耕作深度對紅壤坡耕地花生根系生長及活力的影響

黃尚書，武 琳，葉 川，黃欠如，成艷紅，張 昆，吳昌強(qiáng)，周琦娜，楊小華，鐘義軍*

(1.江西省紅壤研究所，江西 進(jìn)賢 331717；2.江西省進(jìn)賢縣農(nóng)業(yè)局，江西 進(jìn)賢 331717)

紅壤坡耕地是我國重要的土地資源，其面積占南方紅壤區(qū)旱地面積的70%以上[1]。豐富的水熱資源使得該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿薮?，在我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

根系作為植物重要的器官之一，其大小、分布及活力的高低與作物對土壤水分和礦質(zhì)元素的吸收能力密切相關(guān)[2-4]。不同的耕作深度通過影響土壤結(jié)構(gòu)、土壤蓄水保墑能力，進(jìn)而影響根系生長與發(fā)育[5]。相關(guān)文獻(xiàn)圍繞耕作深度對作物生長發(fā)育、作物產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)等的影響進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究[6-8]，而耕作深度對紅壤坡耕地作物根系生長及活力的影響尚不清楚。因此，本文依托2015年設(shè)置的紅壤坡耕地耕作深度試驗，通過分析耕作深度對花生根系生長及活力的影響，從作物根系角度探討合理的耕作深度，以期為紅壤坡耕地合理耕層構(gòu)建提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于江西省進(jìn)賢縣溫圳鎮(zhèn)東崗村(N 28°19′29.7″，E 116°08′4.8″)，該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，雨量充沛，四季分明；年均降雨量1537 mm，年蒸發(fā)量1100～1200 mm；年均氣溫17.7～18.5 ℃，最冷月(1月)平均氣溫為4.6 ℃；最熱月(7月)平均氣溫一般在28.0～29.8 ℃。地形為典型低丘，海拔在25～30 m，坡度5°左右。土壤類型為第四紀(jì)紅黏土母質(zhì)發(fā)育的紅壤，耕層土壤物理性質(zhì)見表1。

表1 試驗前耕層土壤基本理化性質(zhì)

注：有效磷的測定采用鉬銻抗比色法；機(jī)械組成采用俄羅斯制分級標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗始于2015年，選擇基礎(chǔ)肥力、地形條件一致的紅壤坡耕地作為試驗地，設(shè)置不同耕作深度：免耕(NT)、機(jī)械翻耕10 cm(P10)、機(jī)械翻耕20 cm(P20)、機(jī)械翻耕30 cm(P30)，各處理重復(fù)4次，共計16個試驗小區(qū)，小區(qū)面積為88 m2(22 m×4 m)，并在試驗地四周設(shè)立保護(hù)行。試驗種植制度為花生(粵油933)/紅薯(蘇薯8號)周年輪作，試驗至2017年已持續(xù)3年，種植作物為花生，種植規(guī)格為33 cm×15 cm，于2017年4月10日播種，8月15日收獲。試驗各處理化肥施用量均為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥水平(總氮118.3 kg/hm2、P2O545 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2)，并按基追比7∶3施肥，追肥在花生苗期始花前進(jìn)行。另外各處理增施石灰2250 kg/hm2。

1.3 指標(biāo)的測定與方法

于花生苗期(5月22日)、開花下針期(6月21日)、莢果成熟期(8月5日)在各小區(qū)選取長勢均勻的花生5株，采取其完整植株根系，及時用水沖洗，用于根長和根系活力的觀測。其中：花生根長以觀測主根長為主，采用直接測量法；根系活力采用TTC法測定[10]。以5株平均值作為各小區(qū)指標(biāo)計算依據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行初步統(tǒng)計分析，并用Origin 8.1軟件作圖，用SPSS 18.0軟件進(jìn)行Pearson方差分析及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作深度對花生根長的影響

由表2可知，苗期、開花下針期、飽果成熟期花生的平均根長分別為10.75、14.98、16.49 cm，符合花生根系生長的一般規(guī)律。但是，不同耕作深度對花生根系生長的影響比較明顯，苗期：不同耕作深度下花生根長表現(xiàn)為P10≈P20≈P30，均顯著高于NT處理(P<0.05)；開花下針期：P20與P30處理花生根長沒有顯著差異(P>0.05)，NT和P10處理花生根長沒有顯著差異(P>0.05)，但P20與P30處理則顯著高于NT和P10處理(P<0.05)；飽果成熟期：呈現(xiàn)出P20≈P30>P10>NT的趨勢。通過分析花生根長的增長率發(fā)現(xiàn)，不同耕作深度花生根長增長率表現(xiàn)為NT>P30>P20>P10，平均為54.05%?？梢?，耕作處理(P10、P20、P30)在根系生長方面均明顯優(yōu)于NT處理，尤其以P20、P30處理的效果更佳，但在根系生長潛力上卻以NT處理的最大。

