覆膜滴灌条件下灌水量对玉米根系分布特征的影响

白有帅，贾生海，雒天峰(.甘肃农业大学工学院，兰州 730070；.甘肃省水利科学研究院，兰州 730000)

覆膜滴灌的增温、保墒及增产效果，已经被众多学者认同[1-3]。同时，覆膜滴灌条件下根系生长及其分布状况也引起了许多学者的关注[4-6]。根系是玉米生长的重要器官之一，作为SPAC系统中水分传输的必经通道，其在土壤剖面中的分布决定了其吸收养分和水分的能力，同时也是准确量化植被与气候间相互作用不可缺少的参数[7]。土壤水分变化对作物生长及其根系分布产生重要的影响[8-11]。研究表明，玉米根长、根干重均随土壤深度的增加基本呈递减类型，玉米成熟期根深可达160 cm[7,12]。

目前，覆膜滴灌条件下对作物地上部生物量、水分利用效率及产量方面的研究较多[13,14]，且多集中在在棉花、小麦等浅根作物方面，对覆膜滴灌条件下玉米根系的研究报道相对较少，且报道一般局限于盆栽[15,16]、土箱栽培[17,18]。试验通过混凝土箱，在大田气候条件下设置不同灌水量来研究玉米在不同土层的根重百分比、根径及其土层分布状况，旨在为覆膜滴灌条件下合理的设计灌溉制度提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2015年4-10月在甘肃省水利科学研究院民勤灌溉试验站进行，试验区地处民勤绿洲和腾格里沙漠交界地带，属典型的大陆性荒漠气候，地理位置东经130°05′10″，北纬38°37′18″。降雨稀少，蒸发量大，风沙多。多年平均气温7.8 ℃，极端最高气温为39.5 ℃，极端最低气温为-27.3 ℃，多年平均降雨量110 mm，蒸发量2 644 mm，日照时效3 028 h，大于等于10 ℃积温为3 145 ℃，大于0 ℃积温为3 550 ℃，无霜期达150 d，最大冻土深115 cm，降雨年内分布不均衡，90%的降雨主要集中在7-9月，属典型的内陆干旱季风气候。试验区土质为均质黏壤土，平均田间持水量和密度分别为22.9%和1.59 g/cm3。

1.2 研究材料及方法

研究玉米品种为先玉335，种植在长、宽分别为180和120 cm的混凝土箱中，行距为40 cm，株距为30 cm，滴管带铺设在两行玉米之间，共铺设两条滴管带，水头压力为3 m。在玉米各生育期每个处理挖掘三株玉米，面积为40 cm×30 cm，每20 cm 为一个土层，共挖深100 cm。将挖出的玉米根通过水洗后采用数显游标卡尺测量其长度、直径，并用精度为0.01 g的电子秤称重。玉米生长的苗期、拔节期、大喇叭口期、开花期、灌浆期分别灌水定额为450、525、600、900 m3/hm2，设置处理对应为A、B、C、CK(大田漫灌)。

采用Microsoft Excel 2007软件进行绘图、数据处理及统计分析。

2 结果与分析

2.1 全生育期灌水量对玉米根重及其分布的影响规律

图1反映了玉米不同生育期各处理土层深度和根重之间的变化关系。由图1可知，土层深度不同，各处理根重有明显变化，尤其以土层深度为20 cm的根重最为明显；在0～100 cm土层，根重较大比例主要分布在0～20 cm土层范围。由图1(a)可知，在玉米拔节期，各处理根重随着土层的变化规律基本一致，均表现出G20>G60>G40>G80>G100(其中G20、G40、G60、G80、G100分别代表各土层根的干重)，随着灌水量的不同，同一土层剖面，根重差异明显：土层为20 cm时，以处理C的根重为最大，CK及处理B次之，处理A的最小，这与灌水量相互对应。由图1(b)可知，0～20 cm 土层质量明显大于其他土层，且分布依次随土层增加而递减；G20最大，G100最小，且在0～20 cm土层表现出处理C的根重最大，处理B、A次之，CK最小。图1(c)反映的是大喇叭口期各处理根重随土层深度的变化规律。在该生育期，0～20 cm土层根重依然最大，且CK较其他处理大，处理C、B次之，A最小。图1(d)反映的是灌浆期各处理根重随土层深度的变化规律，在0～20 cm土层，根重大小依次为CK、B、C、A。

