全 文 ：第 28 卷 第 4 期 作　物　学　报 V o l. 28, N o. 4
2002 年 7 月　 445～ 450 页 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 445～ 450　 Ju ly, 2002
水肥对小麦根系整体影响及其与地上部相关的研究Ξ
苗果园　高志强　张云亭　尹　钧　张爱良
(山西农业大学农学院, 山西太谷 030801)
摘　要　研究表明, 即使在 50 cm 土层以下出现干土层, 根长、根重及地上部干重都会随着干土层厚度的增加而呈降
低趋势, 其中产量的反应更为敏感。3m 土层中存在 50 cm 干土层 (50～ 100 cm ) , 就会使减产达到显著标准, 但根系等
营养器官虽有差异都未达到显著水平。研究还表明, 拔节期 (雌雄原基分化) 灌水较之起身期及孕穗期灌水, 对根长、
根重与地上部生物量、产量都有显著促进效果, 其次为孕穗期灌水产量又高于起身期。N、P、K 三个主要营养元素对
根系的作用有明显的差异, P 是促进根系生长的主要元素, 与N、K 相比, 它可成倍甚至双倍地促进根系的伸长, 其次
为氮素, 钾素更差。因此氮磷配合或优质有机肥都可明显地增进根系的伸长与根量的增加。研究发现在生土条件下,
超深层施肥对根系有明显的诱导下伸的作用。存在耕层施肥促进根系下扎, 超深层施肥诱导根系下扎, 一般深层施肥
控制根系下扎的现象, 其机理有待深入研究。
关键词　小麦根系; 水分与肥料; 干土层; 超深层施肥; 诱导
中图分类号: S512　　　文献标识码: A
Effect of W a ter and Fertil izer to Root System and Its Correla tion w ith Tops in
W hea t
M IAO Guo2Yuan　GAO Zh i2Q iang　ZHAN G Yun2T ing　Y IN Jun　ZHAN G A i2L iang
(Colleg e of A g ronomy , S hanx i A g ricu ltu ra l U niversity , S hanx i T a ig u 030801, Ch ina)
Abstract　T he resu lts ind ica ted tha t roo t leng th, roo t w eigh t and top s dry w eigh t decreased as the increase
of dry so il layer dep th, even the dry so il layer in 50 cm below. T he yield of w heat w as m o re sen sit ive to
dry so il layer than roo t and o ther o rgan. Irriga t ion a t in ternode elongat ion stage w as m o re effect ive to
grow th of roo t, b iom ass and yield com pared w ith tha t a t erect ing stage and boo t ing stage. T he study also
show ed tha t the effects of N , P and K to grow th of roo ts varied h igh ly, P w as m o re effect ive than N and
K, and N w as the nex t. N + P+ K w ere bet ter than, N , P, o r K app lica t ion a lone fo r roo t grow ing. T he
experim en t found tha t super2deep app lica t ion of fert ilizer has an induct ive effect to roo t grow ing dow n2
w ards.
