柯尊嵩，馮 波*，李 帆

(1.吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長春 130021； 2.長安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,陜西 西安 710054)

【研究意義】四川歷來是中國重要的糧食生產(chǎn)基地和國家農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)體的重要組成部分，小麥和水稻在川中糧食產(chǎn)量上占到了60%。然而四川多山地丘陵，使得多種高效的機(jī)械化麥稻輪作系統(tǒng)不能得以應(yīng)用，所以在川中坡地上最常用到的依舊是人力鋤具耕作，但這種耕作方式效率低下，同時(shí)對(duì)土壤的耕作侵蝕效果非常嚴(yán)重[1]。土壤侵蝕會(huì)對(duì)耕地上植物上部產(chǎn)生直接影響，本研究對(duì)紫色土坡耕地上小麥根系的研究，對(duì)完善耕地侵蝕模型、保證國家糧食安全、提升農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值都具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】儲(chǔ)櫟泉等[2]研究發(fā)現(xiàn)，在四川耕地中主要以坡耕地為主，坡耕地上壤中流造成的養(yǎng)分重分布具有時(shí)空性。蘇正安等[3]研究表明，紫色土具有土層淺薄、結(jié)構(gòu)性差和有機(jī)質(zhì)含量低的缺點(diǎn)，同時(shí)又是極不穩(wěn)定的土壤型。在長期的風(fēng)吹日曬下極易發(fā)生風(fēng)蝕，并且土壤內(nèi)部養(yǎng)分會(huì)隨水流發(fā)生較大重分布。在線性坡面肥料一般是從坡耕地上部流失,在下部堆積[4]。國內(nèi)在紫色土區(qū)的土壤“淺薄化”對(duì)水肥影響方面也進(jìn)行了大量的研究。如馬勝蘭等將紫色土層厚度分為5個(gè)不同的級(jí)別進(jìn)行研究，指出60 cm以上厚度的紫色土可以維持基本穩(wěn)定的生產(chǎn)力水平，土層厚度對(duì)玉米影響格外顯著，超過60 cm厚度的土壤對(duì)小麥的生物量及根重差異不顯著[5]。以上結(jié)果對(duì)紫色土的土壤生產(chǎn)力就行了研究，但目前針對(duì)川中丘陵地區(qū)坡地紫色土層對(duì)于小麥根系的生長研究仍然較為匱乏。小麥屬于禾本科植物，擁有豐富的根系[6]。根系是植株最重要的是營養(yǎng)器官，在土壤中承擔(dān)了水肥吸收、植株無氧呼吸等重要過程[7]。近年來，大量的學(xué)者采用直接或者間接觀察的方法描述植株的根系生長，但大多數(shù)實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)多種條件固定的環(huán)境下進(jìn)行的，同時(shí)對(duì)植株的培養(yǎng)也都選擇以管栽、盆栽的方式進(jìn)行[8]。但作物在自然條件下的生長狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有著明顯差異，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)根系實(shí)驗(yàn)忽視了植物根系對(duì)環(huán)境變化的自適應(yīng)性，使得作物根系形態(tài)研究具有很大的局限性。加之作物地下部分難以測量，使得植株根系發(fā)育特點(diǎn)以及可視化的研究一直嚴(yán)重滯后于地上植株[9]。另外，許多研究將注意力集中在無人擾動(dòng)的自然土體上的喬灌草根系上，而關(guān)于坡耕地尤其是紫色土區(qū)的坡耕地上農(nóng)作物的根系研究報(bào)道較少?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究以四川丘陵地區(qū)紫色土坡地上的小麥為研究對(duì)象，分析了小麥根系在不同坡位上的生長狀況，結(jié)合機(jī)械化與傳統(tǒng)耕作模式，探討適合坡地耕作的形式。研究了在不同坡位處小麥根系所表現(xiàn)的根系表型性狀及不同直徑小麥根系對(duì)不同坡位的響應(yīng)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】利用根系表型性狀對(duì)川中丘陵區(qū)紫色土坡地上的小麥作生長發(fā)育綜合性評(píng)價(jià)，揭示小麥根系在坡地上的發(fā)育規(guī)律，為川中丘陵區(qū)紫色土坡地上農(nóng)作物種植理論進(jìn)行理論補(bǔ)充。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)材料選用市售蜀麥830，于2018年11月中旬播種，種植在四川遂寧水土保持實(shí)驗(yàn)站內(nèi)。

