不同间距对枣棉间作复合系统根系生物量及形态特征的影响

OasisAgricultureScienceandEngineering2018，4（4）：0001-0060

3

不同间距对枣棉间作复合系统根系生物量

及形态特征的影响

张曦，雷亚飞，李浩东，魏永海，万素梅

（塔里木大学植物科学学院，阿拉尔

843300）

摘要：试验意在通过小区田间试验，对枣棉间作复合系统根系进行研究，采用挖掘法、5孔根钻法取样，探索不同间距对间作棉花根系生物量进程及形态分布的影响，为枣棉间作科学合理种植提供理论支持。结果表明：①CK模式在蕾期-吐絮期棉花根系生物量积累速率最快，且与其他两种间作模式相比CK>M1>M2；②水平方向上，距离红枣行越远，间作棉花根长密度越大；垂直方向上，CK、M1棉花根长密度随土层的加深逐渐减小，M2（距离红枣行1.0m种植棉花）棉花根长密度先增加后减小。③在不同间作模式下，M1模式（距离红枣行1.5m种植棉花）最有利于棉花根系的生长发育及在土壤空间上的形态分布。

关键词：枣棉间作；根系形态；空间分布

EffectsofDifferentSpacingonRootBiomassandMorphological

CharacteristicsofJujubeCottonIntercroppingCompositeSystem

ZHANGXiLEIYa-feiLIHao-dongWEIYong-haiWANSu-mei

(SchoolofPlantScience,TarimUniversity,Alar843300,Xinjiang)

Abstract：TheexperimentisintendedtostudytherootsystemofJujubecottonintercroppingcomplexthroughfieldexperimentsinthecommunity,usingexcavationmethod,5KongenDrillingmethodtoexploretheeffectsofdifferentspacingofjujubecottonintercroppingonthebiomassandmorphologicalcharacteristicsofcottonroots,andtoprovidetheoreticalsupportforthescientificandrationalcultivationofjujubecottonintercropping.Theresultsshowedthat:①CKmodelhadthefastestaccumulationrateofrootbiomassfrombudstagetoboll-openingstageandCK>M1>M2.Therewasnodifferenceintheaccumulationofrootbiomassincottonorintercropping（P<0.05）intheperiodofflowerbellandfloweringperiod.Duringthebellperiod,therewasnodifferencebetweenCK

andM1（cottongrowingfromJujube1.5m）,andbothweresignificantlyhigherthanM2（cottonwasgrown1.0mfromJuJubeline）.②Inthehorizontaldirectionof,thefartherawayfromtheJujubeline,thegreaterthelengthdensityoftheintercroppingcottonroot；intheverticaldirection,withthedeepeningofthesoillayer,thelengthdensityofCKcottonrootdecreasesgradually,andthelengthdensity

ofcottonrootinM2increasesatfirstandthendecreases.TherewasnosignificantdifferenceincottonrootlengthdensitybetweenM1andM2;③comparingthegrowth,developmentprocessandrootmorphologicaldistributionofcottonrootinmonocultureanddifferentsystem.

modes,itwasfoundthatM1model（fromJujubeline1.5maway）wasmostbeneficialtothegrowthanddevelopmentofcottonroot

Keywords：Jujubecottonintercropping；Rootmorphology；Spatialdistribution

收稿日期：2018-08-19

基金项目：国家自然科学基金“31560377”；国家级大学生创新创业训练计划项目“201810757059”

联系方式：张曦，(1996-)，女，人，Email:1298800195@qq.com。通讯作者：万素梅，E-mail:wansumei510@163.com

4

绿洲农业科学与工程4卷

随着南疆地区枣棉间作系统逐渐发展稳定，研究农林系统之间高产、稳产、优品质逐渐成为学者研究的重要方向。植物根系处于不易观察的地下，又因其主、侧根分布和功能的复杂性，前人对农林间作复合系统根系的了解比地上部分要少的多。樊巍等对苹果—小麦复合系统的研究指出，受到小麦的干扰，苹果的根系分布出现下移现象[1]；马长明等对核桃—黄芩复合系统的研究表明，间作核桃根长密度小于单作核桃，垂直方向分布上有下移情况，且在水平方向伸长距离受到抑制[2]。基于农林间作复合系特的生态经济环境优势，增加对农林复合系统植物根系的研究显得尤为重要[3]。根系是植物吸收养分、水分的主要器官，也是植物间发生养分、水分竞争的主要场所[4]。植物对土壤水分和养分的竞争能力取决于植物根系所占的土壤空间、根系深度和根系水平扩散程度等[5]。植物根系的地下分配格局影响到整个生态系统[6]物生长提供必须水分和养分的吸收根，,特别是给植其空间结构决定了根系对地下资源的利用效果及潜力，同时反映了土壤中水分和养分的竞争情况。所以，根系生物量及其形态分布对农林间作复合系统研究有着重要的意义。

