全 文 ：Vol. 31 , No. 7
pp. 888 - 896 　July , 2005
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 31 卷 第 7 期
2005 年 7 月 　888～896 页
麦棉两熟双高产条件下麦棉复合根系生长的时空动态分布
王立国1 孟亚利1 周治国1 , 3 张立桢1 ,2 陈兵林1 卞海云1 张思平2 王　瑛1
(1 南京农业大学农业部作物生长调控重点开放试验室 ,江苏南京 210095 ;2 中国农业科学院棉花研究所 ,河南安阳 455112)
摘 　要 : 在麦棉两熟双高产条件下 ,以单作棉和单作麦为对照 ,利用根钻与 DT2SCAN 扫描仪相结合的方法研究麦棉复合
根系群体生长的时空动态分布。结果表明 ,套作棉和单作棉的根长和根长密度、根表面积以及根系平均直径均随生育进
程呈单峰曲线 ,套作棉 40 cm以下各土层根系根长和根长密度、根表面积的衰退速率在盛花期后明显低于单作棉 ,根系
平均直径差异较小。套作棉浅层根系干重在盛花期前低于单作棉 ,深层根系干重在盛花期后显著高于单作棉 ,在根系总
量上超过单作棉。在距棉株水平距离 25 cm以内 ,纵向 0～20 cm 土层中根系的根长和根长密度、根总表面积最大 ,随土
层加深而递减。单作棉各土层根长和根长密度以距棉株由近及远地增加 ,浅层根系在距棉株水平距离 1215 cm 处较高。
套作棉浅层根系以距棉株 3175 cm处根系的根长和根长密度最大 ,随距棉株水平距离的增加而降低 ;随土层加深 ,各土层
根长最大密度位点逐渐远离棉株。根表面积的空间分布与根长和根长密度相同。根系平均直径在距棉株水平距离 3175
cm处随土层加深而降低 ,而在水平距离 1215 cm和 21125 cm处 ,在纵向 0～40 cm 各土层中随土层加深而增大 ,在 40 cm
以下各土层随土层加深而降低。随土层深度增加 ,若以棉花主茎垂直向下比喻为弓弦 ,则单作棉根干重的空间变化呈弓
背形分布 ,而套作棉各土层根干重最大值出现的位点逐渐远离棉株。
关键词 : 麦棉两熟 ;根系复合群体 ;生长 ;时空分布
中图分类号 : S344
Temporal and Spatial Dynamic Distribution of Cotton2Wheat Composite Root Sys2
tem under Condition of Cotton2Wheat Double Cropping System
WANGLi2Guo1 , MENG Ya2Li1 , ZHOU Zhi2Guo1 , 3 , ZHANG Li2Zhen1 ,2 , CHEN Bing2Lin1 , BIAN Hai2Yun1 , ZHANG Si2
Ping2 , WANG Ying1
(1 Key Laboratory of Crop Growth Regulation , Ministry of Agriculture , Nanjing Agricultural University , Nanjing 210095 , Jiangsu; 2 Cotton Research Institute of
Chinese Academy of Agricultural Sciences , Anyang 455112 , Henan , China)
Abstract : Cotton2wheat double cropping system is a main planting system in cotton cropping zones in China , but less re2
search has been done in soil nutrient competition while more in light competition of up ground part of composite population
in the symbiotic period of wheat2cotton1 Under the condition of high yielding cotton2wheat double cropping system , contrast2
ing to the monoculture cotton(C) and the monoculture wheat , the temporal and spatial dynamic distribution of cotton2wheat
composite root system(C2W) was studied with drill and DT2SCAN Scanner1 The results showed that the root length , root
length density , root surface area and root average diameter of cotton in C and C2W had a single2peak curve of changes
during the whole growth stage1 In soil layer below 40 cm , the decline speed of root surface area , root length and root length
density of cotton in C2W was obviously lower than in C after blooming stage , and difference of root average diameter was lit2
tle1 The root dry weight of C2W was lower than C before blooming stage in upper layer of soil , but obviously higher than that
in deeper layer after blooming stage and the total amount of roots was mere in C2W than in C1 Within the distance of 25 cm
