深松对春玉米田土壤物理结构及玉米根系指标的影响

高 鹏，孙继颖，高聚林，于晓芳，王志刚，胡树平，刘 剑，包海柱，纪 楠

（1.内蒙古农业大学 农学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古农业大学 职业技术学院，内蒙古 包头 014109）

土壤对作物产量具有直接影响，其中耕层深度与土壤容重两项指标能直接衡量土壤的结构与质量[1]。作为能有效打破犁底层的有效耕作措施，深松可以在一定程度上使得土壤物理结构更加合理并提升土壤保肥能力，同时深松可以在一定程度上降低土壤容重并增加水分下渗功能使土壤水分充盈[2-3]。深松可以调节土壤中固体、液体、气体的比例，同时协调好土壤的水肥气热之间的关系[4]。

GUZMAN-ROJO 等[5]研究发现，深松通过改善土壤空间结构并促进水分下渗从而促进作物根系生长；也有研究表明随着深松深度的加大对玉米根系生长的影响加大[6]。宋日等[7]研究表明，由于深松在一定程度上改善了各层土壤物理构成，从而在物理学角度上促进了整体根系下移，间接提升了玉米的抗逆能力。王福亮[8]研究表明，与传统落后的耕作制度相比深松能促进玉米地上部分对必需营养元素的吸收，促进玉米成熟期地上部干物质的提升。CHEN等[9]研究表明，深松可以在玉米生育前期显著提升玉米出苗整齐度与发芽率，进一步在空间分布上提高玉米群体数量从而提高单位面积内玉米产量。因此，本研究将深松季节与深松深度相结合，探究不同深松模式对土壤物理性质及春玉米产量的变化规律，为合理改善土壤物理结构、春玉米增产增效提供有效技术途径。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在内蒙古农业大学职业技术学院科技园区（40°33′N、110°31′E），试验田前茬作物为春玉米，土壤为沙壤土。

1.2 试验设计

本试验为双因素试验，因素A：深松季节，分为春季深松及秋季深松；因素B：深松深度，分为深松30、40、50 cm。试验采用裂区设计（表1），因素A 为深松季节，为该试验设计的主区，分为春季深松和秋季深松，深松深度B 为副区，设置深松30 cm、深松40 cm、深松50 cm 3种深松深度。种植时试验地块行长为120 m，行距0.6 m，种植品种为先玉335种植密度为8.25 万株/hm2。对照为农户浅旋。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤含水量测定 测定时期：播前15 d、播前7 d、播前3 d、播后3 d、播后7 d、播后15 d、拔节期、大喇叭口期、吐丝期、成熟期，分别用D1～D10 表示取样日期。

表1 试验因素及水平表

测定土层：0～50 cm。

测定方法：取土完成后采用烘箱烘干样品从而测定土壤含水量。

1.3.2 土壤三相比及R值的计算

式中，X 代表土壤固相比例；Y 代表土壤液相比例；Z 代表土壤气相比例。

1.3.3 地上部干物质测量 在成熟期测定地上部干物质量，取样时去除边行，在取样区选取长势一样的玉米植株进行取样；取样时，每个小区选取3 株长势相似的玉米植株。将植株分为叶片、茎秆和籽粒三个部分，分袋装好后105 ℃杀青30 min，之后调整烘箱温度为70 ℃并烘干至恒重，同时记录干重。

1.3.4 根系指标测量 在吐丝期测定玉米根系指标，取样时去除边行；取样时每个处理选取生长状况一致的3 株玉米植株，以玉米植株为中心在1/2 株行距处垂直挖剖面。并且以10 cm 为一层取土到50 cm，将根土取回后反复用水冲洗去除泥沙，将冲洗干净的根放置在清水中用镊子收集到塑封袋中；将密封好的根系放到冰箱保存，待根系取完将每袋根放置到特殊玻璃盘中，在玻璃盘中合理摆放要扫描玉米根系防止根系重叠，将装好盘的玉米根系放入Epson Perfection V700 根系扫描仪扫描获得根系图像；使用Win Rhizo 根系图像分析系统获取玉米根际指标，最后将所有已扫描的玉米根系全部再次收集，置于烘箱烘干至恒重测定干重。

1.3.5 测产及考种 在收获时，每个处理（去除边缘效应）实收2 行，量取10 m 长度，共取3 次重复。计算实际测产面积，并调查每个面积内的有效株数、穗数、双穗数、空秆数、倒伏数，并从收取的玉米中随机留10 个果穗进行风干，对其进行考种；考种测定玉米穗行数、行粒数、百粒重、含水量等指标，最后计算籽粒理论产量（籽粒含水量折成14%）。

2 结果与分析

2.1 不同深松模式对土壤含水量的影响

由图1 可知，在拔节期之前经春季深松（SSS）处理的土壤保水蓄水能力明显低于CK，而在拔节期之后经春季深松（SSS）处理的土壤保水蓄水能力高于CK。而经过秋季深松（ASS）处理的土壤的保水蓄水能力在整个玉米生育时期高于CK。比较发现在土壤保水蓄水能力提升方面ASS＞SSS＞CK，且在同一深松季节下随着深松深度的上升效果愈加明显。

2.2 不同深松模式对土壤三相比及其偏离值的影响

2.2.1 不同深松模式对土壤三相比的影响 由图2可知，深松可以较好地改良土壤固液气比例使土壤更适宜种植，其中农田的理想土壤三相比为固相占50%、液相占25%、气相占25%，通过数据分析发现经秋季深松（ASS）处理的土壤三相比较春季深松（SSS）更靠近理想状态，在深松季节一定的时候随着深松深度增大有利于创造更好的土壤物理结构。