Key words　W heat roo t; W ater & fert ilizer; D ry so il layer; Super2deep app lica t ion of fert ilizer; Induct ion
　　土壤水分与土壤营养是用以调 节、促进、提高
作物产量与品质的重要手段。有关灌溉与施肥对作
物地上部产量及形态发生的影响已作了大量的研
究。其中包括播前底墒状况、生育期不同阶段的灌
水对产量形成的影响; 不同氮、磷、钾、有机肥用
量配比对作物的增产效果等等。虽然水肥对地下部
根系的作用早有研究, 作物根系的趋水性、趋肥性
也早已为人所发现, 沃土根茂的原理也已应用于作
物生产技术之中, 但是水肥对作物整体根深、根量
及垂直构形的影响, 特别是播前干土层厚度对根系
整体生长的影响, 少有报道。
在常规生产中, 所谓底肥效果、分层施肥效
果, 都是首先作用于作物根系。但是即使在大型机
械深耕施肥的情况下, 肥料也仅仅施于 30 cm 以上
的土层之中, 因而肥料对根系的作用主要表现在种
子萌发后根系生长初期的促进作用。有关根系与营Ξ 基金项目: 1987 年国家自然基金资助项目 (项目批准号 3860814)
作者简介: 苗果园, 教授, 博士生导师, 研究方向为小麦栽培、作物根系与作物温光发育研究。
Received on (收稿日期) : 2001208228, A ccep ted on (接受日期) : 2002201206

养关系的研究, 也大多局限于耕层范围内, 而超深
层施肥对根系的诱导作用及根系的生长极限, 则未
见报道。本文作者分别于 1984 年与 1987 年两次在
小麦根系研究上发现, 在丘陵台田旱地及生土中进
行超深层施肥, 对小麦根系有明显的诱导作用, 随
后在 1988、1991、1992、1994 年又进行了详细的观
察和研究。
1　研究方法
试验主要采用根管法, 根管为特制硬质塑料
管, 直径 20 cm , 管壁厚度 1 cm , 截为 1 m 或 2 m
长, 再垂直等分锯成两半。根管两端装有可相互连
接与固定的铁环, 以便将根管连接成需要的长度。
将连接妥的根管立于 3～ 4 m 深的土坑中。管内装
体积比为 1∶1∶3 的细砂、垤石、熟土或生土的混
合土, 生土取自耕层 5 m 以下至 10 m 处的非根茬
所及的心土。进行如下试验与处理:
1. 1　土壤干土层试验
先将混合土加水, 反复翻匀至湿土含水量 18%
～ 20% , 干土含水量 7%～ 8% (接近凋萎值) , 然后
分别在 3 m 管中依全湿、干土层处于管口下 50～
100 cm、50～ 150 cm、50～ 200 cm 和 50～ 250 cm ,
分别装入湿土与干土。
1. 2　生育期灌水试验
用 3 m 管于播前装入含水量 17%～ 18% 的混
合土 (无生土) , 然后分别在起身期、拔节期或孕穗
期灌水, 水量以 20 立方ö667m 2 折算, 重复 3 次。
1. 3　不同肥料对根系影响试验
N、P、K、有机肥按每亩尿素 15 kg、过磷酸钙
50 kg、硫酸钾 10 kg、纯牛粪 2500 kg 进行折算, 施
入土层下 10～ 15 cm 处。试验重复 2 年。
1. 4　不同深层施肥对小麦根系分布影响的研究
采用大田土柱法 (晋南万荣县南景村旱地台田)
及根管法 (校内)。前者选择靠近台田堰边处, 采用
直径 10 cm 钻头, 在地上钻孔, 孔深 200 cm (因受
钻的挤压, 钻孔形成硬壁、呈筒状) , 然后将美国产
磷二铵以每 20 kgö667m 2 折算施入, 深度为 10、
30、60、150 cm。根管试验施肥深度为 20、50、
150、250 cm , 肥料为: 有机肥 2500 kg 纯牛粪ö
667m 2 及尿素 15 kg、过磷酸钙 40 kg、硫酸钾 10
kg 混合施用。
上述试验供试作物为冬小麦, 品种先后采用京
核 1 号、晋麦 33。塑料管留苗 8～ 10 株, 大田土柱
留苗 3～ 4 株。
2　结果分析
2. 1　不同土壤干土层厚度对根系及地上部的影响
由表 1 及图 1 看出, 播前不同土壤干土层对根
重、地上部干重及产量影响的总趋势表现为, 随着
干土层厚度的增加, 各项指标呈降低趋势。根据其
差异显著程度, 可分为三种类型: 即处理 1 与 2 及
处理 4 与 5 在根长、根重、地上部干重上差异不显
著, 属于两种类型, 处理 3 介于二者之间。上述结
