全 文 ：中国生态农业学报 2014年 3月 第 22卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Mar. 2014, 22(3): 284−291


* 国家公益性行业(气象)科研专项(GYHY201106026)和国家自然科学基金项目(31071322)资助
** 通讯作者: 白月明, 主要从事草原蝗虫监测预报、生态环境和温室气体对作物影响的研究。E-mail: baiym@cams.cma.gov.cn
廖荣伟, 主要从事农业气象及相关方面研究。E-mail: liaorw@cma.gov.cn
收稿日期: 2013−08−20 接受日期: 2014-01-13
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2014.30805
玉米生长后期的根系分布研究*
廖荣伟1 刘晶淼2,3 白月明2** 安顺清2 梁 宏4
卢建立2,5 乐章燕6 曹玉静7
(1. 国家气象信息中心 北京 100081; 2. 中国气象科学研究院 北京 100081; 3. 中国气象局沈阳大气环境研究所 沈阳
110016; 4. 中国气象局气象探测中心 北京 100081; 5. 河北省气象局 石家庄 050021; 6. 廊坊市气象局 廊坊 065000;
7. 中国气象局工程咨询中心 北京 100081)
摘 要 为了研究玉米生长后期根系的生长发育规律, 利用中国气象局固城农业气象试验站大型根剖面系统,
采用微根管观测系统及方形整段标本法和地下根系室玻璃窗, 对‘屯玉 46 号’玉米根系的生长状况进行了试验
研究。结果表明: 垂直方向上, 方形整段标本法和微根管法测得的根长密度占整层总根长密度比例的变化趋势
一致, 相关系数分别为 0.987和 0.717, 且两种方法在 0~20 cm土层的根长密度比例均为最大。0~60 cm土层为
玉米根系生长活跃区, 方形整段标本法测得根长密度生长量为其余层的 4 倍。两种方法测得的根长密度无显著
差异, 相关系数为 0.830, 均匀性水平较好。玉米成熟期根系的水平幅度较乳熟期窄, 下层根系仍处于生长中, 垂
直深度增加。玻璃窗与方形整段标本法观测的根深测定结果存在差异, 这可能与观测环境条件不一致有关。
关键词 玉米 方形整段标本法 微根管 地下玻璃观测窗 根长密度 根长比例
中图分类号: S513 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)03-0284-08
Spatial distribution and temporal variation of maize root in the
soil under field conditions
LIAO Rongwei1, LIU Jingmiao2,3, BAI Yueming2, AN Shunqing2, LIANG Hong4,
LU Jianli2,5, LE Zhangyan6, CAO Yujing7
(1. National Meteorological Information Center, Beijing 100081, China; 2. Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing
100081, China; 3. Shenyang Institute of Atmospheric Environment, China Meteorological Administration, Shenyang 110016, China;
4. Meteorological Observation Centre of China Meteorological Administration, Beijing 100081, China; 5. Meteorological
Department of Hebei, Shijiazhuang 050021, China; 6. Meteorological Department of Langfang in Hebei, Langfang 065000, China;
7. Engineering Consulting Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China)
Abstract In order to study the growth rhythm of maize root, a large root monitoring system was used in an experimental filed to
analyze maize (‘NO. 46 Tunyu’) root. The minirhizotron observation method and the quadrate monolith method were used to monitor
the main parameters such as maize root length, root length density and root length ratio at milky and maturity stage. Meanwhile,
underground glass windows were used to measure root length and width. The results showed that root length density ratios measured
by the minirhizotron observation method and the quadrate monolith method were consistent with the increase in soil depth at milky
and maturity stage, with correlation coefficients of 0.987 and 0.717, respectively. Root length density ratios estimated by the two
methods were highest in 0−20 cm soil layers. The 0−60 cm soil layers were the primary growth zone of fine roots, with average net
root length density 4 times that in the 70−220 cm soil layer measured by the quadrate monolith method. Root length densities from
the two methods were not significantly different, with a correlation coefficient of 0.830. The horizontal width of roots in the upper
soil layer became narrower with increasing vertical depth from milky stage to maturity stage. This suggested that roots still grew
during late developmental stage. Differences were noted in root depth between the quadrate monolith method and the underground
glass window method, probably due to inconsistent environmental conditions.