生态环境脆弱和经济发展落后是塔里木盆地最基本的自然和经济特征，因此保证一定的农业和林业面积是维持发展稳定的基础[5]。近年来，南疆人口与耕地数量之间的矛盾日益尖锐，使得红枣与棉花间作成了农民在追求经济效益和土地利用价值的又一选择。

简单来说，根系在土层中的伸长深度和分布广度影响着农林间作系统地上部的经济产量。红枣属于浅根系果树，相对于棉花来说，红枣根系主要分布与棉花根系分布存在空间上的交错。研究红枣、棉花根系分布对科学肥水，优化农林立体种植提供了技术理论支持。

1

材料与方法

1.1

试验地概况及试验设计

2012试验在塔里木大学园艺试验站内进行，试验园为

2014年酸枣直播建园，pH>7年酸枣嫁接，。当年在红枣行间间种棉花，嫁接品种为灰枣，行株距设置为土壤为壤土，3.0m×1.0m且。式：M1（距红枣行1.5m处种植2行棉花设置三种种植模

）、M2（距红枣行1.0m处种植4行棉花）、CK（单作棉花）。每小区面积布设30cm2，三次重复，随机排列。供试品种为新陆中36号。试验地于春季灌水，灌水量保持一致，棉花、红枣分别按照各自灌溉、施肥标准施用，其他技术管理措施同大田一致。1.2测定项目与方法1.2.1

根系生长进程

各种植模式设置3次重复，在各处理小区选择棉株具有代表性且长势均匀的取样区，分别在苗期、蕾期、花铃期、吐絮期选择3株样株，将其周围土块松动后自然拔起，带回实验室测定植株根系生物量。从棉株子叶结剪取根系，称重，放置在105℃烘箱中烘干，测定干重。用WinRHI20根系分析系统分析测定棉花根系根长、根表面积等。1.2.2

根系形态分布

在棉花吐絮期，采用5孔根钻法分层取样。CK模式在距离棉花行0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m处，M1、M2模式下在距离红枣行0.5m、1.0m、1.5m样，、2.020mcm、2.5一层，m处用分别用直径取样深度0-100cm10.0，重复cm根钻分层取3次。将土块碾碎，以根系直径≤0.02mm为吸收根界挑选间作棉花根系。将采集样品用清水浸泡数小时，置于网眼面积0.2cm2的样品筛中滤出根系，用水冲洗并剔除杂质，通过颜色（灰褐色为红枣根系，灰白色为棉花根系）和形态区分出红枣和棉花根系，将棉花待测根用WinRHI20根系分析系统分析，测定每一层棉花根系总根长，进一步计算根长密度，计算公式：

DRL=Ld/Vs

（1）

1.3

D数据处理

RL为根长密度；Ld为根系长度；Vs为土壤体积采用MicrsoftExcel2003进行数据整理，并根据整理数据作出统计图，用DPS7.05进行方差分析LSD）。

2

结果与分析

2.1

不同种植模式对棉花根系生长进程的影响在棉花苗期，红枣地上部分刚开始生长发育，

叶幕尚完全未形成，不同间作种植模式环境条件基本相同，种植模式对棉花根系生物量积累影响基本一致。从棉花苗后期开始，红枣开始快速生长，发育成叶幕，影响棉花光合、通风效果。地下部分竞争开始，棉花根系生物量积累受到影响。对比不同

（4期不同间距对枣棉间作复合系统根系生物量及形态特征的影响

5

生育期不同间距枣棉间作棉花根系生物量的增长情况发现，不同种植模式下，棉花根系生物量随着棉花生长发育进程而增加。CK模式在蕾期—吐絮期根系生物量积累速率最快，且与其他两种模式相比CK>M2>M1。在苗期、蕾期，M1、M2模式生物量积累无显著差异，且均与CK之间存在显著差异。在花铃期、吐絮期，无论是单作棉花还是间作棉花根系生物量积累均无差异（P<0.05）（表1）。

由表2得知，棉花根长随着棉花生育进程而增长。在苗期，CK模式显著高于M1、M2模式，蕾期、吐絮期CK与M1、M1与M2无显著差异，M1、M2之间差异显著。在花铃期，CK与M1之间无差异，且均

