基于模擬耕作模式容重對玉米根系生長的影響

鄭存德++鞠方成+++程根力

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.037

摘要：以耕層棕壤（0～20 cm）和犁底層棕壤（20～40 cm）為試驗材料，采用盆栽的方法模擬翻耕、旋耕模式及不同層次容重對玉米根系生長的影響。結果表明：下層土壤容重增加導致玉米總根量顯著或極顯著降低，表層根量的占比升高；中層土壤容重有差異，但根量差異不顯著。拔節期模擬的翻耕與旋耕模式對玉米根干質量無顯著影響，拔節期至生育期末模擬翻耕處理根量高于或顯著高于模擬旋耕處理。表層土壤容重為1.2 g/cm3、下層土壤容重為 1.4 g/cm3 時最適合玉米根系生長。

關鍵詞：土壤容重；耕作模式；玉米；根系生長

中圖分類號： S513.04文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）10-0149-02

收稿日期：2015-08-29

基金項目：遼寧省科技廳博士科研啟動基金（編號：20141128）；遼東學院博士科研啟動基金（編號：20140709）。

作者簡介：鄭存德（1975—），男，黑龍江海倫人，博士，副教授，主要從事水、土環境保護研究。E-mail：ddhmtldxy@sina.com。土壤容重決定土壤含水量、通氣性及礦質元素運移等[1-3]，進而影響植物根系的生長發育和生理功能。容重增大，根系生長穿插阻力增大、直徑變粗、分布變淺、生長速率明顯下降[4-7]。目前，許多土壤因長期免耕、使用小型機具耕種或田間管理不善導致耕層變淺、容重增大、土壤結構變差。通過旋耕、翻耕也只能短期內改變土壤容重，在作物生育初期很快又會變得沉實，主要原因是土壤體質與體型較差[8-9]。筆者前期研究了容重對玉米根系生長的影響及調控措施[8]，但不同耕作模式及不同層次土壤容重對玉米根系生長的影響還缺乏研究，此研究結果可為大田耕作模式選擇與田間管理提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料

供試土壤為發育在黃土母質上的棕壤（41°50′N，123°34′E），2010年3月按0～20 cm（耕層土）和20～40 cm（犁底層土）分層采集，土壤基本化學指標見表1。

1.2試驗設計

土樣風干至含水率為10%，過0.5 cm篩備用。結合大田調查結果，選取1.2、1.4、1.6 g/cm3等3個容重水平，將盆栽容器（高50 cm）從上至下（上沿留5 cm）劃分為0～15、15～30、30～45 cm等3個層次。將0～20 cm與20～40 cm土樣按表2裝入容器中，其中，取自0～20 cm土樣處理編號前加T，取自20～40 cm土樣處理編號前加S，如T222表示取自0～20 cm層土樣按0～15、15～30、30～45 cm等3層裝入，每層容重都是1.2 g/cm3。灌水至70%田間持水量，草席覆蓋至 2010年6月1日播種時（每桶調水至80%田間持水量），每個處理重復9次（分3個時期，每個時期3次重復）。每盆播種經挑選均勻一致浸泡約24 h的種子3粒，播深約 5 cm，種子均勻分布容器中心周圍3 cm處，小心覆土，輕輕壓實，出苗10 d后定苗。

播種后不定期除草，盡量在草較小時除去。當水分低于60%田間持水量時通過重量法補充水分。于大喇叭口期把肥用少量水溶解后均勻澆在根系附近（每盆追純氮1.7 g），于玉米生育期測定指標。

1.3數據處理

數據用Excel 2003處理并用SPSS 13.0進行分析。

2結果與分析

2.1不同土層容重對玉米根系生長的影響

由表3可以看出，隨中、下層土壤容重增加，根系總干質量下降。處理222、224、244差異較小，處理244根系生長最好，說明過松或過緊的下層土壤都不利于玉米根系生長，容重為12 g/cm3左右時，土壤過于通透，氧化速度太快，不利于水肥保持；而容重大于1.4 g/cm3時，土壤小孔隙增多緊實度增加，土壤容易處于還原環境，根系呼吸與穿插難度增加，所以，最適宜的容重是1.3 g/cm3左右。

當中、下土層容重增加時，不同處理表層都表現出根量的增加，發生了根系補償效應[10]，中層根量差異不顯著，但總根量還是減少了。即使中層容重達到1.4、1.6 g/cm3時，玉米根系仍能生長，生長量下降，但下降不顯著，與前人研究結果[11]不一致，可能是桶徑小，玉米根系無法橫向生長而向下產生的補償效應，或者中層厚度不夠，根系容易穿過。在玉米拔節期、灌漿期、成熟期，根系干質量超過50%分布在0～15 cm 土層，超過65%分布在0～30 cm土層，當下層容重高時則有更多的根系分布在這一層，使根土比增加，作物對水肥的利用效率下降。成熟期下層容重高的處理有超過80%的玉米根系分布在0～30 cm土層，尤其是0～15 cm層次根量增加明顯，表現為根系補償，根系補償發生的時間可能是拔節期后。在生育期內15～30 cm土層的根干質量占比在8%～19%之間，變化較小。拔節期下層根量占比較高，隨玉米生長其占比下降，原因是下層容重高、通氣性差、根系老化快及生育后期細根的衰亡等原因，高容重處理下層根量占比下降更多（圖1）。

2.2模擬耕作模式對玉米根系生長的影響

耕作模式不同，土壤的容重、通氣性、孔隙狀況也不同，影響微生物活動、水肥保持等[7]。本試驗因土樣本身養分等存在差異，模擬耕作模式的結果可能受到干擾。由表4、表5可見，相同土層上，在玉米整個生育期模擬翻耕處理的根量大于模擬旋耕處理，到成熟期更為明顯，差異達顯著或極顯著水平。模擬2種耕作模式下，拔節期不同處理不同層次根干質量及不同處理根系總干質量差異不顯著，隨下層容重增加，中、下層根干質量減少；吐絲期、成熟期不同處理不同土層根干質量及不同處理根系總干質量差異顯著，這可能是前期量的積累引發的質變，處理244根系總干質量及各個層根干質量最大，這說明適合玉米根系生長，不但要有疏松的表層土壤（容重在1.2 g/cm3左右），還要有較為緊實的下層土壤（容重在1.4 g/cm3左右）。可見，翻耕比旋耕更適合玉米根系生長，利于提高產量。

3結論

3.1不同土層容重對玉米根系生長的影響

緊實的下層土壤使玉米總根量顯著或極顯著地減少，但能增加表層根量的占比，表現為表層補償。雖然中層土壤容重有差異，但根量差異不顯著，原因是玉米根系可以較容易穿過小于1.6 g/cm3的土壤容重，最適合玉米根系生長的容重范圍是1.2～1.4 g/cm3。

3.2耕作模式對玉米根系生長的影響

在本試驗條件下，拔節期至生育期末模擬翻耕處理根量高于、顯著高于或極顯著高于模擬旋耕處理。2種模式下，處理244最適合玉米根系生長。

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