深松對春玉米田土壤物理結構及玉米根系指標的影響

高 鵬，孫繼穎，高聚林，于曉芳，王志剛，胡樹平，劉 劍，包海柱，紀 楠

（1.內蒙古農業(yè)大學 農學院，內蒙古 呼和浩特 010019；2.內蒙古農業(yè)大學 職業(yè)技術學院，內蒙古 包頭 014109）

土壤對作物產量具有直接影響，其中耕層深度與土壤容重兩項指標能直接衡量土壤的結構與質量[1]。作為能有效打破犁底層的有效耕作措施，深松可以在一定程度上使得土壤物理結構更加合理并提升土壤保肥能力，同時深松可以在一定程度上降低土壤容重并增加水分下滲功能使土壤水分充盈[2-3]。深松可以調節(jié)土壤中固體、液體、氣體的比例，同時協(xié)調好土壤的水肥氣熱之間的關系[4]。

GUZMAN-ROJO 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，深松通過改善土壤空間結構并促進水分下滲從而促進作物根系生長；也有研究表明隨著深松深度的加大對玉米根系生長的影響加大[6]。宋日等[7]研究表明，由于深松在一定程度上改善了各層土壤物理構成，從而在物理學角度上促進了整體根系下移，間接提升了玉米的抗逆能力。王福亮[8]研究表明，與傳統(tǒng)落后的耕作制度相比深松能促進玉米地上部分對必需營養(yǎng)元素的吸收，促進玉米成熟期地上部干物質的提升。CHEN等[9]研究表明，深松可以在玉米生育前期顯著提升玉米出苗整齊度與發(fā)芽率，進一步在空間分布上提高玉米群體數(shù)量從而提高單位面積內玉米產量。因此，本研究將深松季節(jié)與深松深度相結合，探究不同深松模式對土壤物理性質及春玉米產量的變化規(guī)律，為合理改善土壤物理結構、春玉米增產增效提供有效技術途徑。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年在內蒙古農業(yè)大學職業(yè)技術學院科技園區(qū)（40°33′N、110°31′E），試驗田前茬作物為春玉米，土壤為沙壤土。

1.2 試驗設計

本試驗為雙因素試驗，因素A：深松季節(jié)，分為春季深松及秋季深松；因素B：深松深度，分為深松30、40、50 cm。試驗采用裂區(qū)設計（表1），因素A 為深松季節(jié)，為該試驗設計的主區(qū)，分為春季深松和秋季深松，深松深度B 為副區(qū)，設置深松30 cm、深松40 cm、深松50 cm 3種深松深度。種植時試驗地塊行長為120 m，行距0.6 m，種植品種為先玉335種植密度為8.25 萬株/hm2。對照為農戶淺旋。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤含水量測定 測定時期：播前15 d、播前7 d、播前3 d、播后3 d、播后7 d、播后15 d、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、成熟期，分別用D1～D10 表示取樣日期。

表1 試驗因素及水平表

測定土層：0～50 cm。

測定方法：取土完成后采用烘箱烘干樣品從而測定土壤含水量。

1.3.2 土壤三相比及R值的計算

式中，X 代表土壤固相比例；Y 代表土壤液相比例；Z 代表土壤氣相比例。

1.3.3 地上部干物質測量 在成熟期測定地上部干物質量，取樣時去除邊行，在取樣區(qū)選取長勢一樣的玉米植株進行取樣；取樣時，每個小區(qū)選取3 株長勢相似的玉米植株。將植株分為葉片、莖稈和籽粒三個部分，分袋裝好后105 ℃殺青30 min，之后調整烘箱溫度為70 ℃并烘干至恒重，同時記錄干重。

1.3.4 根系指標測量 在吐絲期測定玉米根系指標，取樣時去除邊行；取樣時每個處理選取生長狀況一致的3 株玉米植株，以玉米植株為中心在1/2 株行距處垂直挖剖面。并且以10 cm 為一層取土到50 cm，將根土取回后反復用水沖洗去除泥沙，將沖洗干凈的根放置在清水中用鑷子收集到塑封袋中；將密封好的根系放到冰箱保存，待根系取完將每袋根放置到特殊玻璃盤中，在玻璃盤中合理擺放要掃描玉米根系防止根系重疊，將裝好盤的玉米根系放入Epson Perfection V700 根系掃描儀掃描獲得根系圖像；使用Win Rhizo 根系圖像分析系統(tǒng)獲取玉米根際指標，最后將所有已掃描的玉米根系全部再次收集，置于烘箱烘干至恒重測定干重。

