深松措施下磷肥施用深度對春玉米根系特性的影響

張瑞富，張玉芹，楊恒山

(內(nèi)蒙古民族大學 農(nóng)學院,內(nèi)蒙古飼用作物工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

有研究表明，玉米吸收養(yǎng)分根系的吸收活力區(qū)主要在 0～40 cm 土層[1]，大喇叭口期吸收的活躍層在10～20 cm 土層，乳熟期下移到20～40 cm 土層[2]，吐絲后高吸收活力的根系主要集中在 5～20 cm 土層[3]，淺層施磷難以實現(xiàn)根層磷素分布與玉米根系吸收活躍層在時空上的耦合，導致磷素對玉米的有效性降低[4]。肥料深施促進根系向下生長，將深松與磷肥下移相結(jié)合，促進玉米深層根系的發(fā)生，迎合高產(chǎn)玉米“橫向緊縮、縱向延伸”的特點，又能使磷素養(yǎng)分空間的分布與玉米根系分布實現(xiàn)耦合，有利于磷素養(yǎng)分吸收[5]。磷肥深施能夠誘導根系向土壤深層生長，趙亞麗等[3]提出，磷肥集中施在 15 cm 土層效果最好，優(yōu)于磷肥平均分層施用和淺施，楊云馬等[6]指出，磷肥施用深度對夏玉米總根長及在土壤中的分布有顯著影響，以磷肥集中施在 24 cm 土層最好。施磷的適宜深度不同，與土壤類型、土壤水分[7]、土壤養(yǎng)分[8]、耕作方式[9]等環(huán)境因子有關(guān)。西遼河平原為石灰性土壤，磷素有效養(yǎng)分含量低，春玉米種植磷肥普遍高量淺施，施磷深度大多5～6 cm，加之磷素在土壤中移動較慢，導致土壤磷素的垂直分布呈表層富集而下層不足的特點[10-11]，深松是東北春玉米高產(chǎn)栽培的主要措施之一，深松可促進根系的生長，尤其深層根系比例增加[12-13]，與磷肥供需空間上矛盾更為突出。深松措施下如何施磷肥，使玉米根系與磷素在空間上充分耦合，提高磷肥利用效率亟待解決。本研究以不同玉米品種為試驗材料，探討深松措施下磷肥施用深度對春玉米根系特性的影響，為西遼河平原玉米高產(chǎn)栽培磷肥合理運籌提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

西遼河平原灌區(qū)，海拔178 m，年平均氣溫6.8 ℃，≥10 ℃的活動積溫平均3 200 ℃，平均無霜凍期150 d左右，平均降水量384.6 mm，土壤肥沃，井灌條件良好，具有實現(xiàn)玉米大面積超高產(chǎn)的潛力和優(yōu)勢，玉米播種面積占糧食播種面積的75%，單產(chǎn)較全國平均單產(chǎn)高40%以上，總產(chǎn)約占內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米總產(chǎn)的30%。試驗田土壤為灰色草甸黑土，是當?shù)刂饕寥李愋停?014年在內(nèi)蒙古通遼市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園區(qū)進行，2015年在開魯縣蔡家堡進行，2年0～20 cm表層土壤養(yǎng)分含量見表1。

表1 0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量Tab.1 Nutrient content in 0-20 cm soil layer

1.2 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)設(shè)計，以耕作方式為主區(qū)，設(shè)旋耕(R)和深松+旋耕處理(S+R)2個處理，旋耕作業(yè)深度15 cm，深松作業(yè)深度35 cm；供試品種為鄭單958和先玉335；施磷深度為副區(qū)，在旋耕和深松旋耕措施下分別設(shè)施磷6(P6)，12(P12)，18(P18)，24 cm(P24)4個處理，采用2BYSF～3型精密玉米播種機調(diào)整施肥犁鏵入土深度達到處理要求后進行施肥并精量點播。每處理3次重復，小區(qū)面積200 m2(4 m×50 m)，種植密度為7.5萬株/hm2；試驗田均基施氮(N)15 kg/hm2、鉀肥(K2O)45 kg/hm2、磷肥(P2O5)125 kg/hm2；在小喇叭口期隨趟地一次性追施氮(N)356 kg/hm2。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。采用低壓管灌的方式分別在拔節(jié)期、吐絲期、灌漿前期灌水3次，灌水量40～60 m3/次。2014年5月1日播種，9月29日收獲；2015年5月3日播種，10月2日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 根系生物量及比根長 各小區(qū)均吐絲期和乳熟期在同行內(nèi)取連續(xù)3株，以第1株1/2株距處到第3株1/2株距處為長，以1/2行距為寬，每20 cm一層挖長方形樣方，取根深度為60 cm，共3層，將每層根系和土壤裝入網(wǎng)袋，用水浸泡后洗凈并剔除雜質(zhì)，撿出死根后于105 ℃殺青30 min，在80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。吐絲期將根系樣品洗凈后，用美國CID公司的CI～400型根系圖像分析系統(tǒng)測定根系的長度，根據(jù)根干質(zhì)量和根長度折算比根長，比根長為根系長度和根干質(zhì)量的比值。

