全 文 ：中国生态农业学报 2010年 11月 第 18卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Nov. 2010, 18(6): 1194−1198


* “十一五”国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA100214)资助
** 通讯作者: 牛文全(1972~), 男 , 副研究员 , 博士 , 主要从事农田灌溉用水以及水土资源高效利用方面的理论与技术研究。E-mail:
nwq@vip.sina.com
郭超(1985~), 女, 硕士生, 主要从事节水灌溉新技术的研究工作。E-mail: gclrf@163.com
收稿日期: 2010-04-29 接受日期: 2010-08-27
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.01194
根际通气对盆栽玉米生长与根系活力的影响*
郭 超 1 牛文全 1,2**
(1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院 杨凌 712100; 2. 中国科学院水利部水土保持研究所 杨凌 712100)
摘 要 针对盆栽作物生长空间有限且通气不良的生长环境问题, 为改善根际气体环境, 试验设每隔 2 d通气
1次(T1)、每隔 4 d通气 1次(T2)两个通气处理, 以不通气(CK)为对照, 研究根际通气对盆栽玉米生长及根系活
力的影响。结果表明, T1和 T2处理均能提高玉米株高、叶面积、叶绿素含量, 促进地上部分和地下部分干物
质的积累。T1、T2处理有利于提高玉米根冠比和根系活力, 拔节期 T1和 T2处理的根冠比分别是 CK的 1.27
倍、1.18 倍, 根系活力分别为 CK 的 1.26 倍和 1.54 倍; 抽穗期根冠比分别为 CK 的 1.18 倍、1.09 倍, 根系活
力分别为 CK 的 1.22 倍和 1.40 倍。同时, 通气处理能够促进作物吸收土壤内的养分。研究结果表明, 根际通
气能够增强盆栽玉米的根系活力, 促进植株的生长发育。
关键词 根际通气 盆栽玉米 生长状况 生理指标 根系活力
中图分类号: S154.37 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)06-1194-05
Effects of rhizosphere ventilation on growth and root activity of potted maize
GUO Chao1, NIU Wen-Quan1,2
(1. College of Water Conservancy and Architectural Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China;
2. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China)
Abstract To aim at the problems of limited and defective aeration environment of potted crops, we conducted an experiment with
three ventilation treatments (T1: ventilating root zone every three days; T2: ventilating root zone every five days; CK: no ventilation)
to investigate the effects of different rhizosphere aeration environments on growth and root activity of potted maize. The results show
that T1 and T2 treatments improve plant height, leaf area, chlorophyll content, dry matter accumulation of aboveground and under-
ground parts of potted maize. T1, T2 treatments increase root-shoot ratio (RSR) and root activity (RA) compared with CK. RSR, RA
of T1 and T2 are 1.27, 1.18 times, and 1.26, 1.54 times of those of CK in elongation stage. In heading stage, they are 1.18 and 1.09
times, 1.22 and 1.40 times. Rhizosphere ventilation also promotes absorption of nutrient of soil. The results mean that rhizosphere
ventilation enhances root activity and increases crops growth.
Key words Rhizosphere ventilation, Potted maize, Growth status, Physiological index, Root activity
(Received April 29, 2010; accepted Aug. 27, 2010)
灌水或降雨后, 作物根际土壤充满水, 土壤中
气体被迫排出, 造成作物根系土壤通气不良, O2 不
足。另外由于长期大量施肥, 少中耕, 机械化操作加
强等原因 , 土壤更加紧实 , 孔隙度减小 [1], 土壤中
CO2 含量过高、O2 含量严重不足, 抑制了作物根系
有氧呼吸, 极大地影响了作物健康生长。孙周平等
[2−3]、李军等[4]研究表明, 根际一定浓度的 CO2富积,
对马铃薯生长有促进作用, 而根际 CO2 浓度过高则
对马铃薯生长有抑制作用, 改善根际通气条件能促
进马铃薯光合作用与光合代谢产物的转运和积累。
为改善作物根系生长的微环境, 使根系土壤中固、
液、气三相比例达到最适宜作物生长的状态 , 目
前已有不少专家研究了根际通气对作物的影响试
验[5−8]。赵旭等[9]认为通气栽培可显著改善番茄根际
通气环境, 提高植株的净光合速率、根系活力和吸
收能力, 增加番茄产量。李胜利等[10]、李天来等[11]
第 6期 郭 超等: 根际通气对盆栽玉米生长与根系活力的影响 1195