1.2 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)選擇在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)的水土保持實(shí)驗(yàn)站內(nèi)，該站位于四川省遂寧市，地處北緯30°10′50″～31°10′50″，東經(jīng)105°03′26″～106°59′49″。該實(shí)驗(yàn)區(qū)域以亞熱帶的典型濕潤季風(fēng)氣候?yàn)橹?，不存在凍土現(xiàn)象。試驗(yàn)區(qū)的坡耕地具有坡度大，耕地少而散，土壤為堿性，農(nóng)機(jī)難以進(jìn)入，水力侵蝕嚴(yán)重等特點(diǎn)。在該地區(qū)，傳統(tǒng)的鐵農(nóng)具(鎬頭，鐮刀，鏟子等)是該地區(qū)的主要農(nóng)具。為了方便耕作，經(jīng)常使用下坡耕作。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

前人的研究中，為了減小不可控因素的影響同時(shí)方便觀察，大多對(duì)作物進(jìn)行管栽、盆栽及溫室栽種[8]。但容器和比較理想條件下的自然條件是無法完全替代農(nóng)田土壤水庫以及農(nóng)田養(yǎng)分庫對(duì)水肥的緩沖作用，同時(shí)較小的種植空間對(duì)小麥的根系生長發(fā)育起到了抑制作用，無法達(dá)到完全自然條件下小麥根系生長過程中的性狀，本研究結(jié)合遂寧本地的氣候、工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，考慮到，不同耕作模式對(duì)團(tuán)聚體的擾動(dòng)效果不同[10]，采取傳統(tǒng)農(nóng)作與機(jī)械犁耕作的對(duì)比試驗(yàn)。在設(shè)置實(shí)驗(yàn)組時(shí)進(jìn)行了機(jī)械犁作組與傳統(tǒng)犁作組的對(duì)照設(shè)置，試驗(yàn)場從北向南定向，長度約為10 m，土壤深度大于0.8 m，并且碎石大部分位于0.8 m以下，兩種種植方式的對(duì)照組平行排列。同時(shí)集中種植小麥，籽粒平均尺寸小于5 cm。進(jìn)行采樣時(shí)，所采樣的小麥處于乳熟期后期，根系保持完整。試驗(yàn)田周邊設(shè)置有1 m保護(hù)行，試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行箱式種植，帶有0.3 m排水溝系用以排水防澇。播前施加農(nóng)家肥4 cm，播種完成后取壓碎后的紫色土蓋籽。為確保采樣根系的完整性，方便對(duì)根系分布規(guī)律的研究，我們借鑒農(nóng)淦[11]等人的環(huán)式取土法(圖1)。同時(shí)使用鐵楸對(duì)半徑20 cm的土樣進(jìn)行整體采樣。采樣前，將坡地按景觀位置分為五個(gè)部分，分別為坡頂、坡肩、坡中、坡腳、坡趾，分別距離坡頂0、5、10、15、20 m，根據(jù)不同的景觀位置對(duì)小麥根系采樣，在每一個(gè)景觀位置上取其幾何中心(圖2)。每個(gè)區(qū)域，在幾何中心點(diǎn)采用農(nóng)淦的方法，在被取植物的中心畫一個(gè)半徑為10 cm的圓，并對(duì)被圓覆蓋的整個(gè)土壤體進(jìn)行環(huán)刀采樣。為了確保采樣不會(huì)互相影響，需要使用位于相同景觀位置的植物，相距20 cm以上。同地多次取樣，分別測算相應(yīng)數(shù)據(jù)。

