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第26卷 第5期 作　物　学　报 V ol. 26, N o. 5
2000 年9月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA Sep. , 2000
砂姜黑土玉米根系生长发育动态研究X
杨青华　高尔明　马新明
(河南农业大学农学院, 河南郑州, 450002)
提　要　采取盆栽与大田试验相结合的方法, 研究了砂姜黑土玉米根系生长发育的动态变化。结果表
明: 玉米单株根系干重及活力在吐丝后15 d 达到最大, 而后逐渐降低, 根系总长度及干重最大日增量
在大喇叭口～ 吐丝阶段; 不同类型根系及不同层次节根长度、干重和活力动态变化趋势不同, 层位愈
高, 根系长度、干重及活力愈大, 且增降幅度愈强, 在整个单株根系中, 气生根占主导地位。玉米根系
78% 以上集中于0～ 20 cm 土层中, 由上而下, 根系分布逐渐减少; 随着玉米的生长发育, 土壤上层根
系衰减较快, 下层根系略有增加。
关键词　砂姜黑土; 玉米; 根系; 生长规律
Study on Growing D ynam ic of M a ize Root System in Sha jiang Black So il
YAN G Q ing2H ua　GAO E r2M ing　M A X in2M ing
(College of A g ronom y , H enan A g ricultural U niversity , H enan Z hengzhou, 450002)
Abstract　W ith the field and po t experim en ts, the dynam ic grow th of m aize roo ts w as studied,
and the result show ed that the m ax im um increased daily of the to tal length and dry w eigh t of
roo ts per p lan t w ere from big mouth stage to silk ing stage, the dry w eigh t and activity of roo ts
cam e to m ax im um value at 15 days after silk ing stage and declined gradually thereafter. T he
differen t roo t types and nodepositionsw ere in differen t trend in length, dry w eigh t and activity:
the layer the h igher, the length, dry w eigh t and activity the longer, morew eigh t and stronger,
and their changesw eremore in tensity, in the differen t roo t types, the aerial roo ts p lays a leading
ro le in m aize grow th later period. A bout 78% roo ts of the m aize p lan t w ere distributed in 0～ 20
cm so il layer, by the grow th of m aize, the upper roo tsw ere decline and fall faster, and the low er
roo t w ere increased sm aller than o ther layer of roo ts.
Key words　Shajiang B lack So il; M aize; Roo t system ; Grow th and developm en t
砂姜黑土是黄淮海平原三大低产土壤类型之一, 面积约267万 hm 2, 其中, 河南省125万
hm 2, 占全省耕地面积的17. 9% , 主要集中在豫东南地区[ 1 ]。该区地势平坦, 土层深厚, 光、