1.3.2 根系活力活性 吐絲期、乳熟期與生物量測定取樣同步，取樣方法相同，挑取足量新鮮根系洗凈，放入保鮮箱帶回實驗室采用氯化三苯基四氮唑(TTC)還原法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用SPSS軟件進行處理間的差異顯著性分析和方差分析。

圖1 深松措施下磷肥施用深度對春玉米根干質(zhì)量的影響Fig.1 Effect of phosphorus application depth of spring maize on root dry weight under the measures of subsoiling

2 結(jié)果與分析

2.1 深松措施下磷肥施用深度對春玉米根系生物量的影響

由圖1可知，旋耕措施下吐絲期0～20 cm土層根干質(zhì)量P12和P18與P6(常規(guī)施磷深度)差異不顯著，均顯著高于P24；乳熟期P24與P6差異不顯著，均顯著低于P12和P18；吐絲期20～40 cm和40～60 cm土層根干質(zhì)量磷肥深施均高于P6，以P12最高，說明磷肥適當深施下層根干質(zhì)量增加，淺施和過度深施均不利于根系發(fā)育。在深松+旋耕措施下0～20 cm土層根干質(zhì)量吐絲期施磷深度處理間差異均不顯著，除先玉335乳熟期外均高于正常施磷P6；20～40 cm土層吐絲期和乳熟期均為P12和P18較高，40～60 cm土層鄭單958吐絲期和乳熟期均為 P12最高，先玉335 P12和P18較高。說明深松利于深層根系發(fā)育，磷肥下移與根系分布相吻合，且促進根系發(fā)生，磷肥施入12～18 cm有利于根干質(zhì)量的積累。2個品種春玉米各層根系干質(zhì)量變化趨勢基本一致。不同耕作措施下2個品種春玉米根干質(zhì)量總體為深松+旋耕>旋耕措施，可能深松+旋耕措施促進春玉米根系發(fā)生，尤其下層根系，且下層根系生育后期衰老較慢所致。

圖2 深松措施下磷肥施用深度對春玉米比根長的影響Fig.2 Effect of phosphorus application depth of spring maize on specific root length under the measures of subsoiling

2.2 深松措施下磷肥施用深度對春玉米比根長的影響

由圖2可知，旋耕措施下吐絲期0～20 cm土層和40～60 cm土層比根長均以P12最高，除鄭單958 40～60 cm土層外，P18與P6(常規(guī)施磷深度)差異不顯著，P24最低；20～40 cm土層P24最高，P12次之，P18最小，乳熟期和吐絲期趨勢基本一致。深松+旋耕措施下0～20 cm土層吐絲期和乳熟期均為P12最高，P18和P6差異不顯著，P24最低；40～60 cm土層吐絲期和乳熟期P12和P18差異不顯著，P12高于P6和P24，除鄭單958乳熟期外，P6和P24差異不顯著，乳熟期P24顯著高于P6，說明深松措施下磷肥深施可延緩生育后期根系衰老維持較高根系長度。2個品種春玉米各層根系比根長變化趨勢基本一致，不同耕作措施下2個品種春玉米根系比根長總體為深松+旋耕>旋耕措施。

