不同耕作方式對土壤物理性狀及玉米生長發育的影響

劉紅亮++李鳳海++步蘊法++劉國玲++曹殿云

摘要：為研究深翻、旋耕和深松不同耕作方式處理對土壤耕層物理性狀和玉米生長發育的影響，采用長期定位試驗，以當地傳統耕作方式秋季旋耕為對照，設置免耕、苗期隔行深松30 cm、秋季翻耕30 cm等3種耕作方式，對土壤容重、含水量，單株玉米根系、干物質及玉米產量進行測定和分析。結果表明，不同耕作方式對土壤容重和土壤含水量的影響效果為深松>翻耕>常規旋耕>免耕；在玉米根長、根體積、根表面積，根冠比、籽粒產量方面表現為翻耕>深松>常規旋耕>免耕，翻耕和深松顯著大于常規旋耕，二者之間差異不明顯。表明翻耕和深松能夠有效改善土壤環境，促進玉米根系生長，提高產量，是較適宜的耕作方式。

關鍵詞：耕作方式；土壤物理性狀；玉米根系；生長發育；產量

中圖分類號：S513.04 文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）08-0052-03

遼寧省是我國春玉米的主要產區，30年來一直采用以小農機為主的連年旋耕耕作方式，土壤的耕層厚度一般不足 15 cm，形成厚度為7～10 cm的犁底層，增加了土壤的容重，使玉米根系下扎困難，根系生長受到嚴重的影響，無法提高玉米產量[1-3]。適宜耕作方式通過人為改變土壤物理化學性狀，調節土壤的水、肥、氣、熱等因子[4-5]，增加耕層厚度，進而提高土壤的性能，促進根系生長，提高玉米產量[6-7]。目前，有關玉米不同耕作方式對土壤理化性質、根系及作物產量影響的研究[8-11]，主要集中在深松和保護性耕作方面。本試驗采用定點試驗，通過設置翻耕、深松等不同耕作處理，研究不同耕作方式對土壤含水量、土壤容重、玉米根系和產量的影響，探索適宜的耕作方式，為建立理想耕層提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況及供試材料

試驗地設在遼寧省康平縣，2013年開始定點試驗，選擇地塊承包后每年只進行淺旋耕，地勢平坦、地力均勻。土壤為壤土，堿解氮含量71.5 mg/kg、速效磷含量41.6 g/kg、速效鉀含量103.0 mg/kg，pH值6.4。供試品種為鄭單958。

1.2試驗設計

設置了4種耕作方式處理：（1）秋季旋耕后耙地（CK）；（2）免耕（T1）；（3）苗期隔行深松30 cm（T2）；（4）秋季翻耕30 cm后旋耕耙地（隔年翻耕）（T3）。2013年進行試驗處理，2014年開始進行相關數據的采集和測定。種植密度為6萬株/hm2，采用隨機區組設計，3次重復，每個小區行長10 cm，行距60 cm，每區9行。播種前施用玉米專用肥作底肥，其養分含量N-P2O5-K2O為13%-19%-6%，用量為 600 kg/hm2，其他追肥、定苗病蟲害防治及除草等管理措施與當地生產田相同。

1.3項目測定及方法

在玉米的拔節期、吐絲期、灌漿期、成熟期，采集深度0～10、11～20、21～30 cm土樣測定土壤容重、土壤含水量；在上述4個玉米生育期取不同處理單株整根系，用Expression掃描儀掃及WinRHIZO根系分析，系統分析得到根長、根表面積、根體積；干物質測定采用烘干法。收獲時測產，每個處理取有代表性的15個穗進行考種。

2結果與分析

2.1不同耕作方式對土壤容重的影響

土壤容重是衡量土壤緊實度和土壤孔隙度的重要指標，它可以直接或間接影響作物的生長發育[12]。容重小，土壤的結構性好，疏松多孔透氣性好，但是容重過小會使土壤跑墑漏風，進而影響土壤的水分含量；相反，容重大，在一定程度上有助于土壤保墑，過大會使土壤板硬，不但影響土壤中空氣含量，還阻礙根系的伸展，降低玉米抗倒伏能力。

