土壤壓實(shí)與結(jié)皮對(duì)紅壤中陸稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

陳林等

摘要

為研究紅壤壓實(shí)與表土結(jié)皮對(duì)陸稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響，在溫室中進(jìn)行了陸稻模擬栽培試驗(yàn)。設(shè)置了壓實(shí)組D1，結(jié)皮組D2，壓實(shí)去結(jié)皮組D3，去結(jié)皮組D4共四組不同土壤處理的陸稻生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)比分析土壤壓實(shí)和表土結(jié)皮對(duì)紅壤中陸稻出苗、生長(zhǎng)和生物量的影響。結(jié)果表明：紅壤表土結(jié)皮對(duì)陸稻各指標(biāo)的影響不大，土壤壓實(shí)影響根的縱向生長(zhǎng)，各處理間一級(jí)分根數(shù)差異顯著，D1，D2，D3的平均根數(shù)的比D4減少20%，2.9%，12.5%；壓實(shí)處理的葉片數(shù)和葉面積都明顯低于非壓實(shí)組，D3和D4的平均葉片數(shù)分別高于D1和D2組1.8和1.6，平均葉面積分別高于D1和D2組3.3 cm2和4.5 cm2；土壤壓實(shí)對(duì)株高的影響表現(xiàn)在32 d以后，其它時(shí)段無(wú)明顯影響；各處理間的根干重、葉干重、總干重和根冠比的影響差異表現(xiàn)顯著；地上部分生物量與地下部分生物量高度相關(guān)。因此，通過(guò)減小土壤壓實(shí)和人工消除結(jié)皮可增加生物量和保持水土。

關(guān)鍵詞土壤壓實(shí) 結(jié)皮 陸稻 紅壤

中圖分類(lèi)號(hào)S15文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）21-059-03

基金項(xiàng)目云南應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2011FZ019）。

作者簡(jiǎn)介

陳林（1988-），男，云南文山人，碩士研究生，研究方向：土壤環(huán)境與作物栽培。*通訊作者，教授，博士，從事生物系統(tǒng)功能建模與仿真研究。

收稿日期20150518

我國(guó)是世界13個(gè)貧水國(guó)家之一，淡水資源嚴(yán)重短缺，農(nóng)業(yè)用水占我國(guó)總用水的63.2%，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受限于干旱缺水，加之自然降水時(shí)空分布不均，使得開(kāi)發(fā)利用旱稻品種、節(jié)水栽培技術(shù)愈來(lái)愈重要[1]。陸稻又稱(chēng)旱稻，是耐旱又耐澇，可直播于旱田的救災(zāi)作物。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，要提高作物產(chǎn)量，不僅要從改進(jìn)作物栽培種植方法上考慮，更要考慮與作物生長(zhǎng)密切相關(guān)的土壤情況的改善。土壤壓實(shí)嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，因此農(nóng)田土壤壓實(shí)的問(wèn)題不可忽視，特別是深層土壤壓實(shí)與表土結(jié)皮的綜合影響。農(nóng)田土壤壓實(shí)主要來(lái)自于兩個(gè)方面，一是自然降雨和澆灌過(guò)后土壤表面形成一層堅(jiān)硬的外殼，失水后土壤板結(jié)，影響土壤的通氣透水。我國(guó)南方紅壤耕地面積大，特別是云南絕大部分的旱地作物都生長(zhǎng)在紅壤耕地中。紅壤旱作耕地土壤質(zhì)地黏重，這種壓實(shí)效應(yīng)更加明顯；二是農(nóng)業(yè)機(jī)械的輪壓，例如重型拖拉機(jī)、耕作機(jī)械、牽引機(jī)具等，使表層（0～25 cm）土壤下沉，土壤容重、土壤硬度增大，土壤孔隙度降低，且這種壓實(shí)效應(yīng)超出了土壤自我恢復(fù)能力[2]。一般通過(guò)表土覆蓋、人工耕鋤和翻耕等方法來(lái)改善土壤的壓實(shí)狀況。