热、水等自然资源比较丰富, 具有适宜玉米等作物生长发育的有利条件, 生产潜力很大。但
长期以来, 由于对玉米高产理论和关键技术等缺乏系统深入的研究, 加之旱、涝灾害频繁,
土质粘重等自然因素的影响, 没有形成与之相适应的高产技术体系, 致使该区玉米产量生产
水平一直较低。根系的重要性早已为人所知, 20世纪30年代J. E. W eaver 指出: “要科学地理
解作物生产, 就必须全面地认识作物根系的生长发育、根群分布、不同生育时期根系吸收水
X 国家科委、农业部“九五”科技攻关项目的部分内容
收稿日期: 1999205224, 接受日期: 1999212231

分和养分的活力以及不同环境下根系的变化”。对玉米根系的研究前人已作了不少工作, 20
世纪70年代以来, 在根系生长、根系活力与地上部的关系[ 2～ 5 ], 根系对土壤、土壤水分、土壤
温度的反应[ 6～ 10 ]等方面曾有不少报道, 而关于砂姜黑土玉米根系的研究还未见报道。在生产
实践中, 许多栽培措施, 是通过直接影响根系进而调节地下部生长乃至产量形成的。为此,
于1996～ 1998年探讨了砂姜黑土玉米根系生长发育的动态变化, 以期为砂姜黑土区玉米高产
栽培提供科学的理论依据。
1　材料与方法
1. 1　试验材料
盆栽试验于1996～ 1997年在河南农业大学校内试验站进行, 盆体积14. 8 dm 3 (上口半径
14. 8 cm , 下口半径11. 3 cm , 盆高27. 5 cm ) , 供试用土取自大田, 6月3号播种, 供试品种掖单
22号, 每盆定苗1株。玉米生长期间, 当土壤水分不足时及时补充水分, 疏松土壤, 其它管理
同大田。
大田试验于1997～ 1998年在平舆县李屯乡进行。土质为典型砂姜黑土, 容重1. 31 g ö cm 3,
孔隙度50. 53% , 主要养分含量 (0～ 20 cm ) : 有效氮9. 89 m g ö L , 有效磷6. 32 m g ö L , 有效钾
72. 08 m g ö L , 有机质1. 05 g ö kg。供试品种掖单22号, 播种时间6月5号, 种植密度6. 0万株ö
hm 2, 行距0. 60 m , 株距0. 28 m。田间管理措施同一般生产田。
1. 2　测定项目与方法
定期从盆栽中取样, 首先将盆土充分浸泡, 随后洗净根上所有附泥, 并将根置于清水中
小心分开层次或类型, 分别测定各时期根系发生的层数、根长和根干重等性状, 并用 T TC 法
测定根系活力。每期至少取3株重复测定, 计平均值。
田间根量垂直分布的测定: 定期采用双向切片法挖取, 即按每一田间植株平均所占的营
养面积为顶, 挖100 cm 深为高的规则土柱, 每20 cm 切割一层, 筛出根系, 分别洗净、烘干、
称重。每期至少取5株重复测定, 计平均值。
2　结果与分析
2. 1　砂姜黑土玉米根系生长的动态变化
2. 1. 1　砂姜黑土玉米根系长度的动态变化　　图1表明: 单株根系总长度从苗后10d～ 吐丝
阶段表现出快速增长趋势, 吐丝期以后增长缓慢, 并于成熟期达到最大值, 为4985. 1 cm。根
系长度日增量在不同生育阶段有所差别, 出苗后10d 以前为34. 9 cm ; 苗后10d～ 拔节阶段为
63. 4 cm ; 拔节～ 大喇叭口阶段为102. 1 cm ; 大喇叭口～ 吐丝阶段为111. 0 cm ; 吐丝～ 吐丝后
15d 为41. 1 cm ; 吐丝后15d～ 成熟阶段为3. 3 cm。这表明, 砂姜黑土地玉米根系生长最快时
期在大喇叭口～ 吐丝阶段。
从图1还可看出, 不同类型根系总长度动态变化趋势不同。初生根: 总变化趋势较为平
稳, 苗后10d～ 拔节阶段增长较慢, 拔节～ 大喇叭口阶段表现出较快增长趋势并达到最大值,
为641. 7 cm , 大喇叭口期以后缓慢下降, 其最大日增量出现在拔节～ 大喇叭口阶段, 日增量
为29. 8 cm ; 次生根: 在吐丝期以前呈现出快速增长趋势, 在吐丝～ 吐丝后15 d 增长缓慢并达
到最大值, 为2640. 4 cm , 此后缓慢下降, 其最大日增量也是出现在拔节～ 大喇叭口阶段, 日
增量为64 cm ; 气生根, 发生较晚, 但增长迅速, 尤其在大喇叭口～ 吐丝阶段, 最大日增量为