果表明, 在一定范围内, 干土层差异引起的根系与
地上部生物量差异不大。值得指出的是产量对干土
层表现较为敏感, 处理 1、2、3、4 均达到高度显
著, 仅处理 4、5 之间差异不显著。此外从表 1 还可
看出, 处理 2 尽管产量不及处理 1, 但根系长度却
长于处理 1, 表明一定的干土层厚度有利于根系向
深处伸长, 也说明在一定范围内, 根长并不是决定
产量的主要因素。
表 1　　播前不同干土层对根系、地上部及产量的影响
Table 1　　Effects of dry so il layers before seeding
to root system topes and y ield
处理
T reatm ent
根长
Roo t
dep th (cm )
根重
Roo t
w t. (g)
地上部干重
Top dry
w t. (g)
产量
Yield
(g)
1　全层湿 0～ 300 cm 272. 9 A 19. 4 A 51. 4 A 23. 3 A
M o istened layer 0～ 300 cm
2　干土层 50～ 100 cm 283. 3 A 16. 3 A 47. 9 A 19. 5 B
D ry so il layer in 50～ 100 cm
3　干土层 50～ 150 cm 220. 0 B 11. 8 B 34. 0 AB 15. 0 C
D ry so il layer in 50～ 150 cm
4　干土层 50～ 200 cm 168. 0 C 9. 2 B 23. 4 B 10. 2 D
D ry so il layer in 50～ 200 cm
5　干土层 50～ 250 cm 147. 7 C 7. 2 B 19. 9 B 7. 8 D
D ry so il layer in 50～ 250 cm
　　计算表 1 的根长、根量、地上部干重与产量之
间的简单相关得表 2, 总的表现是根长、根量、地
上部干重及产量四项指标之间都存在着高度正相
关, 其回归方程为:
根长X 1 对产量Y = - 7. 0196+ 0. 1016X , 根量X 2 对产
量 Y = - 1. 0344 + 1. 2672X , 地上部干重 X 3 对产量
Y = - 0. 6907+ 0. 4488X 。
2. 2　不同生育期灌水对根系及地上部的影响
表 3 是在底墒一致的前提下, 不同生育期灌溉
对整体根系及地上部干重和产量的影响。由表可
见, 起身至拔节灌水, 对根长、根重与对照及孕穗
期灌水的差异达到0. 01显著标准, 即明显高于对
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图 1　不同厚度干土层对根系整体生长的影响
F ig. 1　Effect of differen t dry so il
layer to roo ts system of w heat
表 2　　根系、地上部生长与产量的相关分析
Table 2　　Correlation analysis of roots, tops and y ield
项　目
Item
根重
Roo t
w t. (X2)
地上部干重
Top s dry
w t. (X3)
产量
Yield (Y)
　
根长　Roo t length (X1) 0. 95283 0. 98633 3 0. 96263 3
根重　Roo t w t. (X2)　 0. 98803 3 0. 99543 3
地上部干重　Top s dry w t. (X3) 0. 99053 3
照及孕穗期灌水, 但地上部干重在 3 个灌水处理之
间, 差异却未达显著标准, 而仅与对照达显著标
准。值得指出的是产量虽然仍以拔节灌水最高, 但
孕穗期灌水的产量却居第二位, 并显著高于起身灌
水。这一结果再次表明, 地下部根系生长强弱与规
模大小, 并不总是与地上部强弱相对应, 因为根系
作为不定形的营养器官, 其因环境的变异程度总是
要大一些, 而产量却是综合性状作用的结果。
　　计算表 3 各项指标的简单相关得表 4。从表看
出, 在不同生育期灌水试验中, 各处理形成的根
长、根重与地上部干重及产量之间的相关显著性,
除根长与根重、根长与地上部干重达到 0. 05 显著
标准外, 根长、根重及地上部干重都与产量相关不
显著, 表明生育期灌水所形成的根系差异不足以影
响产量, 灌水对产量的影响很可能主要表现在对幼
穗分化的差异上。与播前土壤干土层试验相比, 生