2.3 深松措施下磷肥施用深度對春玉米根系活力的影響

由圖3可知，旋耕措施下，0～20 cm土層根系活力吐絲期和乳熟期均為P12最大，P18和 P6(常規(guī)施磷深度)差異不顯著，P24最?。?0～40 cm土層和40～60 cm土層吐絲期和乳熟期均為P12最高。深松+旋耕措施下0～20 cm,40～60 cm土層吐絲期、乳熟期均為 P12和P18二者差異不顯著，均高于P6(常規(guī)施磷深度)；20～40 cm吐絲期P12最高，P18和P24差異不顯著，三者均高于P6，乳熟期P12和P18差異不顯著，高于P24。2個品種春玉米根系活力變化趨勢基本一致，吐絲期和乳熟期深松+旋耕措施下各土層根系活力均高于旋耕，說明深松+旋耕措施下對根系活力影響更為明顯，不同磷肥施用深度下，施磷12～18 cm對提高春玉米的根系活力最為有利。

圖3 深松措施下施磷深度對春玉米根系活力的影響Fig.3 Effect of phosphorus application depth of spring maize on root activity under the measures of subsoiling

2.4 春玉米根系干質(zhì)量、比根長和根系活力與產(chǎn)量相關(guān)性

由表2可知，吐絲期0～20 cm土層根系干質(zhì)量與產(chǎn)量相關(guān)性顯著，20～60 cm根干質(zhì)量與產(chǎn)量相關(guān)不顯著，乳熟期各土層根系干物質(zhì)重與產(chǎn)量均極顯著相關(guān)；吐絲期20～40 cm土層比根長與產(chǎn)量顯著，吐絲期0～20 cm，40～60 cm土層和乳熟期各土層比根長與產(chǎn)量極顯著相關(guān)；吐絲期0～20 cm和乳熟期0～60 cm各土層根系活力與產(chǎn)量均極顯著相關(guān)，且吐絲期20～40 cm和40～60 cm土層根系活力與產(chǎn)量顯著相關(guān)。綜合分析，深松和磷肥深施后，延緩后期根系早衰，保持較高的根系長度及較高的根系活力是增產(chǎn)的主要因素，因此，以下對乳熟期根干質(zhì)量、比根長和根系活力進行方差分析。

表2 根系干質(zhì)量、比根長和根系活力與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系Tab.2 The correlation between yield and root dry weight, specific root length,root activity

注：**.0.01水平顯著;*.0.05水平顯著。表3-5同。

Note:**.Extremely remarkable difference(P<0.01);*.Remarkable difference(P<0.05).The same as Tab.3-5.

2.5 深松措施下不同施磷深度處理春玉米乳熟期根干質(zhì)量、比根長和根系活力方差分析

2.5.1 根干質(zhì)量方差分析 以品種為A因素，耕作措施為B因素，施磷深度為C因素，依據(jù)根系生物量結(jié)果進行方差分析，分析結(jié)果見表3，0～20 cm土層根系干物質(zhì)質(zhì)量品種間、耕作措施間和施磷深度間差異均達到了極顯著水平；20～40 cm和40～60 cm土層根系干質(zhì)量耕作措施間和施磷深度間差異均達到了極顯著水平，品種間差異不顯著。從各因素交互作用的方差結(jié)果來看，耕作措施和施磷深度交互0～20 cm和20～40 cm土層根系干物質(zhì)質(zhì)量差異達到了顯著水平，耕作措施與品種間、施磷深度與品種間和三者之間的交互作用0～20 cm土層根系干物質(zhì)質(zhì)量差異達顯著水平，20～60 cm土層差異不顯著。說明品種、深松和磷肥深施對0～20 cm土層根系均有影響，品種對20 cm以下根系干物質(zhì)質(zhì)量影響較小，20 cm以下根系生物量增加主要與深松和磷肥深施有關(guān)。

表3 深松措施下不同施磷深度處理春玉米根系生物量方差分析Tab.3 Results of different treatments on spring maize root dry weight variance analysis under the measures of subsoiling

2.5.2 比根長方差分析 如表4所示，比根長方差分析結(jié)果表明，0～20 cm比根長品種間差異顯著，40～60 cm土層比根長品種間差異未達顯著水平。0～60 cm各土層比根長耕作措施間和施磷深度間差異均達到了極顯著水平。從各因素交互作用的方差結(jié)果來看，耕作措施和施磷深度間0～40 cm土層比根長差異達到了極顯著水平，耕作措施與品種間、施磷深度與品種間和三者之間的交互作用均不顯著。說明0～20 cm土層比根長與品種關(guān)系密切，影響比根長的主要因素是深松和磷肥施用深度，尤其是深層土層。

