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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.037
摘要：以耕层棕壤（0～20 cm）和犁底层棕壤（20～40 cm）为试验材料，采用盆栽的方法模拟翻耕、旋耕模式及不同层次容重对玉米根系生长的影响。结果表明：下层土壤容重增加导致玉米总根量显著或极显著降低，表层根量的占比升高；中层土壤容重有差异，但根量差异不显著。拔节期模拟的翻耕与旋耕模式对玉米根干质量无显著影响，拔节期至生育期末模拟翻耕处理根量高于或显著高于模拟旋耕处理。表层土壤容重为1.2 g/cm3、下层土壤容重为 1.4 g/cm3 时最适合玉米根系生长。
关键词：土壤容重；耕作模式；玉米；根系生长
中图分类号： S513.04文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0149-02
收稿日期：2015-08-29
基金项目：辽宁省科技厅博士科研启动基金（编号：20141128）；辽东学院博士科研启动基金（编号：20140709）。
作者简介：郑存德（1975—），男，黑龙江海伦人，博士，副教授，主要从事水、土环境保护研究。E-mail：ddhmtldxy@sina.com。土壤容重决定土壤含水量、通气性及矿质元素运移等[1-3]，进而影响植物根系的生长发育和生理功能。容重增大，根系生长穿插阻力增大、直径变粗、分布变浅、生长速率明显下降[4-7]。目前，许多土壤因长期免耕、使用小型机具耕种或田间管理不善导致耕层变浅、容重增大、土壤结构变差。通过旋耕、翻耕也只能短期内改变土壤容重，在作物生育初期很快又会变得沉实，主要原因是土壤體质与体型较差[8-9]。笔者前期研究了容重对玉米根系生长的影响及调控措施[8]，但不同耕作模式及不同层次土壤容重对玉米根系生长的影响还缺乏研究，此研究结果可为大田耕作模式选择与田间管理提供参考。
1材料与方法
1.1供试材料
供试土壤为发育在黄土母质上的棕壤（41°50′N，123°34′E），2010年3月按0～20 cm（耕层土）和20～40 cm（犁底层土）分层采集，土壤基本化学指标见表1。
1.2试验设计
土样风干至含水率为10%，过0.5 cm筛备用。结合大田调查结果，选取1.2、1.4、1.6 g/cm3等3个容重水平，将盆栽容器（高50 cm）从上至下（上沿留5 cm）划分为0～15、15～30、30～45 cm等3个层次。将0～20 cm与20～40 cm土样按表2装入容器中，其中，取自0～20 cm土样处理编号前加T，取自20～40 cm土样处理编号前加S，如T222表示取自0～20 cm层土样按0～15、15～30、30～45 cm等3层装入，每层容重都是1.2 g/cm3。灌水至70%田间持水量，草席覆盖至 2010年6月1日播种时（每桶调水至80%田间持水量），每个处理重复9次（分3个时期，每个时期3次重复）。每盆播种经挑选均匀一致浸泡约24 h的种子3粒，播深约 5 cm，种子均匀分布容器中心周围3 cm处，小心覆土，轻轻压实，出苗10 d后定苗。
播种后不定期除草，尽量在草较小时除去。当水分低于60%田间持水量时通过重量法补充水分。于大喇叭口期把肥用少量水溶解后均匀浇在根系附近（每盆追纯氮1.7 g），于玉米生育期测定指标。
1.3数据处理
数据用Excel 2003处理并用SPSS 13.0进行分析。
2结果与分析
2.1不同土层容重对玉米根系生长的影响
由表3可以看出，随中、下层土壤容重增加，根系总干质量下降。处理222、224、244差异较小，处理244根系生长最好，说明过松或过紧的下层土壤都不利于玉米根系生长，容重为12 g/cm3左右时，土壤过于通透，氧化速度太快，不利于水肥保持；而容重大于1.4 g/cm3时，土壤小孔隙增多紧实度增加，土壤容易处于还原环境，根系呼吸与穿插难度增加，所以，最适宜的容重是1.3 g/cm3左右。