圖件引自參考文獻(xiàn)[11]圖1 小麥根系環(huán)刀取土方式Fig.1 Soil sampling method of wheat ring cutter

圖2 坡地取樣點(diǎn)設(shè)置Fig.2 Sampling point setting of slope land

1.4 指標(biāo)測定

1.4.1 單根抗拉強(qiáng)度測量 植株收獲后，對(duì)小麥根系進(jìn)行清理后，將同一植株相同直徑的根系歸類，將要測試的單個(gè)根放在拉力測試儀的兩個(gè)夾具之間，啟動(dòng)應(yīng)變控制式直剪儀(圖3)，然后以手動(dòng)勻速向上移動(dòng)上夾具，直到根斷開。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)每0.01秒自動(dòng)記錄一次拉伸和位移，以分析單根的變形特性;實(shí)驗(yàn)后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)生成根部拉伸時(shí)的極限抗力F和斷裂時(shí)根系的伸長率△L值，并通過計(jì)算機(jī)計(jì)算出單根拉伸強(qiáng)度(應(yīng)力)和應(yīng)變值，其中單根抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式為：

P=4F/ΠD2

式中，P為抗拉強(qiáng)度(MPa)；F為抗拉力(N)；D為根系斷裂處直徑(mm)。在本研究中將根系根尖、根中、根末三處的直徑測得取均值作為最終的實(shí)驗(yàn)根徑。

圖3 ZJ型(EDJ-1)應(yīng)變控制式直剪儀Fig.3 ZJ (EDJ-1) strain controlled direct shear apparatus

1.4.2 單根軸向抗拉應(yīng)變計(jì)算公式

ε=△L/L

方法3：蒸發(fā)鑒別法。取一干凈、干燥的玻璃片，然后分別在不同位置滴等量水樣，待其完全蒸發(fā)后，白色殘留物多的水樣為硬水，反之為軟水。

式中，ε為應(yīng)變；△L為試驗(yàn)根在均勻拉力下導(dǎo)致的變形量(mm)；L為試驗(yàn)根初長(mm)。

1.4.3 根系體積密度計(jì)算的公式

RVD=Vd/Vs

式中，RVD為根體積密度(cm3/125 cm3)；Vd為根系體積(cm3)；Vs為土壤積(cm3)，其中根鉆取土體積為125 cm3。

1.4.4 根系拓?fù)渲笖?shù)計(jì)算公式

Fitter[12]等和Bouma[13-14]等提出根系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以魚尾狀分支和叉狀分支為主要分型模式。并提出拓?fù)渲笖?shù)表達(dá)式：

Ti=lgA/lgM

1.4.5 根系指標(biāo)測定 在將根系洗凈去除泥沙之后，采用數(shù)字化掃描儀器(Lenovo M7605D)對(duì)根系形態(tài)進(jìn)行掃描，掃描前小麥根系根系需分離壓實(shí)，以白色面板做底板(圖4)。并采用WinRHIZO (version4.0b,Rengent Instruments Inc.,Canada)根系分析系統(tǒng)對(duì)根系生物特性進(jìn)行測定，應(yīng)用Origin9.1對(duì)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作模式下小麥根系拓?fù)渲笖?shù)對(duì)景觀位置的響應(yīng)