2.5.3 根系活力方差分析 由表5可知，根系活力方差分析結(jié)果顯示，品種間和施磷深度間各土層根系活力差異均未達顯著，耕作措施間20～40 cm土層根系活力差異極顯著，40～60 cm土層差異顯著。從各因素交互作用的方差結(jié)果來看，耕作措施與品種間、施磷深度與品種間和三者之間的交互作用均不顯著。說明根系活力主要與深松關(guān)系密切，尤其20 cm以下土層影響更大。

表4 深松措施下不同施磷深度處理春玉米比根長方差分析Tab.4 Results of different treatments on spring maize specific root length variance analysis under the measures of subsoiling

表5 深松措施下不同施磷深度處理春玉米根系活力方差分析Tab.5 Results of different treatments on spring maize root activity variance analysis under the measures of subsoiling

3 結(jié)論與討論

深松可以疏松土壤，打破犁底層，改善土壤的通透性，促進根系生長[14-15]，特別是下層根系干質(zhì)量的增加，增加根系縱深分布，春玉米根系重心下移[12,16]。而把磷施在植株根系密集區(qū)域，可以增加根系與土壤接觸面積，促進根系生長。范秀艷等[17]指出分層施磷(磷肥下移) 能促進較深土層根系的生長，陳夢楠等[18]深施磷肥可以調(diào)節(jié)冬小麥根長分布，促進根系下扎，本研究中，深松措施下，2個品種深施磷肥(≥12 cm)20～40 cm和40～60 cm土層根干質(zhì)量較高，通過根系方差分析結(jié)果表明，20 cm以下根系生物量增加主要與深松和磷肥深施有關(guān)，品種對20 cm以下根系干物質(zhì)質(zhì)量影響較小。

研究指出，深松和磷肥深松均可延緩生育后期根系衰老，保持較高活力[12,19]。本研究中，旋耕和深松旋耕措施下總體表現(xiàn)0～20 cm土層P12比根長最高，20～40 cm土層P24旋耕措施下較高，這可能是由于犁底層的存在，旋耕措施下根系的下扎受阻而表現(xiàn)出增粗生長，所以深土層P6比根長小而P24比根長較大。不同耕作措施間各土層比根長表現(xiàn)為深松+旋耕處理高于旋耕處理，深松+旋耕措施下P18和P12較高，與深松打破犁底層根條數(shù)增加且促進下層根系發(fā)生有關(guān)。比根長和根系活力方差分析表明，影響比根長的主要因素是深松和磷肥施用深度，尤其是深層土層，根系活力主要與深松關(guān)系密切，尤其20 cm以下土層影響更大，與磷肥施用深度不顯著。

關(guān)于磷肥深施后的效果結(jié)論不一，有研究指出，磷肥深施只能促進玉米生育前期的生長發(fā)育[20-21]，也有研究表明，只有當土壤磷含量較低時，磷肥深施才有效果[22-23]。磷肥最佳施用深度也有不同結(jié)論，趙亞麗等[3]指出，磷肥集中深施在15 cm土層時效果最好,范秀艷等[17]研究表明，8，16 cm處各施1/2效果較好。從本研究結(jié)果來看，在長期小動力機械作業(yè)的連作玉米區(qū)，深松措施下施磷深度為12 cm效果明顯，玉米生產(chǎn)免耕、深松等措施不盡相同，需根據(jù)春玉米根系在土壤中的分布特點及生理特性合理調(diào)控施磷深度，以實現(xiàn)春玉米根系生長與磷肥施用的時空耦合，提高磷肥的吸收和利用效率。

深松措施下，2個品種春玉米0～20 cm根干質(zhì)量不同施磷深度間差異不顯著，20～40 cm土層根干質(zhì)量P12最高，且各土層比根長、根系活力均以施磷12 cm處理最高。生育后期根系生物量、比根長和根系活力與產(chǎn)量極顯著相關(guān)，其中，根系生物量和比根長的主要影響因素是深松和磷肥施用深度，較高的根系活力與深松密切相關(guān)。