Keywords Maize; Quadrate monolith method; Minirhizotron; Underground glass observation window; Root length density;
Root length ratio
第 3期 廖荣伟等: 玉米生长后期的根系分布研究 285


(Received Aug. 20, 2013; accepted Jan. 13, 2014)
根系是作物营养吸收的主要器官之一, 其生长
动态是反映作物生长发育状况和产量形成的一个重
要标志, 对作物的产量影响巨大。研究根系的形态
特征、生理功能、生长发育规律、根系分布、根系
调控技术等则具有重大的理论和生产实践意义。监
测研究作物根系生长的方法有传统的标本取样方法,
如: 根管土柱栽培法[1]、水培试验[2]、盆栽法[3]等, 也
有采用现代计算机视觉技术[4]。各种方法有其优点
及不足之处, 但以破坏性较小、定位准确的方法作
为优先选择[5−6]。目前, 研究人员仍然采用挖掘法与
微根管法相结合的方式进行根系研究[7−8]。
挖掘法又称为脉络法[7], 于 18世纪初期被提出,
是将用于研究的作物根系直接从土壤中挖出, 然后
将其洗净, 选择需要的部分, 最后进行测量。这种方
法简单、易行、直观性强。但这种方法对根系的损
伤特别大, 据统计有 30%的根系在清洗过程中脱落,
降低了实际测量的精度和可靠性, 而且在每次测量
时都必须将根系挖出, 既损伤作物, 又限定了研究
内容和范围, 使得同一作物生长全过程观测无法成
为现实。从 20世纪初开始, 微根管法逐渐进入根系
观测领域, 1937 年 Bates[9]首次提出微根管法观测微
根系生长动态。此后, Pateña、Sanders、Upchurch、
Liedgens等[10−13]也使用该方法进行了植物根系观测。
微根管是一种破坏性较小、定点原位野外观察细根生
长状况的方法, 利用微根管方法可以在多个时段对
根系进行原位重复观测, 克服了依靠对根系进行物
理取样所带来的诸多缺陷, 其最大优点是在不影响
根系生长过程的前提下, 长期监测某个根系片断或
单个根系生长发育的变化趋势, 用来详细研究根系
的生长、死亡和物候等特征[4]。微根管图像采集的时
间间隔需要针对不同的试验目的来确定, 选择合适
的采样间隔对于研究目的的精确性非常重要。土壤温
度的变化将影响根系的生长发育状况, 过慢的图像
采集速度会造成管内温度升高, 改变根系生长状况。
国内的研究人员对挖掘法和微根管法等细根的
主要研究方法进行了介绍, 总结不同方法在根系研
究中的优缺点, 并指出细根研究的发展趋势[14−16]。
张志山等 [7−8]通过微根管观测与土钻法结合 , 观测
柠条(Caragana korshinskii Kom.)根系生长动态, 利
用根钻取样研究油蒿(Artemisia ordosica)与柠条植
物群落的根系分布及生长动态, 并采用挖沟分层取
样研究半固定沙丘两种植物的粗根剖面结构。陈建
文、张帆、王孟本等 [17−19]应用微根管技术对林地
0~100 cm土壤剖面的柠条细根生长动态进行观测。
周本智等[20]利用微根管技术监测火炬松(Pinus taeda
L.)新根系的生长动态, 发现施肥对新根生长没有明
显的影响。胡秀娟、纪瑛等[21−22]利用微根管技术监
测植物根系, 给出了根系的生长动态分布情况。罗
锡文等[23]采用计算机断层成像技术实现植物根系原
位形态构型的定性观察和定量测量, 实现根系动态
观测。刘九庆等[24−25]设计了基于线阵 CCD的微根系
微根管监测分析仪系统, 获取根的长度、分布密度
等动态特性。刘晶淼、廖荣伟等[26−28]利用微根管观
测法和方形整段标本法, 对玉米主要生育期的根系
生长动态进行定期直接跟踪监测。
目前对于根系测量的方法较多, 但没有一种方
法能适用于所有的根系测量条件, 随着相关学科对
根系深入研究的需要以及现代高新技术的不断进步,