不同耕作模式下，小麥根系的拓?fù)渲笖?shù)Ti呈現(xiàn)出差異。如表1所示，機(jī)械耕作組均值為0.947，傳統(tǒng)耕作組均值為0.948，兩組樣本Ti總體接近1，機(jī)械耕作組拓?fù)渲笖?shù)與傳統(tǒng)耕作組差異不顯著，表明在12°坡地上，機(jī)械耕作與傳統(tǒng)耕作對(duì)小麥根系總體不構(gòu)成顯著影響。機(jī)械耕作方式得到的小麥根系內(nèi)部數(shù)平均為45.2，外部數(shù)均值為55.6，傳統(tǒng)耕作方式下的小麥根系內(nèi)部數(shù)平均為54.8，外部數(shù)均值為 67，機(jī)械耕作方式小麥根系的內(nèi)部數(shù)與外部數(shù)均少于傳統(tǒng)耕作方式，表明在12°坡地上，傳統(tǒng)耕作下的小麥根系發(fā)育情況要更好于機(jī)械耕作。順坡方向上，機(jī)械耕作組小麥根系內(nèi)部數(shù)在坡頂與坡趾分別達(dá)到了最大值46和56，外部數(shù)分別達(dá)到了最大值56和69，傳統(tǒng)耕作組小麥根系內(nèi)部數(shù)在坡頂與坡趾分別達(dá)到了最大值72和55，外部數(shù)分別達(dá)到了最大值89和68，表明在順坡方向上，小麥根系在坡頂與坡趾分型發(fā)育最為明顯，傳統(tǒng)耕作模式下與機(jī)械耕作模式下小麥分叉數(shù)數(shù)量均表現(xiàn)出凹狀拋物線趨勢。順坡方向上，傳統(tǒng)耕作組中不同坡位小麥根系Ti保持,0.966～0.915，機(jī)械耕作組中不同坡位小麥根系Ti保持在0.954～0.935，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組Ti均更加靠近1，表明不同景觀位置的小麥根系存在較多的外部連接，根系近似于魚尾狀分支模式，主根明顯且分支較少。機(jī)械耕作組中小麥qa與qb略小于傳統(tǒng)耕作組，說明傳統(tǒng)耕作組的小麥根系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比機(jī)械耕作組復(fù)雜，有相對(duì)更多的次級(jí)分支。

圖4 小麥根系樣本Fig.4 Wheat root samples

表1 兩種耕作方式不同坡位處小麥根系拓?fù)渲笖?shù)

2.2 不同根徑域的根系抗拉力與拉裂距離的相關(guān)性研究

如圖5所示，0～0.1 mm根系抗拉強(qiáng)度抗拉力主要處在0.25～1.5 N之間，斷裂距離主要在0.25～1.25 mm之間，0.1～0.2 mm根系抗拉力大都處在0.5～4 N之間，斷裂距離大多在0.5～7 mm之間。0.2～0.3 mm根系抗拉力大多處在2～7 N之間，斷裂距離大多在1～4 mm之間。0～0.3 mm組根系中0.1～0.2 mm根系較0～0.1 mm根系在抗拉強(qiáng)度和斷裂距離方面都提高了2～4倍，0.2～0.3 mm總體的抗拉強(qiáng)度斷裂距離比0.1～0.2 mm增加了2～3倍，說明0～0.3 mm組小麥根系抗拉力、拉伸距離均與直徑成正相關(guān)關(guān)系。0.3～0.4 mm根系抗拉強(qiáng)度大多在2～6 N之間，斷裂距離斷裂距離大多在2～7 mm之間，0.4～0.5 mm根系抗拉強(qiáng)度大多處在2～6 N之間，斷裂距離大多在1～6 mm之間。兩組變化趨勢總體比較平穩(wěn)，但0.3～0.4 mm組，變化值域明顯加大。>0.5 mm根系抗拉強(qiáng)度大多在4～8 N之間，斷裂距離在3～7 mm之間，變化范圍最不穩(wěn)定，說明在>0.3 mm直徑域的小麥根系，根系抗拉力、斷裂距離與根徑?jīng)]有直接相關(guān)性，其中每個(gè)根徑域內(nèi)的根系在根系抗拉力、斷裂距離方面差異不顯著。

圖5 不同根徑域的根系抗拉力與斷裂距離Fig.5 Tensile strength and fracture distance of roots with different diameters