研究认为不同通气方式均不同程度地改善了黄瓜植
株根系和地上部的生长, 基质底部通气和上部通气
均降低了根系土壤CO2体积分数, 提高了O2体积分数,
有利于黄瓜根系的有氧呼吸, 提高产量。Meek等[12]、
Heuberger 等[13]和 Brzezinska 等[14]认为根际通气能
够增强根区土壤酶活性, 改善根区土壤微环境, 提
高植株根系的有氧呼吸, 改善根系的水肥吸收效率,
有利于作物生长发育 , 提高作物产量。Bortolini[15]
和 Khan[16]研究表明利用施肥器将空气通入土壤可
以缓解土壤的缺氧性, 提高作物产量。杨润亚等[17]
研究了根际通气和盐分胁迫对玉米生长特性的影响,
结果表明, 不同浓度盐水灌溉处理均抑制了玉米株
高、叶面积、茎粗的生长, 而根际通气一定程度上
可以缓解盐水灌溉对植物生长发育的胁迫效应。就目
前掌握的资料看, 大多数学者对直接影响作物生长
的水分、肥料及灌水方式等因素做了大量研究[18−19],
而有关根际通气对作物生长状况和根系活力影响的
报道较少。本试验采用人工通气方式研究了根际通
气对盆栽玉米根系活力及干物质积累的影响, 为合
理制定玉米健康生长的灌溉方式及根际通气性调控
方式提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 供试材料
试验在陕西关中平原三级台塬阶地西北农林科
技大学旱区农业水土工程教育部重点实验地进行 ,
属半干旱偏湿润区, 年均日照 2 163.8 h, 无霜期 210
d。供试材料为籽粒饱满的甜玉米种, 试验中给土壤
所通气体为空气(O2含量 21%, N278%, 其他 1%)。试
验用土取自耕地表层 20 cm 的土壤, 土, 含全氮
0.98 g·kg−1, 有机质 9.51 g·kg−1, 干容重为 1.25
g·cm−3 , 田间持水量为 230 g·kg−1 , 凋萎含水量为
67 g·kg−1。
1.2 试验方法
采用盆栽试验, 塑料盆上内径 28.5 cm, 下底内
径 21.0 cm, 高 24.5 cm, 试验时装土距盆口 2 cm。
试验设置每隔 2 d 通气 1 次 (T1)、每隔 4 d 通气 1
次 (T2)两个通气处理 , 以不通气处理 (CK)为对照 ,
每处理 16个重复, 48盆, 随机排列。每盆种植 4粒
种子, 出苗 5 d后定植, 每盆保留长势相近的 2株。
采用普通打气筒控制供气。从播种即日起开始通气,
每次通气量在 2.8~3.0 L之间。播种时各处理的初始
灌水量相等, 均为 4 L, 各处理的灌水间隔相同, 均
每隔 2~3 d灌水 1次, 每次灌水均为 600 mL。
为保证不漏气, 盆底不打孔, 装土的同时埋入
内径分别为 0.8 cm和 1.7 cm的进气管和灌水管, 长
度分别为 125.0 cm和 22.0 cm。为使水、气在土壤中
均匀分布, 通气管一端捆包防止漏气, 每隔 10 cm
打两个直径为 2 mm 的小孔, 以螺旋形式埋入距离
盆底 5 cm的土壤中, 外留 15 cm以便与打气筒相连,
每次通气完毕时 , 立刻用夹子夹紧进气口以防漏
气。灌水管每隔 3 cm打两个出水孔, 装土的同时将
其埋入盆中央, 距离盆底 8 cm, 外留 5 cm, 每次灌
水完毕时, 用橡胶塞塞紧灌水管进口。为使土壤中
的空隙不全被水分占据 , 试验时一般先灌水后通
气。试验于 2009年 8月 4日种植, 播种时施肥量相
等, 均为 10.71 g尿素(460 g·kg−1, 含 N量 5 g)。定
植后在盆上覆膜, 防止土面蒸发与漏气。
1.3 测定项目和方法
玉米生理指标的测定: 分别在苗期、拔节期、
抽穗期、成熟期等每个生育阶段末选择长势相近的
3个重复, 测定每个处理的株高、叶面积、叶绿素含
量。叶绿素用 SPAD-502 便携式叶绿素仪 (日本 ,
KONICA MINOLTA SENSING, INC)测量, 测量各处
理每株玉米所有绿色叶片基部、中部、尖部(正面)
的叶绿素含量, 平均值为不同处理叶绿素含量。叶
面积用长宽比例法测定(叶面积系数取 0.75), 苗期
由下到上测定 4 个完全展开的叶片, 拔节期、抽穗
期、成熟期测定所有完全展开的绿色叶片(枯黄叶片
不测量), 计算每株玉米所有叶片的叶面积和, 取 3
个重复的平均值。
每个处理在各生育阶段末破坏 3 个重复, 挖取
地下部分根系, 测定玉米地上和地下部分的干物质
含量及根系活力, 根系活力测定采用 TTC法[20]。
收获时用土钻提取各处理土样, 3次重复, 每盆
取两点, 分 3层(0~6 cm、7~12 cm、13~18 cm), 测
定土壤硝态氮和铵态氮含量; 取新鲜土壤 5 g, 加入
2 mol·L−1 KCl 溶液 25 mL, 振荡 1 h, 过滤, 用紫外
分光光度计测定硝态氮和铵态氮浓度。
2 结果与分析
2.1 根际通气对玉米株高、叶面积的影响
图 1 为不同通气频率对玉米株高、叶面积的影
响。从图 1可以看出, 与对照相比, 经过根际通气处
理的玉米株高、叶面积均有所增加, 且随通气量的
增加, 各处理株高、叶面积的差异性逐渐增大。苗
期 CK、T1、T2处理玉米株高、叶面积差异较小; 拔
节期 T1、T2处理株高分别比 CK增加 6.1%、6.6%,
叶面积增加 9.1%、20.6%; 抽穗期 T1、T2处理株高、
叶面积分别比 CK增加 4.8%、6.9%和 22.6%、14.7%;
成熟期 T1、T2处理株高分别比 CK增加 5.1%、7.5%,
由于此时叶片开始枯萎, 叶面积逐渐减小, T2 处理
1196 中国生态农业学报 2010 第 18卷



