Phaseolus vulgaris root system formation in chestnut soil

doi:10.11686/cyxb2024082

Abstract

Abstract:

Precision water and fertilizer management in farmland when water is scarce needs to take account of the development patterns of the crop root system within the soil and over time. Here， Phaseolus vulgaris root biomass， length， surface area， volume and diameter was monitored in two differing light loamy or sandy chestnut soil fields at different growth stages using stratified excavation to extract root samples and image analysis techniques to quantify root parameters. The results showed that the root biomass of P. vulgaris in the two fields was similar， and roughly divided into three stages： slow growth， linear growth and slow decline. The linear growth period was from the initial flowering stage to the full pod stage. At this stage， the daily growth rates of fresh and dry weight of P. vulgaris root systems were 2.46 and 0.24 g·2 plants^-1 in light loamy chestnut soil fields， while they were 1.79 and 0.20 g·2 plants^-1 in sandy chestnut soil fields. The root system parameters， such as root length， surface area and volume， were all positively correlated with root fresh and dry weight. From a vertical distribution perspective， the root distribution of P. vulgaris in sandy chestnut soil was shallower than in loamy chestnut soil. In the sandy soil， more than 82.68% of the roots were distributed in the 0-30 cm soil horizon. In the light loamy soil， more than 86.24% of the roots were distributed in the 0-60 cm soil horizon， after the initial pod stage. From a lateral distribution perspective， over 77% of the P. vulgaris root systems in light loamy chestnut soil were distributed within a 30 cm radius on both sides of the plant during the entire growth period， while the proportion of root systems in sandy chestnut soil showed a decreasing trend with growth development， and decreased to over 66% at the end of podding. The contour map of the root systems showed that， P. vulgaris roots in light loamy chestnut soil exhibited narrow and deep placement， while in sandy chestnut soil placement was wide and shallow. This research lays a foundation for development of innovative and efficient water and fertilizer utilization technology for P. vulgaris in the Bashang area.

Key words: stratified excavation, drip irrigation, Phaseolus vulgaris, root system, spatiotemporal distribution

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Figures/Tables 22

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轻壤质栗钙土 Light loamy chestnut soil
土层 Soil layer （cm）	容重 Bulk density （g·cm^-3）	土层特征 Soil layer characteristics
0~10	1.4	土壤松软Soft soil
10~20	1.3	土壤松软Soft soil
20~30	1.5	土壤紧实Soil compaction
30~40	1.4	土壤紧实Soil compaction
40~50	1.3	土壤紧实Soil compaction
50~60	1.1	黑土层，土壤紧实Black soil layer， soil compaction
60~70	1.2	黑土层，土壤紧实Black soil layer， soil compaction
70~80	1.4	黑土层，土壤紧实Black soil layer， soil compaction
沙壤质栗钙土Sandy loamy chestnut soil
土层 Soil layer （cm）	容重 Bulk density （g·cm^-3）	土层特征 Soil layer characteristics
0~10	1.5	土壤松软Soft soil
10~20	1.6	土壤松软Soft soil
20~30	1.8	土壤紧实Soil compaction
30~40	1.8	砂砾增多，土壤紧实Gravel increases， soil compacts
40~50	1.7	砂砾增多，土壤紧实Gravel increases， soil compacts
50~60	1.7	砂砾增多，土壤紧实Gravel increases， soil compacts

轻壤质栗钙土 Light loamy chestnut soil
土层 Soil layer （cm）	容重 Bulk density （g·cm^-3）	土层特征 Soil layer characteristics
0~10	1.4	土壤松软Soft soil
10~20	1.3	土壤松软Soft soil
20~30	1.5	土壤紧实Soil compaction
30~40	1.4	土壤紧实Soil compaction
40~50	1.3	土壤紧实Soil compaction
50~60	1.1	黑土层，土壤紧实Black soil layer， soil compaction
60~70	1.2	黑土层，土壤紧实Black soil layer， soil compaction
70~80	1.4	黑土层，土壤紧实Black soil layer， soil compaction
沙壤质栗钙土Sandy loamy chestnut soil
土层 Soil layer （cm）	容重 Bulk density （g·cm^-3）	土层特征 Soil layer characteristics
0~10	1.5	土壤松软Soft soil
10~20	1.6	土壤松软Soft soil
20~30	1.8	土壤紧实Soil compaction
30~40	1.8	砂砾增多，土壤紧实Gravel increases， soil compacts
40~50	1.7	砂砾增多，土壤紧实Gravel increases， soil compacts
50~60	1.7	砂砾增多，土壤紧实Gravel increases， soil compacts