from cotton plant , the biggest root length , root length density and root surface area were in 0 - 20 cm soil layer , and de2
scended with the deepening of soil layers1 The upper layer root length and root length density were decreased in C and in2
creased in C2W with increasing the distance from cotton plant ; and the maximum of them were at the location of 1215 cm
基金项目 : 国家自然科学基金 (30170545 和 30370831) 、农业部农业结构调整重大技术研究专项 (2003205202B) 和江苏省自然科学基金
(BK2002109)资助。
作者简介 : 王立国 (1975 - ) ,男 ,助理研究员。3通讯作者 :周治国。
Received(收稿日期) :2004203219 ,Accepted(接受日期) 20042122291

from cotton plant in C but 3175 cm in C2W1 The localities with max value of root length density in every layer were farther
from cotton plant with deepening the soil layers1 Root surface area spatial2distribution was the same as root length density1
At the location of 3175 cm from cotton plant , root average diameter was decreased with deepening soil layers , while at the
locations of 1215 cm and 21125 cmfrom cotton plant , root average diameter increased in 0 - 40 cm soil layer and decreased
in soil layers below 40 cm with the deepening of soil layer1 The localities with maximum root dry weight in every layer of C
distributed like a bow with vertical taproot as bowstring , and those of cotton in C2W were farther from cotton plant1
Key words : Cotton2wheat double cropping ;Composite root system; Growth ; Temporal and spatial distribution
　　麦棉两熟是我国粮棉主产区一项成熟的种植制
度 ,生产中的麦棉两熟方式或是以牺牲小麦产量为
代价换取棉花 ,或是以牺牲棉花产量为代价换取小
麦 ,均不能兼顾麦棉双高产 ,以改良 3∶1 式 (3 行小
麦 1 行棉花 ,80 cm 一带 ,小麦行距 15 cm ,预留棉花
套种行 50 cm ,麦收后棉花 80 cm 等行距) 为主体的
麦棉两熟双高产栽培模式 ,实现了麦棉产量的新突
破[1 ] 。但麦棉共生期复合群体地上部光竞争和地下
部营养竞争 ,导致棉花弱苗晚发、晚熟劣质 ,这是棉
花生产中亟需解决的问题。
有关麦棉共生期地上部复合群体中的光竞争效
应的研究较为深入系统[1～3 ] ,但对于麦棉两熟地下
部根系的研究仅是初步[4 ] 。棉花是直根系作物 ,根
系生长发育的好坏直接影响到地上部的棉花产量与
品质 ,因此棉花根系一直是国内外众多学者的研究
热点之一[5 ] 。过去对单作棉根系的生长、分布、生理
特性以及环境因素影响的研究都比较系统深
入[6～11 ] 。
在作物根系研究中 ,以前多采用称重法、根系挖
掘法、地下观测室观察法、玻管局部录像法等 ,这些
方法或只能测定一个项目 ,或耗力费时 ,或准确度不
高 ,难以反映大田土体内的根系实际分布状况。用
英国 Delta2T Devices Ltd1 出品的 DT2SCAN 软件研究
棉花根系 ,可快速准确地得出根系的长度、表面积、
平均直径等系列参数 ,利用根钻与 DT2SCAN 扫描仪
取根分析根系的生长规律相对其他方法来说可简化
程序 ,节约劳力 ,尤其对根系空间分布与生长动态的
研究比较适用[12 ] 。本试验即采用根钻与 DTSCAN
扫描仪结合的方法。
本研究旨在探讨麦棉两熟双高产条件下 ,不同
复合根系群体的生长与分布规律 ,为在实践中采取
合理的措施 ,充分发挥棉麦共生期作物根系的营养
互补作用 ,抑制潜在竞争 ,较好解决麦套棉弱苗晚发
问题 ,提供理论依据。
1 　材料与方法
111 　试验设计
　　试验于 2002 年在中国农业科学院棉花研究所
进行 ,供试土壤为肥力条件较好的壤质土 ,以单作棉
(F Ⅰ) 、单作麦 ( F Ⅱ) 为对照 ,设置可以实现棉麦两
熟双高产的改良 3∶1 式种植方式 ( F Ⅲ:带宽 80 cm ,
小麦行距 15 cm ,套种行 50 cm ,棉麦间距 25 cm) [1 ] ,
各处理田间布局如图所示 (竖线代表小麦 ,圆圈代表
棉花) 。
988　第 7 期 王立国等 :麦棉两熟双高产条件下麦棉复合根系生长的时空动态分布 　　　

　　试验均采取 5 带区种植 ,带宽 80 cm ,小区长 8
m ,宽 4 m ,面积 32 m2 ,在中间 3 带区取样 ,重复 3
次 ,随机区组排列。供试小麦品种为鲁麦 15 ,11 月 3
日播种 ;棉花品种为美棉 33B ,4 月 23 日播种。麦棉
管理均按改良 3∶1 式麦棉双高产栽培模式的要求进
行[1 ] ,单作棉产量 1 38715 kg·hm - 2 , 霜前花率 82 % ,
单作麦产量 6 015 kg·hm - 2 ;套作棉产量 1 260 kg·
hm - 2 , 霜前花率 75 % ,套作麦产量 5 865 kg·hm - 2。