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79. 5 cm , 并在成熟期达到最大值, 为2206 cm。
图1　　单株及不同类型根系长度动态变化
(盆栽, 1996、1997年平均, 下同)
F ig. 1　　Dynam ic states of roo t length of different
types and per p lant (po t experim ent, average of
1996, 1997, the fo llow ing is the sam e)
图2　　不同层次节根长度动态变化
F ig. 2　　Dynam ic states of the different
roo t nodepositions
　
　
10DE, JS, BM S, SS, 15DSS, M S: 分别表示出苗后10天拔节期、大喇叭口期、吐丝期、吐丝后15天和成熟期等生育
时期 (下同)
10DE, JS, BM S, SS, 15DSS, M S: Shorten form s of 10 days after em ergence, Jo inting stage, B ig mouth stage, Silk ing
stage, 15 days after silk ing stage and M ature stage respectively ( the fo llow ing is the sam e)
对不同层次节根进一步分析表明 (图2) : 不同层次的节根由于发生时间的早晚不同, 所
以其长度达到最大值的时间也不相同。同时, 不同层次节根长度变化趋势差异较大, 随着层
位的增高愈明显。初生根与1、2层节根变化趋势基本相同, 大喇叭口期以前增长较快, 在吐
丝期达到最大值, 而后缓缓降低; 第3层节根在拔节～ 吐丝阶段增长缓慢, 吐丝～ 吐丝后15d
增长较快, 而后又逐渐下降; 第4、5层节根变化趋势类似, 在吐丝期以前表现出快速增长, 在
吐丝后15d 达到最大值, 而后逐渐下降, 但第5层节根增长幅度较大, 且下降幅度较小; 第6、
7层节根变化趋势基本相同, 从吐丝～ 成熟阶段都呈现出快速增长趋势, 并在成熟期达到最
大值。若根系以长度增加较快至达到最大值阶段为主要吸收时期[ 7 ] , 那么玉米前期的主要根
系为初生根和1～ 4层节根, 中期为5～ 6、7层节根, 后期主要根系为7层以上节根。
2. 1. 2　玉米根系干重的动态变化　　根系干重同根长具有基本相似的变化趋势。单株根系
干重的发展动态为单峰曲线 (图3) , 在吐丝后15d 达到最大值, 重39. 727g, 而后逐渐降低。根
系干重在拔节期以前增加较慢, 平均日增量为0. 114g, 拔节～ 吐丝后15d 增加较快, 平均日
增量为0. 86g, 尔后根系干重逐渐降低, 平均日减量为0. 722g。
从不同类型根系干重动态变化来看, 初生根: 根干重最小, 变化也较平稳, 最大干重在
大喇叭期, 为0. 855g, 占单株根系干重的5. 90% , 最大日增量在苗后10d～ 拔节阶段, 平均日
增量为0. 026g; 次生根: 从苗后10d～ 大喇叭口阶段干重增加较快, 并在吐丝期达到最大, 重
13. 84g, 占单株根系干重的46. 61% , 而后缓慢降低, 至成熟期干重为10. 316g, 仅占单株根
系干重的39. 66% , 其最大日增量在拔节～ 大喇叭口阶段, 平均日增量为0. 706g; 气生根: 根
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干重最大, 从大喇叭口～ 吐丝后15d 表现出快速增加趋势, 平均日增干重0. 900g, 并在吐丝
后15d 达到最大, 重27. 215g, 占整个根系干重68. 51% , 此后又以日减0. 620g 快速降低, 但
在成熟期干重仍达15. 445g, 占整个根系干重的59. 38% , 这表明砂姜黑土玉米气生根在整个
单株根系重量中占有较大份额。
图3　　单株及不同类型根系干重动态变化
F ig. 3　　Dynam ic states of roo t dry
w eigh t of different types and per p lant
图4　　不同层次节根干重动态变化
F ig. 4　　Dynam ic states of roo t dry
