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土壤紧实度测定仪研究深松方式对土壤物理性状及玉米根系分布的影响
摘要: 根据生产实践, 浙江托普仪器的TJSD-750和TJSD-750-II型土壤紧实度测定仪它内置GPS定位及深度测量系统, 可同时显示土壤紧实度, 测量深度及地理位置, 与计算机相连后可自动生成每个测量点的土壤紧实度曲线。
本文经过对不同深松方式土壤物理性状及玉米根系分布状况的分析, 结果表明, 隔行深松(T1)与行行深松不但可有效打破犁底层, 10—30 cm土壤容重和土壤紧实度显著降低, 且她对土壤容重和紧实度的降低作用大于TI; 深松增强了土壤的透水性和蓄水能力, 2种深松方式土壤水分差异并不显著; 由于犁底层的存在, 不深松(CK)的根系大部分集中在0—20 cm土层范围, 且该土层的根干质量、 根长密度和根系体积均明显大于Tl和rI'2, 而单株根系伤流强度则明显小于Tl和T2; 深松处理的根系不但能更好地向深层土壤下扎, 而且向植株两侧扩展的范围变大, 20—50 cm土层根干质量、 根长密度和根系体积T1与T2均明显高于CK; 而且T1>T2。深松后倒伏率降低, 对增产有一定的促进作用, Tl与T2间产量差异并不显著。增产的主要原因是深松显著提高了百粒质量, 但对穗粒数的影响并不显著。因此, 经过垄间隔行深松能够构建良好的耕层结构 有利于根系的固定和下扎, 使根系更好地吸收水分和养分, 倒伏率降低、 产量增加的同时, 较行行深松减少了机械动力消耗。
关键词: 玉米; 深松方式; 土壤物理性状; 根系分布
东北玉米主产区多年连续单纯灭茬旋耕, 导致耕作层变浅、 犁底层土壤紧实、 容重增加, 土壤蓄水能力差, 增加了根系下扎阻力。耕层浅、 犁底层紧实, 造成土壤缓冲能力减弱, 雨季不但增加了田间径流, 而且耕层土壤水分也极易饱和, 旱季则土壤供水能力减弱, 从而增加了玉米旱灾、 倒伏、 中后期营养不足与早衰的风险一。2j。因此, 只有经过合理的耕作措施才能改进土壤结构, 有利于作物的生长发育"o。深松能够疏松土壤, 打破犁底层, 改进土壤结构, 降低土壤容重, 增加土壤孔隙度, 提高土壤温度’41, 蓄水保墒, 抗旱防涝"1, 而且有利于土壤养分的转化和利用’6。, 进而提高产量。黄健。刊试验结果表明, 深松能够使0～50 cm土层深度的土壤容重平均降低0．14 g／cm3, 土壤孔隙度增加10％～20％, 渗透强度增加15％～25％_8 J。秦红灵p 3试验结果表明, 深松降低了表层土层容重, 增加了接纳雨水的能力, 土壤深松处理比对照2年平均增产18．29％, 水分利用效率增加9．68％。宋日‘10。研究表明, 深松能够改进根系生长的生态条件, 促进根系生长, 各层土壤中根量分布都有明显的下移趋势, 而且能提高玉米生长后期的根系活力和抗逆性, 使玉米百粒质量增加2．6％～3．1％。深松增加了根系的总量, 同时促进了根系向水平和垂直方向的生长’1”。有利于玉米根系吸收耕层以下的土壤养分和水分。
前人对深松后土壤结构及根系分布特点的研究较多。””…, 但对不同深松方式土壤结构变化特点及玉米根系空间分布的系统研究并不多见。因此, 本研究以不同深松方式土壤物理特性的变化特点及根系的响应为研究内容, 探讨了深松方式与不深松的差异, 为实现玉米高产栽培与资源高效利用提供理论依据。
l 材料和方法
1．1试验地点
试验于 — 在沈阳市于洪区造化乡进行, 地理位置为北纬41。54j东经123 054j海拔46m。属温带半湿润大陆性气候, 全年平均气温8．3℃, 平均年降雨量630 mm, 全年无霜期183 d。供试农田为棕壤土, 前茬作物为玉米。0～20 cm土层含有机质11．23 g／kg, 碱解氮140 mg／kg, 速效磷17．94mg／kg, 速效钾118．8mg／kg。
1．2试验设计
试验采用裂区设计, 3个处理, 3次重复, 共9个小区。小区面积6 m x 9 m。供试材料为玉米品种郑单958, 种植密度67 500株／hm2。3个处理为: 不深松(CK): 作为对照处理, 春季灭茬旋耕起垄, 玉米拔节期追肥进行趟地; 隔行深松(T1): 春季灭茬起垄后利用深松犁进行隔行垄下深松作业; 行行深松(T2): 春季灭茬起垄后利用深松犁进行行行垄下深松作业。Tl、 她这2个处理深松深度均为35 cm, 其它耕作栽培措施均同CK。
1．3测定方法
土壤物理指标测定: 土壤水分采用浙江托普仪器有限公司生产的TZS-II型多参数土壤水分、 温度速测仪; 土壤紧实度采用浙江托普仪器的TJSD-750和TJSD-750-II型土壤紧实度测定仪测定, 测定深度为45 cm, 每2．5 cm记录1次, 3次重复, 测定部位为每个小区的垄上、 垄侧和垄下, 并取其平均值; 土壤容重和孑L隙度的测定采用环刀法, 环刀规格为100 cm3, 每个处理取5层, 10 cm取一层, 每层均取3点进行测定。