目前國(guó)內(nèi)外做了關(guān)于土壤壓實(shí)和降雨結(jié)皮對(duì)作物生長(zhǎng)影響的研究[3-8]，證明了土壤壓實(shí)對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育存在負(fù)面影響，土壤容重和作物產(chǎn)量之間存在拋物線(xiàn)關(guān)系，且這種關(guān)系依賴(lài)于土壤質(zhì)地、作物種類(lèi)和氣候條件[9]。一般來(lái)說(shuō)，土壤表層壓實(shí)度增加，相對(duì)應(yīng)的陸稻根系分布也會(huì)明顯減少。引起一系列生理生化和形態(tài)特征的變化，如根毛、根總長(zhǎng)度、根表面積、根體積均顯著降低，根生長(zhǎng)形態(tài)發(fā)生變化。心土層被壓實(shí)，由于土壤中毛管水的作用，陸稻根系最初的生長(zhǎng)相對(duì)較快，但當(dāng)其根系生長(zhǎng)到犁底層時(shí)，便會(huì)嚴(yán)重影響陸稻根系的下扎（圖1），使得土壤表層根系比率中的次生根數(shù)量明顯增加，而靠近壓實(shí)區(qū)的根系漸漸變粗和曲折。株高、葉面積指數(shù)降低，直接影響光合產(chǎn)物的積累，降低地上部分的生物量[10]。Ishaq等[11-12]研究了土壤壓實(shí)對(duì)作物根系生長(zhǎng)發(fā)育有抑制效應(yīng) ，但土壤壓實(shí)對(duì)水稻具有增產(chǎn)的作用；Goodman[13]認(rèn)為高容重的土壤對(duì)作物地上部分影響不明顯，甚至沒(méi)有影響。這些研究雖然考慮了土壤類(lèi)型的不同，但是沒(méi)有深入研究土壤質(zhì)地對(duì)土壤壓實(shí)的影響，關(guān)于黏度大的紅壤中土壤壓實(shí)與降雨結(jié)皮對(duì)陸稻作用的研究至今還鮮見(jiàn)報(bào)道，且水稻和陸稻在生理特性上有一定的相似性。該文以云南紅壤為栽培基礎(chǔ)，探討土壤壓實(shí)和結(jié)皮對(duì)陸稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期為完善陸稻栽培技術(shù)，提高農(nóng)田土壤改良綜合治理提供一定的基礎(chǔ)資料。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)于2013年10～12月在昆明理工大學(xué)的旱作植物智能控制栽培溫室內(nèi)進(jìn)行，供試陸稻品種為云南農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的“云陸102”。供試土壤采自種植區(qū)紅壤，試驗(yàn)前將土壤粉碎并過(guò)5 mm篩裝入60 cm×40 cm×10 cm的無(wú)蓋無(wú)底鐵箱，箱底部鋪設(shè)塑料網(wǎng)，網(wǎng)下鋪設(shè)5 mm珍珠巖，便于觀(guān)測(cè)穿出網(wǎng)格的根量和根持土體積。參照《土壤農(nóng)化分析》測(cè)定基肥后土壤的基本農(nóng)化性質(zhì)如下：土壤pH 6.32，有機(jī)質(zhì)35.56 g/kg，全氮1.7 g/kg，堿解氮79.20 mg/kg，速效磷18.43 mg/kg，速效鉀110.22 mg/kg。

1.2試驗(yàn)方法

設(shè)置4個(gè)試驗(yàn)組，分別為壓實(shí)D1、自然組D2、壓實(shí)去結(jié)皮組D3、去結(jié)皮組D4，每組設(shè)置5次重復(fù)，作為原位觀(guān)測(cè)，每組另外設(shè)置18個(gè)破壞性采樣組。將種子進(jìn)行曬種、篩選、消毒、催芽后，播種于試驗(yàn)箱，每個(gè)試驗(yàn)箱栽種6株，株距20 cm，行距20 cm。設(shè)置D1、D3組容重為1.3 g/cm3，測(cè)得含水率為28%的土壤填充質(zhì)量為8 300 g，D2、D4組容重為1.0 g/cm3，含水率相同的情況下填充土壤質(zhì)量為6 400 g。D3組采用定量撒水的方式形成表土結(jié)皮，D1、D3、D4組在撒水后用釘齒耙耕除表土3 cm結(jié)皮，試驗(yàn)嚴(yán)格保持除處理因素外的其他因素一致。11月2日對(duì)試驗(yàn)組進(jìn)行追肥，施氮肥（含純氮442 mg/g）110 kg/hm2，10月4日用40%的氧化樂(lè)果1 000倍液噴灑預(yù)防病蟲(chóng)害，每個(gè)試驗(yàn)組栽培管理措施相同，此后對(duì)各處理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，試驗(yàn)于2013年11月30日結(jié)束。