w eigh t of different nodepositions
　　从不同层次节根干重的变化趋势来看 (图4) , 随着层位的增高, 节根干重增大, 增降趋势
变化也愈强烈。初生根与第1层节根干重变化趋势基本相同, 从苗后10d～ 吐丝阶段干重缓慢
增加, 并在吐丝期达到最大值, 而后又缓慢降低; 2～ 4层节根干重变化趋势类似, 但干重达
到最大值的时间不同, 分别出现在大喇叭口期、吐丝期和吐丝后15d; 第5～ 7层节根干重变化
趋势类同, 快速增重阶段第5、6层节根在大喇叭口～ 吐丝阶段, 第7层节根在吐丝～ 吐丝后
15d, 最大干重都在吐丝后15d, 而后都迅速降低。
2. 2　玉米根系活力的动态变化
在研究玉米根系生长的同时, 我们在不同时期, 对玉米根系的活力进行了研究分析。图5
表明, 单株根系总活力的变化趋势是: 从苗后10d～ 吐丝后15d 根系活力逐渐增强, 在吐丝后
15d 达到最大, 为872. 93 T T Fm g ö hı gFW , 此后迅速降低。
从不同类型根系来看, 气生根活力最强, 其次为次生根, 初生根活力最弱。以变化趋势
来讲, 初生根: 从苗后10d～ 成熟阶段活力逐渐降低, 但在成熟期仍有一定的活力; 次生根:
从苗后10d～ 拔节阶段活力缓慢增加, 并在拔节期达到最大, 为683. 78 T T Fm g ö hı gFW , 而
后逐渐降低; 气生根: 从大喇叭口期逐渐增强, 在吐丝后15d 活力达到最大, 为1282. 81
T T Fm g ö hı gFW , 而后也迅速降低。这表明, 由于初生根、次生根和气生根是按先后次序而
发生的, 故它们在整个玉米生长期间也是交替消长依次发挥主要吸收功能的。
通过对不同层次节根活力变化趋势进一步分析表明 (图6) , 各层根系的吸收能力均有随
层位增高而增强的趋势, 即层位愈高, 吸收活力愈强。这表明较上层位的根系, 对雌穗的分
化、建成及在营养供应上起着主要的作用。但是, 虽然低层位根吸收能力较弱, 但它们的功
能期长 (如初生根在玉米成熟时仍具有一定的吸收功能) , 而且在生长前期对茎、叶、穗和高
层根系的建成都起着重要作用, 从而对日后雌穗发育和产量形成作出了间接的贡献, 所以也
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不应忽视。同时, 从图5还可看出, 层位愈高, 活力降低幅度亦愈大。
图5　　单株及不同类型根系 TTC 还原强度动态变化
F ig. 5　　Dynam ic states of intensities of roo t
reducing TTC of different types and per p lant
图6　　不同层次节根 TTC 还原强度动态变化
F ig. 6　　Dynam ic states of intensities of roo t
reducing TTC of different nodepositions
2. 3　玉米根系田间分布的动态变化
从表1可以看出, 玉米根系在土层中分布趋势是: 在同一生育时期, 单株根重从地表向下
依次加深而急骤递减, 这种趋势在玉米的不同生育阶段有所差别。苗期根系分布较浅, 主要
集中在0～ 20 cm 的土层中; 在拔节后, 根系迅速向下层伸展, 整个根系主要集中于0～ 40 cm
土层中, 至吐丝期根系下扎深度在100 cm 左右。随着玉米的生长发育, 愈上层土壤中的根系
干重下降愈多, 而下层土壤中根系却逐渐增加, 如土层80～ 100 cm , 吐丝期根干重为0. 063g,
占整个根系的0. 52% , 成熟期根干重达到0. 225g, 占整个根系的2. 61% , 增加近四倍。这些
在生育后期增加的下层根系数量虽少, 但它们伸入较深和较紧实的土壤中, 其衰亡速度较上
层根系慢, 这不仅对于吸收和利用下层土壤中养分、水分起着重要的作用, 而且对玉米产量
的形成也有着重要意义。
表1　　不同土层玉米根干重的动态变化与分布 (田间试验, 1997、1998年平均, 下同)
Table 1　　Dynam ic states and its distr ibution of the root dry weight in the different layer
