不同耕作方式麦田应用松土促根剂对根系及产量的影响

张慎举，张 静，张传忠

(1.商丘职业技术学院，河南 商丘 476005； 2.商丘市土地肥料管理站，河南 商丘 476000)

不同耕作方式麦田应用松土促根剂对根系及产量的影响

张慎举1，张 静1，张传忠2

(1.商丘职业技术学院，河南 商丘 476005； 2.商丘市土地肥料管理站，河南 商丘 476000)

为明确国家发明专利产品Agri-star松土促根剂在旋耕、深耕两种耕作方式下对小麦根系性状的影响及其增产效应，通过田间小区试验和电子扫描技术手段，利用WinRHIZO根系分析系统，测定分析了0～20cm、20～40cm和40～60cm土壤层次的小麦根系形态特征参数；运用田间调查方法，统计分析了小麦产量构成因素. 试验研究结果表明：在旋耕、深耕条件下应用松土促根剂15kg/hm2，对小麦根系长度、根系表面积、根系体积、根叉数、根尖数及根系干重等都有显著促进作用. 许多情况下，旋耕应用松土促根剂的效应达到甚至超过了机械深耕作用，显示出其对解决旋耕条件下根系生长障碍问题的巨大优越性. 旋耕、深耕两种耕作方式应用松土促根剂，强筋小麦分别增产24.1%和15.2%. 松土促根剂的应用，为豫东平原小麦生态类型区旋耕生产、生态、技术条件下，实现大幅度增产提供了新的技术途径.

耕作方式；松土促根剂；强筋小麦；根系参数；增产效果

土壤耕作是使用农具以改善耕层构造和地面状况的多种技术措施的总称.从古至今，土壤耕作经历了从原始“刀耕火种”到现代机械化耕作的逐步演变[1]109-237.大多数研究[2]314-318，[3]28，[4]693-701表明，作为农业生产中的一项重要措施，耕作活动能明显调节土壤水、肥、气、热等因子，从而改善根系生长环境，有效提高作物产量.如地处豫东平原的商丘，作为河南省重要的小麦生态类型区[5]65-68，麦田土壤耕作方式主要是旋耕，即利用动力旋转机械松碎耕层土壤的一种耕作方法[6]14.由于旋耕整地碎土能力强、速度快、省工省时，因此麦田旋耕整地作为一种少免耕技术得以快速普遍的推广，对提高麦田整地作业效率及其产量曾经起到了积极作用[7]29-31，[8]37-38，[9]83-85.但长期的旋耕整地使土壤耕层变浅，犁底层上升，这种改变既不利于小麦根系下扎，又使土壤耕层的物理性状(如通透状况等)逐渐变差，影响了小麦生长及其产量[10]69-70，[11]42，[12]15-16.为有效解决小麦主产区旋耕生产条件下，小麦根系生长的土壤障碍等问题[13]256，[14]49-50，[15]54-55，河南省火车头农业技术有限公司于2007年研制发明了专用产品Agri-star松土促根剂(以下简称松土促根剂，国家发明专利号为ZL 2013 1 0067402.9)[16]20-22，[17]，其性能特点主要是利用土壤水激活改良剂的有效成分，通过土壤的物理化学吸附作用，使土壤形成更多的空隙，增强土壤的透气性和肥水渗透能力，从而打破土壤坚实度，破除板结，疏松土壤，加深耕层，活化根层土壤，同时所含的多种营养元素也可有效被植物吸收利用，从而改善根层营养环境，促进根系生长发育.为此，于2013～2014年进行田间试验，系统探讨不同土壤耕作方式下麦田应用松土促根剂对根系性状及产量的影响，为丰富、优化豫东平原小麦主产区少免耕配套栽培技术、有效提高小麦产量等提供一定理论依据和技术支撑.

1 试验材料与方法

1.1 试验设计

按不同耕作方式设4个处理：①旋耕：氮磷钾配方肥(N、P2O5及K2O含量分别为25%、15%和5%，全部作基肥，施用量为750 kg/hm2，下同)+旋耕12cm；②旋耕+松土促根剂：氮磷钾配方肥+旋耕12cm+松土促根剂(粉剂，以基肥方式施入，施用量为15 kg/hm2，下同)；③深耕：氮磷钾配方肥+深耕30cm；④深耕+松土促根剂：氮磷钾配方肥+深耕30cm+松土促根剂.田间试验小区面积6m2(2m×3m),随机区组排列，重复3次.