需要更加便捷、自动、精确的观测技术。从技术需
求上分析, 这些变化反映了根系观测技术正在向原
位、无损、自动化的方向发展。目前, 国内采用微
根管和挖掘技术研究根系的个例还不多, 微根管测
量技术仍然需要大量的试验进行研究, 积累经验。
因此, 本文采用微根管观测系统对玉米根系进行自
然土壤介质下的观测试验, 并与方形整段标本法取
样结果进行对比, 分析观测结果的差异, 并对微根
管法进行订正, 建立回归方程, 同时研究玉米生长
后期根系在土壤中的分布状况及生长状态。本次试
验是对玉米根系研究领域新技术的一次探索, 加深
对玉米细根动态特征的认识, 同时也为玉米生产的
科学管理提供依据,。
1 材料和方法
1.1 田间试验设计
试验在河北省定兴县固城镇中国气象局生态环
境与农业气象试验站的大型根剖面观测系统中进
行。该站位于 39°08′N, 115°40′E, 海拔高度 15.2 m,
年平均气温约 12.12 , ℃ 年降水量 528 mm, 降水主
要集中在 6—9 月, 年日照时数 2 264 h。经测定,
0~200 cm 土层平均田间持水量为 22.7%, 体积质量
为 1.37 g·cm−3, 平均凋萎湿度为 5.0%[29]。
大型根剖面观测系统包括地上作物种植小区、地
下根系观测室和大型电动防雨棚 3个主要部分[26−27]。
地上作物种植小区南北走向, 东西两侧各 12 个, 共
24个, 每个小区为 4 m×2 m, 深度 3 m, 各小区之间
用水泥墙隔离。试验区的土壤为壤土(pH 7.1), 土壤
肥力中等, 小区内为原状土壤。试验区上的大型电
动防雨棚降水时覆盖小区, 无雨时退出。
地下根系观测室南北走向, 宽 2.5 m, 深 3.2 m。
在东西两侧各安装 12个钢化玻璃观测窗, 用于观测
286 中国生态农业学报 2014 第 22卷


根系生长和分布状况, 每个玻璃观测窗与相应的种
植小区土壤紧密相连。其中东西各 4 个玻璃观测窗
安装根系观测玻璃管(长 2.2 m, 外径 6.0 cm), 每个玻
璃观测窗的垂直中线部位自上而下在 40 cm、80 cm、
120 cm、160 cm、200 cm处安装 5根管子, 每个管
向上倾斜 10°29′插入作物种植小区土壤内, 管的插
入端用橡皮帽封死, 管口露出玻璃观测窗的部分配
备特制的不锈钢金属帽, 在微根管观测试验时打开,
其余时间盖住, 避免灰尘和水分进入管内。使用根
系观测系统在管内观测不同土壤深度的根系生长
状况, 电子窥镜摄像头总长 45 cm, 连接带有刻度
的连接杆, 连接杆单根长 120 cm, 可根据管道长度
增加连杆长度, 在管内观测不同土壤深度的根系生
长状况。观测时将摄像头、连接杆、视频采集器通
过 USB 线连接到笔记本电脑, 将摄像头插入到微
根管内, 用摄像头配套的植物根系获取软件进行图
片采集。
在安装有微型根系观测管的 8 个小区内, 安装
有 观 测 土 壤 湿 度 的 FDR(frequency domain
reflectometry频域反射仪)和土壤温度自动观测仪。
24 个小区播种玉米前使用三元素复合肥 1 次
(N-P-K 含量为 15-15-15), 正常管理, 播种后实时监
测土壤的物理指标。播种的玉米行距 50 cm, 株距
30 cm; 人工灌溉, 及时除草。东西两侧各 12个小区
由南向北顺序编号, 单数编号种植区域播种 3 行玉
米, 中间 1 行位于埋设在土壤中的微根管正上方,
方便观测玉米植株正下方根系的生长情况。双数编
号种植区域播种 4 行玉米, 中间 2 行位于埋设在土
壤中的微根管两侧, 方便观测玉米植株侧面根系的
生长情况。各小区内玉米采取相同的水肥及后期管
理措施, 便于重复观测及对比分析。
2007年 5月 12日在 24个小区播种‘屯玉 46号’
杂交中晚熟玉米。玉米生育期观测时间为: 5 月 20
日出苗, 5月 27日三叶, 6月 10日七叶, 6月 21日拔
节, 7月 17日抽雄, 7月 20日开花, 7月 23日吐丝, 8