当中、下土层容重增加时，不同处理表层都表现出根量的增加，发生了根系补偿效应[10]，中层根量差异不显著，但总根量还是减少了。即使中层容重达到1.4、1.6 g/cm3时，玉米根系仍能生长，生长量下降，但下降不显著，与前人研究结果[11]不一致，可能是桶径小，玉米根系无法横向生长而向下产生的补偿效应，或者中层厚度不够，根系容易穿过。在玉米拔节期、灌浆期、成熟期，根系干质量超过50%分布在0～15 cm 土层，超过65%分布在0～30 cm土层，当下层容重高时则有更多的根系分布在这一层，使根土比增加，作物对水肥的利用效率下降。成熟期下层容重高的处理有超过80%的玉米根系分布在0～30 cm土层，尤其是0～15 cm层次根量增加明显，表现为根系补偿，根系补偿发生的时间可能是拔节期后。在生育期内15～30 cm土层的根干质量占比在8%～19%之间，变化较小。拔节期下层根量占比较高，随玉米生长其占比下降，原因是下层容重高、通气性差、根系老化快及生育后期细根的衰亡等原因，高容重处理下层根量占比下降更多（图1）。
2.2模拟耕作模式对玉米根系生长的影响
耕作模式不同，土壤的容重、通气性、孔隙状况也不同，影响微生物活动、水肥保持等[7]。本试验因土样本身养分等存在差异，模拟耕作模式的结果可能受到干扰。由表4、表5可见，相同土层上，在玉米整个生育期模拟翻耕处理的根量大于模拟旋耕处理，到成熟期更为明显，差异达显著或极显著水平。模拟2种耕作模式下，拔节期不同处理不同层次根干质量及不同处理根系总干质量差异不显著，随下层容重增加，中、下层根干质量减少；吐丝期、成熟期不同处理不同土层根干质量及不同处理根系总干质量差异显著，这可能是前期量的积累引发的质变，处理244根系总干质量及各个层根干质量最大，这说明适合玉米根系生长，不但要有疏松的表层土壤（容重在1.2 g/cm3左右），还要有较为紧实的下层土壤（容重在1.4 g/cm3左右）。可见，翻耕比旋耕更适合玉米根系生长，利于提高产量。 3结论
3.1不同土层容重对玉米根系生长的影响
紧实的下层土壤使玉米总根量显著或极显著地减少，但能增加表层根量的占比，表现为表层补偿。虽然中层土壤容重有差异，但根量差异不显著，原因是玉米根系可以较容易穿过小于1.6 g/cm3的土壤容重，最适合玉米根系生长的容重范围是1.2～1.4 g/cm3。
3.2耕作模式对玉米根系生长的影响
在本试验条件下，拔节期至生育期末模拟翻耕处理根量高于、显著高于或极显著高于模拟旋耕处理。2种模式下，处理244最适合玉米根系生长。
参考文献：
[1]陈恩凤. 耕翻深度与耕层的层次发育[J]. 中国农业科学，1961，2（12）：1-6.
[2]黄细喜. 土壤紧实度及层次对小麦生长的影响[J]. 土壤學报，1988，25（1）：59-65.
[3]李卓，吴普特，冯浩，等. 容重对土壤水分蓄持能力影响模拟试验研究[J]. 土壤学报，2010，47（4）：611-620.
[4]王群，赵亚丽，张学林，等. 不同土层容重对玉米根系生长及土壤酶活性的影响[J]. 河南农业大学学报，2012，46（6）：624-630.
[5]Coelho E F，Or D. Root distribution and water uptake patterns of corn under surface and subsurface drip irrigation[J]. Plant and Soil，1999，206（2）：123-136.
[6]de Freitas P L，Zobel R W，Synder V A. Corn root growth in soil columns with artificially constructed aggregates[J]. Crop Science，1999，39（3）：725-730.
[7]黄丹丹，刘淑霞，张晓平，等. 保护性耕作下土壤团聚体组成及其有机碳分布特征[J]. 农业环境科学学报，2012，31（8）：1560-1565.
[8]郑存德，依艳丽，张大庚，等. 土壤容重对高产玉米根系生长的影响及调控研究[J]. 华北农学报，2012，27（3）：142-149.
[9]武际，郭熙盛，王允青，等. 麦稻轮作下耕作模式对土壤理化性质和作物产量的影响[J]. 农业工程学报，2012，28（3）：87-93.
[10]刘晚苟，山仑，邓西平. 不同土壤水分条件下土壤容重对玉米根系生长的影响[J]. 西北植物学报，2003，22（4）：831-838.
[11]李潮海，王群，郝四平. 土壤物理性质对土壤生物活性及作物生长的影响研究进展[J]. 河南农业大学学报，2002，36（1）：32-37.聂晓，王毅勇. 非充分灌溉下寒地井灌稻田生态经济效益[J]. 江苏农业科学，2016，44（10）：151-153.