图1 不同生育期玉米土层深度与根重之间的变化关系

从根重的百分比可以看出：拔节期，处理A、B、C、CK在0～20 cm土层所占的重量百分比分别为66.47%、 62.99%、78.87%、79.74%，在0～40 cm土层所占的重量百分比分别为77.65%、 78.49%、85.47%、86.73%；在大喇叭口期，各处理A、B、C、CK在0～20 cm土层所占的重量百分比分别为66.47%、 62.99%、78.87%、79.74%，在0～40 cm土层所占的重量百分比分别为63.23%、 69.90%、89.14%、82.46%；在开花期，处理A、B、C、CK在0～20 cm土层所占的重量百分比分别为78.33%、 88.81%、88.73%、71.91%，在0～40 cm土层所占的重量百分比分别为83.74%、 92.94%、93.55%、80.83%；在灌浆期，处理A、B、C、CK在0～20 cm土层所占的重量百分比分别为69.07%、 74.65%、80.51%、77.91%，在0～40 cm土层所占的重量百分比分别为82.96%、 88.30%、85.99%、86.97%。由数据分析发现，不同生育期，各处理在0～20 cm根重百分比均在60%以上，而各处理在0～40 cm根重百分比高达80%以上，只有在拔节期处理A、B，及大喇叭口期处理A根重百分比在70%～80%之间。这就说明，玉米根系主要分布在0～40 cm的土壤中。

2.2 全生育期灌水量对玉米平均根径的影响规律

图2反映了不同生育期不同灌水量条件下土层深度与玉米平均根径之间的变化关系。由图2(a)可知，在拔节期，各处理随着土层深度的增加，平均根径表现出减小的趋势，0～20 cm 平均根径最大，在80～100 cm处平均根径最小；在0～20 cm土层，处理A的平均根径最小，依次为处理B、C，CK最大。这就说明灌水方式和灌水量均对玉米根径大小产生影响，灌水量越大平均根径越大，漫灌有利于作物拔节期根径的快速增长。由图2(b)可知，在大喇叭口期，同样表现出随着土层深度的增加，平均根径逐渐减小的趋势，尤其在0～40 cm土层减少最明显，在40～100 cm根径变化幅度不大；在0～20 cm土层，处理A的平均根径最小，依次为处理B、C，CK最大，与拔节期0～20 cm土层根径变化一致。由图2(c)可知，在开花期，随着土层深度的增加，处理A、B与对照CK变化规律一致，均为依土层深度增加而减小，处理A在0～60 cm随土层深度增加，平均根径减小，在60～80 cm平均根径反而大于40～60 cm土层，这与上部水分亏缺，吸收地下土壤水分，导致根系发达有关；在0～20 cm土层，处理A的平均根径最大，CK、C次之，B处理最小；而A灌水量最小，平均根径最大与其较深土壤干燥，作物必须通过吸收较浅土层水分而致使根系发达有关。由图2(d)可知，在灌浆期，处理A、B、C变化规律一致，均是随着土层深度的加深，平均根径逐渐减小的趋势，而CK表现出在40～60 cm根径大于20～40 cm根径，分析其原因，认为这与灌水方式密切相关。

2.3 全生育期灌水量对玉米根长的影响规律

图3反映了拔节期、大喇叭口期、开花期及灌浆期不同灌水量条件下土层深度与玉米根长之间的变化关系。由图3可知，不同的土层及灌水量均对根长产生了较大影响。由图3(a)可知，根的长度总和在0～20 cm土层比其他土层均多，20～40、40～60 cm土层次之，80～100 cm 根长最小；0～40 cm土层，处理C、D、CK的根长较大，40～80 cm处理C的根长最大，80～100 cm对照CK的根长最大。由图3(b)可知，在大喇叭口期，根长度随着土层的加深逐渐减小的趋势，根长主要分布在0～40 cm土层；0～20 cm土层D处理根长最大，20～40 cm土层对照CK根长最大，其余土层A处理最大。由图3(c)可知，开花期根长主要分布在0～40 cm土层；0～20 cm土层C处理根长最大，20～40 cm土层对照根长最大，40～60 cm土层，处理A根长最大，60～80 cm土层处理B的根长最大，而在80～100 cm土层对照的根长最大。由图3(d)可知，灌浆期根长主要分布在0～60 cm土层；0～40 cm，最大根长为处理C，40～80 cm土层，处理B根长最大，80～100 cm土层，对照CK根长最大。

