不同耕作方式对土壤物理性状及玉米生长发育的影响

刘红亮++李凤海++步蕴法++刘国玲++曹殿云

摘要：为研究深翻、旋耕和深松不同耕作方式处理对土壤耕层物理性状和玉米生长发育的影响，采用长期定位试验，以当地传统耕作方式秋季旋耕为对照，设置免耕、苗期隔行深松30 cm、秋季翻耕30 cm等3种耕作方式，对土壤容重、含水量，单株玉米根系、干物质及玉米产量进行测定和分析。结果表明，不同耕作方式对土壤容重和土壤含水量的影响效果为深松>翻耕>常规旋耕>免耕；在玉米根长、根体积、根表面积，根冠比、籽粒产量方面表现为翻耕>深松>常规旋耕>免耕，翻耕和深松显著大于常规旋耕，二者之间差异不明显。表明翻耕和深松能够有效改善土壤环境，促进玉米根系生长，提高产量，是较适宜的耕作方式。

关键词：耕作方式；土壤物理性状；玉米根系；生长发育；产量

中图分类号：S513.04 文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）08-0052-03

辽宁省是我国春玉米的主要产区，30年来一直采用以小农机为主的连年旋耕耕作方式，土壤的耕层厚度一般不足 15 cm，形成厚度为7～10 cm的犁底层，增加了土壤的容重，使玉米根系下扎困难，根系生长受到严重的影响，无法提高玉米产量[1-3]。适宜耕作方式通过人为改变土壤物理化学性状，调节土壤的水、肥、气、热等因子[4-5]，增加耕层厚度，进而提高土壤的性能，促进根系生长，提高玉米产量[6-7]。目前，有关玉米不同耕作方式对土壤理化性质、根系及作物产量影响的研究[8-11]，主要集中在深松和保护性耕作方面。本试验采用定点试验，通过设置翻耕、深松等不同耕作处理，研究不同耕作方式对土壤含水量、土壤容重、玉米根系和产量的影响，探索适宜的耕作方式，为建立理想耕層提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验地概况及供试材料

试验地设在辽宁省康平县，2013年开始定点试验，选择地块承包后每年只进行浅旋耕，地势平坦、地力均匀。土壤为壤土，碱解氮含量71.5 mg/kg、速效磷含量41.6 g/kg、速效钾含量103.0 mg/kg，pH值6.4。供试品种为郑单958。

1.2试验设计

设置了4种耕作方式处理：（1）秋季旋耕后耙地（CK）；（2）免耕（T1）；（3）苗期隔行深松30 cm（T2）；（4）秋季翻耕30 cm后旋耕耙地（隔年翻耕）（T3）。2013年进行试验处理，2014年开始进行相关数据的采集和测定。种植密度为6万株/hm2，采用随机区组设计，3次重复，每个小区行长10 cm，行距60 cm，每区9行。播种前施用玉米专用肥作底肥，其养分含量N-P2O5-K2O为13%-19%-6%，用量为 600 kg/hm2，其他追肥、定苗病虫害防治及除草等管理措施与当地生产田相同。

1.3项目测定及方法

在玉米的拔节期、吐丝期、灌浆期、成熟期，采集深度0～10、11～20、21～30 cm土样测定土壤容重、土壤含水量；在上述4个玉米生育期取不同处理单株整根系，用Expression扫描仪扫及WinRHIZO根系分析，系统分析得到根长、根表面积、根体积；干物质测定采用烘干法。收获时测产，每个处理取有代表性的15个穗进行考种。

2结果与分析

2.1不同耕作方式对土壤容重的影响

土壤容重是衡量土壤紧实度和土壤孔隙度的重要指标，它可以直接或间接影响作物的生长发育[12]。容重小，土壤的结构性好，疏松多孔透气性好，但是容重过小会使土壤跑墒漏风，进而影响土壤的水分含量；相反，容重大，在一定程度上有助于土壤保墒，过大会使土壤板硬，不但影响土壤中空气含量，还阻碍根系的伸展，降低玉米抗倒伏能力。