通過對(duì)不同直徑根系抗拉力與斷裂距離圖進(jìn)行匹配性分析， 0.3 mm以上根系的匹配性明顯降低，表明直徑增加匹配性降低，較細(xì)小的根系抗拉力與斷裂距離匹配性良好，具有較好的線性關(guān)系。0.3 mm及以上小麥根系抗拉強(qiáng)度均值為6 N，0.3 mm以下小麥抗拉強(qiáng)度均值為3 N，0.3 mm及以上小麥根系斷裂距離均值為3.5 mm，0.3 mm以下小麥斷裂距離均值為2 mm，表明在土體中0.3 mm及以上直徑的小麥能承擔(dān)更大的抗拉強(qiáng)度，其提供了植株對(duì)土體錨固作用的絕大部分。相關(guān)性方面，0.3 mm以上根系中存在抗拉力與斷裂距離線性關(guān)系差，表明較粗小麥根系的外層根皮與內(nèi)層細(xì)根具有明顯差異化的抗拉強(qiáng)度，小麥根系的外層根皮能夠?qū)?nèi)部細(xì)根起到的保護(hù)作用有限。

2.3 不同景觀位置小麥根系的生物表征比較

小麥根系的根系表面積、覆蓋面積與坡位正相關(guān)性明顯。在川中丘陵區(qū)紫色土坡地進(jìn)行機(jī)械種植條件下，小麥單株根系總表面積不超過10 cm2，均值不超過5 cm2，并且在順坡方向上，小麥根系的表面積逐漸增大，在坡腳位置達(dá)到最大值3.95 cm2，而坡趾處較坡腳處小麥根系表面積有所降低(圖6-d)。小麥單株根系覆蓋面積均值13 cm2,在坡腳位置達(dá)到最大值12.5 cm2(圖6-a)，在坡趾也比坡腳處小麥單株根系覆蓋面積更小，說明在川中丘陵地區(qū)12°紫色土坡上，采用機(jī)械耕作后，小麥根系有利的生長位置在坡肩以下，并且坡腳位置為最優(yōu)生長位置，坡趾生長較優(yōu)，但并不是最優(yōu)生長位置。

圖6 不同景觀位置小麥根系生物表征與坡位擬合圖Fig.6 Biological characterization of wheat roots and slope fitting map at different landscape locations

小麥根系在單位體積土體中的根長、根系體積與坡位也有明顯正相關(guān)性。單位體積土體中根長最長為44.5 cm，坡肩下部根長均值為坡肩上部的1.3倍(圖6-b)。小麥體積在坡趾、坡中達(dá)到最大值0.235 cm3，坡肩與坡頂為0.15 cm3(圖6-c)，說明坡地下部更加肥沃蓬松的土壤對(duì)小麥根系延伸與根系根徑的生長更加有利。

2.4 小麥根系多因素相關(guān)性分析

對(duì)小麥根系各參數(shù)進(jìn)行多因素相關(guān)性分析，結(jié)論如表2所示：坡位與小麥根系面積、根系體積、不同根徑域的小麥根系抗拉強(qiáng)度均有顯著相關(guān)性(P<0.05)，且坡位與小麥根系面積、根系體積表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系(r>0)，坡位與不同根徑域的小麥根系抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)性(r<0),坡位與拓?fù)渲笖?shù)無明顯相關(guān)性(P>0.05)，說明順坡方式向上，反應(yīng)根系面積與根系體積的指數(shù)逐漸增高，而不同根徑域的小麥根系抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)降低，根系的分型強(qiáng)度對(duì)坡位反應(yīng)不明顯。根系面積與根系體積、拓?fù)渲笖?shù)、>0.3 mm小麥根系抗拉強(qiáng)度有顯著相關(guān)性，與0～0.3 mm根系抗拉強(qiáng)度則無明顯相關(guān)性，且根系面積與根系體積呈正相關(guān)關(guān)系，與拓?fù)渲笖?shù)和>0.3 mm小麥根系抗拉強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明根系表面積與根系體積為直接相關(guān)因素，體積越大表面積一般也越大，而根系表面積的擴(kuò)大會(huì)抑制根系分型的發(fā)生，并且降低>0.3 mm小麥根系的抗拉強(qiáng)度。根系體積與根系拓?fù)渲笖?shù)和不同根徑域的小麥根系抗拉強(qiáng)度無顯著相關(guān)性，拓?fù)渲笖?shù)也與不同根徑域的小麥根系抗拉強(qiáng)度無顯著相關(guān)性。