112 　试验方法
在棉花生长发育过程中 ,套作棉的生育进程较
单作棉晚 5 d 左右 ,取样时间以套作棉生育期为标
准 ,分别于麦棉共生期 ( ①苗期 6 月 5 日 , ②初蕾期 6
月 11 日)和小麦收获后 ( ③初花期 7 月 11 日 , ④盛
花期 8 月 16 日 , ⑤吐絮期 9 月 3 日) ,在麦棉套种行
内用直径 715 cm 的根钻 ,每 10 cm 为一层 ,在根钻圆
心距棉株 21125 cm 处 (单作麦为距离小麦 3175 cm
处 ,记为 A 点) 、距棉株 1215 cm 处 (记为 B 点) 、距离
棉花 3175 cm 处 (记为 C 点) 取样。其中 6 月 5 日单
作棉只在 C点取样 ,取样总深度为 40 cm ,套作棉复
合根系群体在 A、B、C 三点取样 ,取样总深度为 70
cm ;6 月 11 日单作棉和套作棉均在 A、B、C 三点取
样 ,总深度为 60 cm ;7 月 11 日、8 月 16 日和 9 月 3 日
单作棉和套作棉均在 A、B、C 三点取样 ,总深度为
100 cm。取样后用冲根器冲洗根系 ,用 DTSCAN 扫
描仪扫描根系 ,并以图形文件格式存储 ,用 DTSCAN
分析软件计算出各土层样品中根系的总表面积
(mm2) 、总根长 (mm) 、根平均直径 (mm) ,再计算出根
长密度 (即单位土体内的根长度 ,mm·cm - 3) 。
2 　结果与分析
211 　根长和根长密度的变化
　　作物为获取水分和养分 ,各层根系必须具有一
定量的根长和根长密度 ,一般来说根长和根长密度
越大 ,其提供的养分越多。从图 1、图 2 可以看出 ,
单作棉根长和根长密度的变化趋势在距棉株水平距
离 21125 cm 处一致 ;在纵向分布上 ,0～10 cm 土层
在盛花期达到最大值 ,并维持在一定水平直至吐絮
期 ,10～20 cm和 20～30 cm 土层在初花期达最大值 ,
之后开始下降 ,30 cm 以下各土层均在盛花期达最
大值 ,而后下降。
套作棉复合根系在麦棉共生期以小麦为主 ,因
此距棉株 21125 cm 处根长和根长密度在苗期有一
个峰值 ,小麦收获后小麦根系开始衰减 ,棉花根系大
量发生 ,同单作麦相比较 (表 1、表 2) ,发现套作棉在
纵向 0～10 cm 土层的根长和根长密度最大值出现
在初花期 ,而后下降 ,盛花至吐絮期维持在一定水平
上 ,70～80 cm、80～90 cm 土层则出现在吐絮期 ,其
余土层皆出现在盛花期。与单作棉相比 ,在距棉株
21125 cm 处 ,套作棉 0～10 cm 土层根长和根长密度
高峰期出现早 ,但盛花期后明显降低 ;10～30 cm 土
层的根长和根长密度峰值延后 ,深层根系根长和根
长密度下降速度较慢。
在距棉株水平距离 1215 cm 处 ,单作棉纵向 0～
10 cm 土层根长和根长密度在初花期达最大值后开
始下降 ,至盛花期趋缓 ,10～90 cm 土层的根长和根
长密度均在盛花期达最大值 ,90～100 cm 的土层在
吐絮期达最大值。套作棉在苗期至初蕾期复合根系
以小麦为主 (表 1、表 2) ,小麦收获后棉花 0～10 cm
土层的根长和根长密度在初花期达最大值后开始下
降 ;10～30 cm 土层在盛花期达最大值后一直保持较
高水平 ;30～100 cm 各土层在盛花期达其峰值 ,至吐
絮期变化较小。套作棉在距棉株 1215 cm 处的根长
和根长密度在盛花期以前低于单作棉 ,盛花期以后
高于单作棉 ,且在浅层低于单作棉 ,而深层高于单
作棉。
在距棉株水平距离 3175 cm 处 ,单作棉 0～10
cm 土层根长和根长密度在苗期和盛花期出现峰值 ;
10～20 cm 土层从苗期即保持一定水平至吐絮期 ,其
间变化幅度较小 ;20 cm 以下各土层均在盛花期达
最大值。套作棉 0～10 cm 土层的根长和根长密度
去除小麦根系的影响后 ,其最大值仍在盛花期出现 ,
而后开始缓慢衰退 ,10～20 cm 土层最大值出现在吐
絮期 ,盛花期前后保持了较高的根长密度 ,20～40
cm 各土层最大值均出现在盛花期 ,而后衰退 ,其余
土层出现在吐絮期 ,且盛花期即保持了与峰值接近
的根长和根长密度。套作棉在距棉株水平距离
3175 cm 处的根长和根长密度在盛花期后明显高于
单作棉 ,在深层根系上表现尤为突出 ,且盛花期后深
层根系衰退速度也低于单作棉。
综上所述 ,套作棉复合根系总根长和根长密度
小于单作棉和单作麦之和 ,两处理根长和根长密度
以 0～20 cm 土层的最大 ,随层次的加深而递减 ,各
位点 0～40 cm 土层的根长和根长密度均占全部根
长和根长密度的 60 %以上。随生育期的推进 ,单作
棉各层根长和根长密度距棉株由近及远地增加 ,从
各位点增加的速度看 ,越下层距棉株越远增加速度
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越快 ,浅层根系则相反。套作棉各层根长和根长密
度也是距棉株由近及远地增加 ,但以距棉株水平距
离 3175 cm 处增加最快 ,这在浅层根系尤为明显。 可能是套作棉根系前期与小麦竞争水肥而缩小了侧根与主根的夹角所致。
图 1 麦棉两熟复合根系群体中分层根系总根长度的变化
Fig11 Changes of the root length in different soil layers in cotton2wheat double2cropping system
图中①、②、③、④、⑤代表取样时间 ,分别为 6/ 5、6/ 11、7/ 11、8/ 16、9/ 3 ;图例中的 10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 分别代表 0～10 cm、
10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm、50～60 cm、60～70 cm、70～80 cm、80～90 cm、90～100 cm 的土层。图中
数据系 3 次重复的平均值 , 下同。
, ②, ③, ④and ⑤stand for sampling time , which were 6/ 5 ,6/ 11 ,7/ 11 ,8/ 16 and 9/ 3 ,respectively1 10 ,20 ,30 ,40 ,50 ,60 ,70 ,80 ,90 and 100 were the soil