表1

不同种植模式下棉花根系生物量发育进程（g）

苗期Seedlingstage0.1b与M2差异显著。综合棉花生物量积累及根长生长状况来看，间作模式下距离红枣行越远棉花根系生长越优。2.22.2.1

不同种植模式棉花根系形态特征

不同种植模式对棉花吸收根根长密度垂直

分布的影响

根系在垂直方向上的分布如图1所示，M1模式下，棉花根系根长密度大致随着土层的加深而减小，在60—80cm出现增长，可能是因为M1模式种植间距大，受红枣根系影响较小。M2模式下，棉花根系根长密度在0—40cm土层呈现增长趋势，在20—40cm土层达到最大为0.73cm·cm-3，后随着土

Table1Developmentofcottonrootbiomassunderdifferentplantingpatterns（g）处理

TreatmentM1M2CK蕾期Budstage1.65b1.26b1.69a花铃期Floweringstage4.05a3.87a8.84a吐絮期Waddingstage4.11a4.05a

全生育期Wholegrowthstage9.91a9.53a

0.36b0.24a注：表中数字代表差异显著（P<0.05）下表同

10.a21.66aNote:numbersinthetablerepresentsignificantdifference（P<0.05），andthesamebelow表2

不同种植模式下棉花根系根长（cm）生长变化处理TreatmentM1M2CK苗期Seedlingstage108.78b104.85b114.00a蕾期Budstage254.36b275.34a花铃期Floweringstage262.00b296.68a272.45a吐絮期Waddingstage286.26ab277.43b326.50aTable2LengthgrowthofCottonrootunderdifferentplantingpatterns(cm)

267.74ab图1不同种植模式棉花吸收根根长密度垂直分布

Figure1Densityverticaldistributionofcottonabsorptionrootlengthunderdifferentplantingpatterns

6

绿洲农业科学与工程4卷

层的加深而逐渐减小。CK模式下，棉花根系根长密度在0—20cm土层最大为0.76cm·cm-3，后随着土层的加深逐渐减小。在0—20cm土层中，M1与M2、M1与CK之间棉花根长密度无显著差异，CK显著高于M2模式。2.2.2例

表3

不同种植模式棉花吸收根长度垂直分布

根据计算出的不同种植模式棉花在5层土层中的根长密度，计算在各个土层棉花吸收根长度的比例，结果显示如表3。

在枣棉间作系统中，间作棉花吸收根垂直分布可分为高度密集区、密集区和稀疏区，M1分别为0—20cm、20—40cm和80—100cm土层，M2分属在20—40cm、0—20cm和80—100cm土层。其中

不同种植模式棉花吸收根根长垂直分布比

Table3Verticaldistributionofcottonabsorptionrootlengthunderdifferentplantingpatterns

土层深度（cm）

Soildepth吸收根长度相对比

例（％）Relativeratioofaborptionrootlength

处理TreatmentM1M2CK

0—20cm27.%23.78%32.88%

20—40cm25.56%27.83%23.93%

40—60cm17.15%17.20%20.35%

60—80cm19.19%18.43%12.44%

80—100cm10.21%12.76%10.40%

0—40cm土层内吸收根长度占总吸收根长度50%以上。在0—20cm土层，吸收根长度相对比例CK>M1>M2，在20—40cm土层，M2>M1>CK。综合0—100cm来看，单作棉花70%以上分布在0—60cm土层，比M1、M2模式所占比例大。2.2.3分布的影响

比较不同种植间距下棉花根系在水平方向上的根长密度分布（图2），在P<0.05水平下，不同种植模式棉花根长密度在5个水平距离中均无显著差异。距离红枣行越远，M1、M2模式棉花根系根长密度越大。单作棉花距离棉花茎秆越近棉花根长密度越大，在250cm处出现最大值可能是取样位置处

不同种植模式对棉花吸收根根长密度水平

于两膜棉花间，根系存在交错分布。2.2.4例

根据计算出的不同间距间作棉花在5个水平取样区的根长密度，计算在各个水平距离棉花吸收根长度的比例（表4），结果显示，距离两边红枣行50cm处间作棉花吸收根长度均占总吸收根长度20%以下，在距离两侧红枣行150cm处，M1、M2模式间作棉花吸收根长度相对比例均达到最大值。与CK相比，不同间作模式下棉花吸收根在水平方向的伸长受到抑制，且M2较M1受到影响更大。