1.3 數(shù)據(jù)測(cè)定與處理

每次無(wú)損測(cè)量試驗(yàn)從4組處理各抽取3株，利用直尺和游標(biāo)卡尺對(duì)陸稻地上部分的株高、葉長(zhǎng)、葉寬進(jìn)行測(cè)量，葉面積=長(zhǎng)×寬×系數(shù)（展開(kāi)葉系數(shù)為0.75，

未展葉為0.50）；破壞性取樣清洗后在105 ℃下烘干至恒重，采用游標(biāo)卡尺、電子天平測(cè)量一級(jí)分根數(shù)、根干重、葉干重、地上部分干重，并計(jì)算干物質(zhì)的根冠比指數(shù)，根冠比=地下

部干重（g）/地上部干重（g）。采用土壤水分測(cè)試儀測(cè)定土壤含水率。試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)均是各處理的平均值，運(yùn)用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析和地上與地下部分的相關(guān)性分析[14]。

2結(jié)果與分析

2.1對(duì)根系生長(zhǎng)的影響

通過(guò)試驗(yàn)取樣觀(guān)察，D2、D4組的二級(jí)側(cè)根數(shù)、須根數(shù)、穿出網(wǎng)格的根數(shù)均多于D1、D3組，且根系持土體積也高于D1、D3組。D1與D3 、D2與D4之間的根量無(wú)明顯差異。各組一級(jí)分根數(shù)方差和減少率分析見(jiàn)表1，24 d前各組差異變化較小，但24 d后各組間差異顯著，在40 d測(cè)量時(shí)差異達(dá)到了極顯著。D1組與D2組一級(jí)分根數(shù)差異較大。D1與D3、D2與D4組間差異不明顯。這說(shuō)明土壤壓實(shí)對(duì)根系生長(zhǎng)有抑制作用，減少根系的數(shù)量，表土結(jié)皮對(duì)根生長(zhǎng)的影響不大。

2.2對(duì)葉生長(zhǎng)的影響

各處理平均葉片數(shù)和葉面積隨時(shí)間變化見(jiàn)圖2。由圖2可以看出在觀(guān)測(cè)區(qū)間內(nèi)各處理生長(zhǎng)狀態(tài)有所波動(dòng)，但總趨勢(shì)是隨天數(shù)的增加而增加，第32天各處理葉片數(shù)增長(zhǎng)速率均低于其他時(shí)段，因?yàn)橹仓甑撞咳~片衰老凋落。D2、D4處理的葉片數(shù)和葉面積都明顯高于D1、D3，說(shuō)明在土壤壓實(shí)的條件下，陸稻生長(zhǎng)發(fā)育速度低于自然組。從土壤結(jié)皮的指標(biāo)比較，D3的平均葉片數(shù)和平均葉面積分別高于D1組1.8片和3.3 cm2，D4的平均葉片數(shù)和平均葉面積分別高于D2組1.6片和4.5 cm2，且最大葉片數(shù)和葉面積均出現(xiàn)在D4組。綜合圖中的葉片數(shù)和葉面積可以看出，表土結(jié)皮對(duì)陸稻的影響沒(méi)有土壤壓實(shí)的影響大，土壤壓實(shí)對(duì)陸稻的影響主要表現(xiàn)在葉面積上。

2.3對(duì)株高的影響

由圖3可知，各處理平均株高隨天數(shù)的增加而遞增，D1處理在32 d前與其他3組差異不大，32 d后平均株高開(kāi)始明顯低于其他3組，D2、D3、D4的株高在整個(gè)苗期差異并不明顯。

2.4對(duì)植株干重的影響

從表2可以看出，在0.05顯著性水平下，從D1到D4處理，根干重、葉干重、總干重和根冠比

都表現(xiàn)顯著，D1的根冠比高于其他組，其他各指標(biāo)的最大值

均出現(xiàn)在D4。D2和D4的植株干重都分別略高于D1和

D3，但影響不是很明顯。

壓實(shí)處理的植株各項(xiàng)干重都明顯低于自然組，方差分析差異顯著。土壤緊實(shí)抑制陸稻根系生長(zhǎng)，對(duì)前期各項(xiàng)干物質(zhì)的積累影響較大，且這種影響一直持續(xù)到生長(zhǎng)后期。消除表土結(jié)皮對(duì)干物質(zhì)的積累有一定好處，但影響不是很大。