layers of 0 - 10 cm , 10 - 20 cm , 20 - 30 cm , 30 - 40 cm , 40 - 50 cm , 50 - 60 cm , 60 - 70 cm , 70 - 80 cm , 80 - 90 cm and 90 - 100 cm ,
respectively1 Data in figure were the mean of 3 replications1 The same below1
表 1 单作棉、单作麦和套作棉分层根系总根长的变化
Table 1 Changes of root length in different soil layers in single2cropping cotton , single2cropping
wheat and cotton2wheat double2cropping system( cm)
纵向分布
Vertical
distribution
单作棉
Monoculture cotton
单作麦
Monoculture wheat
麦棉复合群体
Cotton2wheat composite population
距棉株 21125 cm
21125 cm from cotton plant 距小麦 3175 cm3175 cm from wheat plant 距棉株 21125 cm21125 cm from cotton plant
6/ 5 6/ 5 6/ 11 6/ 5 6/ 11
0 - 10 cm 45414 6 37414 62612 5 29511 94916
10 - 20 cm 11917 8 23613 1 16813 1 44114 1 63710
20 - 30 cm 5111 2 55710 99111 2 09511 1 20414
30 - 40 cm 4017 1 23915 1 14114 2 59319 55118
40 - 50 cm 3511 1 14014 95112
50 - 60 cm 11113 60016 62214
纵向分布
Vertical distribution
距棉株 1215 cm
1215 cm from cotton plant 距小麦 1215 cm1215 cm from wheat plant 距棉株 1215 cm1215 cm from cotton plant
0 - 10 cm 1 20915 15716 29019 6110 36115
10 - 20 cm 8619 4 78210 4 81615 1 97914 1 04412
20 - 30 cm 11214 3 77715 1 20414 1 34417 2 40813
30 - 40 cm 4613 80116 1 26110 1 04613 1 31913
40 - 50 cm 3511 1 39210 40212
50 - 60 cm 2217 44015 45015
纵向分布
Vertical distribution
距棉株 3175 cm
3175 cm from cotton plant 距小麦 21125 cm21125 cm from wheat plant 距棉株 3175 cm3175 cm from cotton plant
0 - 10 cm 90413 30410 19918 77516 1 34417 47112
10 - 20 cm 50219 49515 2 37619 70219 3 48018 16112
20 - 30 cm 16912 1 41512 2 48319 1 08415 2 95114 11214
30 - 40 cm 5313 5813 66915 63519 1 00113 30414
40 - 50 cm 4616 59017 49515
50 - 60 cm 4017 1 00813 48119
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图 2 麦棉两熟复合群体分层根系根长密度的变化
Fig12 Changes of root length density in different soil layers in cotton2wheat double2cropping system
表 2 单作棉、单作麦和套作棉分层根系根长密度的变化
Table 2 Changes of root length density in different soil layers in single2cropping cotton ,
single2cropping wheat and cotton2wheat double2cropping system( mm·cm - 3)
纵向分布
Vertical
distribution
单作棉
Monoculture cotton
单作麦
Monoculture wheat
麦棉复合群体
Cotton2wheat composite population
距棉株 21125 cm
21125 cm from cotton plant 距小麦 3175 cm3175 cm from wheat plant 距棉株 21125 cm21125 cm from cotton plant
6/ 5 6/ 5 6/ 11 6/ 5 6/ 11
0 - 10 cm 1143 20113 1198 16172 3100
10 - 20 cm 0138 26100 3169 4155 5117
20 - 30 cm 0116 8104 3113 6161 3142
30 - 40 cm 0118 3191 3160 8119 1174
40 - 50 cm 0127 3160 3100
50 - 60 cm 0135 1197
纵向分布
Vertical distribution
距棉株 1215 cm
1215 cm from cotton plant 距小麦 1215 cm1215 cm from wheat plant 距棉株 1215 cm1215 cm from cotton plant
0 - 10 cm 3182 0150 0192 0119 1114
10 - 20 cm 0127 15110 15121 6125 3130
