土壤压实与结皮对红壤中陆稻生长发育的影响

陈林等

摘要

为研究红壤压实与表土结皮对陆稻生长发育的影响，在温室中进行了陆稻模拟栽培试验。设置了压实组D1，结皮组D2，压实去结皮组D3，去结皮组D4共四组不同土壤处理的陆稻生长环境，对比分析土壤压实和表土结皮对红壤中陆稻出苗、生长和生物量的影响。结果表明：红壤表土结皮对陆稻各指标的影响不大，土壤压实影响根的纵向生长，各处理间一级分根数差异显著，D1，D2，D3的平均根数的比D4减少20%，2.9%，12.5%；压实处理的叶片数和叶面积都明显低于非压实组，D3和D4的平均叶片数分别高于D1和D2组1.8和1.6，平均叶面积分别高于D1和D2组3.3 cm2和4.5 cm2；土壤压实对株高的影响表现在32 d以后，其它时段无明显影响；各处理间的根干重、叶干重、总干重和根冠比的影响差异表现显著；地上部分生物量与地下部分生物量高度相关。因此，通过减小土壤压实和人工消除结皮可增加生物量和保持水土。

关键词土壤压实 结皮 陆稻 红壤

中圖分类号S15文献标识码A文章编号0517-6611（2015）21-059-03

基金项目云南应用基础研究计划项目（2011FZ019）。

作者简介

陈林（1988-），男，云南文山人，硕士研究生，研究方向：土壤环境与作物栽培。*通讯作者，教授，博士，从事生物系统功能建模与仿真研究。

收稿日期20150518

我国是世界13个贫水国家之一，淡水资源严重短缺，农业用水占我国总用水的63.2%，农业生产受限于干旱缺水，加之自然降水时空分布不均，使得开发利用旱稻品种、节水栽培技术愈来愈重要[1]。陆稻又称旱稻，是耐旱又耐涝，可直播于旱田的救灾作物。在现代农业生产中，要提高作物产量，不仅要从改进作物栽培种植方法上考虑，更要考虑与作物生长密切相关的土壤情况的改善。土壤压实严重影响农作物的生长发育，因此农田土壤压实的问题不可忽视，特别是深层土壤压实与表土结皮的综合影响。农田土壤压实主要来自于两个方面，一是自然降雨和浇灌过后土壤表面形成一层坚硬的外壳，失水后土壤板结，影响土壤的通气透水。我国南方红壤耕地面积大，特别是云南绝大部分的旱地作物都生长在红壤耕地中。红壤旱作耕地土壤质地黏重，这种压实效应更加明显；二是农业机械的轮压，例如重型拖拉机、耕作机械、牵引机具等，使表层（0～25 cm）土壤下沉，土壤容重、土壤硬度增大，土壤孔隙度降低，且这种压实效应超出了土壤自我恢复能力[2]。一般通过表土覆盖、人工耕锄和翻耕等方法来改善土壤的压实状况。

目前国内外做了关于土壤压实和降雨结皮对作物生长影响的研究[3-8]，证明了土壤压实对作物的生长发育存在负面影响，土壤容重和作物产量之间存在抛物线关系，且这种关系依赖于土壤质地、作物种类和气候条件[9]。一般来说，土壤表层压实度增加，相对应的陆稻根系分布也会明显减少。引起一系列生理生化和形态特征的变化，如根毛、根总长度、根表面积、根体积均显著降低，根生长形态发生变化。心土层被压实，由于土壤中毛管水的作用，陆稻根系最初的生长相对较快，但当其根系生长到犁底层时，便会严重影响陆稻根系的下扎（图1），使得土壤表层根系比率中的次生根数量明显增加，而靠近压实区的根系渐渐变粗和曲折。株高、叶面积指数降低，直接影响光合产物的积累，降低地上部分的生物量[10]。Ishaq等[11-12]研究了土壤压实对作物根系生长发育有抑制效应 ，但土壤压实对水稻具有增产的作用；Goodman[13]认为高容重的土壤对作物地上部分影响不明显，甚至没有影响。这些研究虽然考虑了土壤类型的不同，但是没有深入研究土壤质地对土壤压实的影响，关于黏度大的红壤中土壤压实与降雨结皮对陆稻作用的研究至今还鲜见报道，且水稻和陆稻在生理特性上有一定的相似性。该文以云南红壤为栽培基础，探讨土壤压实和结皮对陆稻生长发育的影响，以期为完善陆稻栽培技术，提高农田土壤改良综合治理提供一定的基础资料。