1.2 田间试验土壤肥力基础及实施概况

田间试验设置在商丘职业技术学院生物工程系睢阳区实践教学基地.其土壤类型为黄潮土，土壤质地为中壤偏黏(即重壤土).0～20 cm土壤养分含量分别为：有机质1.60%，全氮(N) 0.12%，碱解氮(N) 76 mg/kg，速效磷(P2O5) 16 mg/kg，速效钾(K2O) 112 mg/kg，有效硼(B) 0.76 mg/kg，有效锌(Zn) 0.98 mg/kg，有效锰(Mn) 1.32 mg/kg.前茬夏玉米产量8250 kg/hm2，供试小麦品种为国审优质强筋小麦新品种郑麦7698.2013年10月18日播种，播种量为180 kg/ hm2.各处理均在次年春季小麦起身期追施尿素225 kg/hm2，灌溉、防治病虫草害等田间管理措施同一般大田.

1.3 观察项目与分析测定方法

在小麦抽穗期的2014年4月25日，按一般作物根系研究方法的“挖掘法”[18]429-435，每试验小区随机选取90 cm2(30 cm×30cm)土壤样区，每样区再分别按0～20 cm、20～40c m、40～60 cm 3个层次取出带根全部土层样本，每个取样的土体层次均为一个观测单位，相应地单个土层样本体积均为18 000 cm3(30 cm×30 cm×20 cm).然后用网袋水洗法[19]75-86, [20]55-59洗去各层样本泥土，剔除明显杂质、杂物等，将分选出的0～20 cm，20～40 cm,40～60 cm土层小麦根系清洗干净后分别装入保鲜袋冷藏，送安徽农业大学进行根系指标测定.通过EPSONEU-88扫描仪扫描，利用WinRHIZO系统软件进行根系分析，获取90 cm2取样区不同试验处理、不同土体层次(即0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)的小麦根系形态特征参数，包括根系长度、根系表面积、根系体积、根叉数、根尖数及根系干重等.

田间试验期间至收获前观察小麦群、个体生长发育动态，调查单位面积穗数、每穗粒数及千粒重等，根据产量三因素计得理论产量结果.同时，于小麦收获时的2014年6月10日，各试验小区随机选取完整的6 m2样点，现场机收脱粒称重，用谷物水分测定仪测定水分含量，除去杂质，按国家粮食入库安全含水量标准13%计算，获得田间试验条件下小麦实际产量结果.

2 试验结果和分析

2.1 松土促根剂对小麦根系性状的影响

2.1.1 松土促根剂对根系长度的促进效应

观测结果(表1)表明，松土促根剂对不同耕作方式小麦根系总长度的促进效应显著.在小麦根系分布最为集中的0～20cm土层(本试验大约占0～60cm土体总根长的75%～85%)，旋耕、深耕应用松土促根剂小麦根系总长度分别增加26.4%和32.1%.进一步从根系长度的垂直分布看，松土促根剂对不同耕作方式下20～40 cm土层小麦根系总长度增幅最大，如处理②根系总长度约为处理①的3.1倍，增幅高达208.4%，处理④根系总长度约为处理③的2倍，增幅为104.3%.即使在40～60 cm的较深土体中，松土促根剂仍然表现出明显的促进效应，旋耕和深耕条件下应用松土促根剂小麦根长分别增加22.7%和59.8%.松土促根剂这种对深层次土壤中根系生长的促进效应，必然有利于小麦对深层土壤水分、养分的利用，可能对提高小麦中后期抗逆性以及促进灌浆成熟等都具有重要意义[21]230.

表1 不同试验处理各土层小麦根系总长度(cm)测定结果比较

注：表中各列数字后小写字母表示在0.05显著水平下的统计差异(下同)

虽然总体上看仍以处理④小麦根系总长度的绝对值最大，但值得重视的是，在0～60 cm土体层次内，处理②较处理③总根长增加8.1%，其中，0～20 cm、20～40 cm分别增加10.9%、26.0%.这就意味着，在旋耕条件下应用松土促根剂，对小麦总根长的促进效应至少可以起到机械深耕甚至超过机械深耕的作用.如果从目前豫东平原农区农业机械化水平、农民群众耕种习惯以及小麦生产投资效益等综合因素考虑，一般情况下机械深耕单位面积的直接生产成本相当于松土促根剂施用成本的2倍左右，这就是说，松土促根剂的应用成本以及在能源、资源消耗方面会较深耕作业明显减少，加之旋耕结合松土促根剂起到的对土壤保护的少免耕技术效应，平衡施肥基础上应用松土促根剂更具有其优越的、特殊的经济、生态效应和可操作性.