20 - 30 cm 0135 11193 3180 4155 7161
30 - 40 cm 0115 2153 3198 3130 4117
40 - 50 cm 0111 4139 1127
50 - 60 cm 1139 1142
纵向分布
Vertical distribution
距棉株 3175 cm
3175 cm from cotton plant 距小麦 21125 cm21125 cm from wheat plant 距棉株 3175 cm3175 cm from cotton plant
0 - 10 cm 2186 0196 0163 2145 4125 1149
10 - 20 cm 1159 1156 7150 2122 10199 0151
20 - 30 cm 0153 4147 7184 3142 9132 2122
30 - 40 cm 0117 0118 2111 2101 3116 0196
40 - 50 cm 4132 1187 1139
50 - 60 cm 0113 3118 1152
212 　根系总表面积的变化
作物根系表面积可以在一定程度上反映根系吸
收养分能力的大小。如图 3 和表 3 所示 ,在距棉株
水平距离 21125 cm 处 ,单作棉在纵向 0～30 cm 各土
层的根表面积在初花期达最大值之后开始下降 ,到
盛花期至吐絮期维持在一定水平上 ,30 cm 以下各
土层均在盛花期达最大值。套作棉复合群体根系中
去除小麦根系影响后 ,纵向 0～10 cm 土层的根系表
面积在初花期达最大值而后下降 ,其余各土层均在
盛花期达最大值 ,且维持在一定水平上至吐絮期。
在距棉株水平距离 21125 cm 处 ,套作棉的根系表面 积明显高于单作棉 ,尤以后期高且持续期长 ,说明套作棉根系衰老进程滞后于单作棉。在距棉株水平距离 1215 cm 处 ,单作棉纵向 0～10 cm 土层根表面积最大值出现在初花期 ,之后迅速下降 ;10 cm 以下各土层均出现在盛花期。套作棉在 0～10 cm 土层根表面积最大值也是出现在初花期 ,但其值明显低于单作棉 ,其余各土层均在盛花期出现最大值。在距棉株水平距离 1215 cm 处 ,套作棉前期根表面积达峰值的进程及后期衰退均较单作棉慢 ,且后期根表面积明显高于单作棉。在距棉株水平距离 3175 cm 处 ,单作棉纵向 0～
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40 cm 各土层的根表面积在盛花期达最大值 ,而后
下降 ,40～50 cm 各土层在吐絮期达最大值 ,其余各
土层均在盛花期达峰值。套作棉纵向 0～20 cm 土
层的根表面积在初花期达最大值 ,其余各土层均在
盛花期达最大值。在距棉株水平距离 3175 cm 处 ,
根系发育前期单作棉明显快于套作棉 ,而中后期套
作棉明显加快 ,并可超过单作棉。
综上所述 ,棉花根表面积随生育时期的延后呈
先上升后下降的趋势 ,在空间分布上 ,均以纵向 0～
10 cm 最大 ,随土层加深并递减。单作棉与套作棉
均有浅层根系随距主茎越远而降低、深层根系随距
主茎越远而增加的趋势。在根系总表面积的发展
上 ,前期单作棉快于套作棉 ,而中后期套作棉明显加
快 ,并在后期明显高于单作棉 ,且持续期长 ,说明套
作棉在地上部较快发育的同时 ,根系也相适应地较
快发展。
图 3 麦棉两熟复合群体分层根系总表面积的变化
Fig13 Changes of total root surface area in different soil layers in cotton2wheat double2cropping system
表 3 单作棉、单作麦和套作棉分层根系总表面积的变化
Table 3 Changes of total root surface area in different soil layers in single2cropping cotton , single2cropping
wheat and cotton2wheat double2cropping system ( mm2)
纵向分布
Vertical
distribution
单作棉
Monoculture cotton
单作麦
Monoculture wheat
麦棉复合群体
Cotton2wheat composite population
距棉株 21125 cm
21125 cm from cotton plant 距小麦 3175 cm3175 cm from wheat plant 距棉株 21125 cm21125 cm from cotton plant
6/ 5 6/ 5 6/ 11 6/ 5 6/ 11
0 - 10 cm 13210 158012 20512 189019 37910
10 - 20 cm 3817 230518 41316 31619 66311
20 - 30 cm 1219 82910 34619 51414 38918
30 - 40 cm 1816 39214 40813 66519 22917
40 - 50 cm 1614 34717 43014
50 - 60 cm 3419 17117 20016
纵向分布
Vertical distribution
距棉株 1215 cm
1215 cm from cotton plant 距小麦 1215 cm1215 cm from wheat plant 距棉株 1215 cm1215 cm from cotton plant
0 - 10 cm 33811 4218 8916 3514 10319
10 - 20 cm 2312 131118 192916 47514 34515
20 - 30 cm 3312 95916 46513 39214 89814
30 - 40 cm 1614 18612 46613 25319 540
40 - 50 cm 1117 54817 102
50 - 60 cm 711 14417 18516
纵向分布
Vertical distribution
距棉株 3175 cm
3175 cm from cotton plant 距小麦 21125 cm21125 cm from wheat plant 距棉株 3175 cm3175 cm from cotton plant
