不同耕作方式對(duì)土壤物理性狀及玉米生長發(fā)育的影響

劉紅亮++李鳳海++步蘊(yùn)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(duì)土壤耕層物理性狀和玉米生長發(fā)育的影響，采用長期定位試驗(yàn)，以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作方式秋季旋耕為對(duì)照，設(shè)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(duì)土壤容重、含水量，單株玉米根系、干物質(zhì)及玉米產(chǎn)量進(jìn)行測定和分析。結(jié)果表明，不同耕作方式對(duì)土壤容重和土壤含水量的影響效果為深松>翻耕>常規(guī)旋耕>免耕；在玉米根長、根體積、根表面積，根冠比、籽粒產(chǎn)量方面表現(xiàn)為翻耕>深松>常規(guī)旋耕>免耕，翻耕和深松顯著大于常規(guī)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(huán)境，促進(jìn)玉米根系生長，提高產(chǎn)量，是較適宜的耕作方式。

關(guān)鍵詞：耕作方式；土壤物理性狀；玉米根系；生長發(fā)育；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S513.04 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）08-0052-03

遼寧省是我國春玉米的主要產(chǎn)區(qū)，30年來一直采用以小農(nóng)機(jī)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(yán)重的影響，無法提高玉米產(chǎn)量[1-3]。適宜耕作方式通過人為改變土壤物理化學(xué)性狀，調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱等因子[4-5]，增加耕層厚度，進(jìn)而提高土壤的性能，促進(jìn)根系生長，提高玉米產(chǎn)量[6-7]。目前，有關(guān)玉米不同耕作方式對(duì)土壤理化性質(zhì)、根系及作物產(chǎn)量影響的研究[8-11]，主要集中在深松和保護(hù)性耕作方面。本試驗(yàn)采用定點(diǎn)試驗(yàn)，通過設(shè)置翻耕、深松等不同耕作處理，研究不同耕作方式對(duì)土壤含水量、土壤容重、玉米根系和產(chǎn)量的影響，探索適宜的耕作方式，為建立理想耕層提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況及供試材料

試驗(yàn)地設(shè)在遼寧省康平縣，2013年開始定點(diǎn)試驗(yàn)，選擇地塊承包后每年只進(jìn)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(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)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(jìn)行試驗(yàn)處理，2014年開始進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和測定。種植密度為6萬株/hm2，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)行長10 cm，行距60 cm，每區(qū)9行。播種前施用玉米專用肥作底肥，其養(yǎng)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(dāng)?shù)厣a(chǎn)田相同。

1.3項(xiàng)目測定及方法

在玉米的拔節(jié)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(gè)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(tǒng)分析得到根長、根表面積、根體積；干物質(zhì)測定采用烘干法。收獲時(shí)測產(chǎn)，每個(gè)處理取有代表性的15個(gè)穗進(jìn)行考種。

2結(jié)果與分析

2.1不同耕作方式對(duì)土壤容重的影響

土壤容重是衡量土壤緊實(shí)度和土壤孔隙度的重要指標(biāo)，它可以直接或間接影響作物的生長發(fā)育[12]。容重小，土壤的結(jié)構(gòu)性好，疏松多孔透氣性好，但是容重過小會(huì)使土壤跑墑漏風(fēng)，進(jìn)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(huì)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(shí)期，不同耕作處理對(duì)各土層容重影響不同。結(jié)果顯示，0～10 cm土層，在玉米拔節(jié)期T1處理顯著大于CK、T2、T3處理，成熟期時(shí)T1顯著大于T2，與其他處理差異不顯著；T2在各生育時(shí)期均顯著小于其他處理；在拔節(jié)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(jié)期T2處理顯著小于CK、T1、T3處理；吐絲期4個(gè)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(jié)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(xiàn)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(chǔ)水、保墑，促進(jìn)玉米根系生長。

2.2不同耕作方式對(duì)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(jìn)而影響土壤的導(dǎo)水性和保水性[13-14]，充足的水分有助于玉米的生長發(fā)育，尤其是在玉米生長的關(guān)鍵時(shí)期。