從表1可以看出，在玉米不同生育時期，不同耕作處理對各土層容重影響不同。結果顯示，0～10 cm土層，在玉米拔節期T1處理顯著大于CK、T2、T3處理，成熟期時T1顯著大于T2，與其他處理差異不顯著；T2在各生育時期均顯著小于其他處理；在拔節期T3處理顯著小于CK、T1處理但顯著大于T2處理，吐絲期T3顯著小于T1但顯著大于T2，成熟期T3顯著大于T2但與其他處理差異不顯著。11～20 cm土層，拔節期T2處理顯著小于CK、T1、T3處理；吐絲期4個處理土壤容重大小順序依次為T1>CK>T3>T2處理，其中只有CK與T3處理間差異不顯著；成熟期土壤容重大小依次為T1>CK>T3>T2處理，T2處理顯著小于其他處理。21～30 cm土層，拔節期T2處理顯著小于CK、T1、T3處理，CK、T1、T3處理間差異不顯著；吐絲期、成熟期土壤容重大小依次為均呈現T1>CK>T3>T2處理的趨勢，CK、T2、T3處理間差異不顯

著。說明深松和翻耕能降低土壤的容重，使土壤疏松多孔，有利于通氣、儲水、保墑，促進玉米根系生長。

2.2不同耕作方式對土壤含水量的影響

土壤水分是玉米生長所必需的成分，通過耕作方式可以改變土壤的理化性狀，進而影響土壤的導水性和保水性[13-14]，充足的水分有助于玉米的生長發育，尤其是在玉米生長的關鍵時期。

從表2可以看出，拔節期不同土層含水量均表現為T3>T2>CK>T1處理，T2處理含水量在0～10、11～20、21～30 cm 土層分別比CK提高1%、7.5%、18%，T3處理分別比CK提高 12.4%、10.9%、19.7%。與拔節期比較，吐絲期各土層的含水量有所下降，總體趨勢依次為T2>T3>CK>T1，T2處理含水量在0～10、11～20、21～30 cm分別比CK提高9.9%、12.1%、31.7%，T3處理分別比CK提高9.2%、86%、27.5%。成熟期相對吐絲期變化不大，成熟期相對吐絲期CK的21～30 cm土壤含水量增加較多，其他的變化不太大；隨著土層加深CK各層含水量先減小后增大的趨勢，T1呈現減小的趨勢，T2、T3均呈現增大的趨勢，在拔節期根長、根表面積和根體積均呈現T3>CK>T2>T1的趨勢，而在大喇叭口期根長和根表面積呈現T3>CK>T1>T2的趨勢，且各層含水量依次為T2>T3>CK>T1，其中T2、T3分別比CK增加為116%、8.3%。試驗結果表明，深松和翻耕能提高表層和深層土壤水分的含量，提高土壤對水分的入滲量和土壤水庫容，為玉米生長發育提供充足的水分，免耕降低了土壤含水量。

2.3不同耕作方式對單株玉米根系生長發育的影響

單株根長是衡量根系生長的重要指標[15]，根表面積是植株吸收養分和水分的基礎，根體積越大，根表面積就越大，所以根體積和根表面積是衡量根系吸收功能的重要指標[16]。由表3可見，不同處理單株總根長、根表面積、根體積都隨著生育進程先增加后降低，一般至灌漿期達到最大值，成熟期時有所衰減。在拔節期，根長、根表面積和根體積依次均呈現T3>CK>T2>T1，而在大喇叭口期根長和根表面積呈現 T3>CK>T1>T2，T3處理顯著大于CK，T1、T2處理比較接近但明顯小于CK，表明生育初期玉米根系還不發達，主要集中在0～20 cm土層中，T3處理和CK使表層土壤疏松，有利于根系的伸長生長，T2處理對土壤的松動只局限在深松道內，前期對根系生長的促進效果沒有T3處理、CK好。大喇叭口期后玉米植株迅速生長，吐絲期不同處理根長依次表現為T3>T2>CK>T1，各處理差異不顯著；根表面積依次表現為T3>T2>CK>T1處理，不同處理間差異不顯著；根體積表現為T2>T3>CK>T1處理，處理間差異不顯著。灌漿期不同處理根長、根表面積、根體積表現為T2>T3>CK>T1，T2、T3處理顯著大于CK、T1，T2、T3處理間差異不顯著。成熟期不同處理根長、根表面積依次表現為T2>T3>CK>T1處理，T3、T2處理顯著大于CK、T1處理。結果表明，翻耕和深松處理能促進玉米根系生長，且效果明顯好于旋耕和免耕處理。