月 8 日乳熟, 8 月 27 日成熟。玉米生育期观测严格
按照《农业气象观测规范》(1993)进行, 整个生育期
108 d[26]。
1.2 采样方法
1.2.1 微根管法
在地下根系观测室使用微根管技术观测不同深
度土壤中的玉米根系, 且微根管所测定的玉米地上
植株长势均匀, 具有代表性。试验观测时, 在玻璃壁
自上而下每隔 40 cm安装的微根管内插入连接电脑
的摄像头, 根据玉米种植情况, 确定摄像头在玻璃
管内的照取深度为 71.0 cm、101.8 cm、132.3 cm、
162.8 cm、193.0 cm, 共 5个点。每次摄像头的取景
范围为 83°管壁, 每旋转 45°标定手柄照取 1 次, 从
0°(镜头垂直向上)获取第 1张图片开始, 到 360°最后
1 张图片结束, 其间共获得 9 张取样图片。自 2007
年 5 月 28 日开始, 共进行 9 次根系观测, 获取图片
9 800余张。根据微根管观测获取结果, 首先对根系
图像进行预处理 , 标准化根系图片 , 再利用
MATLAB 软件的辅助图像处理功能, 通过基于图像
识别和根系参数计算的处理程序, 对获取的观测图
片进行处理 [27], 获取根长信息, 最后假设微根管观
测 1 周的体积代表土壤体积, 计算根长密度。乳熟
期微根管法观测到的根系深度为 120 cm, 成熟期为
180 cm。
1.2.2 方形整段标本法
在非微根管作物种植小区内, 选取 1 株代表性
植株, 以其为中心, 挖取长 50 cm×30 cm 的长方形
范围有根样的土柱, 然后沿土柱每 10 cm 自上而下
挖取土样 , 经过清洗 , 得到干净根系样品 , 然后用
电子天平称量根质量。对土样中粗根和细根进行分
类, 粗根直接测量, 细根先测量其总质量, 然后平均
分出 1/5 部分进行称量测量长度, 按比例换算出细根
总长度, 最后烘干并称量干重。算出每层土壤中的根
长、根重, 计算根长密度和根重(干重)密度[26−27]。乳
熟期方形整段标本法观测到的根系最深为 170 cm,
成熟期为 230 cm。
1.2.3 玻璃窗法
利用地下室玻璃窗上的刻度尺测定根系在玻璃
壁内土壤中的深度和幅宽[26]。
1.3 根系参数计算
根长密度是单位土壤体积中的根长, 由式(1)求得:
L
L
S
ρ = (1)
式中: Lρ 为根长密度, cm·cm−3; S为取得的含有根系
的土柱(包括根)样品体积, cm3; L为该土柱中的总根
长, cm。
不同发育期间根长密度的增长量由式(2)求得:
2 1L L Lρ ρ ρΔ = − (2)
式中: LρΔ 为根长密度增长量, cm·cm−3; 1Lρ 、 2Lρ 为
不同发育期间根长密度, cm·cm−3。 LρΔ >0表示根系处
于生长过程中, LρΔ <0表示根系处于衰亡过程中。
需要指出的是, 本文所用的方形整段标本法根
系资料来自非微根管作物种植小区, 微根管法观测
资料来自与前述小区玉米生长状况最为接近的小
区。根系参数的增长量均为成熟期减去乳熟期的结
果。图 1 为玉米乳熟期和成熟期微根管法观测的玉
米根系图像信息。
第 3期 廖荣伟等: 玉米生长后期的根系分布研究 287



图 1 微根管法观测的玉米根系图像(a: 乳熟期; b: 成熟期)
Fig. 1 Images of maize roots in the soil using the
minirhizotron (a: milky stage; b: maturity stage)
2 结果与分析
2.1 微根管法测量根长密度的垂直分布
图 2a为玉米生长后期采用微根管法测得的根长
密度占整层总根长密度的分布比例, 0~20 cm土层测
量的根长密度比例最大 , 乳熟期和成熟期分别为
35.7%和 19.9%, 整层均随着土壤深度的增加呈减少
型分布。在 120 cm土层之上, 乳熟期与成熟期根长
密度比例的垂直分布曲线的相关系数可达 0.717。图
2b 中, 微根管法测得的根长密度增长量在整个垂直