监测日期 Date of collection （月-日Month-day）	生育时期 Growth stage	根系鲜重Fresh root weight		根系干重Root dry weight
监测日期 Date of collection （月-日Month-day）	生育时期 Growth stage	重量 Weight （g·2 plant^-1）	比例 Percentage （%）	重量 Weight （g·2 plant^-1）	比例 Percentage （%）
07-01	抽蔓期Sprouting stage	29.25±0.19f	27.80	1.891±0.08g	19.67
07-08	初花期Initial flowering stage	31.38±0.24f	29.82	2.421±0.09f	25.18
07-16	盛花期Full flowering stage	63.77±0.54e	60.61	5.093±0.08e	52.97
07-23	结荚初期Initial podding stage	82.76±0.96d	78.65	6.999±0.13d	72.80
07-31	结荚前期Early podding stage	101.33±1.45b	96.30	8.193±0.11c	85.22
08-07	结荚盛期Full podding stage	105.22±1.11a	100.00	9.614±0.09a	100.00
08-14	结荚后期Late podding stage	89.15±0.86c	84.73	9.082±0.09b	94.47
08-21	结荚末期Last podding stage	83.34±0.51d	79.21	9.005±0.05b	93.67
监测日期 Date of collection （月-日Month-day）	生育时期 Growth stage	叶面积Leaf area		地上部干重Shoot dry weight
监测日期 Date of collection （月-日Month-day）	生育时期 Growth stage	面积 Area （cm²·2 plant^-1）	比例 Percentage （%）	重量 Weight （g·2 plant^-1）	比例 Percentage （%）
07-01	抽蔓期Sprouting stage	614.9±10.56g	3.28	6.12±0.07h	2.64
07-08	初花期Initial flowering stage	1727.0±13.07f	9.22	12.26±0.11g	5.30
07-16	盛花期Full flowering stage	5207.1±98.57e	27.80	43.09±0.75f	18.62
07-23	结荚初期Initial podding stage	6355.7±82.30d	33.93	56.47±0.94e	24.40
07-31	结荚前期Early podding stage	12727.9±78.61c	67.96	98.22±0.93d	42.45
08-07	结荚盛期Full podding stage	12621.0±93.19c	67.30	115.85±0.87c	50.06
08-14	结荚后期Late podding stage	15780.5±37.93b	84.25	181.03±1.20b	78.23
08-21	结荚末期Last podding stage	18729.6±112.14a	100.00	231.40±0.81a	100.00

监测日期 Date of collection （月-日Month-day）	生育时期 Growth stage	根系鲜重Fresh root weight		根系干重Root dry weight
监测日期 Date of collection （月-日Month-day）	生育时期 Growth stage	重量 Weight （g·2 plant^-1）	比例 Percentage （%）	重量 Weight （g·2 plant^-1）	比例 Percentage （%）
07-01	抽蔓期Sprouting stage	29.25±0.19f	27.80	1.891±0.08g	19.67
07-08	初花期Initial flowering stage	31.38±0.24f	29.82	2.421±0.09f	25.18
07-16	盛花期Full flowering stage	63.77±0.54e	60.61	5.093±0.08e	52.97
07-23	结荚初期Initial podding stage	82.76±0.96d	78.65	6.999±0.13d	72.80
07-31	结荚前期Early podding stage	101.33±1.45b	96.30	8.193±0.11c	85.22
08-07	结荚盛期Full podding stage	105.22±1.11a	100.00	9.614±0.09a	100.00
08-14	结荚后期Late podding stage	89.15±0.86c	84.73	9.082±0.09b	94.47
08-21	结荚末期Last podding stage	83.34±0.51d	79.21	9.005±0.05b	93.67
监测日期 Date of collection （月-日Month-day）	生育时期 Growth stage	叶面积Leaf area		地上部干重Shoot dry weight
监测日期 Date of collection （月-日Month-day）	生育时期 Growth stage	面积 Area （cm²·2 plant^-1）	比例 Percentage （%）	重量 Weight （g·2 plant^-1）	比例 Percentage （%）
07-01	抽蔓期Sprouting stage	614.9±10.56g	3.28	6.12±0.07h	2.64
07-08	初花期Initial flowering stage	1727.0±13.07f	9.22	12.26±0.11g	5.30
07-16	盛花期Full flowering stage	5207.1±98.57e	27.80	43.09±0.75f	18.62
07-23	结荚初期Initial podding stage	6355.7±82.30d	33.93	56.47±0.94e	24.40
07-31	结荚前期Early podding stage	12727.9±78.61c	67.96	98.22±0.93d	42.45
08-07	结荚盛期Full podding stage	12621.0±93.19c	67.30	115.85±0.87c	50.06
08-14	结荚后期Late podding stage	15780.5±37.93b	84.25	181.03±1.20b	78.23
08-21	结荚末期Last podding stage	18729.6±112.14a	100.00	231.40±0.81a	100.00

监测日期 Date of collection （月-日Month-day）	生育时期 Growth stage	根系长度 Root length （cm·2 plant^-1）	根系表面积 Root surface area （cm²·2 plant^-1）	根系体积 Root volume （cm³·2 plant^-1）	根系平均直径 Roots average diameter （mm·2 plant^-1）
07-01	抽蔓期Sprouting stage	10886.32±105.53g	1553.95±30.88h	25.49±0.14h	0.46±0.006d
07-08	初花期Initial flowering stage	14862.51±72.65f	2074.69±47.51g	32.80±0.23g	0.49±0.010bc
07-16	盛花期Full flowering stage	28659.71±54.42e	4356.51±50.16f	72.27±0.25f	0.53±0.006a
07-23	结荚初期Initial podding stage	39553.86±58.57d	5880.52±60.15c	99.76±0.36c	0.51±0.006b
07-31	结荚前期Early podding stage	43994.34±160.91b	6438.69±60.18b	105.02±1.19b	0.49±0.010bc
08-07	结荚盛期Full podding stage	50138.62±76.32a	6947.82±61.33a	108.11±1.15a	0.47±0.006cd
08-14	结荚后期Late podding stage	39748.10±114.45d	5627.86±59.21d	87.09±0.50d	0.47±0.010cd
08-21	结荚末期Last podding stage	41524.18±133.81c	5326.29±46.55e	79.55±0.55e	0.42±0.010e