图 1 根际通气处理对不同生育期玉米株高和叶面积的影响
Fig. 1 Effects of rhizosphere ventilation treatments on plant height and leaf area of maize in different growth stages

与 CK 的叶面积差异很小 , T1 处理叶面积增加
13.6%。说明根际通气可以促进不同生育阶段玉米株
高、叶面积生长, 有助于作物生长。这与李胜利等[10]
的研究结果相吻合。
2.2 根际通气对玉米叶绿素含量的影响
图 2 为不同通气处理对玉米叶绿素含量的影
响。由图 2 可知, 各处理玉米叶绿素含量变化一致,
均呈单峰曲线, 苗期到拔节期变化较平缓, 抽穗期
达到峰值, 进入成熟期逐渐减小; 但整个生长发育
过程中, 不同处理之间玉米叶绿素含量存在显著差
异。通气处理玉米叶绿素含量均大于 CK, T1、T2处
理在整个生育期均差异很小。苗期和拔节期 T1、T2
处理与 CK 的差异较小, 抽穗期后通气对玉米叶绿
素含量的影响逐渐增大。其中, 抽穗期 T1和 T2处
理叶绿素含量比 CK分别增加 10.8%、9.7%, 成熟期
分别增加 10.2%、5.8%。表明根际通气对玉米叶绿
素含量有较大影响, 尤其是抽穗期影响更显著, 如
果抽穗期玉米根际缺氧, 可能对玉米产量造成较大
影响。
2.3 根际通气对玉米干物质积累量与根冠比的影响
表 1 为根际通气对玉米地上、地下部分干物质
积累量与根冠比的影响。由表 1 可知, 整个生长发
育过程中, T1、T2 处理与 CK 玉米干物质积累规律
基本相同。但 CK 玉米地上部分和地下部分的鲜重