土层中均为正值, 表明生长后期玉米根系仍处于生
长过程中, 根系长度增加, 其中, 0~20 cm土层增加
量较小, 20~60 cm、100~120 cm、140~160 cm土层
增加量较大。
2.2 方形整段标本法测量根长密度的垂直分布
图 3 是方形整段标本法测得的玉米生长后期不
同土层根长密度的垂直分布。由图 3a可见, 0~20 cm
土层的根长密度比例最大, 乳熟期和成熟期分别达
34.6%和 35.7%; 在乳熟期 60 cm以上土层和成熟期
的 220 cm 以上土层, 玉米根长密度占整层总根长
密度的比例随着土壤深度的增加逐渐减少 , 其中
120 cm 以上土层的比例分别占整个垂直土壤层的
90.9%和 90.2%, 140 cm以下土层的比例分别仅占整
个垂直土壤层的 2.9%和 4.1%。在 160 cm土层之上,
乳熟期与成熟期根长密度比例的垂直分布曲线的相
关系数可达 0.987。图 3b 中, 方形整段标本法测得
的根长密度增量几乎在整层为正值, 其中增长量大
值位于 0~20 cm 土层。以上结果表明, 玉米生长后
期, 根系仍处于生长过程中。
2.3 两种方法测量根长密度的对比分析
根据微根管法和方形整段标本法测量结果进
行综合分析可知, 在乳熟期, 方形整段标本法和微
根管法测量根长密度比例的相关系数为 0.895, 在
成熟期为 0.828。随土壤深度的增加 , 采用两种方
法测量的根长密度占整层总根长密度比例的变化
情况较为一致 , 且成熟期和乳熟期均保持较为一
致的变化趋势。地下 60 cm以上土层, 方形整段标
本法的根长密度增长量为其余层总和的 4 倍, 占整
个垂直土壤层的 80%, 比微根管法测得的 60%高
20%。当深度增加到 100 cm以下时, 方形整段标本
法测得的根长密度增长量仅占整个垂直土壤层的
14.5%。

图 2 微根管法测定的根长密度占整层总根长密度的比例(a)及增长量(b)
Fig. 2 Distribution of root length density ratio (a) and net root length density growth amount (b) using the minirhizotron
288 中国生态农业学报 2014 第 22卷



图 3 方形整段标本法测定的根长密度占整层总根长密度的比例(a)及增长量(b)
Fig. 3 Distribution of root length density ratio (a) and net root length density growth amount (b) using the quadrate monolith
method
图 4 是微根管法和方形整段标本法测得的玉米
生长后期不同土层的根长密度分布。两种方法测得
根长密度的相关系数为 0.830。微根管法与方形整段
标本法结果具有较好的线性相关性, 将方形整段标
本法获取的根长密度定义为 y, 微根管法的根长密
度定义为 x, 用方形整段标本法的结果订正微根管
法的结果, 所得回归方程为: y=1.175x−0.095, 在显
著性水平 0.05 条件下, 用 F 检验方法, 回归效果显
著。对于乳熟期和成熟期方形整段标本法测得根长
密度, 分别订正微根管法的结果, 分别建立回归方
程: y=1.115x+0.006 和 y=1.266x−0.191, 均通过显著
性水平 0.05的 F检验, 回归效果显著。

图 4 乳熟期和成熟期微根管法和方形整段标本法测量
的根长密度(显著性水平α=0.05)
Fig. 4 Relation between root length density measured by the
minirhizotron observation and the quadrate monolith method at
milky stage and maturity stage (r significant at α = 0.05)