不同种植模式棉花吸收根根长水平分布比

3讨论与结论

前人通过对干旱区不同种植模式下棉花根系

图2不同种植模式棉花吸收根根长密度水平分布

Figure2Densityhorizontaldistributionofcottonabsorptionrootlengthunderdifferentplantingpatterns

4期表4

不同间距对枣棉间作复合系统根系生物量及形态特征的影响

不同种植模式棉花吸收根长度水平分布

7

Table4Horizontaldistributionofcottonabsorptionrootlengthunderdifferentplantingpatterns

距离（cm）Distance吸收根长度相对比

例（％）Relativeratioofabsorptionroot

length

处理TreatmentM1M2CK

5018.23%18.15%21.42%

10021.35%21.99%19.63%

15022.08%23.07%16.49%

20018.91%21.40%14.85%

25019.43%15.39%27.62%

分布分析得出，间作棉花根系水平扩散范围较单作而言较大，且入土更深[8-10]。与前人研究相比，本研究基于不同间距对枣棉间作系统棉花根系进行探索，得出距离红枣行越远，间作棉花根系越发达，红枣根系越弱，间作距离越小棉花根系生长越受到抑制，前人略有不同，可能是由于本试验不同种植模式下种植密度也不同造成。棉花侧根平均直径随生育阶段的增加而增大[11]，根系生物量、根系长度随着棉花生育进程而增加，从不同深度土层根长密度在垂直方向上的分布来看，密度影响了根系在土壤中的垂直分布，证明低密度种植棉花利于浅层根系发育；高密度种植促进深层根系生长[12]。前人对玉米作物进行研究发现种植密度增加也会导致其地下根系的活力、吸收能力和合成能力下降[13]。随着密度的增加根系根长、根干重、根体积、根系表面积以及活跃吸收面积均下降，生育时期的推进，下降幅度逐渐明显

[14-16]

根系根长密度在0—40cm土层呈现增长趋势，后随着土层的加深而逐渐减小。比较M1、M2、CK三种模式发现单作棉花根系在浅层发育较优，间作棉花根系在垂直方向上较单作棉花出现下移趋势，且M2>M1。在5个水平取样点中，间作棉花根长密度随着与红枣行距离的增加而增加，到最远距离1.5m处到达最高；不同种植间距下棉花吸收根在水平方向的伸长受到影响，且M2较M1受到影响更大。综上所述，从作物根系充分生长发育，提高竞争力考虑，应选择距离红枣1.5m处种植棉花。参考文献

[1]樊巍,卢琦,高喜荣.果农复合系统根系分布格局与生长动态研究.生态学报,1999(6):860-863.

FanW,LuQ,GaoXR.Distributionpatternandgrowingdynamicsoftherootssysteminapple-wheatintercroppingsystem.ActaEcologicaSinica,1999(6):860-863.(inChinese)学,2007.

[2]马长明.基于耗水特征的农林复合模式研究.北京林业大MaCM.ResearchontheAgroforestryModelsBasedonWaterUtilization

University.(inChinese)子大学,2014.

Characteristics.

Beijing:

Beijing

。不论是单作还是间作，种植密

度及种植间距对作物根系都起着至关重要的作用。

据Falik[17]等研究报道，根系能够感触并通过空间错位回避邻近根系。使得与邻近根系的重合度减小，竞争强度降低，优化群体作物的整体状况。在枣棉间作复合系统中，枣树根系和棉花根系通过空间分布的错位，更有利于对不同土壤深度的土壤有机质、营养的吸收，提高经济效益。

通过试验分析表明，无论是单作棉花还是间作棉花，棉花根长、根系生物量都随着棉花的生育进程增长，在蕾期至花铃期根系生物量积累量最大。CK模式在蕾期—吐絮期棉花根系生物量积累速率最快，与其他两种模式相比CK>M2>M1。在不同深度土层中，CK模式棉花根系根长密度在0—20cm土层最大，为0.76cm·cm-3，M1模式下，棉花根系根长密度大致随着土层的加深而减小，M2模式棉花

Forestry

[3]王宝驹.南疆地区枣麦农林复合系统根系互作研究.石河WangBJ.TheStudyoftheRootsInteractioninJujube/Wheat2014.(inChinese)

AgroforestrySystemsatSouthernXinjiang.ShiheziUniversity,[4]蔡崇法,王峰,丁树文,等.间作及农林复合系统中植物组分间养分竞争机理分析.水土保持研究,2000(03):219-221+252.

