不同灌水量和秸稈還田量對(duì)玉米根系特性及產(chǎn)量的影響

向午燕 董智 王美文 蔡倩 馮晨

摘要：通過對(duì)玉米根系總根長、根表面積、平均根直徑、根干質(zhì)量及玉米產(chǎn)量分析，以秸稈不還田為對(duì)照，研究兩種灌水量3個(gè)秸稈還田量對(duì)玉米根系特性及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，灌水和秸稈還田均利于玉米根系生長與產(chǎn)量形成，成熟期根系總根長、根表面積、根干質(zhì)量隨著秸稈還田量的增加而增長；350 mm灌水量處理下秸稈還田3 000 kg/hm2，450 mm灌水量處理下秸稈還田6 000 kg/hm2玉米產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)明顯。

關(guān)鍵詞：玉米；灌水量；秸稈還田；根系特性；產(chǎn)量；影響

中圖分類號(hào)：S513? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1674-1161（2023）01-0004-03

農(nóng)作物秸稈富含氮、磷、鉀等元素，作為農(nóng)作物生產(chǎn)的廢棄物，秸稈還田循環(huán)是提高土壤有機(jī)質(zhì)的一種有效途徑和不可或缺的保護(hù)性耕作措施，是一種有效保護(hù)土壤的農(nóng)業(yè)管理方式[1]。秸稈還田是提升農(nóng)田土壤肥力，改善土壤養(yǎng)分含量及有效性的重要措施[2]，是土壤培肥與豐產(chǎn)增效的重要技術(shù)途徑，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。2020年我國秸稈直接還田利用率達(dá)到39%，成為秸稈主要的利用方式。作物根系生長影響著水分和養(yǎng)分的吸收與輸導(dǎo)，因此，研究秸稈還田下根系特性對(duì)指導(dǎo)玉米生產(chǎn)具有重要意義。秸稈還田與土壤有機(jī)質(zhì)及氮素有效性關(guān)系緊密，能綜合改善土壤的結(jié)構(gòu)，提高肥料利用率[4]，促進(jìn)根系生長效果，增強(qiáng)作物抗倒伏能力，但對(duì)不同年型下不同秸稈還田量玉米的根系特性研究鮮見報(bào)道。利用遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物抗旱模擬試驗(yàn)場開展盆栽模擬試驗(yàn)，探究不同灌水量和秸稈還田量處理下玉米根系特性和產(chǎn)量，為明確旱作農(nóng)業(yè)區(qū)不同降雨條件下的適宜秸稈還田量提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

玉米品種：鄭單958。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019—2020年在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物抗旱栽培模擬實(shí)驗(yàn)場移動(dòng)式防雨棚下進(jìn)行，無雨天氣時(shí)打開防雨棚，降雨時(shí)則關(guān)閉。采用盆栽試驗(yàn)法，人工模擬補(bǔ)充灌溉，設(shè)350 mm（W1）和450 mm（W2） 2個(gè)灌溉水平，4個(gè)還田處理量水平以秸稈不還田為對(duì)照（C0）、11 g（C1，相當(dāng)于還田量為3 000 kg/hm2）、22 g（C2，相當(dāng)于還田量為6 000 kg/hm2）、33 g（C3，相當(dāng)于還田量為9 000 kg/hm2），玉米秸稈長度為5～8 cm，每個(gè)處理9次重復(fù)。施肥量一致，基肥尿素3.5 g，粒狀過磷酸鈣13.2 g，顆粒硫酸鉀3.2 g，拔節(jié)期追肥5.72 g。

1.3 觀測指標(biāo)及方法

1） 玉米根系特性：分別在作物拔節(jié)期、開花期、成熟期取樣，測定相關(guān)根系指標(biāo)。將取樣植株根系從盆中取出，然后用小水流緩慢沖洗，沖洗時(shí)下邊放置100目篩子，以防止根系丟失。沖洗完畢后用掃描儀（EPSON 12000XL）掃描根系，將得到的圖片用Win RHIZO根系形態(tài)分析系統(tǒng)（加拿大Regent）進(jìn)行數(shù)字化處理，定量分析植株根系總根長、表面積和根系平均直徑等，并將掃描后的根系放入牛皮紙袋中，于105 ℃的烘箱中殺青30 min后，80 ℃烘至恒質(zhì)量，冷卻后用萬分之一的電子天平稱量干質(zhì)量。

2） 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素：在收獲期收取剩余盆栽玉米進(jìn)行測產(chǎn)，用谷物水分儀測定籽粒含水量，折合成含水率14%的產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米根系特性