1材料与方法

1.1供试材料

试验于2013年10～12月在昆明理工大学的旱作植物智能控制栽培温室内进行，供试陆稻品种为云南农业科学院选育的“云陆102”。供试土壤采自种植区红壤，试验前将土壤粉碎并过5 mm筛装入60 cm×40 cm×10 cm的无盖无底铁箱，箱底部铺设塑料网，网下铺设5 mm珍珠岩，便于观测穿出网格的根量和根持土体积。参照《土壤农化分析》测定基肥后土壤的基本农化性质如下：土壤pH 6.32，有机质35.56 g/kg，全氮1.7 g/kg，碱解氮79.20 mg/kg，速效磷18.43 mg/kg，速效钾110.22 mg/kg。

1.2试验方法

设置4个试验组，分别为压实D1、自然组D2、压实去结皮组D3、去结皮组D4，每组设置5次重复，作为原位观测，每组另外设置18个破坏性采样组。将种子进行晒种、筛选、消毒、催芽后，播种于试验箱，每个试验箱栽种6株，株距20 cm，行距20 cm。设置D1、D3组容重为1.3 g/cm3，测得含水率为28%的土壤填充质量为8 300 g，D2、D4组容重为1.0 g/cm3，含水率相同的情况下填充土壤质量为6 400 g。D3组采用定量撒水的方式形成表土结皮，D1、D3、D4组在撒水后用钉齿耙耕除表土3 cm结皮，试验严格保持除处理因素外的其他因素一致。11月2日对试验组进行追肥，施氮肥（含纯氮442 mg/g）110 kg/hm2，10月4日用40%的氧化乐果1 000倍液喷洒预防病虫害，每个试验组栽培管理措施相同，此后对各处理进行数据采集，试验于2013年11月30日结束。

1.3 数据测定与处理

每次无损测量试验从4组处理各抽取3株，利用直尺和游标卡尺对陆稻地上部分的株高、叶长、叶宽进行测量，叶面积=长×宽×系数（展开叶系数为0.75，

未展叶为0.50）；破坏性取样清洗后在105 ℃下烘干至恒重，采用游标卡尺、电子天平测量一级分根数、根干重、叶干重、地上部分干重，并计算干物质的根冠比指数，根冠比=地下

部干重（g）/地上部干重（g）。采用土壤水分测试仪测定土壤含水率。试验中的数据均是各处理的平均值，运用SPSS 19.0进行单因素方差分析和地上与地下部分的相关性分析[14]。

2结果与分析

2.1对根系生长的影响

通过试验取样观察，D2、D4组的二级侧根数、须根数、穿出网格的根数均多于D1、D3组，且根系持土体积也高于D1、D3组。D1与D3 、D2与D4之间的根量无明显差异。各组一级分根数方差和减少率分析见表1，24 d前各组差异变化较小，但24 d后各组间差异显著，在40 d测量时差异达到了极显著。D1组与D2组一级分根数差异较大。D1与D3、D2与D4组间差异不明显。这说明土壤压实对根系生长有抑制作用，减少根系的数量，表土结皮对根生长的影响不大。

2.2对叶生长的影响

各处理平均叶片数和叶面积随时间变化见图2。由图2可以看出在观测区间内各处理生长状态有所波动，但总趋势是随天数的增加而增加，第32天各处理叶片数增长速率均低于其他时段，因为植株底部叶片衰老凋落。D2、D4处理的叶片数和叶面积都明显高于D1、D3，说明在土壤压实的条件下，陆稻生长发育速度低于自然组。从土壤结皮的指标比较，D3的平均叶片数和平均叶面积分别高于D1组1.8片和3.3 cm2，D4的平均叶片数和平均叶面积分别高于D2组1.6片和4.5 cm2，且最大叶片数和叶面积均出现在D4组。综合图中的叶片数和叶面积可以看出，表土结皮对陆稻的影响没有土壤压实的影响大，土壤压实对陆稻的影响主要表现在叶面积上。