of so il (f ield exper iments, average of 1997, 1998) Un it: g
土壤层次
Soil
layer (cm )
苗后10d 10DE
干重
DW
%
拔节　JS
干重
DW
%
大口　BM S
干重
DW
%
吐丝　SS
干重
DW
%
吐丝15d　15DSS
干重
DW
%
成熟　M S
干重
DW
%
0～ 20 0. 074 100 2. 597 86. 08 7. 979 92. 80 10. 49 87. 17 8. 57 79. 50 6. 752 78. 3
20～ 40 0. 372 12. 33 0. 496 5. 77 0. 682 5. 67 0. 950 8. 81 0. 742 8. 60
40～ 60 0. 048 1. 59 0. 123 1. 43 0. 611 5. 08 0. 755 7. 00 0. 599 6. 95
60～ 80 0. 188 1. 56 0. 416 3. 86 0. 305 3. 54
80～ 100 0. 063 0. 52 0. 090 0. 83 0. 225 2. 61
3　结语与讨论
3. 1　本研究结果表明: 砂姜黑土玉米根系生长最快的时期在大喇叭口～ 吐丝阶段, 根系干
1955期　　　　　　　　　　杨青华等: 砂姜黑土玉米根系生长发育动态研究　　　　　　　　　　　　　

重在吐丝后15d 达到最大。前人对其它类型土壤玉米根系干重的变化趋势研究认为, 根系干
重的变化趋势表现为拔节后迅速增长, 抽雄后增长逐渐减弱, 乳熟后期达最大值, 尔后逐渐
降低 (鄂玉江等, 1988)。这表明砂姜黑土玉米前期生长速度较其它土壤类型稍慢, 因而, 要
使砂姜黑土玉米具有一个较为强大的根系, 在生育前期应加强管理, 以满足适宜根系生长的
土壤环境条件。
3. 2　不同类型根系的生长是一个交替消长过程, 依次发挥其主要吸收功能, 其中, 气生根对
玉米植株有重大影响, 尤其是在吐丝期以后。对其它类型土壤玉米多数研究指出, 气生根根
系活力与产量的相关性达到极显著水平, 其干重占全株根重的54. 2% 以上 (刘培利等,
1994) , 剪去气生根后, 植株后期中、下部叶片寿命显著缩短, 直接影响植株的光合生产力,
使穗粒数、粒重减低, 从而导致减产 (戴俊英等, 1988) ; 气生根最大干重占整个单株根系最
大干重的58. 1% (鄂玉江等, 1988)。本研究亦表明: 气生根活力最强, 最大干重占整个根系
干重的68. 5%。这表明砂姜黑土玉米气生根在单株整个根系中占有主导地位, 但其发生时间
较晚, 且后期活力下降幅度较快, 因此, 如何提高玉米气生根的质量, 维持其较长、较高的吸
收能力, 是夺取砂姜黑土玉米高产的关键。
3. 3　不同层次节根长度、干重和活力动态变化以层位愈高, 根系长度、干重及活力也愈大,
但增降幅度亦愈强烈, 这与前人具有类似的结论[ 7, 8 ]。由于较高层次的节根对玉米雌穗的分
化、建成及在营养供应上起着主要的作用, 因而, 在砂姜黑土玉米生产上, 田间管理往往是
前重后轻, 对其合理性应重新认识。
3. 4　根系在田间的分布, 前人对其它土壤类型已作过较为细致的研究。0～ 10 cm 土层中的
根重占75. 6% , 0～ 40 cm 的耕层内集中了整个根量的94. 4% , 再向下至100 cm 以内的土层内
只有总根量的5. 6% (戴俊英等, 1988) , 0～ 20 cm 土层中的根重占60% , 0～ 40 cm 的耕层内
集中了整个根量的85% (朱献玳等, 1991)。本研究表明: 78% 以上根系集中于0～ 20 cm 土壤
中, 0～ 40 cm 的耕层内集中了整个根量的86. 9% , 40 cm 以下土层内占总根重的13. 1%。
这表明砂姜黑土玉米根系在土壤内分布与其它土壤类型并无较大差异。值得注意的是, 砂姜
图7　　不同年份根系干重动态变化
F ig. 7　　Dynam ic states of roo t dry
w eigh t at various years
黑土在玉米吐丝15d 后, 80 cm 以上土层中根系
不断衰减, 而其以下土层中根系反而增加。从
不同气象年份砂姜黑土不同土层深度玉米根干
重的动态变化来看 (图7) , 两种年份根系干重在
玉米出苗后10d 以前差别较小; 出苗后10d～ 大
