覆膜對玉米根系分布特性的影響

馬金平 王福星 張岱 王雙喜

摘 要：為了確定覆膜對玉米根系分布和產(chǎn)量的影響，在山西晉中進行了旱作模式與覆膜模式的對比試驗。結(jié)果表明，根長的分布，覆膜玉米總根長>對照，在根系徑級的分布中細根長覆膜玉米>對照，而粗根長覆膜玉米<對照，在0～40cm深度土層的垂直分布，淺層根長和根干重，覆膜玉米>對照，而深層覆膜玉米<對照；覆膜產(chǎn)量略低于對照。得出結(jié)論在山西晉中玉米覆膜可增加根系的生長，但增產(chǎn)效果不理想，建議在生根生長前去除薄膜覆蓋。

關(guān)鍵詞：覆膜；玉米；根系

中圖分類號：S531.5 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180233010

覆膜是生產(chǎn)上經(jīng)常采用的抗旱栽培措施[1]，眾多學者對大田覆膜玉米[2]進行了研究。文獻[3]指出西北干旱綠洲灌區(qū)，采用全膜覆蓋高、中灌水處理或半膜覆蓋條件下采用高灌水處理可顯著提高玉米的經(jīng)濟產(chǎn)量較高。文獻[4]指出覆膜可提高旱作春玉米產(chǎn)量。以上研究內(nèi)容主要從覆膜改變?nèi)~面積指數(shù)方面討論對經(jīng)濟產(chǎn)量的影響。

根系作為植物生長發(fā)育的最先感應器官，分布特性隨土壤水分和環(huán)境時刻發(fā)生變化，根系又影響植株的生長發(fā)育與產(chǎn)量。有研究表明[5，6]，覆膜滴灌條件下，作物根系分布主要集中在土壤上層，而且受土壤濕潤區(qū)的限制明顯，土壤濕潤越淺，作物根系扎的越淺。不同施肥深度下，玉米根系及根際土壤肥力垂直分布也不同[7]。然而對于覆膜改變土壤水分和溫度分布，從而引起植物根系變化的研究卻很少。

因此在覆膜條件下，對大田玉米的根系分布特性及產(chǎn)量影響，開展全面系統(tǒng)的研究是十分必要的。本文針對山西省晉中市氣候條件，研究覆膜春玉米根系的分布特性和玉米經(jīng)濟產(chǎn)量，為制定覆膜玉米合理管理制度提供依據(jù)，指導大田覆膜玉米的生產(chǎn)實踐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年的4—9月在山西農(nóng)業(yè)大學林學院苗圃基地內(nèi)進行。該基地位于E112.57°，N37.43°，屬暖溫帶大陸性氣候。1960—2009年平均降水量458mm，其中4—9月份占全年降水量的73%（約400mm）。1960—2009年全年平均氣溫10℃，4—9月份平均氣溫20.0℃。2016年玉米生育期（4—9月）降雨量531.5mm，平均氣溫20.2℃。根據(jù)卡慶斯基制土壤質(zhì)地分類法，供試土壤質(zhì)地為壤土。

1.2 試驗設計

試驗設計覆膜（FM），同時將不覆膜的旱作模式作為對照（CK）。3次重復，共6個試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積4m×3 m，每小區(qū)種植6行，試驗區(qū)周邊的植株為保護行。

供試玉米品種（Zea mays L.）選用山西廣泛種植的“龍生16”。播種前澆底水，并對試驗地塊進行旋耕、翻平耙細和起壟作業(yè)，旋耕深度25～30cm，同步進行覆膜。寬窄行種植，寬行60cm為裸露行，窄行鋪膜40cm，內(nèi)種2行玉米，株距30cm，種植密度8萬株/hm2。4月25日人工穴播玉米，播深5cm左右，9月24日成熟收獲，全生育期153d。其他管理措施按大田栽培模式進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 根長的測定

在玉米收獲后，用挖掘法取根樣，對長勢一致并且位置連續(xù)（種植行方向）的3株玉米植株及根系取樣，以植株為中心，體積為40cm×40cm×40cm的土塊為取樣單位，每10cm×10cm×10cm取1個樣本，取樣深度為40cm。用沖洗法將每一整根根系土塊中所有根系分別取出，把根系表面清洗干凈后放入自封袋中，帶回實驗室，用Epson expression 10000XL型根系掃描儀將根系樣品掃描成圖片文件，然后用根系分析軟件（WinRHIZO 軟件）進行數(shù)字化處理，定量分析總根長（L），然后根據(jù)根系直徑范圍將根系劃分為細根（<0.5mm）、中等根（0.5～1.5mm）和粗根（>1.5mm）3個等級，分析根長結(jié)構(gòu)。

1.3.2 根系質(zhì)量的測定

將掃描后的各樣本的玉米根系，在105℃殺青30min，80℃下烘干至恒重，計算玉米根系各樣本的干物質(zhì)量。

1.3.3 考種及測產(chǎn)