表2 耕作深度對花生主根長的影響 cm

注：同列數(shù)據(jù)后的大、小寫字母分別表示在0.01、0.05水平上差異顯著性，字母相同則差異不顯著，字母不同則顯著。下同。

2.2 耕作深度對花生根系活力的影響

由表3可知，隨著花生生育期的推進(jìn)，花生根系活力呈下降趨勢，其中苗期根系活力最高，為108.40 μg/(g·h)，比開花下針期、飽果成熟期分別高25.95%、259.29%。不同耕作深度下花生根系活力均表現(xiàn)為P20相對較高，其中：花生苗期、開花下針期不同耕作深度下根系活力均表現(xiàn)為P10≈P20>NT≈P30(P<0.05)；飽果成熟期表現(xiàn)為P10、P20、P30處理顯著高于NT處理(P<0.05)。以花生苗期根系活力為對照，通過分析根系活力的下降率發(fā)現(xiàn)，不同處理根系活力下降率以NT處理最高(75.69%)，P20處理最低(70.05%)。說明P20處理有利于提高花生各生育期的根系活力，并減緩花生根系的衰老。

表3 不同耕作深度對花生根系活力的影響 μg/(g·h)

2.3 耕作深度對花生產(chǎn)量的影響

方差分析表明，不同耕作深度下花生產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，以P20處理最高(254.27 kg/667 m2)，分別比NT、P10、P30處理高67.50%、39.91%、9.91%。說明P20處理對花生的增產(chǎn)效果最好(圖1)。

圖1 不同耕作深度處理對花生產(chǎn)量的影響

2.4 花生根長及根系活力與產(chǎn)量的關(guān)系

通過分析花生根長與產(chǎn)量的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)(圖2)，花生苗期根長與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，開花下針期與飽果成熟期根長與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，說明花生根系生長好壞直接影響產(chǎn)量的高低。

花生苗期和開花下針期根系活力與產(chǎn)量呈不顯著正相關(guān)(P>0.05)，飽果成熟期根系活力與產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)性(P<0.01)?？梢姡ㄉ笃诘母祷盍λ綄Ξa(chǎn)量至關(guān)重要。

圖2 花生根長及根系活力與產(chǎn)量的關(guān)系

3 討論與結(jié)論

土壤容重是土壤緊實狀況、水、氣、熱等理化性狀的重要影響因素。目前研究普遍認(rèn)為，一定范圍內(nèi)土壤容重過高會導(dǎo)致根系變短、變粗，不利于根系生長發(fā)育[10-11]。本研究中花生各生育期根長均表現(xiàn)為免耕低于耕作處理(P10、P20、P30)，這與耕作處理可降低土壤容重、改善土壤結(jié)構(gòu)有關(guān)。需要特別說明的是，花生苗期根長還表現(xiàn)為P10、P20、P30處理間差異不顯著，而開花下針期和飽果成熟期僅表現(xiàn)為P20、P30處理間差異不顯著，這與隨著花生生育期的推進(jìn)滿足根系正常生長的適宜耕層深度不同有關(guān)。根系活力是根系吸收性能的重要指標(biāo)[12]，主要受土壤緊實度、通氣狀況及持水性、肥力水平、土壤微環(huán)境等的影響[13-15]。本研究中P10、P20處理的花生各生育期的根系活力均顯著高于NT處理，這與耕作改善了土壤結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)有關(guān)。但P30處理各生育期花生根系活力均顯著低于P10、P20處理，原因可能是P30處理耕作深度超過耕作層，將底部熟化程度低的土壤耕翻到表層，在一定程度上惡化了土壤物理性狀并稀釋了耕層土壤肥力，有待于進(jìn)一步深入研究。

根系是作物吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，也是作物接觸土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的關(guān)鍵部位之一，其生長發(fā)育狀況直接影響作物的生長與產(chǎn)量的形成[16]。本研究中花生的根長與產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)，表明花生根系的生長發(fā)育對其產(chǎn)量有直接影響，證實了前人研究結(jié)論。本研究通過分析花生根系活力與產(chǎn)量相關(guān)性還發(fā)現(xiàn)，花生苗期和開花下針期根系活力與產(chǎn)量呈不顯著正相關(guān)，飽果成熟期根系活力與產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)性，說明花生生育后期的根系活力水平是產(chǎn)量形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這與花生生育后期較高的根系活力可以防止葉片等器官早衰而增加產(chǎn)量有關(guān)。

綜上所述，不同耕作深度通過影響花生根系生長及生育后期根系活力高低，進(jìn)而影響花生產(chǎn)量的形成；相比其他處理，P20處理在滿足花生根系正常生長發(fā)育的基礎(chǔ)上，更有利于提高根系活力和減緩根系的衰老，使花生產(chǎn)量相對較高。本研究結(jié)論可為紅壤坡耕地合理耕層構(gòu)建提供科學(xué)支撐。