1.3.5 測產及考種 在收獲時，每個處理（去除邊緣效應）實收2 行，量取10 m 長度，共取3 次重復。計算實際測產面積，并調查每個面積內的有效株數(shù)、穗數(shù)、雙穗數(shù)、空稈數(shù)、倒伏數(shù)，并從收取的玉米中隨機留10 個果穗進行風干，對其進行考種；考種測定玉米穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、含水量等指標，最后計算籽粒理論產量（籽粒含水量折成14%）。

2 結果與分析

2.1 不同深松模式對土壤含水量的影響

由圖1 可知，在拔節(jié)期之前經春季深松（SSS）處理的土壤保水蓄水能力明顯低于CK，而在拔節(jié)期之后經春季深松（SSS）處理的土壤保水蓄水能力高于CK。而經過秋季深松（ASS）處理的土壤的保水蓄水能力在整個玉米生育時期高于CK。比較發(fā)現(xiàn)在土壤保水蓄水能力提升方面ASS＞SSS＞CK，且在同一深松季節(jié)下隨著深松深度的上升效果愈加明顯。

2.2 不同深松模式對土壤三相比及其偏離值的影響

2.2.1 不同深松模式對土壤三相比的影響 由圖2可知，深松可以較好地改良土壤固液氣比例使土壤更適宜種植，其中農田的理想土壤三相比為固相占50%、液相占25%、氣相占25%，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)經秋季深松（ASS）處理的土壤三相比較春季深松（SSS）更靠近理想狀態(tài)，在深松季節(jié)一定的時候隨著深松深度增大有利于創(chuàng)造更好的土壤物理結構。

2.2.2 不同深松模式對土壤三相比偏離值的影響 由表2 可知，合理深松可以顯著降低土壤三相比偏離值，經過秋季深松（ASS）處理的土壤對土壤三相比的偏離值降低更顯著（P＜0.05），在一定深松深度范圍內隨著深松深度提高土壤改善效果越明顯。

表2 不同深松模式對土壤三相比偏離值的影響

2.3 不同深松模式對玉米根系指標的影響

2.3.1 不同深松模式對玉米根干重的影響 由圖3可知，合理的深松模式可以促進玉米根干重增加，其中，經春季深松（SSS）處理后，SSS30、SSS40、SSS50 處理的玉米單株根干重分別較CK 增加0.97、0.48、2.64。經秋季深松（ASS）處理后，ASS30、ASS40、ASS50 處理的玉米單株總根干重分別較CK 增產1.14、1.51、2.35 g，說明深松深度增大對玉米根系物質量增加越顯著（P＜0.05）。

2.3.2 不同深松模式對玉米根長度的影響 由圖4可知，經春季深松（SSS）處理，SSS30、SSS40、SSS50處理的玉米單株總根長度分別較CK 增加81.35、131.33、157.38 cm。經秋季深松（ASS）處理后，ASS30、ASS40、ASS50 處理的單株總根長度分別較CK 增加22.35、179.67、220.84 cm，說明在一定范圍內深松對玉米根系向下生長發(fā)育有顯著影響（P＜0.05）。

2.3.3 不同深松模式對玉米根表面積的影響 由圖5可知，根表面積能合理反映根系形態(tài)指標，而根表面積對吸收植物養(yǎng)分即水分有顯著影響，直接影響作物產量。經春季深松（SSS）處理后，SSS30、SSS40、SSS50 處理的玉米單株總根表面積分別較CK 增加0.08、0.14、0.18 m2。經秋季深松處理（ASS）后，ASS30、ASS40、ASS50 處理的單株總根表面積分別較CK 增加0.12、0.21、0.25 m2，說明在一定范圍內隨深松深度的增大玉米根表面積增加。

