产量提高起着更为重要的作用。
图 5　品五中后期不同土层根系表面积的变化
Fig.5　Changes of the root surface area in different soil layer during mid-late period of Pin-5
图6　坝莜一号中后期不同土层根系表面积的变化
Fig.6　Changes of the root surface area in different soil layer during mid-late period of Bayou-1
表 2　裸燕麦不同时期不同土层的根系表面积
Table 2　Root surface area in different soil layer during growing period of naked oat
品种
Variety
土层(cm)
Layer
根系表面积 Root surface area(g/15株)
07-09 07-19 07-30 08-09 08-19 08-31 09-09
品五
Pin-5
坝莜一号
Bayou-1
0～ 30 32.58 36.49 59.43 40.58 45.49 45.63 51.07
30～ 90 18.58 26.41 28.62 25.69 21.93 26.23 29.51
0～ 30 24.99 42.79 43.98 35.25 36.44 35.81
30～ 90 19.54 24.11 23.46 21.72 22.96 30.65
2.3　根系干重 、根系体积与根系表面积的相关性
由表 3可以看出 ,裸燕麦晚熟品种品五生育中
后期根部各性状之间均呈极显著正相关关系 ,相关
系数变化在 0.7862 ～ 0.8858之间;裸燕麦早熟品种
坝莜一号中后期根部各性状之间除根系干重与根系
表面积之间相关不显著外 ,其他各性状之间均呈极
显著正相关关系 ,相关系数为 0.8174和 0.7475。比
较表 3不同生育时期根系干重 、根系体积与根系表
面积的相关性可以看出 ,不同裸燕麦品种生育中期
的相关性大于后期的相关性 。
136　　　　　　　　　　　　　　　　　　　干旱地区农业研究　　 　　　　　　　　　　　　　第 30卷
表 3　裸燕麦中后期根部性状的相关性
Table 3　Correlation between root characters during mid-late growth period of naked oat
生育时期
Growth
period
性状
Characters
品五 Pin-5
根系干重
Root dry weight
根系体积
Root volume
根系表面积
Root surface area
坝莜一号 Bayou-1
根系干重
Root dry weight
根系体积
Root volume
根系表面积
Root surface area
中后期
Mid-late period
(07-09～
09-09)
根系干重
Root dry weight
1.0000 1.0000
根系体积
Root volume
0.8858＊＊ 1.0000 0.8174＊＊ 1.0000
根系表面积
Root surface area
0.8329＊＊ 0.7862＊＊ 1.0000 0.4534 0.7475＊＊ 1.0000
中期
Middle period
(07-09～
08-04)
根系干重
Root dry weight
1.0000 1.0000
根系体积
Root volume
0.9424＊＊ 1.0000 0.8174＊＊ 1.0000
根系表面积
Root surface area
0.9526＊＊ 0.9418＊＊ 1.0000 0.4534 0.7475＊＊ 1.0000
后期
Late period
(08-05～
09-09)
根系干重
Root dry weight
1.0000 1.0000
根系体积
Root volume
0.2506 1.0000 0.6484 1.0000
根系表面积
Root surface area
0.3013 -0.2035 1.0000 0.0615 0.2638 1.0000
　　注:＊表示在 0.05水平上显著相关 , ＊＊表示在 0.01水平上显著相关。
Note:＊ and ＊＊mean signifi cant correlation at 0.05 and 0.01levels respect ively.