育期灌水造成的根系差异远不如播前土壤水分差异
造成的根系差异对产量的影响大。
表 3　　不同生育期灌水对小麦根系及地上部的影响
Table 3　　Effects of irr igation in differen t growth per iod to roots and tops
　　　处理
　　　T reatm ent
根深
Roo t dep th (cm )
根重
Roo t w t. (g)
地上部干重
Top s dry w t. (g)
产量
Yield (g)
不　灌　N o irrigation 157. 7 A 10. 5 A 31. 0 A 10. 6 A
起身灌　 Irrigation in erecting stage 191. 0 B 16. 1 A 40. 2 B 15. 1 AB
拔节灌　 Irrigation in jo in ting stage 215. 0 B 17. 3 A 52. 6 B 20. 2 B
孕穗灌　 Irrigation in boo ting stage 183. 3 C 14. 5 B 38. 7 B 18. 0 C
表 4　　根系、地上部及产量的相关
Table 4　　Correlation analysis between root
wt. , tops wt. and y ield
项目
Item
根干重
Roo t dry
w t. (X 2)
地上部干重
Top s dry
w t. (X 3)
产量
Yield (Y )
根深　Roo t dep th (X 1) 0. 96273 0. 98323 0. 9015
根重　Roo t w t. (X 2) 0. 8972 0. 8657
地上部干重　Top s dry w t. (X 3) 0. 8879
2. 3　不同施肥对根系整体生长及地上部干重与产
量的影响
由表 5、图 2 看出, 磷素对根系的生长有显著
的促进作用, 单施磷肥就可使根长达到 257 cm , 比
对照根长增加近 1. 5 倍, 根重增加近 1 倍, 与N P
及N PK 配合施用相比, 根长相差仅 5～ 10 cm 左
右, 极不显著, 但根重相差较大达 2～ 3g 左右, 有
力地表明磷素对根系的突出效果; 由表 5、图 2 还
可看出, 与对照相比, 单施氮素对根系及地上部的
7444 期　　　　　　　　　　　苗果园等: 水肥对小麦根系整体影响及其与地上部相关的研究　　　　　　　　　　　　

促进效果远不及单施磷素; 单施钾素不论对根系及
地上部生物量、产量均没有效果。上述结果表明,
在瘠薄石灰性生土地上似以磷的作用更大一些。由
表还可看出, N P 配合或N PK 配合对根系及地上部
生长效果最好, 但对产量的作用, 以 667m 2 施 2500
kg 纯牛粪为最高。这种产量与根系及营养生长的
不一致性再次表明, 并非根系及地上部营养生长越
好产量越高。
2. 4　不同深层施肥对根系垂直分布的影响
1984年在山西万荣县黄土高原丘陵旱地梯田堰
边上, 采用土柱法研究了不同深层施肥效果, 结果
表 5　　不同施肥种类对小麦根系及地上部的影响
Table 5　　Effects of differen t fertil izers to roots and tops of wheat
处理
T reatm ent
根长
Roo t dep th (cm )
1991 1994 平均
根重
Roo t w t. (g)
1991 1994 平均
地上部干重
Top dry w t. (g)
1991 1994 平均
产量
Yield (g)
1991 1994 平均
N 120 130 125. 0 11. 4 8. 0 9. 7 22. 8 18. 7 20. 8 7. 0 5. 6 6. 3
P 270 245 257. 5 16. 6 10. 2 13. 4 26. 5 29. 0 27. 8 8. 4 9. 6 9. 0
K 90 115 102. 5 7. 5 7. 8 7. 7 9. 6 11. 0 10. 3 4. 2 3. 9 4. 1
N P 265 276 270. 9 14. 6 15. 8 15. 2 33. 9 32. 7 33. 3 11. 4 13. 5 12. 3
N PK 260 265 262. 5 17. 3 14. 9 16. 1 32. 1 34. 5 33. 3 11. 8 12. 6 12. 2