CAiCF,WangF,DingSW,etal.Nutrientscompetitionanditsactionmechanismbetweencomponentpartsininter-WaterConservation,2000(3):219-221+252.(inChinese)croppingsystemsandagroforestry.ResearchofSoiland[5]王世伟.环塔里木盆地核桃与粮棉间作系统的光环境和

8

绿洲农业科学与工程

4卷

根系分布特征研究.农业大学,2010.

WangCharacteristics

SW.Studyin

Walnutwheat

onLightand＆

RootsWalnut-Distributingcotton

University,2010.IntercroppingSystemsPETERS(inChinese)

inTarimBasin.XinjiangAgricultural[6]shrublandDPC.Plantmodelofherbaceousecotone:anspeciesandindividual-dominancewoodyspecies.basedatEcolgapagrassland-Modelldynamics

152(1):?5-32.

,2002,[7]张宇清及其对土壤水分的影响,朱清科,齐实,等..梯田埂坎立地植物根系分布特征生态学报,2005(3):500-506.ZhangcharacteristicsYQ,Zhuimpactonsoilmoisture.ofQplantsK,QiActaonS,etEcologicatheal.terraceRootsystemSinicabanksdistribution,2005(3):500-andtheir[8]506.王婷(inChinese)

地上部差异性分析,马亮,马英杰，等.节水灌溉.干旱区不同种植模式下棉花根系及,2015(11):15-18.

WangrootT,MaL,MaYJ,etal.Analysisofdifferenceofcotton(inpatternssysteminridandarea.abovegroundWaterSavingpartIrrigationunderdifferent,2015(11):15-18.planting

[9]俞涛Chinese)

空间分布特征研究,哈地尔·依沙克.农业科学,宋锋惠,等.枣棉间作系统枣树根系,2012,49(01):46-51.YucharacteristicsT,Hadierintercroopingsystem.ofY,JujubeSongXinjiangtreeFh,etAgriculturalrootsal.inSpatialtheSciencesjujubedistribution,-2012,49cotton[10](01):46-51.史彦江(inChinese)根系空间分布特征,俞涛,哈地尔.·东北林业大学学报依沙克,等.枣粮(棉,2011,39(10):59-)间作系统枣树

.

ShicharacteristicsYJ,YuofT,rootHadiersystemYi,etofjujubeal.Spatialtreesdistributioninjujube-Universitywheatintercropping,2011,39(10):59-.system.Journal(inChinese)

ofNortheastForestry[11]高超.土壤局部湿润条件下棉花群株间距对根系构型的

影响研究.石河子:石河子大学,2016.

GaoArchitectureC.EffectunderofGroupSoilPartialCottonSpacingWetting.onShihezi:ShiheziRootSystem[12]University,2016.平文超分布的影响,张永江.棉花学报,(in刘连涛Chinese)

,2011,23(06):522-528.

,等.不同密度对棉花根系生长与

PingdensitiesWC,(GossypiumonZhangthegrowthYJ,LiuandLCottondistributionT,etal.EffectsScience,2011,23(06):ofrootofinplantingcotton528.(inChinese)

hirsutumL.).522-[13]兰宏亮机理研究.东北春玉米密度对根系质量的影响与化学

.北京:中国农业科学院,2011.

LanHigh-HyieldL.EffectsSpringofMaizePlantingandChenicalDensityonRegulationRootQuality.Beijing:

ofChineseChinese)

AcademyofAgriculturalSciences,2011.(in

[14]管建慧空间分布动态的研究,郭新宇,刘洋,等.玉米科学.不同密度处理下玉米根系干重

,2007(04):105-108+118.GuanvariationJH,densitiesofofrootGuoXY,LiuY,etal.StudyondynamicMaize.dryweightspacedistribution,on2007different105-108+118.(inChinese)

JournalofMaizeSciences，(04):[15]管建慧规律的研究,郭新宇.玉米科学,王纪华,2007(6):82-85+88.

,等.玉米不同部位根系生长发育

GuanJH,GuoXY,WangJH,etal.Studyongrowthand[16]Maizedevelopment管建慧Sciencesrule,2007(6):82-85+88.(inofdifferentpartsofChinese)

maizeroot.Journalof内蒙古农业大学.玉米根系生长发育特性及与地上部关系的研究,2007.

.

GuanrelationshipJH.Studybetweenoncharacteristiesrootanduplandoffootpartssystemofgrowthmaize.[17]OmerInnerandMongoliaselfdiscriminationFalik,PerlaAgriculturalReides,MordechaiUniversityinroots.JournalGersani,et.(inChinese)ofEcologyal.Self/non-525-531.

,2003,91(4):