收獲前每處理去掉邊行，收獲中間2行，全部脫粒、晾干，測定經(jīng)濟產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)，SPSS20.0軟件進行顯著性檢驗（Duncan 法，P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 總根系特性

根長反映了根系的延伸范圍，根系擴展延伸有利于吸收更大范圍土壤的水分?？偢LFM為3708.44cm，CK為3570.72cm，總根干重FM為7.23g，CK為5.97g，覆膜比對照略有優(yōu)勢，說明覆膜可以增加根長和根干重，但各處理間差異不顯著。

2.2 徑級根長

FM徑級根長，細根、中等根和粗根分別為2070.37cm、887.57cm和750.49cm，分別占總根長的56%，中等根占24%，粗根占20%；CK徑級根長，細根、中等根和粗根分別為1970.12cm、881.15cm和719.45cm，分別占總根長的55%，中等根占25%，粗根占20%。玉米徑級根長表現(xiàn)為細根（直徑<0.5mm=>中等根（直徑 0.5-1.5mm）>粗根（直徑>1.5mm）。

與CK比較，F(xiàn)M的細根、中等根和粗根根長，分別增長5.09%、0.73%和4.32%。FM細根比例較大，說明覆膜可促進側(cè)根的數(shù)量和長度的生長，根系吸水能力較強。

2.3 垂直分布特性

2.3.1 根長

FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根長分別為842.53cm、2389.98cm、475.93cm，分別占總根長的23%、64%和13%；CK在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根長分別為679.63cm、2330.27cm、560.82cm，分別占總根長的19%、65%和16%。土層10～20cm深的根長最長，占總根長的64%和65%，成“介”字形，既有利于增加植株的抗倒性，也有利于吸收不同土層中的水分和養(yǎng)分。

與CK比較，F(xiàn)M在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根長，分別增加23.97%、2.56%和-15.14%。覆膜可帶來根長分布的差異，增加0～20cm土層的根長，減少深層土層根長。

2.3.2 根干重

FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根干重分別為3.68g、2.27g、1.28g，分別占總根長的51%、31%和18%；CK在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根干重分別為2.23g、2.18g、1.56g，分別占總根長的37%、37%和26%。在0～40cm深度土層范圍內(nèi)，所有處理的根重分布均為“T”型分布，以0～20cm深度土層的根干重最大，占總根干重的82%和74%。

與CK比較，F(xiàn)M在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根干重，分別增加65.02%、4.13%和-17.95%。覆膜可帶來根干重分布的差異，增加0～20cm土層的根干重，減少深層土層根干重。

2.4 玉米產(chǎn)量

玉米產(chǎn)量FM是9000kg/hm2，CK為9420.8kg/hm2，覆膜產(chǎn)量略低于對照，分析原因可能是玉米生育早期覆膜增加表層土壤的溫度和濕度，有利于植株的營養(yǎng)器官的生長，但到玉米生育后期，7、8、9月雨水充足，覆膜阻擋了水分的入滲，而且覆膜提高土壤溫度，過早消耗掉土壤中的營養(yǎng)元素，以致后期早衰，造成產(chǎn)量的降低。

3 結(jié)論與討論

本文進行了大田覆膜玉米根系分布特性的試驗，目的是確定玉米根系和產(chǎn)量對覆膜的響應特性，結(jié)果表明覆膜對玉米根系和產(chǎn)量具有明顯的影響，主要表現(xiàn)在：覆膜玉米總根長和根干重大于對照，但差異不顯著。

根長徑級的分布覆膜和對照均表現(xiàn)為細根（直徑<0.5mm=>中等根（直徑0.5～1.5mm）>粗根（直徑>1.5 mm）。覆膜各徑級的根長都大于對照，覆膜有利于側(cè)根的生長，增加根系吸收土壤水分的能力。

在0～40cm深度土層范圍內(nèi)，根長成“介”型分布，根干重成“T”型分布。覆膜可帶來根長和根干重分布的差異，在0～20cm土層增加，在深層土層減少。說明覆膜可明顯增加淺層土層的根長和根干重，有利于土壤水分養(yǎng)分的吸收，但不利于植株的抗倒性。

覆膜玉米產(chǎn)量略低于對照，但根長和根干重均高于對照，分析原因可能有：玉米生育早期覆膜增加表層土壤的溫度和濕度，有利于植株的營養(yǎng)器官的生長，但過早消耗掉土壤中的營養(yǎng)元素，以致后期早衰；到玉米生育后期，7、8、9月雨水充足，覆膜阻擋了水分的入滲，造成產(chǎn)量的降低。

在山西晉中玉米覆膜可增加根系的生長，但增產(chǎn)效果不理想，建議在生根生長前去除薄膜覆蓋。

參考文獻

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作者簡介：馬金平（1978-），女，山西省翼城縣，山西農(nóng)業(yè)大學林學院、講師，研究方向：水土保持與荒漠化防治，農(nóng)業(yè)水土工程；王雙喜（1955-），山西農(nóng)業(yè)大學工學院，教授，博士，研究方向：生物環(huán)境與設施農(nóng)業(yè)。