3 討 論

Niu等[15]的研究表明，植株對(duì)水肥吸收主要受到植株根系的空間分布與形態(tài)差異的影響。作物的根系會(huì)在土壤中隨壤中流造成的水肥重分布變化而主動(dòng)發(fā)生適應(yīng)性的改變[16]。本實(shí)驗(yàn)中，在川中12°紫色土坡地上以機(jī)械耕作和傳統(tǒng)耕作兩種方式進(jìn)行小麥種植，發(fā)現(xiàn)以兩種耕作方式種植的小麥根系在紫色土坡地的極端條件下均呈魚尾狀分支結(jié)構(gòu)，順坡方向上，小麥根系在坡頂與坡趾分型發(fā)育最明顯，小麥分叉數(shù)量均呈凹狀拋物線趨勢，在不同景觀位置的小麥主根系明顯且分支較少，而對(duì)比兩種耕作模式下小麥根系的分型發(fā)育結(jié)果，傳統(tǒng)耕作模式下小麥根系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，這是由于魚尾狀的根系分支結(jié)構(gòu)能夠有效提高根系的覆蓋面積，擴(kuò)大有效營養(yǎng)吸收利用的空間，從而高效的在貧瘠且水土流失嚴(yán)重的紫色土坡地上獲取養(yǎng)分，根系的魚尾狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征，有利于為拔節(jié)或灌漿提供物質(zhì)基礎(chǔ)[13,17]。

同時(shí)根系體內(nèi)部也擁有叉狀分支結(jié)構(gòu)，能在土層中形成比較牢固的土壤-根系復(fù)合體。在在坡地坡趾處土層疏松，更有利于小麥側(cè)根發(fā)育，而坡頂處水土流失嚴(yán)重，小麥根系受環(huán)境脅迫，被迫進(jìn)行主根供養(yǎng)，造成兩個(gè)不同景觀位置小麥主根上的分支少且主根明顯的特點(diǎn)。綜上所述，小麥根系所表現(xiàn)出的特征，與紫色土坡地的所處環(huán)境、土壤性質(zhì)密切相關(guān)。作物地下競爭環(huán)境的不均勻性,土壤理化狀態(tài)的空間變異性,或者水肥供應(yīng)的空間方向性,種子自身的品種特性等，均能造成根系在土體空間中的不均勻分布[18-20]。

表2 小麥根系形態(tài)學(xué)特征與力學(xué)特征相關(guān)性表

不同直徑小麥根系具有不同的力學(xué)特性。厲翔等[21]研究表明，植株在土體中的根系對(duì)于水土流失和土壤侵蝕的防治有很大的作用，在載荷相同的情況下，有根系存在的土塊會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)小于無根土塊的位移，并且小麥在達(dá)到成熟期以后根系對(duì)土體的固持能力明顯要好于其他生育期，同時(shí)越大的根土接觸面積會(huì)進(jìn)一步的提高水土保持效果。本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，0～0.3 mm根徑的小麥根系抗拉力、斷裂距離與根徑成正比，>0.3 mm根徑的小麥根系抗拉力、斷裂距離與根徑?jīng)]有直接相關(guān)性，并且>0.3 mm根徑域的小麥根系在根系抗拉力、斷裂距離方面幾乎差異不顯著，0～0.3 mm根徑的小麥根系抗拉力與斷裂距離的匹配性要好于>0.3 mm根徑域的小麥根系，但>0.3 mm根徑域的小麥根系抗拉力為0～0.3 mm根徑的小麥根系的兩倍。這是由于小麥根系的特定結(jié)構(gòu)決定的。小麥根系可以區(qū)分為較細(xì)根系和較粗根系兩類，較粗根系相較于較細(xì)根系擁有很厚的根皮，這層根皮保證了內(nèi)根的較大延展性，當(dāng)進(jìn)行抗拉測試時(shí)斷裂的外皮會(huì)順著內(nèi)跟進(jìn)行滑移，從而防止了內(nèi)根的直接斷裂，這對(duì)小麥根系形成牢固的根土復(fù)合體起到了極其重要的作用[22]。