表 1 为两种方法测得玉米生长后期根长密度的
统计计算结果, 其中, 微根管法测得的平均根长密
度为乳熟期小于成熟期 , 而方形整段标本法则相
反。整层根长密度的方差、标准差均为乳熟期小于
成熟期, 表明在乳熟期两种方法测得根长密度的波
动较小, 均匀性较好, 而成熟期则较大。对于两种方
法计算的变异系数大小, 微根管法在乳熟期较大, 离
散程度较成熟期高, 其值为 61.7%; 而方形整段标本
法与微根管法相反, 在成熟期离散程度较高, 其值为
97.1%。两种方法测量的根长密度采用单因子试验方
差分析的结果表明, 在乳熟期和成熟期, 其 F值分别
为 0.103和 0.969, 均小于 F0.95(4.965和 4.494), 表明
两种方法测得的根长密度在显著性α=0.05 的水平上
无显著差异, 均匀性水平较好, 相关性显著。
2.4 玻璃窗观测结果
根据安装有微根管的地下观测室玻璃窗根深观
测资料显示, 玉米根系深度随生育期的延长而加深
(表 2), 其中 04、05、06区成熟期玉米的根深最大可
达 300 cm, 较乳熟期的最大根深 250 cm、260 cm、
254 cm深 50 cm、40 cm、46 cm, 03区在 8个小区中
根深差异最大, 为 54 cm，而 01 区差异最小, 仅为
20 cm。由地下室小区玻璃窗上的根宽观测结果显示:
根宽随着玉米根系的加深而变小。成熟期 06小区中
根宽为 53 cm, 较乳熟期的根宽 65 cm少 12 cm, 差
异最大, 其余小区观测结果大多与 06 小区类似, 只
是差异不同。从以上分析可以看出, 乳熟期到成熟
期, 土壤下层玉米根系仍然处于生长中, 根系的水
平幅度变窄, 垂直深度加大, 根系仍然向着更深的
土层生长。乳熟期, 对非微根管作物种植小区应用
方形整段标本法获得的最大根深为 170 cm, 同区域
玻璃窗观测为 270 cm, 后者比前者深 100 cm; 成熟
期, 应用方形整段标本法获得的最大根深为 230 cm,
同区域玻璃窗观测为 290 cm, 后者比前者深 60 cm。
第 3期 廖荣伟等: 玉米生长后期的根系分布研究 289


表 1 两种方法测量玉米生长后期根长密度的统计计算结果
Table 1 Statistic parameters for root length density according to the minirhizotron observation and the quadrate monolith method
观测方法
Observation
method
发育期
Developmental
stage
平均根长密度
Mean root length density
(cm·cm−3)
方差
Variance
(cm·cm−3)
标准差
Standard deviation
(cm·cm−3)
变异系数
Coefficient of variation
(%)
乳熟期 Milk stage 0.420 0.067 0.259 61.7 微根管观测
Minirhizotron
observation
成熟期
Maturity stage
0.511 0.084 0.300 58.7
乳熟期 Milk stage 0.475 0.103 0.321 67.6 方形整段标本法
Quadrate monolith
method
成熟期
Maturity stage
0.456 0.196 0.443 97.1
表 2 玻璃面观测玉米根深和根宽
Table 2 Observation of root depth and root width from the underground glass windows cm
区号 Area code 发育期
Developmental stage
项目
Item 01 02 03 04 05 06 07 08
根深 Root depth 270 250 233 250 260 254 241 243 乳熟期