從表2可以看出，拔節(jié)期不同土層含水量均表現(xiàn)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(jié)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(duì)吐絲期變化不大，成熟期相對(duì)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(xiàn)減小的趨勢，T2、T3均呈現(xiàn)增大的趨勢，在拔節(jié)期根長、根表面積和根體積均呈現(xiàn)T3>CK>T2>T1的趨勢，而在大喇叭口期根長和根表面積呈現(xiàn)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(yàn)結(jié)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(duì)水分的入滲量和土壤水庫容，為玉米生長發(fā)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(duì)單株玉米根系生長發(fā)育的影響

單株根長是衡量根系生長的重要指標(biāo)[15]，根表面積是植株吸收養(yǎng)分和水分的基礎(chǔ)，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(biāo)[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(jìn)程先增加后降低，一般至灌漿期達(dá)到最大值，成熟期時(shí)有所衰減。在拔節(jié)期，根長、根表面積和根體積依次均呈現(xiàn)T3>CK>T2>T1，而在大喇叭口期根長和根表面積呈現(xiàn) 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(fā)達(dá)，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(duì)土壤的松動(dòng)只局限在深松道內(nèi)，前期對(duì)根系生長的促進(jìn)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(xiàn)為T3>T2>CK>T1，各處理差異不顯著；根表面積依次表現(xiàn)為T3>T2>CK>T1處理，不同處理間差異不顯著；根體積表現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)為T2>T3>CK>T1處理，T3、T2處理顯著大于CK、T1處理。結(jié)果表明，翻耕和深松處理能促進(jìn)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(duì)玉米干物質(zhì)積累的影響

從表4可以看出，拔節(jié)期根干質(zhì)量、地上部分干質(zhì)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(zhì)量、地上部干質(zhì)量不同處理都表現(xiàn)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(zhì)量表現(xiàn)為T2>T3>CK>T1。結(jié)果表明，翻耕和深松能促進(jìn)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(duì)玉米產(chǎn)量的影響

不同處理產(chǎn)量測定結(jié)果見表5，不同耕作方式對(duì)玉米產(chǎn)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(chǎn)量比CK高940 kg/hm2，增產(chǎn)9.2%；T2處理比CK高702 kg/hm2，增產(chǎn)6.9%；T1處理比CK低 797 kg/hm2，減產(chǎn)7.8%。產(chǎn)量差異主要取決于穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量，4個(gè)處理間的穗數(shù)差異不顯著；穗粒數(shù)依次為T3>T2>T1>CK，千粒質(zhì)量表現(xiàn)為T2>T3>CK>T1?？梢姡蜕钏商岣吡怂肓?shù)和千粒質(zhì)量，從而提高了玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)效果明顯優(yōu)于旋耕和免耕。

3結(jié)論與討論

不同耕作方式對(duì)土壤容重的影響效果依次為深松>翻耕>常規(guī)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(shí)度，使玉米根系更容易下扎；還能使土壤疏松多孔，調(diào)節(jié)土壤中固、液、氣三相的比例，增強(qiáng)土壤接納水的能力，擴(kuò)大水庫容，有利于玉米根系的生長。土壤容重是土壤緊實(shí)度的體現(xiàn)，土壤的容重越大說明土壤的緊實(shí)度越高，影響土壤對(duì)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(huán)境?？讜悦竦妊芯堪l(fā)現(xiàn)，深松與常規(guī)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(fā)現(xiàn)，在肥料充足的情況下決定玉米生長和產(chǎn)量的主要因素是土壤氧氣的含量[18]，與本試驗(yàn)結(jié)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(duì)作物的水分供應(yīng)程度。李旭等研究發(fā)現(xiàn)，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(guī)旋耕，且產(chǎn)量明顯提高[19]。與本試驗(yàn)結(jié)果相一致，在11～20、21～30 cm土層，免耕小于常規(guī)旋耕，深松和翻耕均大于常規(guī)旋耕且翻耕大于深松。深松和翻耕均能擴(kuò)大土壤水庫存，提高土壤儲(chǔ)水量，促進(jìn)玉米根系的生長發(fā)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(duì)養(yǎng)分和水分的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)；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(shù)、千粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因素，籽粒產(chǎn)量明顯高于常規(guī)旋耕。本試驗(yàn)由于只是1年測定數(shù)據(jù)的結(jié)果，深松和翻耕效果差異不太明顯，通過多年定點(diǎn)試驗(yàn)和耕作處理，最終確定適宜的耕作形式，對(duì)改變現(xiàn)有的耕作方式，培肥地力，改善土壤環(huán)境，確保玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要的理論和實(shí)踐意義。

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