0 - 10 cm 28210 7617 5712 32615 27919 15013
10 - 20 cm 20010 15211 60016 24514 76917 4618
20 - 30 cm 4314 60519 68811 38918 78511 22917
30 - 40 cm 9124 1514 18319 20910 28313 10919
40 - 50 cm 45615 18110 20016
50 - 60 cm 919 41312 14819
213 　根系平均直径的变化
如图 4 所示 ,单作棉、套作棉根系平均直径总的
变化趋势是随生育进程先上升后下降 ,各土层根系
平均直径在不同生育时期存在差异。单作棉在各土
398　第 7 期 王立国等 :麦棉两熟双高产条件下麦棉复合根系生长的时空动态分布 　　　

层的根系平均直径在 3 个取样点均在初花期达最大
值 ,之后开始下降 ,且在 0～40 cm 各土层还有随层
次加深而增高、在 40 cm 以下各土层随层次加深而
降低的趋势 ,盛花期至吐絮期变化较小。与单作麦
比较 ,去除小麦根系的影响后可以看出 (表 4) ,套作
棉各土层的最大根系平均直径也是出现在初花期 ,
各土层变化趋势与单作棉一致 ,但初花期后套作棉
在距棉株 21125 cm 处和距棉株 1215 cm 处的根系平
均直径下降速率明显慢于单作棉。
图 4 麦棉两熟复合群体分层根系平均直径的变化
Fig14 Changes of average root diameter in different soil layers in cotton2wheat double2cropping system
表 4 单作棉、单作麦和套作棉分层根系平均直径的变化
Table 4 Changes of average root diameter in different soil layers in single2cropping cotton , single2cropping
wheat and cotton2wheat double2cropping system　( mm)
纵向分布
Vertical
distribution
单作棉
Monoculture cotton
单作麦
Monoculture wheat
麦棉复合群体
Cotton2wheat composite population
距棉株 21125 cm
21125 cm from cotton plant 距小麦 3175 cm3175 cm from wheat plant 距棉株 21125 cm21125 cm from cotton plant
6/ 5 6/ 5 6/ 11 6/ 5 6/ 11
0 - 10 cm 0129 0125 0133 0136 0140
10 - 20 cm 0132 0128 0135 0122 0141
20 - 30 cm 0125 0132 0135 0125 0139
30 - 40 cm 0124 0132 0136 0126 0142
40 - 50 cm 0129 0130 0145
50 - 60 cm 0131 0129 0132
纵向分布
Vertical distribution
距棉株 1215 cm
1215 cm from cotton plant 距小麦 1215 cm1215 cm from wheat plant 距棉株 1215 cm1215 cm from cotton plant
0 - 10 cm 0128 0127 0131 0138 0129
10 - 20 cm 0127 0126 0140 0123 0133
20 - 30 cm 0130 0125 0139 0124 0137
30 - 40 cm 0135 0123 0137 0124 0141
40 - 50 cm 0133 0139 0125
50 - 60 cm 0131 0133 0141
纵向分布
Vertical distribution
距棉株 3175 cm
3175 cm from cotton plant 距小麦 21125 cm21125 cm from wheat plant 距棉株 3175 cm3175 cm from cotton plant
0 - 10 cm 0131 0125 0129 0142 0121 0132
10 - 20 cm 0140 0131 0125 0135 0121 0129
20 - 30 cm 0126 0139 0128 0136 0127 0125
30 - 40 cm 0117 0127 0127 0133 0128 0136
40 - 50 cm 0131 0131 0132
50 - 60 cm 0124 0141 0131
214 　干物重的变化
图 5 表示麦棉两熟复合群体不同土层单位土体
内根系干重的变化 ,在距棉株水平距离 21125 cm
处 , 单作棉纵向 0～10 cm 土层在盛花期达最大值之
后开始衰退 ,10～20 cm 土层在初花期已达最大值并
开始衰退 ,20～30 cm 土层由初花期至盛花期呈上升
趋势 ,盛花期达最大值后开始衰退 ,而 30 cm 以下各
土层皆在盛花期达最大值并随之下降。套作棉 0～
10 cm 和 10～20 cm 土层的根干重均在初花期达最
大值之后开始衰退 ,而 20～100 cm 各土层均在盛花
期达最大值 ,之后开始衰退 ,但 20～30 cm 土层至吐
絮期仍维持在较高水平上。套作棉在距棉株水平距
498 　　　　作 　　物 　　学 　　报 第 31 卷 　

离 21125 cm 处的总根干重明显高于单作棉 ,且 0～
10 cm 土层的根干重峰值出现较早 ,后期 50～100 cm
各土层的根干重明显高于单作棉 ,并维持在较高的
水平上。
图 5 麦棉两熟复合群体分层根系干重的变化
Fig15 Changes of root dry matter in different soil layers in cotton2wheat double2cropping system
　　在距棉株水平距离 1215 cm 处 ,单作棉纵向 0～
10 cm 土层根系干重在初花期达最大值 ,之后开始
下降 ,至盛花期趋于平稳 ;10～20 cm 土层在盛花期