2.5地上與地下部分的相關(guān)性分析

采用SPSS軟件對(duì)D1組的地上部生物量和地下部生物量進(jìn)行相關(guān)分析。了解各性狀之間的相互關(guān)系可以為作物栽培提供依據(jù)。株高、葉干重和葉面積分別與地下部分2個(gè)參數(shù)的相關(guān)及回歸分析如表3所示。由表3可知，株高與根干重、一級(jí)分根數(shù)之間顯著相關(guān)；葉干重與根干重、一級(jí)分根數(shù)之間顯著相關(guān)；葉面積與根干重、一級(jí)分根數(shù)之間顯著相關(guān)；各性狀之間的關(guān)系都達(dá)到了極顯著水平，說(shuō)明陸稻地上與地下部分的形態(tài)學(xué)參數(shù)是高度相關(guān)的，通過(guò)對(duì)某個(gè)部分的測(cè)定可以很容易推測(cè)其他部分的生物量。地下部分的生長(zhǎng)受限或生物量積累受到抑制時(shí)，就會(huì)在地上部分表現(xiàn)出來(lái)。

43卷21期陳 林等土壤壓實(shí)與結(jié)皮對(duì)紅壤中陸稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

3結(jié)論與討論

（1）該試驗(yàn)選取陸稻苗期進(jìn)行研究，此時(shí)段陸稻生長(zhǎng)的好差對(duì)后期具有較大的影響。D4組根系的各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)都優(yōu)于其他組，壓實(shí)對(duì)陸稻根系的生長(zhǎng)影響較大。Passioura的研究[15]表明，壓實(shí)的土壤會(huì)引起作物根部激素水平發(fā)生變化，減小根系橫向和縱向的生長(zhǎng)速度。通過(guò)取樣觀(guān)察，D2、D4在二級(jí)側(cè)根數(shù)、須根數(shù)以及穿出土壤底部網(wǎng)格的根數(shù)上都多于D1和D3組。壓實(shí)的土壤使根量受到限制，降低根系活力，阻礙根系在土壤中發(fā)展。對(duì)一級(jí)分根數(shù)的方差分析顯示，24 d前各組差異變化較小，24 d后各組間差異顯著，40 d測(cè)量時(shí)差異達(dá)到極顯著。表土結(jié)皮對(duì)根生長(zhǎng)的影響較小，這可能是降雨引起的表土結(jié)皮厚度較薄，對(duì)根系作用不明顯。吳發(fā)啟[16]研究了土壤結(jié)皮對(duì)小麥出苗率、苗高、產(chǎn)量和生物量都有影響，這可能與土壤含水率有關(guān)，結(jié)皮降低了土壤的含水率。據(jù)研究[17]表明，高容重的土壤阻礙玉米和葵花的擴(kuò)展，使葉面積縮小，葉片厚度變薄。還有研究[18]表明玉米、煙葉的株高與土壤容重具有顯著負(fù)相關(guān)，綜合葉片數(shù)和葉面積來(lái)看，土壤壓實(shí)對(duì)陸稻葉片數(shù)和葉面積的影響較大，壓實(shí)組明顯低于自然組。表土結(jié)皮對(duì)陸稻有一定的影響，但沒(méi)有土壤壓實(shí)的影響大，土壤壓實(shí)對(duì)陸稻的影響主要表現(xiàn)在葉面積上。該試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)壓實(shí)對(duì)株高的影響并不顯著，D1處理在32 d前與其他3組差異不大，32 d后平均株高低于其他3組，但差異并不明顯，這與有關(guān)研究有部分差異，這可能與測(cè)量方法和植物種類(lèi)有關(guān)[19]。