根系指标测定: 在玉米灌浆期, 采用土壤剖面挖根法, 垂直于垄的方向, 距离植株5 cm处挖一纵向剖面, 以玉米植株为中心用宽为10 em的取根刀从纵向和横向分别取长宽各为10 cm的规则立方体土块, 纵向5层, 横向3层。取出土块后立即放入网袋中, 在室内用水冲洗、 拣根, 并用加拿大SINTEK的LC-4800型根系扫描仪进行扫描, 随后利用LC-4800根系专用分析软件WinRHI 2．0 Pr0 进行根系指标的检测。将扫描后的根系放入烘箱(80。C)中烘干至恒质量, 称取根系干质量。根系伤流强度采用脱脂棉称质量法¨…。
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结果与分析
2．1 深松方式对土壤容重的影响
土壤容重是反映土壤紧实程度、 孔隙状况等结构性特征的重要指标, 容重的变化直接或间接地影响土壤的水、 肥、 气、 热状况, 进而影响作物的生长口…。图1为不同生育期各处理土壤容重的变化。由图可见, 0—10 em各生育时期处理间土壤容重均无显著差异。拔节期10～50 cm土壤容重显著降低(F>F。。, ), Tl与rI’2在整个土层范围内平均下降了3．05％和5．92％; 灌浆期10～30 cm土壤容重显著降低(F>F。．。, ), 30—50 cm降低不显著, T1与, r2在整个土层范围内平均下降了3．13％, 4．86％; 收获期10～20 cm土壤容重显著降低(F>Fo∞), 20—50 cm降低不显著, T1与亿在整个土层范围内平均下降了1．83％和3．08％。说明生育前期深松对10—50 cm的土壤容重降低有一定的促进作用, 生育后期深层土壤容重变大, 逐渐向深松前恢复。但深松对生育后期土壤容重仍有一定的后效作用, 其中对土壤容重降低的后效作用, 行行深松大于隔行深松。

2．2深松方式对土壤紧实度的影响
土壤的紧实度是反映土壤物理性质的一个重要指标, 土壤紧实度受多种因素的影响, 特别是耕作措施¨”。图2为深松后不同生育期各层土壤的紧实度变化, 不同土层及耕作措施间土壤紧实度存在较大差异, 0—20 cm3种耕作措施的土壤紧实度均随着土壤深度的增加而增加, 20 cm土壤紧实度增加极显著(F>Fo。。), 20～50 cm各层土壤紧实度差异不显著。深松后表层0—5 cm的土壤紧实度与不深松无显著差异, 5—50 cm每层土壤紧实度与不深松相比均降低, 其中, 15—35 cm降低显著(F>Fo．。, ), 深松处理间她降低幅度大于T1。在整个土层范围内, 拔节期Tl与她分别下降了13．41％和30．24％, 灌浆期Tl与T2分别下降了8．08％28．36％, 收获期Tl与T2分别下降了6．73％和18．12％。即深松使土壤紧实度降低, 行行深松对土壤紧实度的降低作用大于隔行深松, 深松对生育后期的土壤紧实度仍有一定的后效作用, 其中对土壤紧实度降低的后效作用, 行行深松大于隔行深松。

2．3深松方式对土壤含水■的影响
图3为深松后各层土壤含水量的变化。由图3可见, 随着土层深度的增加, 0—30 cm土壤含水量逐渐升高, 30 cm以下各层土壤含水量无显著差异。O一10 cm的土壤含水量为Tl最高, 其次为她与CK; 10—40 C111的土壤含水量CK显著大于T1与T2(F>F。。, ), T1与rI'2无显著差异。40一100cm土壤含水量为T2>TI>CK。100—140 cm3种耕作措施的土壤含水量无显著差异。说明深松提高了水分在土壤中的人渗能力, 虽然使深松层的土壤含水量降低, 但提高了深松层以下土壤的蓄水能力。