2.1.2 松土促根剂对根系表面积的影响

根系表面积是影响作物吸收养分和水分的重要根系特征参数.根系表面积观测结果(表2)表明，在根系分布集中的0～20cm土层中，旋耕和深耕两种耕作方式应用松土促根剂根系表面积分别增加了27.6%和24.9%.表明在任一耕作方式下，施用松土促根剂均有利于提高小麦根系表面积，无疑有利于小麦根系对土壤水分、养分的充分吸收、运转和利用.

表2 不同试验处理各土层小麦根系表面积(cm2)比较

再从根系表面积的垂直分布看，0～20 cm土层根系表面积远大于其余深层土壤，表明0～20 cm土层是小麦吸收养分和水分的最主要区域，在此区域根系表面积各处理相比差异显著，意味着松土促根剂对根系主要分布区域促进的主体效应.再从20～40 cm和40～60 cm土层看，应用松土促根剂，依然较相同条件下小麦根系表面积呈显著增加趋势.由此看来，松土促根剂对旋耕麦田小麦根系生长的促进作用机理之一，有可能就是促进了根系的下扎或垂直分布，也可能与土壤松紧孔隙状况等物理性质的改善有关[22]20-22.

2.1.3 松土促根剂对根系体积的影响

从不同试验处理小麦根系体积观测结果(表3)大致可以看出，在0～60 cm土体范围内，应用松土促根剂旋耕、深耕方式小麦根系体积分别增加28.2%和13.1%，旋耕条件下效应更为突出.总体上可以说，施用松土促根剂可以有效增加小麦根系体积.此种情况，可能一方面反映出根系生长的健壮程度，一方面意味着根系与土体接触的生物有效性的增强[1]109-237.

表3 不同试验处理各土层小麦根系体积(cm3)比较

从小麦根系体积的垂直分布情形看，旋耕应用松土促根剂，无论哪一土体层次，其根系体积无一例外地增加，其根系体积增幅分别为26.3%、22.8%和15.5%，似乎存在土体层次越深增幅越小的规律，可能反映出松土促根剂在土体中的渗透作用机理的复杂性和影响效应的递减性.但与其相比，深耕条件下应用松土促根剂对各层次小麦根系体积的影响效应更为复杂一些.初步获得的资料看，0～20 cm小麦根系体积增幅仅为12.1%，20～40 cm达33.3%，而40～60 cm不仅不增反而下降，可能表明松土促根剂在深耕背景下对根系体积影响的复杂性、多变性，也可能反映出松土促根剂对深层根系体积促进作用的局限性，值得进一步探讨.

2.1.4 松土促根剂对小麦根叉数的影响

从试验观测到的各处理、各土层小麦根叉数结果(表4)来看，就0～60 cm整体土层而言，两种耕作方式应用松土促根剂，小麦根叉数的增加都非常显著，其增幅分别为25.7%和38.5%，但不同土体层次小麦根叉数增加规律不尽一致.

表4 不同试验处理各土层小麦根叉数(个)比较

在旋耕条件下应用松土促根剂，各土层小麦根叉数增幅分别为16.9%、57.3%和45%，其中以20～40 cm土层增幅最大，同时还可以明显看出小麦根叉数绝对值超过深耕处理6312，增幅达42%，而该土体层次根系发达，无疑对小麦生长中后期生长发育是有利的，这也可能是松土促根剂增强小麦抗逆性的主要原因之一.在深耕条件下，各土层小麦根叉数增幅分别为23.5%、56.4%和83.7%，可见，深耕结合松土促根剂处理，随土体层次逐渐加深，小麦根叉数增幅越来越大，比较明显地存在深耕与松土促根剂两种技术措施同时运用的互作效应和递增效应.这种情形，似乎意味着既消除了连年旋耕造成的犁底层变浅通透状况不良的负面影响，又比较充分地显现出促进小麦根系发育的特殊生物效应.根层土壤环境的改善，必然构建出生长发育充分、形态特征完整、健壮发达的根系，从而促进地上部分群、个体生长发育，有效协调小麦产量构成因素，这是麦田应用松土促根剂小麦增产[23]68-72,[24]10-13的主要土壤生态原因.