摘要：以耕层棕壤（0～20 cm）和犁底层棕壤（20～40 cm）为试验材料，采用盆栽的方法模拟翻耕、旋耕模式及不同层次容重对玉米根系生长的影响。结果表明：下层土壤容重增加导致玉米总根量显著或极显著降低，表层根量的占比升高；中层土壤容重有差异，但根量差异不显著。拔节期模拟的翻耕与旋耕模式对玉米根干质量无显著影响，拔节期至生育期末模拟翻耕处理根量高于或显著高于模拟旋耕处理。表层土壤容重为1.2 g/cm3、下层土壤容重为 1.4 g/cm3 时最适合玉米根系生长。
关键词：土壤容重；耕作模式；玉米；根系生长
中图分类号： S513.04文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）10-0149-02
收稿日期：2015-08-29
基金项目：辽宁省科技厅博士科研启动基金（编号：20141128）；辽东学院博士科研启动基金（编号：20140709）。
作者简介：郑存德（1975—），男，黑龙江海伦人，博士，副教授，主要从事水、土环境保护研究。E-mail：ddhmtldxy@sina.com。土壤容重决定土壤含水量、通气性及矿质元素运移等[1-3]，进而影响植物根系的生长发育和生理功能。容重增大，根系生长穿插阻力增大、直径变粗、分布变浅、生长速率明显下降[4-7]。目前，许多土壤因长期免耕、使用小型机具耕种或田间管理不善导致耕层变浅、容重增大、土壤结构变差。通过旋耕、翻耕也只能短期内改变土壤容重，在作物生育初期很快又会变得沉实，主要原因是土壤體质与体型较差[8-9]。笔者前期研究了容重对玉米根系生长的影响及调控措施[8]，但不同耕作模式及不同层次土壤容重对玉米根系生长的影响还缺乏研究，此研究结果可为大田耕作模式选择与田间管理提供参考。
1材料与方法
1.1供试材料
供试土壤为发育在黄土母质上的棕壤（41°50′N，123°34′E），2010年3月按0～20 cm（耕层土）和20～40 cm（犁底层土）分层采集，土壤基本化学指标见表1。
1.2试验设计
土样风干至含水率为10%，过0.5 cm筛备用。结合大田调查结果，选取1.2、1.4、1.6 g/cm3等3个容重水平，将盆栽容器（高50 cm）从上至下（上沿留5 cm）划分为0～15、15～30、30～45 cm等3个层次。将0～20 cm与20～40 cm土样按表2装入容器中，其中，取自0～20 cm土样处理编号前加T，取自20～40 cm土样处理编号前加S，如T222表示取自0～20 cm层土样按0～15、15～30、30～45 cm等3层装入，每层容重都是1.2 g/cm3。灌水至70%田间持水量，草席覆盖至 2010年6月1日播种时（每桶调水至80%田间持水量），每个处理重复9次（分3个时期，每个时期3次重复）。每盆播种经挑选均匀一致浸泡约24 h的种子3粒，播深约 5 cm，种子均匀分布容器中心周围3 cm处，小心覆土，轻轻压实，出苗10 d后定苗。
播种后不定期除草，尽量在草较小时除去。当水分低于60%田间持水量时通过重量法补充水分。于大喇叭口期把肥用少量水溶解后均匀浇在根系附近（每盆追纯氮1.7 g），于玉米生育期测定指标。
1.3数据处理
数据用Excel 2003处理并用SPSS 13.0进行分析。
2结果与分析
2.1不同土层容重对玉米根系生长的影响
由表3可以看出，随中、下层土壤容重增加，根系总干质量下降。处理222、224、244差异较小，处理244根系生长最好，说明过松或过紧的下层土壤都不利于玉米根系生长，容重为12 g/cm3左右时，土壤过于通透，氧化速度太快，不利于水肥保持；而容重大于1.4 g/cm3时，土壤小孔隙增多紧实度增加，土壤容易处于还原环境，根系呼吸与穿插难度增加，所以，最适宜的容重是1.3 g/cm3左右。