从表1可以看出，在玉米不同生育时期，不同耕作处理对各土层容重影响不同。结果显示，0～10 cm土层，在玉米拔节期T1处理显著大于CK、T2、T3处理，成熟期时T1显著大于T2，与其他处理差异不显著；T2在各生育时期均显著小于其他处理；在拔节期T3处理显著小于CK、T1处理但显著大于T2处理，吐丝期T3显著小于T1但显著大于T2，成熟期T3显著大于T2但与其他处理差异不显著。11～20 cm土层，拔节期T2处理显著小于CK、T1、T3处理；吐丝期4个处理土壤容重大小顺序依次为T1>CK>T3>T2处理，其中只有CK与T3处理间差异不显著；成熟期土壤容重大小依次为T1>CK>T3>T2处理，T2处理显著小于其他处理。21～30 cm土层，拔节期T2处理显著小于CK、T1、T3处理，CK、T1、T3处理间差异不显著；吐丝期、成熟期土壤容重大小依次为均呈现T1>CK>T3>T2处理的趋势，CK、T2、T3处理间差异不显

著。说明深松和翻耕能降低土壤的容重，使土壤疏松多孔，有利于通气、储水、保墒，促进玉米根系生长。

2.2不同耕作方式对土壤含水量的影响

土壤水分是玉米生长所必需的成分，通过耕作方式可以改变土壤的理化性状，进而影响土壤的导水性和保水性[13-14]，充足的水分有助于玉米的生长发育，尤其是在玉米生长的关键时期。

从表2可以看出，拔节期不同土层含水量均表现为T3>T2>CK>T1处理，T2处理含水量在0～10、11～20、21～30 cm 土层分别比CK提高1%、7.5%、18%，T3处理分别比CK提高 12.4%、10.9%、19.7%。与拔节期比较，吐丝期各土层的含水量有所下降，总体趋势依次为T2>T3>CK>T1，T2处理含水量在0～10、11～20、21～30 cm分别比CK提高9.9%、12.1%、31.7%，T3处理分别比CK提高9.2%、86%、27.5%。成熟期相对吐丝期变化不大，成熟期相对吐丝期CK的21～30 cm土壤含水量增加较多，其他的变化不太大；随着土层加深CK各层含水量先减小后增大的趋势，T1呈现减小的趋势，T2、T3均呈现增大的趋势，在拔节期根长、根表面积和根体积均呈现T3>CK>T2>T1的趋势，而在大喇叭口期根长和根表面积呈现T3>CK>T1>T2的趋势，且各层含水量依次为T2>T3>CK>T1，其中T2、T3分别比CK增加为116%、8.3%。试验结果表明，深松和翻耕能提高表层和深层土壤水分的含量，提高土壤对水分的入渗量和土壤水库容，为玉米生长发育提供充足的水分，免耕降低了土壤含水量。

2.3不同耕作方式对单株玉米根系生长发育的影响

单株根长是衡量根系生长的重要指标[15]，根表面积是植株吸收养分和水分的基础，根体积越大，根表面积就越大，所以根体积和根表面积是衡量根系吸收功能的重要指标[16]。由表3可见，不同处理单株总根长、根表面积、根体积都随着生育进程先增加后降低，一般至灌浆期达到最大值，成熟期时有所衰减。在拔节期，根长、根表面积和根体积依次均呈现T3>CK>T2>T1，而在大喇叭口期根长和根表面积呈现 T3>CK>T1>T2，T3处理显著大于CK，T1、T2处理比较接近但明显小于CK，表明生育初期玉米根系还不发达，主要集中在0～20 cm土层中，T3处理和CK使表层土壤疏松，有利于根系的伸长生长，T2处理对土壤的松动只局限在深松道内，前期对根系生长的促进效果没有T3处理、CK好。大喇叭口期后玉米植株迅速生长，吐丝期不同处理根长依次表现为T3>T2>CK>T1，各处理差异不显著；根表面积依次表现为T3>T2>CK>T1处理，不同处理间差异不显著；根体积表现为T2>T3>CK>T1处理，处理间差异不显著。灌浆期不同处理根长、根表面积、根体积表现为T2>T3>CK>T1，T2、T3处理显著大于CK、T1，T2、T3处理间差异不显著。成熟期不同处理根长、根表面积依次表现为T2>T3>CK>T1处理，T3、T2处理显著大于CK、T1处理。结果表明，翻耕和深松处理能促进玉米根系生长，且效果明显好于旋耕和免耕处理。