2.1.5 松土促根剂对根尖数的影响

从表5可以看出，在0～60 cm土层范围内，旋耕、深耕条件下应用松土促根剂，小麦根尖数分别增加26.9%和39.1%，两者相比后者增加效应更为显著，反映出耕作与调控措施综合运用的互作效应.就不同土体层次来看，两种耕作方式应用松土促根剂对小麦根尖数的促进效应趋势基本相似，但在一定的土层区域，其增幅绝对值悬殊较大，显示出旋耕条件下应用松土促根剂的巨大优越性.例如，在旋耕条件下，各土层小麦根尖数分别增加15.0%、213.7%和59.8%，增幅效应最为突出的是20～40 cm土层，即处理②根尖数是处理①的约3.14倍，并且较处理③小麦根尖数增加64.9%，该层次小麦根系根尖数的大幅增加，对小麦中后期根系生理功能的增强或抗旱、抗逆无疑是有利的.再看深耕条件下应用松土促根剂的效应，即处理④与处理③相比，各土层小麦根尖数分别增加24.6%、153.4%和77.8%，其增幅效应较为突出的依然是20～40 cm土层，同时值得关注的是，深耕条件下应用松土促根剂，40～60 cm土层小麦根尖数不仅增加77.8%，而且又分别较处理②和处理①小麦根尖数增加近30%和267.3%，进一步凸显综合农艺措施配合运用的重要性.

表5 不同试验处理各土层小麦根尖数(个)测定结果比较

2.1.6 松土促根剂对小麦根系干重的影响

小麦根系干重测定结果(表6)表明，在0～60 cm土体层次范围内，无论哪一个土体层次，小麦根系干重增幅均是旋耕应用松土促根剂处理最大,即各土层根系干重分别增加49.0%、177.8%和26.3%，其中0～20cm土层根系干重甚至超过了处理④，这是上述各项根系参数观测没有出现的情况.反映出旋耕条件下，松土促根剂既对小麦苗期生根、壮根迅速发挥作用，也整体上对促进小麦根系质量的提高具有特别突出的效果.而深耕条件下，各土层根系干重分别增加35.9%、81.0%和14.3%.全面权衡，同样是应用松土促根剂，旋耕较深耕方式各土层根系干重增幅分别高出13.1、96.8和12.0个百分点，进一步说明旋耕麦田应用松土促根剂的必要性、有效性.当然，根系干重的绝对值基本上还是同样生态条件下深耕处理比较大，依然说明综合农艺措施互作的重要性.根据植物地上、地下生长的相关性原理[25]23-26,[26]28,[27]477-484,[28]1787-1795，松土促根剂在各种耕作方式下对小麦根系干重的促进效应，必然是小麦干物质积累和增产的重要生理生态基础之一.

表6 不同试验处理各土层小麦根系干重(g)测定结果比较

2.2 麦田应用松土促根剂的增产效果

将各试验处理小麦产量三因素以及理论产量、实际产量结果例如表7.从表7可以看出，无论旋耕还是深耕条件下，均以应用松土促根剂小麦产量构成三因素最为协调.例如，在旋耕条件下，穗数增加60万穗/hm2，穗粒数增加1.7粒，千粒重提高近2g，并且超过任何处理的千粒重指标，从此也可以看出旋耕条件下应用松土促根剂增加粒重的突出效果，这对常年千粒重波动较大[29]60-87尤其是超高产麦田千粒重不稳定的豫东小麦主产区，高产稳产栽培具有重要意义.总体上看，旋耕、深耕麦田应用松土促根剂分别较相同生产、生态、技术条件下不用松土促根剂增产约24.1%和15.2%，这就是说，仅就增产幅度而言，同样是应用松土促根剂，旋耕较深耕高出8.9个百分点，进一步说明旋耕应用松土促根剂更为迫切和必要.当然，在本试验条件下，单产水平最高的仍然是处理④，除较处理③显著增产外，还分别较处理②、处理①增产10.4%和37.0%.充分证明了松土促根剂不仅全面改善根系生长环境，促进根系生长发育，而且增产效果非常显著，可在豫东平原潮土类小麦生态类型区各种耕作生产条件下推广应用.