有机肥 200 260 230. 0 10. 8 16. 7 13. 8 34. 4 36. 1 35. 3 12. 6 14. 4 13. 5
O rganic fert ilizer
CK 95 110 102. 5 6. 8 7. 5 7. 2 10. 4 9. 3 9. 9 4. 1 3. 9 4. 0
图 2　　不同施肥深度对小麦根系整体生长的影响
F ig. 2　　Effect of differen t fert ilizer dep th to grow th of roo t system of w heat
发现, 超深层施肥 (150 cm ) 对小麦根系具有明显的
诱导下伸的作用, 并在施肥处形成根团 (图 3、4)。
1988 年和 1992 年采用硬质塑料管法再次进行了生
土超深层施肥试验, 结果见表 6 和表 7。由表看出,
不论田间土柱法还是根管法, 都可看出表层施肥
(20 cm )有促进根系下伸的效果; 而深层施肥 150～
250 cm 对根系有诱导下伸的现象。同时由于根系
到达施肥层后形成较多的根量 (根团) , 停止继续下
伸, 结果表现了中等施肥深度根系下扎最浅, 而表
层施肥与深层施肥的根系最深。
3　讨论
土壤水分状况直接影响根系的生长与构形分
布。本试验表明, 播前底墒的多少与干土层厚度,
对根系的影响大于春季灌水的影响, 由此造成的根
系差异和产量相关显著, 而不同生育期灌水造成的
根系差异则与产量相关不显著, 表明春季不同时期
灌水, 主要是直接通过影响穗分化而影响产量。
在 3m 深的土层内, 若只有 50 cm 的干土层 (其
余为湿土层) , 不足以对根系及产量造成显著差异,
只有在干土层相差达到 100 cm 时, 才能造成根长、
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根量、地上部干重的显著差异。
产量与根重、地上部干重相比, 产量对水分更
为敏感。由于根系是一种不定形的生长器官 (与地
上部相比) , 虽然总体上看它与地上部之间是根深
叶茂的关系, 是营养生长与生殖生长的关系, 但是
图 3　根管法 150 cm 施肥处形成的根团
F ig. 3　T he roo t2ball of fert ilizer in 150 cm
so il layer w ith m ethod of p lastic tub
表 6　不同施肥深度对小麦根系垂直构形的影响 (大田土柱法)
Table 6　Effect of appl ied depths of fertil izer to roots
vertica l distr ibution in wheat
根深
Roo t dep th
(cm )
不同施肥深度的根重
Roo t w t. (g) in differen t dep th s of fert ilizer (cm )
10 30 60 120 150
0～ 20 3. 50 4. 22 3. 15 3. 20 2. 90
20～ 40 2. 25 2. 10 1. 90 0. 75 0. 70
40～ 60 1. 92 0. 35 0. 80 0. 50 0. 55
60～ 80 0. 95 0. 75 0. 30 0. 45
80～ 100 0. 66 0. 22 0. 65
100～ 120 0. 32 0. 85 0. 85
120～ 140 0. 90 0. 92
140～ 160 0. 90
160～ 180 0. 74
总重 To tal 9. 60 6. 85 6. 66 6. 72 8. 66
图 4　土柱法 150 cm 施肥处形成的根团
F ig. 4　Fo rm ed roo t2ball of fert ilizer in
150 cm w ith m ethod of so il2p illar
并非根系越发达地上部生长就越好、产量就越高。
在一定范围内, 根系的差异并不一定引起地上部和
产量的差异。
　　氮磷钾三要素中, 磷素对根长根重具有十分显
著的促进作用。这正是旱地小麦增施磷肥、氮磷配
合高产技术的机理所在。同时也表明, 并非在任何
情况下, 作物营养都是以氮为主的营养规律。研究
表明钾肥只有在N P 配合施用下, 才能显示微弱的
促根效果, 而在单独施用时, 在石灰性土壤上, 基
本没有效果。
　　研究发现超深层施肥对根系具有诱导下伸的作
用, 且根量有所增加, 这种现象可能与采用生土试
验有关, 其机理尚待探讨。但它表明, 当旱地前茬