2.2.2 不同深松模式对土壤三相比偏离值的影响 由表2 可知，合理深松可以显著降低土壤三相比偏离值，经过秋季深松（ASS）处理的土壤对土壤三相比的偏离值降低更显著（P＜0.05），在一定深松深度范围内随着深松深度提高土壤改善效果越明显。

表2 不同深松模式对土壤三相比偏离值的影响

2.3 不同深松模式对玉米根系指标的影响

2.3.1 不同深松模式对玉米根干重的影响 由图3可知，合理的深松模式可以促进玉米根干重增加，其中，经春季深松（SSS）处理后，SSS30、SSS40、SSS50 处理的玉米单株根干重分别较CK 增加0.97、0.48、2.64。经秋季深松（ASS）处理后，ASS30、ASS40、ASS50 处理的玉米单株总根干重分别较CK 增产1.14、1.51、2.35 g，说明深松深度增大对玉米根系物质量增加越显著（P＜0.05）。

2.3.2 不同深松模式对玉米根长度的影响 由图4可知，经春季深松（SSS）处理，SSS30、SSS40、SSS50处理的玉米单株总根长度分别较CK 增加81.35、131.33、157.38 cm。经秋季深松（ASS）处理后，ASS30、ASS40、ASS50 处理的单株总根长度分别较CK 增加22.35、179.67、220.84 cm，说明在一定范围内深松对玉米根系向下生长发育有显著影响（P＜0.05）。

2.3.3 不同深松模式对玉米根表面积的影响 由图5可知，根表面积能合理反映根系形态指标，而根表面积对吸收植物养分即水分有显著影响，直接影响作物产量。经春季深松（SSS）处理后，SSS30、SSS40、SSS50 处理的玉米单株总根表面积分别较CK 增加0.08、0.14、0.18 m2。经秋季深松处理（ASS）后，ASS30、ASS40、ASS50 处理的单株总根表面积分别较CK 增加0.12、0.21、0.25 m2，说明在一定范围内随深松深度的增大玉米根表面积增加。

2.3.4 不同深松模式对玉米根体积的影响 由图6可知，经春季深松SSS 处理后，SSS30、SSS40、SSS50处理的玉米单株总根体积分别较CK 增加10.15、17.25、30.15 cm2。经秋季深松ASS 处理后，ASS30、ASS40、ASS50 处理的单株总根体积分别较CK 增加14.21、21.28、37.64 cm3，说明在一定范围内深松深度增大对玉米单株总根体积增加越显著（P＜0.05）。

2.4 不同深松模式对玉米成熟期干物质量的影响

由表3 可知，经春季深松（SSS）处理后，SSS30、SSS40、SSS50 处理的玉米成熟期干物质量分别较CK 增加10.79%、17.01%、20.05%。经秋季深松处理（ASS）后，ASS30、ASS40、ASS50 处理的玉米成熟期干物质总重量分别较CK 增加18.55%、23.76%、28.91%，说明在一定范围内随深松深度的增大玉米成熟期干物质量增加。

表3 不同深松模式对成熟期干物质量的影响

2.5 不同深松模式对玉米产量的影响

由表4 可知，经春季深松（SSS）处理后，SSS30、SSS40、SSS50 处理的玉米产量分别较CK 增产9.52%、10.91%、15.29%。经秋季深松处理（ASS）后，ASS30、ASS40、ASS50 处理的玉米产量分别较CK 增产10.71%、14.22%、18.18%，说明在一定范围内随深松深度的增大玉米产量增加差异显著（P＜0.05）。

表4 不同深松模式对玉米产量的影响

3 讨论

深松是一种可以促进作物根系生长、合理改善土壤物理结构、促进水分入渗的保护性耕作措施，对玉米合理生长具有重大意义[10]。作物根系是最直接与土壤联系的器官，它的好坏直接决定玉米能否高产与稳产[11-12]。众多研究表明，较为合理的土壤耕层分布可以提高土壤水库扩容能力，防止土壤水分散失过快，同时合理的土壤空间分布以及充足的土壤含水量对作物根系生长均具有积极作用[13-15]，土壤三相比作为最能体现土壤固、液、气相比例的指标，其比例还影响着土壤的化学性质，所以土壤三相比是衡量土壤水、肥、气、热的重要指标[16]。合理的深松模式促进了根干重、根长、根表面积、根体积等根系形态指标的提升。深松可以改变土壤中根系分布从而增加单位面积内根系总量[17-19]。由试验结果可知，春季深松并不能在全生育时期提高土壤的储水能力，这可能与播前动土破坏墒情有关。秋季深松在改良土壤效果、春玉米增产稳产方面优于春季深松，当深松时期固定且深松深度在30～50 cm 范围内，随着深松深度提升玉米产量提升，玉米生育时期降雨量充足，而深松可以促进水分渗入降低了地表的无效蒸发，在一定深松深度范围内随着深松深度的提升玉米产量得以提升。

4 结论

本试验证明，适当合理的深松可以提高土壤的保水能力，合理调节土壤三相比，降低固相比例提高液相及气相比例。提高春玉米地上部干物质量以及产量，且ASS 的效果优于SSS。对土壤进行合理的深松处理，可以提升耕地质量，提高土壤对自然降水的接纳吸收能力。另外，深松可以合理调节土壤三相比，使土壤三相比向着理想土壤趋近，提高作物抗逆性能。深松对玉米根系的各指标具有积极的意义，通过挖根试验发现对玉米根系影响最显著的是ASS50处理，当土壤经过ASS50 深松后根干重增加2.35 g，根长度增加220.84 cm、根表面积增加0.25 m2、根体积增加37.64 cm3，而根系的强弱影响着玉米抗逆性和产量的提升，证明深松耕作能促进根系在土壤空间内生长，同时使玉米根系吸收深层营养物质与水分促使玉米产量提高。