表7 不同试验处理小麦产量构成因素及其产量结果比较

注： 1)穗数、穗粒数、千粒重等产量三因素数值为3次重复的平均值；2)理论产量为根据产量三因素计算出的理论值再进行85%折算后的产量结果

3 结语与讨论

在豫东平原潮土类麦田因长期、普遍旋耕形成一定土壤障碍的生产、生态及技术条件下，应用松土促根剂15 kg/hm2，在0～60 cm土体层次范围内，旋耕和深耕两种土壤耕作方式，小麦根系长度、根系表面积、根系体积、根叉数、根尖数及根系干重等都有显著促进效应，并且不少情况下，松土促根剂对深层土壤小麦根系的促进效应更为突出，其营养意义重大.例如，由于土壤中下层小麦根系生理功能最活跃部分根尖数的大幅增加，意味着小麦吸收深层土壤水分和养分能力的增强，加之土体下层小麦根系的发达以及纵横交织密集分布[29]60-87，必然对土壤理化生物性状产生积极影响，对提高深层土壤肥力、促进小麦生长发育、增强抗性等方面具有综合调节作用[30]198-201，这是豫东平原小麦主产区现行土壤耕作条件下推广应用松土促根剂的重要理论依据.

小麦根系是固着地上部分植株，同时从土壤中吸收和运输水分与养分的主要器官,也是麦田土壤水肥资源的直接利用者和产量的重要贡献者[31]54-133，根系对于作物生长发育、提高产量的重要性是不言而喻的.试验结果证明，松土促根剂结合农艺耕作措施，改善了麦田根系生长的土壤生态条件,对于小麦生长发育和产量形成起到极为重要的作用.可以说，由于松土促根剂的发明和应用，为豫东平原潮土类生态类型区不改变现行耕作方式的背景下，一定程度消除土壤障碍，有效提高小麦产量创新了技术途径，并且其施用方法操作简便，易于推广，同时也没有任何副作用，应用前景非常广阔.

本试验研究观测到小麦根系参数尚局限在0～60 cm土体层次内，今后如何更完整的准确取样、测定、观察小麦根系生长状态，有待实验条件的改善，同时松土促根剂施用量、施用方法、与其他农艺措施的深度关联性、自身在土壤中的降解规律、对强筋小麦品质的影响乃至预防土壤污染的功能等，都有待进一步进行定性定量研究，以更加明确其作用实质、生态互作效应、增产机理、有效应用范围和技术经济条件.

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[责任编辑 冰 竹]

Different Tillage Application Rippers Promote Root Agent on Root and Yield

ZHANG Shenju1, ZHANG Jing1, ZHANG Chuanzhong2

(1.ShangqiuPolytechnic,Shangqiu476005,China; 2.ShangqiuCitySoilandFertilizerStation,Shangqiu476000,China)

In order to clear the national invention patent products Agri-star Rippers Rotary promote root agent and deep impact and increase production under two tillage systems on root characters of wheat, the paper uses WinRHIZO Root analysis systems to make a measurement and analysis of 0-20cm, 20-40cm and 40-60cm soil layers of wheat root morphology parameters through field experiment and electronic scanning technology; and then the paper uses field survey methods to make a statistical analysis of the wheat yield components. The experimental results show that: in Rotary, deep condition applicatiopn of Rippers promote root agent 15kg / hm2has a significant role in promoting of wheat root length, root surface area, root volume, root fork number, number of tips and root dry weight. In many cases, application Rippers Rotary promote root agent to meet or exceed the mechanical effects of deep plowing action, showing its great advantages for solving under conditions of root growth disorder Rotary problem. The two kinds of farming methods, rotary and deep ripper, can promote root agent, gluten wheat yield of 24.1% and 15.2% respectively. Rippers promote root agent application provides a new way to achieve a significant increase for Yudong Plain wheat ecological zones rotary production, under the ecological and technical conditions.

farming methods; cultivation promote root agent; wheat gluten; root parameters; increase yield

2015-07-30

河南省重点科技攻关计划项目“豫东平原区小麦玉米两熟农艺农机配套技术研究与应用”(项目编号：142102110024)

张慎举(1955- )，男，河南睢县人，商丘职业技术学院教授，主要从事高等农业(职业)教育、土壤肥料及农作物高产创建研究。

1671-8127(2015)05-0091-06

S512.1

A