图 2 根际通气处理对不同生育期玉米叶绿素含量的影响
Fig. 2 Effects of rhizosphere ventilation treatments on chlo-
rophyll content of maize in different growth stages

和干重均小于 T1、T2处理, 说明根系缺氧不仅使玉
米株高、叶片生长受到抑制, 而且可能影响了光合
产物的形成, 致使作物干物质积累受到影响。拔节
期和抽穗期, T1、T2 处理地下部分干重与 CK 差异
显著, 但 T1 和 T2 处理间差异不显著, 表明根际通
气有利于作物根系干物质积累 , 提高了作物根冠
比。拔节期 T1与 CK根冠比差异显著, 但 T2与 CK
的根冠比差异不明显, 抽穗期和成熟期各处理根冠
比差异不显著。

表 1 根际通气对不同生育期玉米干物质积累量和根冠比的影响
Tab. 1 Effects of rhizosphere ventilation treatments on dry matter weight and RSR of maize in different growth stages
拔节期 Elongation stage 抽穗期 Heading stage 灌浆成熟期 Maturity stage
处理
Treatment LFW
(g)
LDW
(g)
PFW
(g)
PDW
(g)
RSR
(%)
LFW
(g)
LDW
(g)
PFW
(g)
PDW
(g)
RSR
(%)
LFW
(g)
LDW
(g)
PFW
(g)
PDW
(g)
RSR
(%)
CK 103.9a 21.8a 28.1b 2.4b 11b 132.4a 23.9a 26.7a 2.6b 11a 165.6b 33.9a 39.6a 2.7a 8a
T1 121.0a 23.0a 30.8ab 3.2a 14a 142.6a 26.1a 32.2a 3.3a 13a 181.5ab 36.0a 40.6a 3.6a 10a
T2 113.4a 23.5a 31.7a 3.4a 13ab 153.4a 29.6a 35.0a 3.1a 12a 196.6a 35.7a 43.0a 3.9a 11a
LFW: 地上部分鲜重 Aboveground fresh weight; LDW: 地上部分干重 Aboveground dry weight; PFW: 地下部分鲜重 Underground fresh
weight; PDW: 地下部分干重 Underground dry weight; RSR: 根冠比 Root-shoot ratio. 同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05) Different small
letters in the same column mean significant difference at 0.05 level. 下同 The same below.
第 6期 郭 超等: 根际通气对盆栽玉米生长与根系活力的影响 1197


2.4 根际通气对玉米根系活力的影响
表 2 为根际通气条件下玉米根系活力的变化。
由表 2 可知, 拔节期 T1 和 T2 处理的根系活力分别
为 CK的 1.26倍和 1.54倍, 抽穗期 T1和 T2处理的
根系活力分别为 CK的 1.22倍和 1.40倍。分析原因,
主要是由于根际通气提高了作物根系的有氧呼吸 ,
促进了根系对土壤中水分和养分的吸收, 而养分中
氮素是酶的基本成分, 从而提高作物的根系活性[21],
这与赵旭等[9]的研究结果一致。进入灌浆成熟期后,
通气处理对玉米根系活力的影响不很明显, 主要是
由于该阶段玉米已经进入生长后期, 根系活性逐渐
衰减, 受土壤根际通气影响的敏感度下降。
2.5 根际通气对土壤氮吸收的影响
表 3是根际通气对 0~18 cm土层土壤 NH4+-N、
NO3−-N浓度的影响。由表 1可知, 随着通气量及通
气频率的增加, 土壤中氮素含量有所降低, 玉米吸
收土壤氮养分有所增加, 这可能是通气增强了玉米
根系活力, 提高了作物吸收土壤中养分的能力, 有
益于作物健康生长, 提高了作物对根际土壤养分的
利用率。距土壤表面 6 cm 处, CK 和 T2 处理的
NH4+-N浓度差异达显著水平, CK和 T1、T2处理的
NO3−-N 浓度差异均达显著水平, 但 T1 和 T2 处理
NH4+-N 和 NO3−-N 浓度差异不明显, 说明根际通气
促进了作物根系对土壤养分的吸收。随着土壤深度