达最大值 ,至吐絮期仍维持较高的根量 ;20～50 cm
各土层皆在盛花期达最大值 ;50～100 cm各土层则在
吐絮期达最大值。套作棉 0～10 cm 和 10～20 cm 土
层的根干重皆在初花期达最大值 ,之后下降 ,盛花至
吐絮期保持在较低的水平上 ;20～30 cm 和30～40 cm
土层在盛花期达到较高水平保持至吐絮期 ;40～50
cm土层则在盛花期达到峰值 ;50～100 cm各土层由盛
花期至吐絮期一直维持较高的水平。在距棉株 1215
cm处 , 套作棉根干重总量低于单作棉 ,在0～20 cm
土层的根干重明显低于单作棉 ,但盛花期 20～100 cm
各土层却明显高于单作棉。
在距棉株水平距离 3175 cm处 ,单作棉在纵向 0～
10 cm和 10～20 cm土层的根干重在初花期达峰值后
开始下降 ,20～50 cm 各土层皆在吐絮期达最大值 ,
盛花期后 50～100 cm 各土层的根干重在整个根干
重中占 1/ 4 的比例 ,反映了生育后期深层根系在养
分吸收方面的重要作用。套作棉在纵向 0～10 cm
土层的根干重在初花期达最大值而后下降 ,盛花期
至吐絮期缓慢下降 ;以下各土层均在吐絮期达最大
值。套作棉 0～10 cm 土层的根干重前期明显低于
单作棉 ,在吐絮期又高于单作棉 ,而 20～50 cm 的各
层由初花期开始即明显高于单作棉 ,50 cm 以下各
土层在盛花期高于单作棉。
综上所述 ,棉花根干重变化总的趋势是由初花
期至吐絮期 0～10 cm 土层在不断下降 ,而 20～50
cm 土层在盛花期达最大值后开始下降 ,50～100 cm
土层则表现不断上升。单作棉 0～10 cm 根干重总
的趋势是距棉株越远越低 ,而 10～20 cm 根干重则
表现距棉株 1215 cm 处高 ,20～30 cm 表现距主茎越
远越高 ,其余土层均表现距主茎越远越低。套作棉
与单作棉不同的是根干重在 10～20 cm 土层是距主
茎越远越低 ,在 30～40 cm 和 40～50 cm 土层距棉株
1215 cm 处最高 ,在 50～100 cm 各土层则距主根越
远越高。
套作棉在根系总量上高于单作棉 ,且表现浅层
低于单作棉 ,而深层高于单作棉。反映了套作棉地
上部较快发育的同时 ,光合产物较多地分配于根系
的发展。
3 　结论
在麦棉两熟双高产栽培条件下 ,麦棉地上部光
温竞争和地下部肥水竞争导致套作棉根系生长发育
的变化。小麦收获后 ,套作棉生育进程加快 ,为适应
地上部生长对养分的需求 ,地下部的根系发育表现
出自己的特点。
在时间变化上 ,套作棉和单作棉根长和根长密
度、根表面积以及根系平均直径均随生育进程呈先
上升后下降的趋势 ,两者根长和根长密度、根表面积
最大值的出现时期基本一致 ,但套作棉后期根长和
598　第 7 期 王立国等 :麦棉两熟双高产条件下麦棉复合根系生长的时空动态分布 　　　

根长密度、根表面积的衰退速率明显低于单作棉 ,套
作棉各层根长和根长密度在随生育时期的变化上 ,
以距棉株 3175 cm 处增加最快 ,在浅层根系尤为明
显。在根表面积的发展上 ,单作棉在前期要快于套
作棉 ,在中、后期套作棉中下层根系发育明显加快 ,
在后期根系总表面积显著高于单作棉 ,且持续期长。
套作棉和单作棉根系平均直径均在初花期达最大
值 ,从盛花期至吐絮期变化不大 ,差异较小。根系干
物质重 ,套作棉在盛花期前的浅层低于单作棉 ,盛花
期后的深层显著高于单作棉 ,套作棉根系总量超过
单作棉。
在空间分布上 ,在距棉株水平距离 25 cm 以内 ,
根长和根长密度、根总表面积均以 0～20 cm 土层最
大 ,随土层加深而递减。单作棉和套作棉均有浅层
根系随距棉株距离加大而降低、深层根系随距棉株
距离加大而增加的趋势。各位点 0～40 cm 土层中
根系的根长和根长密度均占全部根长和根长密度的
60 %以上。单作棉各土层根长和根长密度距棉株由
近及远地增加 ,浅层根系在距棉株水平距离 1215 cm
处最高。套作棉各土层根系的根长和根长密度也是
距棉株由近及远地增加 ,但浅层根系以距棉株水平距
离 3175 cm处最大 ,根长密度随与棉株距离的增加而
降低 ;随土层加深 ,其各土层根系的最大根长密度逐
渐远离棉株。根表面积的空间分布与根长和根长密
度类似。而根系平均直径总的趋势是在近主茎位点
随层次加深而降低 ,而在距棉株水平距离 1215 cm 和
21125 cm处表现 0～40 cm各土层随层次加深而增大、
在 40 cm以下各土层随层次加深而降低的趋势。
在根干重的分布上 ,单作棉随土层深度增加的
变化总趋势是 ,浅层距主茎水平位点越远越低 ,上中
层距主茎 1215 cm 处高 ,下中层距棉株越远越高 ,深
层距主茎越远越低。如果比喻棉花主茎垂直向下为
弓弦的话 ,各层根干重的最大值分布就如同弓背。
套作棉与单作棉不同的是 ,随土层深度的加深 ,根干
重总趋势以浅层距棉株位点越远越低 ,中层距棉株
1215 cm 处的最高 ,深层距棉株位点越远越高。
套作棉根系无论在根长和根长密度、根表面积
还是根干重上 ,均表现浅层根系在距棉株水平距离
3175 cm 处、深层根系在远离棉株处占优势 ,这可能
是套作棉根系在共生期与小麦竞争水肥而缩小了侧
根与主根的夹角所致。套作棉根系后期在根长和根
长密度、根表面积和根干重上高于单作棉也反映了
其生长特点。
根据上述研究结果 ,在麦棉两熟双高产栽培中
要注意两个方面的问题 :一是选择前期生长比较旺
盛的中熟或中早熟品种 ,以促进盛花期以前根系的
生长 ;二是由于套作棉根系生长表现出浅层根系在
距棉株水平距离 3175 cm 处、深层根系在远离棉株
处占优势 ,因此前期施肥距离棉株较单作棉宜近 ,且
不宜过深 ,但后期较单作棉要远 (以距棉株 1215 cm
为宜) 、要深。
References
[1 ] 　Shi P (施培) ,Chen C2R (陈翠容) , Zhou Z2G(周治国) ,Cao H2M
(曹鸿鸣) , Sun X2Z (孙学振) , Yang X2H (杨兴洪) 1 Theory and
Practice of High Yielded Cotton2wheat Double Cropping System(棉麦
两熟双高产理论与实践) 1 Beijing : Atomic Energy Press , 1996 (in
Chinese)