当中、下土层容重增加时，不同处理表层都表现出根量的增加，发生了根系补偿效应[10]，中层根量差异不显著，但总根量还是减少了。即使中层容重达到1.4、1.6 g/cm3时，玉米根系仍能生长，生长量下降，但下降不显著，与前人研究结果[11]不一致，可能是桶径小，玉米根系无法横向生长而向下产生的补偿效应，或者中层厚度不够，根系容易穿过。在玉米拔节期、灌浆期、成熟期，根系干质量超过50%分布在0～15 cm 土层，超过65%分布在0～30 cm土层，当下层容重高时则有更多的根系分布在这一层，使根土比增加，作物对水肥的利用效率下降。成熟期下层容重高的处理有超过80%的玉米根系分布在0～30 cm土层，尤其是0～15 cm层次根量增加明显，表现为根系补偿，根系补偿发生的时间可能是拔节期后。在生育期内15～30 cm土层的根干质量占比在8%～19%之间，变化较小。拔节期下层根量占比较高，随玉米生长其占比下降，原因是下层容重高、通气性差、根系老化快及生育后期细根的衰亡等原因，高容重处理下层根量占比下降更多（图1）。
2.2模拟耕作模式对玉米根系生长的影响
耕作模式不同，土壤的容重、通气性、孔隙状况也不同，影响微生物活动、水肥保持等[7]。本试验因土样本身养分等存在差异，模拟耕作模式的结果可能受到干扰。由表4、表5可见，相同土层上，在玉米整个生育期模拟翻耕处理的根量大于模拟旋耕处理，到成熟期更为明显，差异达显著或极显著水平。模拟2种耕作模式下，拔节期不同处理不同层次根干质量及不同处理根系总干质量差异不显著，随下层容重增加，中、下层根干质量减少；吐丝期、成熟期不同处理不同土层根干质量及不同处理根系总干质量差异显著，这可能是前期量的积累引发的质变，处理244根系总干质量及各个层根干质量最大，这说明适合玉米根系生长，不但要有疏松的表层土壤（容重在1.2 g/cm3左右），还要有较为紧实的下层土壤（容重在1.4 g/cm3左右）。可见，翻耕比旋耕更适合玉米根系生长，利于提高产量。 3结论
3.1不同土层容重对玉米根系生长的影响
紧实的下层土壤使玉米总根量显著或极显著地减少，但能增加表层根量的占比，表现为表层补偿。虽然中层土壤容重有差异，但根量差异不显著，原因是玉米根系可以较容易穿过小于1.6 g/cm3的土壤容重，最适合玉米根系生长的容重范围是1.2～1.4 g/cm3。
3.2耕作模式对玉米根系生长的影响
在本试验条件下，拔节期至生育期末模拟翻耕处理根量高于、显著高于或极显著高于模拟旋耕处理。2种模式下，处理244最适合玉米根系生长。
参考文献：
[1]陈恩凤. 耕翻深度与耕层的层次发育[J]. 中国农业科学，1961，2（12）：1-6.
[2]黄细喜. 土壤紧实度及层次对小麦生长的影响[J]. 土壤學报，1988，25（1）：59-65.
[3]李卓，吴普特，冯浩，等. 容重对土壤水分蓄持能力影响模拟试验研究[J]. 土壤学报，2010，47（4）：611-620.
[4]王群，赵亚丽，张学林，等. 不同土层容重对玉米根系生长及土壤酶活性的影响[J]. 河南农业大学学报，2012，46（6）：624-630.
[5]Coelho E F，Or D. Root distribution and water uptake patterns of corn under surface and subsurface drip irrigation[J]. Plant and Soil，1999，206（2）：123-136.
[6]de Freitas P L，Zobel R W，Synder V A. Corn root growth in soil columns with artificially constructed aggregates[J]. Crop Science，1999，39（3）：725-730.
[7]黄丹丹，刘淑霞，张晓平，等. 保护性耕作下土壤团聚体组成及其有机碳分布特征[J]. 农业环境科学学报，2012，31（8）：1560-1565.
[8]郑存德，依艳丽，张大庚，等. 土壤容重对高产玉米根系生长的影响及调控研究[J]. 华北农学报，2012，27（3）：142-149.
[9]武际，郭熙盛，王允青，等. 麦稻轮作下耕作模式对土壤理化性质和作物产量的影响[J]. 农业工程学报，2012，28（3）：87-93.
[10]刘晚苟，山仑，邓西平. 不同土壤水分条件下土壤容重对玉米根系生长的影响[J]. 西北植物学报，2003，22（4）：831-838.
[11]李潮海，王群，郝四平. 土壤物理性质对土壤生物活性及作物生长的影响研究进展[J]. 河南农业大学学报，2002，36（1）：32-37.聂晓，王毅勇. 非充分灌溉下寒地井灌稻田生态经济效益[J]. 江苏农业科学，2016，44（10）：151-153.