喇叭口阶段, 干旱年份根干重增加较快, 而渍
涝年份根干重则在大喇叭口～ 吐丝阶段增加较
快, 迟于干旱年份。两种年份的单株根干重都
在吐丝期达到最大, 干旱年份单株根干重达
12. 630g, 比渍涝年份根干重增加1. 111g。吐丝
以后, 根干重都呈下降趋势, 且以干旱年份根
干重衰亡幅度较大, 但在成熟期根干重仍达
9. 008g, 比渍涝年份根干重增加0. 770g。从表2
可知, 不同气象年份不同土层深度的玉米根干重动态分布有较大差异。渍涝年份88. 31% 以
上的根系集中在0～ 20cm 土层内 , 较干旱年份提高19. 16% ; 在成熟期40cm 以下土层中 ,
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表2　　不同年份不同土层玉米根干重动态分布 (% ) 3
Table 2　　The dynam ic distr ibution of the root dry weight in the different layer of so il a t var ious years
土壤层次 (cm )
Soil layer
1997
苗后10d
10DE
拔节
JS
大口
BM S
吐丝
SS
吐丝15d
15DSS
成熟
M S
1998
苗后10d
10DE
拔节
JS
大口
BM S
吐丝
SS
吐丝15d
15DSS
成熟
M S
0～ 20 100 82. 36 92. 39 81. 82 70. 38 69. 15 100 96. 07 93. 49 92. 52 88. 34 88. 31
20～ 40 15. 46 6. 15 8. 12 13. 69 10. 21 3. 93 5. 12 2. 93 4. 35 6. 85
40～ 60 2. 18 1. 46 7. 86 10. 80 11. 19 1. 39 2. 60 3. 53 2. 31
60～ 80 1. 23 4. 32 5. 40 1. 92 3. 45 1. 51
80～ 100 0. 97 0. 81 4. 05 0. 03 0. 33 1. 02
　　3 两年份天气有较大差异: 1997年, 干旱少雨, 6～ 8月降雨量仅34. 7 mm; 1998年, 雨水较多, 6～ 8月降雨量达519. 8
mm。
干旱年份根系达到20. 64% , 较渍涝年份提高15. 8%。以上分析表明, 无论是干旱, 还是渍
涝, 砂姜黑土玉米根系生长都受到较大的影响, 从而导致产量低而不稳, 尤其是在渍涝年份。
因此, 从玉米高产稳产的角度出发, 砂姜黑土地必须建设和完善排灌水系统。同时, 施用移
动性差的肥料, 还须考虑玉米根系绝大部分分布在耕层土壤的这一特点。另据玉米根系生长
发育后期下降, 下层根系衰亡较慢特点, 生产上应注意增厚熟土层, 采取有机肥料深翻入土
及深耕、深松土等措施, 以改善通气、营养等土壤环境, 使根系分布深广, 这对提高后期根系
活力, 防止早衰, 提高粒重等有着重要作用。
参　考　文　献
1　魏克循. 河南土壤地理, 郑州: 河南科学技术出版社, 1995, 323～ 339
2　R. L. 米歇尔著. 顾慰连译. 作物生长和栽培, 北京: 农业出版社, 1981, 81～ 88
3　刘培利, 林琪, 隋方功等. 玉米科学, 1994, 2 (1) : 59～ 63
4　鄂玉江, 戴俊英, 顾慰连. 作物学报, 1988, 14 (2) : 149～ 154
5　Cornforth I S. J S oil S ci. , 1968, (19) : 191～ 301
6　D. B. 蒙戈, S. A. 巴德. 玉米译丛, 北京: 农业出版社, 1979. 81～ 88
7　朱献玳, 陈学留, 刘益同等. 莱阳农学院学报, 1991, 8 (1) : 15～ 19
8　戴俊英, 鄂玉江, 顾慰连. 作物学报, 1988, 14 (4) : 310～ 314
9　V een B W. J. E x p. B ot. , 1977, (28) : 1389～ 1398
10　Pearson C J , B C Jacobs. A ust. J. A g ric. R es, 1985, (36) : 601～ 614
3955期　　　　　　　　　　杨青华等: 砂姜黑土玉米根系生长发育动态研究