为深根的苜蓿时, 可连续获 2～ 3 年的小麦高产, 其
原因就在于苜蓿为后茬小麦遗留了深达 2～ 3m 的
根系残留物, 可诱导小麦根系下扎获得更多的水分
和养分。
表 7　不同施肥深度对小麦根系垂直构形的影响 (根管法)
Table 7　Effects of appl ied depths of fertil izer to roots vertica l distr ibution in wheat (Root vvt. g)
根深
Roo t dep th
(cm )
有机肥施用深度 (cm )
A pp lied dep th s of o rgan ic fert ilizer
20 50 150 250
N PK 施用深度 (cm )
A pp lied dep th s of N PK dep th fert ilizer
20 50 150 250
不施肥
N o fert ilizer
CK
0～ 20 5. 54 3. 48 3. 35 3. 18 5. 11 4. 27 4. 80 5. 61 2. 13
20～ 40 2. 71 0. 55 0. 75 0. 90 1. 87 1. 04 0. 81 1. 27 1. 16
40～ 60 0. 90 1. 55 0. 70 0. 75 0. 90 1. 35 0. 65 0. 75 0. 57
9444 期　　　　　　　　　　　苗果园等: 水肥对小麦根系整体影响及其与地上部相关的研究　　　　　　　　　　　　

续表 7
根深
Roo t dep th
(cm )
有机肥施用深度 (cm )
A pp lied dep th s of o rgan ic fert ilizer
20 50 150 250
N PK 施用深度 (cm )
A pp lied dep th s of N PK dep th fert ilizer
20 50 150 250
不施肥
N o fert ilizer
CK
60～ 80 0. 60 0. 84 0. 55 0. 82 0. 49 0. 83 0. 80 0. 59 0. 73
80～ 100 0. 57 0. 82 0. 54 0. 65 0. 13 0. 55 0. 85 0. 44 0. 80
100～ 120 0. 44 0. 44 0. 62 0. 60 0. 70 0. 95 0. 71 0. 47 0. 60
120～ 140 0. 33 0. 89 0. 44 0. 56 0. 87 0. 85 0. 95 0. 60 0. 34
140～ 160 0. 37 0. 50 1. 35 0. 47 0. 65 0. 51 1. 01 0. 58
160～ 180 0. 32 0. 80 0. 54 0. 50 0. 40 0. 61 0. 50
180～ 200 0. 14 0. 60 0. 45 0. 68 0. 50 0. 60
200～ 220 0. 65 0. 51 0. 55 0. 31 0. 50
220～ 240 0. 50 0. 93 0. 57 0. 40 1. 10
240～ 260 0. 43 1. 35 0. 48 0. 25 0. 70
260～ 280 0. 23 0. 51 0. 18 0. 42
280～ 300 0. 20
总重 To tal 11. 92 8. 57 11. 47 12. 42 13. 90 10. 71 12. 80 14. 10 6. 79
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书　讯
　　由何中虎和张爱民主编, 庄巧生院士做序的《中国小麦育种研究进展》一书由中国科学技术出版社出
版。该书包括专题论述、超高产育种、品质改良、抗病抗逆、杂种小麦和栽培管理六部分。除全面介绍我国
小麦育种在“九五”期间的研究进展外, 还包括国外知名专家撰写的 21 世纪小麦育种展望、提高小麦产量潜
力以及美国小麦研究概况等论文。附录部分为 1996～ 2000 年全国主要省份审定的小麦品种目录及系谱。本
书对农业院校师生、科技人员及农业行政部门领导了解国内外小麦育种现状有重要参考价值。定价 95. 00
元 (包括邮寄费) , 购书请与中国农业科学院作物所崔淑兰联系, E2m ail: Zhhe@pub lics. bba. net. cn
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