3　讨　论
作物生育后期根量的减少标志着生长势的降低
和干物质向繁殖器官转移[ 2] 。本研究表明 ,裸燕麦
两个品种灌浆以后根系体积和表面积表现为 0 ～ 30
cm 土层的根量减少 ,30 ～ 90 cm 土层的根量增加 ,根
系总体积与表面积呈现不同程度的回升性增长 ,与
根系干重的变化趋势一致[ 19] 。牛瑞明等[ 23]发现裸
燕麦生育后期具有持续发根特性 ,灌浆以后 0 ～ 40
cm 土层内的根量显著增加 , 60 cm 以下根量缓慢减
少 ,即裸燕麦生育后期是由于发新根而引起根量的
持续增加。可以判定 ,裸燕麦生育后期根系具有增
重特征。究竟何种原因或条件决定了不同根层的生
育习性尚有待深入研究。
作物根系的时空分布影响着对环境资源的利用
状况。本研究表明裸燕麦根系的空间分布 ,具有上
层根系比例大 、下层根系比例小的特征 , 0 ～ 30 cm
土层内根系体积所占比例早熟品种平均为57.65%,
晚熟品种为 63.86%。华北高寒区的土壤土层较
薄 ,40 ～ 60 cm以下土层以砂砾为主 ,养分含量很低 ,
而且地下水位很深 ,作物生育期间所需水分均为自
然降水 。鉴于这种特殊的生态条件 ,表层根系所占
比例越大 ,越有利于对湿季大气降水和表层土壤养
分的利用 。由此 ,相比较而言 ,晚熟品种(品五)的根
系在不同土层中的分布更有利于高产。
从根系的时间分布上来看 ,本研究发现莜麦裸
燕麦生育后期 0 ～ 30 cm土层中的根量减少 ,根系表
面积与根系体积也有所下降 ,而 30 ～ 90 cm 土层中
的根量 、根系表面积及根系体积却有所增加。可见
生育后期深层根系的继续增长 ,对于裸燕麦提高华
北高寒半干旱区湿季的降水利用 、促进籽粒与后期
茎叶的干物质积累起着决定作用 ,这与前人的研究
结果一致[ 23] 。戴俊英等[ 24-26]的研究也表明 ,耕层
以下土层中的根系 ,其量虽少 ,但对于吸收和利用下
层土壤中养分 、水分起着重要的作用 。耕层以下土
层中的根系 ,不但在苗期起着主导作用 ,而且在生育
后期亦能配合上层根系发挥作用 。但在坝上地区华
北高寒区土层薄 、地下水位低的条件下 ,发展下层根
系是有一定难度的。在生产中 ,通过增加耕层厚度
与采取深层施肥补水等措施 ,充分发挥后期深层根
系的生理功能 ,对莜麦裸燕麦增产有重要的意义 。
4　结　论
裸燕麦生育后期根系的体积 、根表面积均具有
回升性增长特性。裸燕麦根系主要集中分布在 0 ～
30 cm 土层 ,早熟品种根系体积所占比例较低 , 为
57.65%,晚熟品种为 63.86%。裸燕麦生育后期 0
～ 30 cm 土层内的根系体积与根表面积有下降趋
势 ,而 30 ～ 90 cm 土层内的根系体积与根表面积表
现增加 ,30 ～ 90 cm 土层中根系的继续增长导致了裸
137第 4期　　　　　 　　　宋晋辉等:裸燕麦根系体积与表面积的变化特征
燕麦生育后期根系的回升性增长。裸燕麦晚熟品种
生育中后期根系体积 、根表面积 、根系干重等性状间
呈极显著正相关;早熟品种根系体积与根表面积 、根
系体积与根系干重性状间呈极显著正相关。
由于根袋内土体上下质地一致及根袋封底原
因 ,故本试验中根系的整体分布会与大田自然状态
下的根系分布有差异 ,但裸燕麦后期根系回升性增
长的特性不受试验条件的影响 ,究竟何种原因或条
件决定了不同根层的生育习性尚有待深入研究。
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Characteristics of the variation of root volume and root surface area of naked oat
SONG Jin-hui1 ,2 , GUO Jiang1 , LI Long-jiang3 , ZHANG Li-feng2 , WANG Hong-wei3
(1.Department of Agronomic Science , Hebei North University , Zhangjiakou 071000 , China ;
2.College of Agronomy , Agricultural University of Hebei , Baoding 071001;
3.Zhangjiakou Agricultural Bureau , Zhangjiakou 071000 , China)
　　Abstract:The variation of the root volume and root surface area at different growth stages was studied with two
naked oat varieties , Pin-5(late maturity)and Bayou-1(early maturity).The results showed that the changes of root
volume of early and late maturity varieties were similar.It could be divided into three stages , including rapidly increasing
stage (from jointing period to heading and flowering period), slowly declining stage(from heading and flowering period to
grain filling period), and slowly rising stage (from grain filling period to mature period).Research on the root volume
and root surface area of different soil layers showed that continued growth of root in 30 ～ 90 cm soil layer caused root sur-
face area and root volume to increase slowly after grain filling.In the mid-late period of the late maturity of naked oats ,
there were extremely significant positive correlations between root volume , root surface area and root dry weight , etc.The
traits of early maturity of naked oats displayed significant positive correlations except root dry and root surface area in the
mid-late period.
Keywords:naked oat;root volume;root surface area
138　　　　　　　　　　　　　　　　　　　干旱地区农业研究　　 　　　　　　　　　　　　　第 30卷