2.3.4 不同深松模式對玉米根體積的影響 由圖6可知，經春季深松SSS 處理后，SSS30、SSS40、SSS50處理的玉米單株總根體積分別較CK 增加10.15、17.25、30.15 cm2。經秋季深松ASS 處理后，ASS30、ASS40、ASS50 處理的單株總根體積分別較CK 增加14.21、21.28、37.64 cm3，說明在一定范圍內深松深度增大對玉米單株總根體積增加越顯著（P＜0.05）。

2.4 不同深松模式對玉米成熟期干物質量的影響

由表3 可知，經春季深松（SSS）處理后，SSS30、SSS40、SSS50 處理的玉米成熟期干物質量分別較CK 增加10.79%、17.01%、20.05%。經秋季深松處理（ASS）后，ASS30、ASS40、ASS50 處理的玉米成熟期干物質總重量分別較CK 增加18.55%、23.76%、28.91%，說明在一定范圍內隨深松深度的增大玉米成熟期干物質量增加。

表3 不同深松模式對成熟期干物質量的影響

2.5 不同深松模式對玉米產量的影響

由表4 可知，經春季深松（SSS）處理后，SSS30、SSS40、SSS50 處理的玉米產量分別較CK 增產9.52%、10.91%、15.29%。經秋季深松處理（ASS）后，ASS30、ASS40、ASS50 處理的玉米產量分別較CK 增產10.71%、14.22%、18.18%，說明在一定范圍內隨深松深度的增大玉米產量增加差異顯著（P＜0.05）。

表4 不同深松模式對玉米產量的影響

3 討論

深松是一種可以促進作物根系生長、合理改善土壤物理結構、促進水分入滲的保護性耕作措施，對玉米合理生長具有重大意義[10]。作物根系是最直接與土壤聯(lián)系的器官，它的好壞直接決定玉米能否高產與穩(wěn)產[11-12]。眾多研究表明，較為合理的土壤耕層分布可以提高土壤水庫擴容能力，防止土壤水分散失過快，同時合理的土壤空間分布以及充足的土壤含水量對作物根系生長均具有積極作用[13-15]，土壤三相比作為最能體現(xiàn)土壤固、液、氣相比例的指標，其比例還影響著土壤的化學性質，所以土壤三相比是衡量土壤水、肥、氣、熱的重要指標[16]。合理的深松模式促進了根干重、根長、根表面積、根體積等根系形態(tài)指標的提升。深松可以改變土壤中根系分布從而增加單位面積內根系總量[17-19]。由試驗結果可知，春季深松并不能在全生育時期提高土壤的儲水能力，這可能與播前動土破壞墑情有關。秋季深松在改良土壤效果、春玉米增產穩(wěn)產方面優(yōu)于春季深松，當深松時期固定且深松深度在30～50 cm 范圍內，隨著深松深度提升玉米產量提升，玉米生育時期降雨量充足，而深松可以促進水分滲入降低了地表的無效蒸發(fā)，在一定深松深度范圍內隨著深松深度的提升玉米產量得以提升。

4 結論

本試驗證明，適當合理的深松可以提高土壤的保水能力，合理調節(jié)土壤三相比，降低固相比例提高液相及氣相比例。提高春玉米地上部干物質量以及產量，且ASS 的效果優(yōu)于SSS。對土壤進行合理的深松處理，可以提升耕地質量，提高土壤對自然降水的接納吸收能力。另外，深松可以合理調節(jié)土壤三相比，使土壤三相比向著理想土壤趨近，提高作物抗逆性能。深松對玉米根系的各指標具有積極的意義，通過挖根試驗發(fā)現(xiàn)對玉米根系影響最顯著的是ASS50處理，當土壤經過ASS50 深松后根干重增加2.35 g，根長度增加220.84 cm、根表面積增加0.25 m2、根體積增加37.64 cm3，而根系的強弱影響著玉米抗逆性和產量的提升，證明深松耕作能促進根系在土壤空間內生長，同時使玉米根系吸收深層營養(yǎng)物質與水分促使玉米產量提高。