基于模擬耕作模式容重對(duì)玉米根系生長(zhǎng)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(yàn)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(duì)玉米根系生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：下層土壤容重增加導(dǎo)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(jié)期模擬的翻耕與旋耕模式對(duì)玉米根干質(zhì)量無顯著影響，拔節(jié)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(shí)最適合玉米根系生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：土壤容重；耕作模式；玉米；根系生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)： S513.04文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0149-02

收稿日期：2015-08-29

基金項(xiàng)目：遼寧省科技廳博士科研啟動(dòng)基金（編號(hào)：20141128）；遼東學(xué)院博士科研啟動(dòng)基金（編號(hào)：20140709）。

作者簡(jiǎn)介：鄭存德（1975—），男，黑龍江海倫人，博士，副教授，主要從事水、土環(huán)境保護(hù)研究。E-mail：ddhmtldxy@sina.com。土壤容重決定土壤含水量、通氣性及礦質(zhì)元素運(yùn)移等[1-3]，進(jìn)而影響植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育和生理功能。容重增大，根系生長(zhǎng)穿插阻力增大、直徑變粗、分布變淺、生長(zhǎng)速率明顯下降[4-7]。目前，許多土壤因長(zhǎng)期免耕、使用小型機(jī)具耕種或田間管理不善導(dǎo)致耕層變淺、容重增大、土壤結(jié)構(gòu)變差。通過旋耕、翻耕也只能短期內(nèi)改變土壤容重，在作物生育初期很快又會(huì)變得沉實(shí)，主要原因是土壤體質(zhì)與體型較差[8-9]。筆者前期研究了容重對(duì)玉米根系生長(zhǎng)的影響及調(diào)控措施[8]，但不同耕作模式及不同層次土壤容重對(duì)玉米根系生長(zhǎng)的影響還缺乏研究，此研究結(jié)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(fā)育在黃土母質(zhì)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(xué)指標(biāo)見表1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

土樣風(fēng)干至含水率為10%，過0.5 cm篩備用。結(jié)合大田調(diào)查結(jié)果，選取1.2、1.4、1.6 g/cm3等3個(gè)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(gè)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(hào)前加T，取自20～40 cm土樣處理編號(hào)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(shí)（每桶調(diào)水至80%田間持水量），每個(gè)處理重復(fù)9次（分3個(gè)時(shí)期，每個(gè)時(shí)期3次重復(fù)）。每盆播種經(jīng)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(shí)，出苗10 d后定苗。

播種后不定期除草，盡量在草較小時(shí)除去。當(dāng)水分低于60%田間持水量時(shí)通過重量法補(bǔ)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(cè)定指標(biāo)。

1.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel 2003處理并用SPSS 13.0進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同土層容重對(duì)玉米根系生長(zhǎng)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(zhì)量下降。處理222、224、244差異較小，處理244根系生長(zhǎng)最好，說明過松或過緊的下層土壤都不利于玉米根系生長(zhǎng)，容重為12 g/cm3左右時(shí)，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(shí)，土壤小孔隙增多緊實(shí)度增加，土壤容易處于還原環(huán)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(dāng)中、下土層容重增加時(shí)，不同處理表層都表現(xiàn)出根量的增加，發(fā)生了根系補(bǔ)償效應(yīng)[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(dá)到1.4、1.6 g/cm3時(shí)，玉米根系仍能生長(zhǎng)，生長(zhǎng)量下降，但下降不顯著，與前人研究結(jié)果[11]不一致，可能是桶徑小，玉米根系無法橫向生長(zhǎng)而向下產(chǎn)生的補(bǔ)償效應(yīng)，或者中層厚度不夠，根系容易穿過。在玉米拔節(jié)期、灌漿期、成熟期，根系干質(zhì)量超過50%分布在0～15 cm 土層，超過65%分布在0～30 cm土層，當(dāng)下層容重高時(shí)則有更多的根系分布在這一層，使根土比增加，作物對(duì)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(xiàn)為根系補(bǔ)償，根系補(bǔ)償發(fā)生的時(shí)間可能是拔節(jié)期后。在生育期內(nèi)15～30 cm土層的根干質(zhì)量占比在8%～19%之間，變化較小。拔節(jié)期下層根量占比較高，隨玉米生長(zhǎng)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(xì)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(duì)玉米根系生長(zhǎng)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(dòng)、水肥保持等[7]。本試驗(yàn)因土樣本身養(yǎng)分等存在差異，模擬耕作模式的結(jié)果可能受到干擾。由表4、表5可見，相同土層上，在玉米整個(gè)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(dá)顯著或極顯著水平。模擬2種耕作模式下，拔節(jié)期不同處理不同層次根干質(zhì)量及不同處理根系總干質(zhì)量差異不顯著，隨下層容重增加，中、下層根干質(zhì)量減少；吐絲期、成熟期不同處理不同土層根干質(zhì)量及不同處理根系總干質(zhì)量差異顯著，這可能是前期量的積累引發(fā)的質(zhì)變，處理244根系總干質(zhì)量及各個(gè)層根干質(zhì)量最大，這說明適合玉米根系生長(zhǎng)，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(shí)的下層土壤（容重在1.4 g/cm3左右）?？梢?，翻耕比旋耕更適合玉米根系生長(zhǎng)，利于提高產(chǎn)量。

3結(jié)論

3.1不同土層容重對(duì)玉米根系生長(zhǎng)的影響

緊實(shí)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(xiàn)為表層補(bǔ)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(zhǎng)的容重范圍是1.2～1.4 g/cm3。

3.2耕作模式對(duì)玉米根系生長(zhǎng)的影響

在本試驗(yàn)條件下，拔節(jié)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(zhǎng)。

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