（2）測(cè)量過(guò)程中捋順整個(gè)植株后，采用直尺從植株基底部到葉尖頂部測(cè)量株高，測(cè)量發(fā)現(xiàn)，每次實(shí)測(cè)值為整株陸稻中最長(zhǎng)的葉片。壓實(shí)組的葉長(zhǎng)在后期生長(zhǎng)中與不壓實(shí)組差距縮小，導(dǎo)致株高的測(cè)量差異并不明顯。隨著土壤容重增加，機(jī)械阻力增大，影響細(xì)胞的分裂速度，減小根系干物質(zhì)的積累，根干重與土壤容重呈顯著或極顯著的線(xiàn)性回歸關(guān)系[20]。該試驗(yàn)的結(jié)果表明，從D1到D4處理，根干重、葉干重、總干重和根冠比都表現(xiàn)顯著，D1的根冠比高于其他組，其他各指標(biāo)的最大值均出現(xiàn)在D4，D2和D4的植株干重都分別略高于D1和D3。對(duì)陸稻地上部生物量和地下部生物量進(jìn)行相關(guān)分析顯示，株高、葉干重和葉面積分別與根干重、一級(jí)分根數(shù)之間顯著相關(guān)。今后還需分析土壤壓實(shí)對(duì)陸稻后期生長(zhǎng)的影響以及對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]

張啟瞬，沈振榮.中國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的水危機(jī)及其對(duì)策[J].作物雜志，1997（6）：9-12.

[2] 張興義，隋躍宇.土壤壓實(shí)對(duì)農(nóng)作物影響概述[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005（10）：161-164.

[3] HAMZA M A，ANDERSON W K.Soil compaction in cropping systems：A review of the nature，causes and possible solutions[J].Soil and Tillage Research，2005，82（2）： 121-145.

[4] GOODMAN A M，ENNOS A R.The effects of soil bulk density on the morphology and anchorage mechanics of the root systems of sunflower and maize[J].Ann Bot，1999，83：293-302.

[5] 何國(guó)亞，陳一兵.巴西陸稻栽培技術(shù)[J].耕作與栽培，2002（5）：31.

[6] 何娜，王立海.壓實(shí)對(duì)土壤理化特性及土壤呼吸的影響研究進(jìn)展[J].森林工程，2010（1）：7-11.

[7] 遲仁立，夏平.不同程度壓實(shí)對(duì)土壤理化性狀及作物生育產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2001，17（6）：39-43.

[8] 吳發(fā)啟，范文波.坡耕地暴雨結(jié)皮對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2003，17（2）：100-105.

[9] 李潮海，李勝利，王群，等.下層土壤容重對(duì)玉米根系生長(zhǎng)及吸收活力的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（8）：1706-1711.

[10] ABU-HAMDEH N H.Compaction and subsoiling effects on corn growth and soil bulk density[J].Soil Science Society of America Journal，2003，67（4）：1213-1219.

[11] ISHAQ M，HASSAN A，SAEED M，et al.Subsoil compaction effects on crops in Punjab，Pakistan：I.Soil physical properties and crop yield[J].Soil and Tillage Research，2001，59（1）：57-65.

[12] 劉廣勤，張金宏，俞青榮，等.土壤壓實(shí)節(jié)水對(duì)水稻生長(zhǎng)及土壤生態(tài)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，24（3）：284-287.

[13] GOODMAN A M，ENNOS A R.The effects of soil bulk density on the morphology and anchorage mechanics of the root systems of sunflower and maize [J].Annals of Botany，1999，83（3）：293-302.

[14] 陳峰.醫(yī)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法[M].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2007.

[15] PASSIOURA J B.Soil structure and plant growth[J].Soil Research，1991，29（6）：717-728.

[16] 吳發(fā)啟，范文波.坡耕地土壤結(jié)皮形成的影響因素分析[J].水土保持學(xué)報(bào)，2002，16（1）：33-36.

[17] RAN Q，SHI Z，F(xiàn)U X，et al.Impact of rainfall movement on soil crust development [J].International Journal of Sediment Research，2012，27（4）：439-450.

[18] CZYZ E A.Effects of traffic on soil aeration，bulk density and growth of spring barley[J].Soil Tillage Res，2004，79：153-166.

[19] 劉晚茍，山侖.不同土壤水分條件下容重對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14（11）：1906-1910.

[20] BENGOUGH A G，MULLINS C E.The resistance experienced by roots growing in a pressurised cell.A reappraisal[J].Plant and Soil，1990，123（1）：73-82.