[2 ] 　Zhou Z2G(周治国) , Meng Y2L (孟亚利) ,Shi P(施培) , Shen Y2Q
(沈煜清) , Jia Z2K(贾志宽) 1 Effects of distribution of sunshine hours
on the main quality characteristics of the cotton boll for the cotton2wheat
double cropping1 Scientia Agricultura Sinica (中国农业科学) , 1999 ,
32 (1) : 40 - 45 (in Chinese with English abstract)
[3 ] 　Zhou Z2G(周治国) , Meng Y2L (孟亚利) , Shi P(施培) , Sun X2Z
(孙学振) , Shan S2H(单世华) 1 Effects of planting patterns on cotton
boll development in directly sowed cotton with early2mid maturity in
wheat field1 Acta Gossypii Sinica (棉花学报) , 1998 , 10 (6) : 329 -
333 (in Chinese with English abstract)
[4 ] 　Zhou Z2G(周治国) ,Meng Y2L (孟亚利) ,Shi P(施培) 1 Relationship
between cotton seedling root growth characteristic and aerial part under
cotton2wheat double cropping1 Acta Gossypii Sinica ( 棉花学报 ) ,
2000 , 12 (4) : 222 - 224 (in Chinese with English abstract)
[5 ] 　William L1 Bland cotton and soybean root system growth in three soil
temperature regimes1 Agronomy Journal , 1993 , 85 (4) : 906 - 911
[6 ] 　Zhu L2X(朱连先) ,Wang Z2F(王志芬) ,Zhang F2Y(张风云) ,Chen
X2L (陈学留) 1 Research on the differences of soil phosphate utlization
ratio of the crops in different wheat2cotton polyculture1 Journal of Shan2
dong Agricultural University (Natural Science Edition) (山东农业大学
学报·自然科学版) , 2001 , 32 (3) : 379 - 380 (in Chinese with
English abstract)
[7 ] 　Li Y2S(李永山) ,Feng L2P(冯利平) , Guo M2L (郭美丽) ,Han X2X
(韩学信) 1 Studies on the growth characteristics of root system and its
relation with cultural practices and yield in cotton ( G1 hirsutum L1) 1
Ⅰ1 Relationships between the growth and physiological activity of the
root system and the growth and development of the aboveground parts of
cotton1 Acta Gossypii Sinica (棉花学报) , 1992 , 4 (1) : 49 - 56 (in
Chinese with English abstract)
[8 ] 　Zhang L2Z(张立桢) ,Li Y2B(李亚兵) ,Wang G2P(王桂平) ,Zhu Q2
L (朱巧玲) 1 The root growth , development and distribution of cotton
with vegetative branches1 Acta Gossypii Sinica (棉花学报) , 1998 , 10
(6) : 322 - 328 (in Chinese with English abstract)
[9 ] 　Gregory L Mullins , Donald W , Charles H Burmester , Hamilton H
Bryant1 In2Row subsoiling and potassium placement effects on root
growth and potassium content of cotton1 Agronomy Journal , 1994 , 86
(1) : 136 - 139
[10 ] 　Bolger T P , Upchurch D R , Mcmichael B L1 Temperature effects on
cotton root hydraulic conductance1 Environmental and Experimental
Botany , 1992 , 32 (1) : 49 - 54
[11 ] 　Smith C W , Vairil J J1 Double cropping cotton and wheat1 Agronomy
Journal , 1982 , 74 (5) : 862 - 865
[12 ] 　Li Y2B(李亚兵) ,Zhang L2Z(张立桢) ,Wang G2P(王桂平) 1 Ap2
plication of DT2SCAN in the research of cotton root1 China Cotton (中
国棉花) , 1999 , 26 (5) : 37 - 38 (in Chinese with English abstract)
698 　　　　作 　　物 　　学 　　报 第 31 卷