本實(shí)驗(yàn)中，小麥根系的根系表面積、覆蓋面積、單位土體根長、根系體積與坡位正相關(guān)性明顯，均在坡腳處達(dá)到最大值；小麥根系在斜坡上的坡肩以下位置土體中，有更長的單位土體根長與根系體積。這是因?yàn)轫樒路较蛏纤蕰?huì)有向下堆積的趨勢，越向下部景觀位置，土壤肥力蓬松度越高，但坡趾處接近于排水溝渠，水土流失也比較嚴(yán)重[23]。

諸多研究表明，根系是植株最重要的營養(yǎng)器官，作物根系的生長發(fā)育受到多種因素的綜合影響[24-27]。本實(shí)驗(yàn)對(duì)坡位、小麥根系面積、根系體積、拓?fù)渲笖?shù)、不同根徑域的小麥抗拉強(qiáng)度進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)順坡方式向上，反應(yīng)根系面積與根系體積的指數(shù)逐漸增高，而不同根徑域的小麥根系抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)降低，根系拓?fù)渲笖?shù)對(duì)坡位反應(yīng)不明顯。根系面積與根系體積呈正相關(guān)關(guān)系，與拓?fù)渲笖?shù)和>0.3 mm小麥根系抗拉強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明根系表面積與根系體積為直接相關(guān)因素[28-29]，體積越大表面積一般也越大，而根系表面積的擴(kuò)大會(huì)抑制根系分型的發(fā)生，減小體積的進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)降低>0.3 mm小麥根系的抗拉強(qiáng)度。這與王宇蘊(yùn)等[30]人和陳楊[31]對(duì)小麥～蠶豆間作的研究結(jié)論也具有一致性,小麥可以顯著減少根系平均直徑,增加小麥根系表面積，以提高小麥產(chǎn)量。

4 結(jié) 論

12°紫色土坡地上，相同景觀位置的小麥根系拓?fù)渲笖?shù)不受耕作模式的顯著影響，傳統(tǒng)耕作模式更有利于小麥根系分型發(fā)育；兩種耕作模式下的小麥根系均呈魚尾型分支結(jié)構(gòu)，且在順坡方向上呈凹狀拋物線趨勢，傳統(tǒng)耕作模式下的小麥根系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較機(jī)械耕作更加復(fù)雜。不同根徑域的小麥根系抗拉力、斷裂距離有差別，0～0.3 mm根系根系抗拉力、斷裂距離與根徑成正相關(guān)，>0.3 mm根系差異不顯著；>0.3 mm根系為小麥根系中承擔(dān)“錨固作用”的主要部分，小麥根系較厚的外層表皮，能對(duì)內(nèi)層根系起到一定程度的保護(hù)作用。景觀位置與小麥根系生物表征有明顯的正相關(guān)關(guān)系，小麥根系有利的生長位置在坡肩以下，并且坡腳位置為最優(yōu)生長位置，坡趾生長較優(yōu)，但并不是最優(yōu)生長位置，坡肩以上不適于小麥根系生長。多因素相關(guān)性分析顯示，坡位與小麥根系面積、根系體積正相關(guān)，與拓?fù)渲笖?shù)無明顯相關(guān)性，與不同根徑域的小麥抗拉強(qiáng)度為負(fù)相關(guān)；根系表面積與根系體積為直接相關(guān)因素，體積越大表面積一般也越大，而根系表面積的擴(kuò)大會(huì)抑制根系分型的發(fā)生，減小體積的進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)降低>0.3 mm小麥根系的抗拉強(qiáng)度。通過對(duì)川中丘陵區(qū)紫色土坡地上小麥根系生長發(fā)育進(jìn)行研究，可作為坡耕地上作物研究的重要組成，一定程度對(duì)坡耕地上農(nóng)作物種植、管理提供指導(dǎo)。