2.3对株高的影响

由图3可知，各处理平均株高随天数的增加而递增，D1处理在32 d前与其他3组差异不大，32 d后平均株高开始明显低于其他3组，D2、D3、D4的株高在整个苗期差异并不明显。

2.4对植株干重的影响

从表2可以看出，在0.05显著性水平下，从D1到D4处理，根干重、叶干重、总干重和根冠比

都表现显著，D1的根冠比高于其他组，其他各指标的最大值

均出现在D4。D2和D4的植株干重都分别略高于D1和

D3，但影响不是很明显。

压实处理的植株各项干重都明显低于自然组，方差分析差异显著。土壤紧实抑制陆稻根系生长，对前期各项干物质的积累影响较大，且这种影响一直持续到生长后期。消除表土结皮对干物质的积累有一定好处，但影响不是很大。

2.5地上与地下部分的相关性分析

采用SPSS软件对D1组的地上部生物量和地下部生物量进行相关分析。了解各性状之间的相互关系可以为作物栽培提供依据。株高、叶干重和叶面积分别与地下部分2个参数的相关及回归分析如表3所示。由表3可知，株高与根干重、一级分根数之间显著相关；叶干重与根干重、一級分根数之间显著相关；叶面积与根干重、一级分根数之间显著相关；各性状之间的关系都达到了极显著水平，说明陆稻地上与地下部分的形态学参数是高度相关的，通过对某个部分的测定可以很容易推测其他部分的生物量。地下部分的生长受限或生物量积累受到抑制时，就会在地上部分表现出来。

43卷21期陈 林等土壤压实与结皮对红壤中陆稻生长发育的影响

3结论与讨论

（1）该试验选取陆稻苗期进行研究，此时段陆稻生长的好差对后期具有较大的影响。D4组根系的各项测试指标都优于其他组，压实对陆稻根系的生长影响较大。Passioura的研究[15]表明，压实的土壤会引起作物根部激素水平发生变化，减小根系横向和纵向的生长速度。通过取样观察，D2、D4在二级侧根数、须根数以及穿出土壤底部网格的根数上都多于D1和D3组。压实的土壤使根量受到限制，降低根系活力，阻碍根系在土壤中发展。对一级分根数的方差分析显示，24 d前各组差异变化较小，24 d后各组间差异显著，40 d测量时差异达到极显著。表土结皮对根生长的影响较小，这可能是降雨引起的表土结皮厚度较薄，对根系作用不明显。吴发启[16]研究了土壤结皮对小麦出苗率、苗高、产量和生物量都有影响，这可能与土壤含水率有关，结皮降低了土壤的含水率。据研究[17]表明，高容重的土壤阻碍玉米和葵花的扩展，使叶面积缩小，叶片厚度变薄。还有研究[18]表明玉米、烟叶的株高与土壤容重具有显著负相关，综合叶片数和叶面积来看，土壤压实对陆稻叶片数和叶面积的影响较大，压实组明显低于自然组。表土结皮对陆稻有一定的影响，但没有土壤压实的影响大，土壤压实对陆稻的影响主要表现在叶面积上。该试验发现压实对株高的影响并不显著，D1处理在32 d前与其他3组差异不大，32 d后平均株高低于其他3组，但差异并不明显，这与有关研究有部分差异，这可能与测量方法和植物种类有关[19]。

（2）测量过程中捋顺整个植株后，采用直尺从植株基底部到叶尖顶部测量株高，测量发现，每次实测值为整株陆稻中最长的叶片。压实组的叶长在后期生长中与不压实组差距缩小，导致株高的测量差异并不明显。随着土壤容重增加，机械阻力增大，影响细胞的分裂速度，减小根系干物质的积累，根干重与土壤容重呈显著或极显著的线性回归关系[20]。该试验的结果表明，从D1到D4处理，根干重、叶干重、总干重和根冠比都表现显著，D1的根冠比高于其他组，其他各指标的最大值均出现在D4，D2和D4的植株干重都分别略高于D1和D3。对陆稻地上部生物量和地下部生物量进行相关分析显示，株高、叶干重和叶面积分别与根干重、一级分根数之间显著相关。今后还需分析土壤压实对陆稻后期生长的影响以及对产量和品质的影响。

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