2.4不同耕作方式對玉米干物質積累的影響

從表4可以看出，拔節期根干質量、地上部分干質量不同處理大小順序依次為T3>CK>T2>T1處理、T3=CK>T2>T1處理，T3根冠比明顯高于T1、T2和CK。吐絲期根干質量、地上部干質量不同處理都表現為T3>T2>T1>CK，根冠比差異不明顯。成熟期不同處理地上部干質量表現為T2>T3>CK>T1。結果表明，翻耕和深松能促進玉米地上部的生長，且效果明顯好于旋耕和免耕處理。

2.5不同耕作方式對玉米產量的影響

不同處理產量測定結果見表5，不同耕作方式對玉米產量影響為T3>T2>CK>T1，T3、T2處理均顯著高于T1、CK處理，T1處理顯著低于CK，T3、T2處理差異不顯著。其中，T3處理籽粒產量比CK高940 kg/hm2，增產9.2%；T2處理比CK高702 kg/hm2，增產6.9%；T1處理比CK低 797 kg/hm2，減產7.8%。產量差異主要取決于穗數、穗粒數、千粒質量，4個處理間的穗數差異不顯著；穗粒數依次為T3>T2>T1>CK，千粒質量表現為T2>T3>CK>T1。可見，翻耕和深松提高了穗粒數和千粒質量，從而提高了玉米產量，增產效果明顯優于旋耕和免耕。

3結論與討論

不同耕作方式對土壤容重的影響效果依次為深松>翻耕>常規旋耕>免耕，尤其是在淺層土壤中，深松和翻耕降低容重效果更加明顯。深松和翻耕能打破犁底層、降低深層土壤緊實度，使玉米根系更容易下扎；還能使土壤疏松多孔，調節土壤中固、液、氣三相的比例，增強土壤接納水的能力，擴大水庫容，有利于玉米根系的生長。土壤容重是土壤緊實度的體現，土壤的容重越大說明土壤的緊實度越高，影響土壤對雨水的下滲能力，降低土壤水分的含量；較低的容重能提高土壤孔隙度，使土壤有良好的通氣性，為根系提供良好的水分和空氣環境。孔曉民等研究發現，深松與常規旋耕和免耕相比，0～35 cm 土壤容重均有所下降，16～35 cm土層下降幅度最為明顯[17]。王忠孝研究發現，在肥料充足的情況下決定玉米生長和產量的主要因素是土壤氧氣的含量[18]，與本試驗結果相吻合，深松和翻耕均能減小土壤容重，增加土壤中空氣含量。

土壤水分含量直接影響土壤對作物的水分供應程度。李旭等研究發現，深松在玉米根系分布密集的11～30 cm的土層中的保墑效果好于常規旋耕，且產量明顯提高[19]。與本試驗結果相一致，在11～20、21～30 cm土層，免耕小于常規旋耕，深松和翻耕均大于常規旋耕且翻耕大于深松。深松和翻耕均能擴大土壤水庫存，提高土壤儲水量，促進玉米根系的生長發育。

深松和翻耕可顯著提高作物的根系生長，玉米在生育后期擁有較大的根體積和根表面積，有利于提高根系對養分和水分的吸收和轉運；增加玉米根長和根冠比，使根系入土更深，從而提高玉米的抗倒伏能力；提高穗粒數、千粒質量等產量構成因素，籽粒產量明顯高于常規旋耕。本試驗由于只是1年測定數據的結果，深松和翻耕效果差異不太明顯，通過多年定點試驗和耕作處理，最終確定適宜的耕作形式，對改變現有的耕作方式，培肥地力，改善土壤環境，確保玉米高產穩產具有重要的理論和實踐意義。

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