2.4不同耕作方式对玉米干物质积累的影响

从表4可以看出，拔節期根干质量、地上部分干质量不同处理大小顺序依次为T3>CK>T2>T1处理、T3=CK>T2>T1处理，T3根冠比明显高于T1、T2和CK。吐丝期根干质量、地上部干质量不同处理都表现为T3>T2>T1>CK，根冠比差异不明显。成熟期不同处理地上部干质量表现为T2>T3>CK>T1。结果表明，翻耕和深松能促进玉米地上部的生长，且效果明显好于旋耕和免耕处理。

2.5不同耕作方式对玉米产量的影响

不同处理产量测定结果见表5，不同耕作方式对玉米产量影响为T3>T2>CK>T1，T3、T2处理均显著高于T1、CK处理，T1处理显著低于CK，T3、T2处理差异不显著。其中，T3处理籽粒产量比CK高940 kg/hm2，增产9.2%；T2处理比CK高702 kg/hm2，增产6.9%；T1处理比CK低 797 kg/hm2，减产7.8%。产量差异主要取决于穗数、穗粒数、千粒质量，4个处理间的穗数差异不显著；穗粒数依次为T3>T2>T1>CK，千粒质量表现为T2>T3>CK>T1。可见，翻耕和深松提高了穗粒数和千粒质量，从而提高了玉米产量，增产效果明显优于旋耕和免耕。

3结论与讨论

不同耕作方式对土壤容重的影响效果依次为深松>翻耕>常规旋耕>免耕，尤其是在浅层土壤中，深松和翻耕降低容重效果更加明显。深松和翻耕能打破犁底层、降低深层土壤紧实度，使玉米根系更容易下扎；还能使土壤疏松多孔，调节土壤中固、液、气三相的比例，增强土壤接纳水的能力，扩大水库容，有利于玉米根系的生长。土壤容重是土壤紧实度的体现，土壤的容重越大说明土壤的紧实度越高，影响土壤对雨水的下渗能力，降低土壤水分的含量；较低的容重能提高土壤孔隙度，使土壤有良好的通气性，为根系提供良好的水分和空气环境。孔晓民等研究发现，深松与常规旋耕和免耕相比，0～35 cm 土壤容重均有所下降，16～35 cm土层下降幅度最为明显[17]。王忠孝研究发现，在肥料充足的情况下决定玉米生长和产量的主要因素是土壤氧气的含量[18]，与本试验结果相吻合，深松和翻耕均能减小土壤容重，增加土壤中空气含量。

土壤水分含量直接影响土壤对作物的水分供应程度。李旭等研究发现，深松在玉米根系分布密集的11～30 cm的土层中的保墒效果好于常规旋耕，且产量明显提高[19]。与本试验结果相一致，在11～20、21～30 cm土层，免耕小于常规旋耕，深松和翻耕均大于常规旋耕且翻耕大于深松。深松和翻耕均能扩大土壤水库存，提高土壤储水量，促进玉米根系的生长发育。

深松和翻耕可显著提高作物的根系生长，玉米在生育后期拥有较大的根体积和根表面积，有利于提高根系对养分和水分的吸收和转运；增加玉米根长和根冠比，使根系入土更深，从而提高玉米的抗倒伏能力；提高穗粒数、千粒质量等产量构成因素，籽粒产量明显高于常规旋耕。本试验由于只是1年测定数据的结果，深松和翻耕效果差异不太明显，通过多年定点试验和耕作处理，最终确定适宜的耕作形式，对改变现有的耕作方式，培肥地力，改善土壤环境，确保玉米高产稳产具有重要的理论和实践意义。

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