表 2 根际通气处理对不同生育期玉米根系活力的影响
Fig. 2 Effects of rhizosphere ventilation treatments on root
activity of maize in different growth stages mg·g−1·h−1
处理
Treatment
拔节期
Elongation stage
抽穗期
Heading stage
成熟期
Maturity stage
CK 0.988b 2.627b 0.491a
T1 1.245ab 3.201ab 0.533a
T2 1.526a 3.667a 0.679a

表 3 根际通气处理对不同深度土壤中氮浓度的影响
Tab. 3 Effects of rhizosphere ventilation treatments on N
concentration in soil in different depth mg·kg−1
处理
Treat-
ment
距表面深度
Distance
from soil
surface (cm)
NH4+-N
浓度
NH4+-N
concen-
tration
NO3−-N
浓度
NO3−-N
concen-
tration
NH4+-N和
NO3−-N 总浓度
Concentration
of NH4+-N and
NO3−-N
6 13.50a 67.08a 80.58a
12 11.78a 67.12a 78.90a
CK
18 13.60a 71.68a 85.28b
6 10.92ab 51.90b 62.58b
12 10.68a 61.53a 72.22a
T1
18 12.68a 70.95a 83.63a
6 8.15b 50.17b 58.32b
12 11.72a 61.60a 71.32a
T2
18 11.22a 64.18a 75.40a
的增加, 土壤内 NH4+-N和 NO3−-N浓度加大, 如 T2
处理NH4+-N和NO3−-N由距土壤表面 6 cm处的 8.15
mg·kg−1和 50.17 mg·kg−1, 上升到距表层 18 cm处
的 11.22 mg·kg−1 和 64.18 mg·kg−1, NH4+-N 和
NO3−-N 分别增加 37.669%和 27.925%, 这可能是由
于玉米生长初期根系活力较强, 根系吸收养分的能
力也强 , 随着植株的生长 , 根系活力逐渐减弱 , 吸
收养分的能力也随之减弱, 另外养分会随着灌水进
行溶质运移, 淋溶至深层土壤, 故下层土壤的养分
含量高于上层土壤。
3 结论与讨论
根际通气促进了玉米株高、叶面积、叶绿素含
量的增长。每隔 2 d通气 1次(T1)、每隔 4 d通气 1
次(T2)处理玉米株高、叶面积及叶绿素含量均高于
对照(CK), 且根际通气对前期玉米株高、叶面积、
叶绿素含量的影响不明显, 玉米生长中、后期, 通气
频率及通气量对玉米株高、叶面积及叶绿素含量影
响的差异逐渐增大, 随着通气量与通气频率的增加,
玉米株高、叶面积及叶绿素含量显著高于不通气处
理。这可能是由于前期玉米植株体幼小, 受根际通
气的影响不明显, 随着植株的生长, 根际土壤内 O2
不断消耗, CO2不断积累, 根系土壤持续性缺氧对作
物生长的影响越来越明显[11]。
根际通气能够促进玉米地上部分和地下部分干
物质的积累量, 提高玉米根冠比。在整个生长发育
过程中, 与对照相比, T1和 T2处理玉米干物质积累
增加, 显著提高了其根冠比。杨润亚等[17]认为根际
通气处理玉米根干重、地上部分干重、根冠比较不
通气处理有所增大 , 缓解了盐水灌溉对玉米的胁
迫。陈红波等[1]研究了根际通气对日光温室黄瓜栽
培基质酶活性和养分含量的影响, 结果表明, 不通
气处理黄瓜根、茎、叶、全株干重和根冠比均小于
通气处理。上述研究结果与本文研究结论基本一致,
分析原因 , 可能是由于根际通气不良会减少根系
对能量的获得 , 限制了其对 O2、养分和水分的吸
收能力, 不利于作物地上部分和地下部分的生长发
育[22]。
根际通气对玉米根系活力的影响较显著, 每隔
4 d通气 1次玉米根系活力最强, 每隔 2 d通气 1次
次之, 不通气处理最小。赵旭等[9]认为适宜的根际气
体环境显著增强了番茄植株的根系活力。这一研究
结果与本文的研究结论基本一致, 但由于本试验处
理较少 , 时间较短 , 也缺乏同类试验的佐证 , 因
此, 根系活力达到最大时的通气频率还有待进一步
研究。
1198 中国生态农业学报 2010 第 18卷


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