如圖1所示，W1，W2灌水量處理下，秸稈還田處理后在拔節(jié)期總根長不占優(yōu)勢(shì)，并且隨著秸稈還田量的增加而降低，W1處理下C1，C2，C3水平下平均可分別降低4.72%，18.18%和30.66%，W2處理下分別可降低9.28%，18.25%和30.90%，且C0與C2，C3的差異達(dá)到顯著；C2，C3處理下總根長在開花期明顯高于秸稈不還田處理，W1處理下可分別高出7.99%和17.90%，W2處理下可分別高出10.70%和14.02%；成熟期不同水分水平下均表現(xiàn)出秸稈還田處理的總根長大于秸稈不還田處理，且隨著秸稈還田量的增加而增加，這表明秸稈還田處理可以促進(jìn)作物根系總根長。

如圖2所示，植株根表面積在不同生育期的變化趨勢(shì)與總根長有相似規(guī)律，均表現(xiàn)為在拔節(jié)期之前抑制了根系的表面積形成，并且秸稈不還田與C2，C3秸稈還田量直接差異性顯著；開花期秸稈還田量C2，C3處理對(duì)根系表面積具有一定的優(yōu)勢(shì)，這種優(yōu)勢(shì)隨著還田量的增加而增加，但總體變化均不顯著；成熟期秸稈還田處理下的優(yōu)勢(shì)明顯高于不還田處理，且隨著還田量的增加而增加，W2處理下C2，C3與C0的差異達(dá)到顯著。

如圖 3所示，植株平均根直徑的變化與總根長、根表面積均不同，秸稈還田后根系在拔節(jié)期、開花期、成熟期與秸稈不還田間均沒有顯著性差異，且各秸稈還田量之間也不存在顯著性差異?？梢钥闯鯳1灌水處理下的平均根直徑明顯大于W2灌水處理，可見土壤含水量低促進(jìn)了根系直徑的增加。

如圖4所示，根干質(zhì)量在拔節(jié)期、開花期、成熟期的變化趨勢(shì)與根系總根長、根表面積相似。拔節(jié)期秸稈還田抑制了根系干物質(zhì)的形成，并且干物質(zhì)量隨著秸稈還田量的增加而降低；在開花期，秸稈還田下根系干物質(zhì)量隨著秸稈還田量的增加而增加，但與秸稈不還田相比差異不顯著；成熟期總體趨勢(shì)依然是根系干物質(zhì)量隨著秸稈還田量的增加而增加，但幾個(gè)處理之間差異并不顯著。

2.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

由表1可見，相同秸稈還田量下，增加灌水量可以顯著增加玉米產(chǎn)量，穗長、穗粗、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量也明顯增加；相同灌水量下，秸稈還田處理產(chǎn)量比無秸稈還田具有優(yōu)勢(shì)，在W1處理下表現(xiàn)為W1C1＞W(wǎng)1C2＞W(wǎng)1C3＞W(wǎng)1C0，在W2處理下表現(xiàn)為W2C2＞W(wǎng)2C3＞W(wǎng)2C1＞W(wǎng)2C0。

3 結(jié)論

灌水和秸稈還田均利于玉米根系的生長與產(chǎn)量的形成，成熟期根系總根長、根表面積、根干質(zhì)量隨著秸稈還田量的增加而增大。本試驗(yàn)條件下，350 mm灌水量處理下秸稈還田3 000 kg/hm2、450 mm灌水量處理下秸稈還田6 000 kg/hm2產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)明顯。

參考文獻(xiàn)

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Effects of Different Irrigation and Straw Returning Amounts on Root Characteristics and Yield of Maize

XIANG Wuyan1，2，4，DONG Zhi1，2，4，WANG Meiwen3，Cai Qian1，2，4，F(xiàn)eng Chen1，2，4*

（1.Tillage and Cultivation Research Institute， Liaoning Academy of Agricultural Sciences， Shenyang 110161， China; 2. Key Laboratory of Water-saving Agriculture in Northeast China， Shenyang 110100， China; 3. Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China; 4. Liaoning Key Laboratory of Conservation Tillage in Dry Land， Shenyang 110161， China）

Abstract： Based on the analysis of total root length， root surface area， average root diameter， root dry weight and maize yield， the effects of three straw returning amounts on maize root characteristics and yield under two irrigation amounts were studied with straw not returning to the field as the control.The results showed that irrigation and straw returning were beneficial to the growth of maize root system and the formation of maize yield. The total root length， root surface area and root dry weight increased with the increase of straw returning amount in mature stage. The yield advantage of straw returning to the field under 350 mm irrigation was 3 000 kg/hm2， and that under 450 mm irrigation was 6 000 kg/hm2.

Key words： maixe；irrigation amount; straw returning ; root characteristics; yield；effect