图2 不同生育期玉米土层深度与根径之间的变化关系

图3 不同处理土层深度与玉米根长之间的变化关系

3 结 语

同一生育时期，灌水量不同，各处理不同土层根重变化较大，但其变化规律基本一致，均随着土层深度的增加，根重逐渐减小，这与刘晶淼[7]研究通过玉米根系在土壤剖面中的分布结果一致。在0～100 cm土层，根重较大比例主要分布在0～20 cm土层范围。从根重的百分比可以看出，各处理，不同生育期，处理A、B、C、CK在0～20 cm土层所占的重量百分比均在60.0%以上，0～40 cm土层所占的重量百分比均在60%～90%之间，可见玉米根系主要分布在0～40 cm土层中。该结论与张喜英[8]在研究太行山山前平原夏玉米根系生长发育状况， 指出夏玉米最大根深为1.2 m，80%以上的根系集中在0～40 cm土层中的结论相似。从土层深度与玉米平均根径之间的变化关系，可以看出0～40平均根径较大，这与0～40 cm根径所占的百分比较大相呼应。从各生育期不同土层的根长可以看出，根长最大值主要分布在0～40 cm土层，这与根重及根径的土层分布规律相似；在覆膜滴灌条件下，0～40 cm土层，灌水量增加其根长随着增加，在40～100 cm土层，灌水量变化对其根长的影响规律性不明显，这可能与各处理土壤质地及土壤初始含水量等有关。

[1] 刘 洋，栗岩峰，李久生,等.东北半湿润区膜下滴灌对农田水热和玉米产量的影响[J].农业机械学报，2015,(10):93-104,135.

[2] 姬景红，李玉影，刘双全,等.覆膜滴灌对玉米光合特性、物质积累及水分利用效率的影响[J].玉米科学，2015,(1):128-133.

[3] 吕国梁.玉米滴灌条件下不同覆膜方式的节水增产效应研究[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2011.

[4] 齐广平，张恩和，张步翀,等.不同含盐基质对膜下滴灌玉米根系生长及根区水盐含量的影响[J].中国沙漠，2007,(6):1 007-1 011.

[5] 徐宝山，贾生海，雒天峰,等.膜下滴灌不同灌水定额对玉米根系生长的影响[J].水土保持研究，2014,(5):272-276,284.

[6] 王允喜，李明思，蓝明菊.膜下滴灌土壤湿润区对田间棉花根系分布及植株生长的影响[J].农业工程学报，2011,(8):31-38.

[7] 刘晶淼，安顺清，廖荣伟,等.玉米根系在土壤剖面中的分布研究[J].中国生态农业学报，2009,(3):517-521.

[8] 张喜英.作物根系与土壤水分利用[M].北京:气象出版社，1999:44-45,171-186.

[9] 张俊鹏，刘祖贵，孙景生,等.不同水分和覆盖处理对土壤水热和夏玉米生长的影响[J].灌溉排水学报，2015，(2):25-28,60.

[10] 袁江杰，李光永，袁子程.地下滴灌带类型对玉米根系生长和产量的影响[J].灌溉排水学报，2015,(12):14-18.

[11] 李紫燕. 旱作春玉米生长动态及根系时空分布对不同水分管理模式的响应[D].陕西杨凌：西北农林科技大学，2014.

[12] 李少昆，涂华玉，张旺峰.玉米健壮素对玉米生长和产量的影响[J].新疆农业科学，1991,(6):243-246.

[13] 张鲁鲁，蔡焕杰，王 健. 膜下滴灌对温室甜瓜水分利用效率及品质影响[J].节水灌溉，2011,(4):7-10.

[14] 李国佳. 赤峰市丘陵山区玉米膜下滴灌增产增效效果分析[J].节水灌溉，2014,(10):15-17,21.

[15] 齐 伟，张吉旺，王空军，等.干旱胁迫对不同耐旱性玉米杂交种产量和根系生理特性的影响[J].应用生态学报，2010,(1):48-52.

[16] 刘培利，林 琪，隋方功，等.紧凑型玉米根系高产特性的研究[J].玉米科学,1994,(1):59-63.

[17] 姜文顺，王空军，吴秋平，等.夏玉米杂交种登海3719根系分布与竞争力[J].作物学报，2008,34(9):1 650-1 655.

[18] 李从锋，刘 鹏，王空军，等.玉米雄性不育系及其同型可育系根系的时空变化[J].应用生态学报，2008,19(10):2 209-2 214.