Milk stage 根宽 Root width 65 60 57 58 55 65 57 65
根深 Root depth 290 290 287 300 300 300 267 290 成熟期
Maturity stage 根宽 Root width 60 60 52 57 53 53 57 65

这种差异可能与玻璃窗的安装状况有关, 造成环境
条件发生改变, 随着时间的推移, 当界面处土壤环
境与远离玻璃小区土壤环境接近时, 观测结果就会
接近真实状况[26]。
3 讨论
本研究采用微根管观测系统和方形整段标本法
同时观测玉米根系分布及生长发育状况, 获取了根
长密度等参数信息。微根管技术具有原味、定点、
连续观测的优势, 又具有工作时间短、工作效率高、
工作强度小等优点, 同时配合高精度的根系参数测
定结果, 可以较好地测定根系的参数信息。因此, 微
根管法是目前观察细根功能和生长动态较好的方法,
对根系生长发育、衰亡等方面的研究贡献突出。但
是该技术仍需要与标本取样法结合, 完成测定根系
参数的比对, 并建立二者之间的关系[19,22]。
方形整段标本法和微根管法在玉米不同发育期
测量根系分布存在差异, 有研究指出: 微根管法估
算表层的根长密度较标本法小, 中下层较大, 而每
次试验的土质、气候状况、作物品质、微根管安装环
境等均能影响结果, 并产生差异[30]。本次试验, 产生
差异的原因可能包括: 玉米根以须根居多, 0~20 cm
是根系最为集中的深度。采用方形整段标本法, 在
土表层 0~20 cm, 由于乳熟期侧根、须根生长较为迅
速 , 成熟期根系活性降低 , 以致枯烂 , 故根长变化
较大, 根长密度差异较大。20 cm以下土层由于前期
根系生长速度不及上层, 且根系集中度不高, 故根
长变化较小, 造成不同生育期根长密度差异不及上
层明显。采用微根管法, 由于 0~40 cm 土层固定观
测点的根系分布具有不确定性, 玻璃管壁上的根系
有可能没有踪迹或生长较少, 直接造成根系图像中
估算的玉米根系量偏小, 而 40 cm 以下层从乳熟期
到成熟期由于玉米根系较多在玻璃管壁附近生长 ,
图像中能够获取更多的根系数据, 可能造成估算的
玉米根系量偏大。
本次试验中进行的两次方形整段标本法根系取
样, 并非为同一棵植株的根系, 而对应时期的微根管
观测, 则为同一植株定点、原位的根系生长状况。因
此, 两种方法取样植株根系生长状况的不一致, 可能
造成获取结果的差异。根系取样时, 长度小于 2 mm或
直径小于 0.5 mm的细根在冲洗过程中有损失, 而微
根管法将这部分细根估算到根系量中, 因此可能造
成两种方法测量的结果产生差异[30]。对于产生的差
异, 可通过建立订正模型加以纠正, 这也是今后微
根管研究中需要解决的一个重要问题。
由于本研究是一次初步尝试, 基于微根管法具
有的优点, 今后还将借助进一步的科学试验, 积累
更多的数据和经验, 还需要研制更加精细准确的微
根管数字图像处理技术运用于作物根系研究。
4 结论
本文利用大型根剖面系统、微根管观测系统和
方形整段标本法对玉米根系参数进行试验研究, 对
玉米生长后期根系在土壤中的分布情况、生长状况
进行了分析, 得出如下结论: 1)随土壤深度的增加,
采用微根管法和方形整段标本法测量的玉米根长密
度占整层总根长密度比例的变化情况较为一致。微
根管法测量的根长密度增长量在整个垂直土层为正
值。0~60 cm土层为玉米根系生长活跃区, 其根长密
290 中国生态农业学报 2014 第 22卷


度生长量为其余层的 4 倍, 占整个垂直土壤层总量
的 80%。2)微根管法和方形整段标本法测得根长密
度无显著差异, 两者相关系数为 0.83, 均匀性水平
较好。3)地下观测室玻璃窗观测的根深和根宽表明,
成熟期土壤下层的玉米根系仍然处于生长中, 垂直
深度增加, 根系的水平幅度变窄。
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