2．4 深松方式对根系分布的影响
表1与表2为不同处理根系在土壤中的分布, 根系干质量、 根长密度、 根系表面积均随着土壤深度的增加或距植株距离的增加而减少, 深松与不深松及深松方式间存在差异。其中, 不深松的根系很大比例均集中分布在纵向0～20 cm的深度范围内, 根系干质量、 根长密度、 根系表面积在土层0—20 cm所占比例为95．8％, 97．5％, 87．4％。TI为94．4％, 84％, 83．5％。她为94．1％, 83．8％, 82．5％。20cm以下, 根系干质量、 根长密度、 根系表面积Tl与T2均大于CK, 30—50 cm差异显著。深松处理问在纵向10—30 cm的深度范围内T1>rI'2, 30～50cm TlT2。10—30cmT1<, I'2。说明深松增加了根系在土壤中横向与纵向的分布范围, 有利于植株对水分和养分的吸收。深松处理间行行深松的根系向植株两侧的分布范围大于隔行深松, 而隔行深松的根系向纵向分布的范围大于行行深松, 在土壤中分布较为均匀。
2．5深松方式对根系伤流强度、 倒伏及产量的影响
根系伤流强度可作为根系活力的指标, 比较准确地反映根系活性的变化。22j, 伤流强度是指单位时间内植株流出的伤流液量。”。。由表3可见, 深松后根系伤流强度极显著升高, 而且T1极显著大于, I'2。说明深松后根系在土壤中分布均匀, 根系活力旺盛。Tl对土壤根系活力的促进作用大于T2。深松后植株倒伏率降低, T2倒伏率小于CK但差异不显著, 而T1倒伏率极显著低于r112和CK, 说明隔行深松有利于根系的稳固和下扎, 减少根倒的发生。深松主要经过增加百粒质量来影响产量, 对穗粒数的影响不显著。深松后每公顷产量显著增加, Tl与1’2无显著差异。

3 结论与讨论
3．1 深松方式对土壤容重的影响
由于长时间耕作方式不合理, 犁底层变硬, 耕层变浅。深松能打破犁底层, 降低其密度, 提高作物产量和水分利用效率’11f。梁金凤心4j研究表明, 深松耕作对表层土壤(0—25 cm)容重降低作用大于深层土壤(25—45 cm)。由本研究结果可知, 深松使10—30cm的土壤容重显著降低, 而30～50 cm差异不明显, , I'2(行行深松)对土壤容重的降低作用大于Tl(隔行深松)。
3．2深松方式对土壤紧实度的影响
本研究结果表明: 犁底层存在于土层15—20em之间, 土层20 cm的土壤紧实度CK平均为1 049kPa, 而深松使土壤紧实度极显著降低, T1(隔行深松)与T2(行行深松)在土层20 cm土壤紧实度平均为845 kPa和555 kPa, 较不深松分别下降了19．4％和47．1％。因此, 深松能够有效打破犁底层, 深松处理间对打破犁底层的作用T2(行行深松)大于Tl(隔行深松)。
3．3 深松方式对土壤含水量的影响
深松可提高土壤含水量, 有利于土壤通气、 透水, 提高了土壤蓄水保水能力, 减少降雨径流, 扩大了土壤水库容。深松蓄水保墒的功能与深松条件下土壤容重的减少密切相关一j。根据本试验研究结果, 深松后土层10—30 cm土壤容重降低, 进而土壤透水性增加, 土壤含水量降低, 而土层40—100 cm土壤含水量升高。因此, 深松能增强上层土壤对降雨的人渗能力, 对土壤深层蓄水有一定的促进作用, T2(行行深松)的蓄水效果大于TI(隔行深松)。
3．4深松方式对根系分布的影响
紧实胁迫严重限制了根系生长、 分布和吸收功能以及产量形成。1…, 李潮海¨刊研究表明, 随着土壤容重的增加, 玉米根条数、 根干质量、 根长和根系活力都呈现减少的趋势, 且容重越大, 减少的趋势越显著。深松能够改进根系生长的生态条件, 促进根系生长, 使根干质量显著增加。而且, 打破犁底层后, 各层土壤中根量分布都有明显的下移趋势¨”。本研究结果表明, 不深松处理由于犁底层的存在而根系向下生长受阻, 伸长生长受到抑制, 很大比例的根系集中分布在0～20 cm的表层土壤范围内, 20cm以下分布较少。深松后犁底层被打破, 表层土壤中的根系分布与不深松相比相对减少, 较多根系向下伸长生长, 20 cm以下根干质量、 根长密度和根系体积均大于不深松。从整个剖面根长密度、 根系干质量和根系体积的总和来看, 均表现为T1(隔行深松) >T2(行行深松)>CK(不深松)。因此, 土壤过松过紧都不利于根系生长, 只有合理的土壤结构, 才有利于根系生长发育。
3．5 深松方式对根系伤流强度、 倒伏及产量的影晌伤流液的多少与根系活力、 吸收能力强弱以及土壤条件有着密切的关系, 因此, 伤流量是根系活力的重要指标。经过深松后根系伤流强度的研究结果可知, 深松后根系活力增加, 进而吸收更多的有机物质用于产量的形成, 因此深松对增产有一定的促进作用。2种深松方式问产量差异不显著, 但均显著大于不深松处理, 隔行深松对根系生长发育的促进作用大于行行深松。因此, 经过隔行深松能够构建合理的耕层结构, 打破犁底层, 有利于根系的固定和下扎, 使根系在土壤中合理分布, 提高根系吸收水分和养分的能力, 而且降低倒伏率, 对增产有一定的促进作用。
隔行深松与行行深松相比, 经过间隔深松减少了机械动力消耗, 高产高效。由于本试验只对当年的深松效果进行了分析研究, 而深松对翌年的后效作用, 以及深松后地上部分的响应则有待进一步深入研究。
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