高飛，李霞，任佰朝，董樹亭，劉鵬，趙斌，張吉旺

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小麥玉米周年生產(chǎn)中耕作方式對夏玉米根系特性和產(chǎn)量的影響

高飛，李霞，任佰朝，董樹亭，劉鵬，趙斌，張吉旺

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東泰安271018）

【目的】黃淮海平原地區(qū)冬小麥-夏玉米一年兩熟，長期冬小麥免耕或旋耕、夏玉米免耕使耕層變淺，養(yǎng)分含量降低，對根系發(fā)育和產(chǎn)量造成影響。通過探討冬小麥夏玉米周年生產(chǎn)中不同耕作模式來探尋小麥玉米周年中夏玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)的耕作模式及機理。【方法】供試品種選用鄭單958（ZD958），3個試驗處理為冬小麥播前旋耕夏玉米播前免耕（RN）、冬小麥播前翻耕夏玉米播前免耕（MN）與冬小麥播前翻耕夏玉米播前旋耕（MR），探究不同耕作方式對小麥玉米周年生產(chǎn)中夏玉米根干重、根冠比、根長、根表面積、根體積和節(jié)根數(shù)量等根系特性及產(chǎn)量的影響?！窘Y(jié)果】MR與MN處理0—30 cm的根干重、根冠比、根長、根表面積、根體積、節(jié)根層數(shù)、節(jié)根條數(shù)及節(jié)根干重較RN處理差異顯著，分別提高59.1%、37.5%、22.8%、41.1%、59.2%、5.9%、21.0%、50.8%和68.5%、50.0%、16.7%、33.7%、44.0%、3.9%、20.1%、57.6%；根系TTC還原強度、TTC還原量、活躍吸收面積、總吸收面積及根系傷流速率也有顯著提高，分別提高82.6%、91.9%、33.9%、34.5%、24.0%和109.9%、108.5%、83.8%、65.1%、14.7%；與RN處理相比，MR與MN處理的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重顯著增加，分別提高8.5%、11.7%、4.9%和3.9%、8.5%、4.2%，產(chǎn)量顯著提高29.5%和23.7%。冬小麥播前翻耕可以顯著改善夏玉米根系數(shù)量與質(zhì)量特性，有利于提高產(chǎn)量。與MR處理相比，MN處理顯著提高根系總吸收面積和活躍吸收面積，分別提高了22.8%、37.21%；但MN處理的根長、根表面積、根體積、節(jié)根層數(shù)、莖稈傷流速率、TTC還原量及TTC還原強度較MR處理沒有達到顯著性差異水平。MR處理與MN處理相比，其有效穗數(shù)提高4.7%，但兩處理之間千粒重和穗粒數(shù)差異不大，產(chǎn)量沒有達到顯著差異水平?！窘Y(jié)論】冬小麥播前翻耕夏玉米播前免耕（MN）與冬小麥播前翻耕夏玉米播前旋耕（MR）較冬小麥播前旋耕夏玉米播前免耕（RN）可顯著提高根系特性從而提高了產(chǎn)量。而冬小麥播前翻耕夏玉米播前免耕（MN）和冬小麥播前翻耕夏玉米播前旋耕（MR）的根系特性指標(biāo)和產(chǎn)量不具有顯著性差異，表明小麥玉米周年生產(chǎn)中主要是冬小麥播前翻耕對夏玉米產(chǎn)量及根特性指標(biāo)起主要作用。綜合比較3種不同的耕作方式，冬小麥播前翻耕夏玉米免耕（MN）是黃淮海區(qū)夏玉米生產(chǎn)最為適宜的耕作方式。

夏玉米；小麥玉米周年生產(chǎn)體系；耕作方式；根系特性；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】黃淮海平原是中國典型的兩熟制區(qū)，冬小麥-夏玉米的種植模式應(yīng)用最為廣泛，其中小麥種植面積為1 300 萬公頃，占全國的60%；玉米種植面積大約為900 萬公頃，占全國的36%[1-2]。而該區(qū)長期冬小麥免耕或旋耕、夏玉米免耕的耕作方式使耕層變淺，養(yǎng)分大多在表層，下層土層板結(jié)度加深，養(yǎng)分含量降低，進而影響夏玉米根系生長與發(fā)育[3]。合理的耕作方式可以提高土壤孔隙度，降低土壤緊實度和容重，增強土壤蓄水能力，為玉米根系下扎提供便利，提高玉米吸水和養(yǎng)分吸收能力，協(xié)調(diào)地上部和地下部生長。因此，在冬小麥夏玉米周年產(chǎn)區(qū)采取適宜的耕作方式改善土壤，促進根系生長發(fā)育意義重大?！厩叭搜芯窟M展】玉米根系生長與地上部生長關(guān)系密切，根系發(fā)育不良會導(dǎo)致地上部營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)減少，使地上部生長受到限制，同時反作用于根系；只有根系生長良好才能保證地上部各器官生長發(fā)育所需的水分與養(yǎng)分的充分供應(yīng)[4]。根系的生長發(fā)育不僅決定于品種，而且受土壤類型、質(zhì)地、肥力等土壤環(huán)境條件[5]，以及耕作方式、種植密度、肥水管理等栽培技術(shù)[6]的制約。研究表明，夏玉米根條數(shù)、根系干重等根系特性指標(biāo)均隨土壤容重的增加呈降低趨勢[7-8]。玉米根系在輕壤土中生長表現(xiàn)“早發(fā)早衰”，根量于開花期達最大之后開始衰老；在輕黏土中表現(xiàn)“晚發(fā)晚衰”，根量于灌漿期達最大之后開始衰老[9]。深松后玉米根系不僅能更好地向深層土壤下扎，而且向植株兩側(cè)擴展的范圍變大，20—50 cm土層根干重、根長密度和根系體積明顯高于不深松[10]。翻耕覆膜根系生長狀況優(yōu)于翻耕不覆膜及免耕[11]，翻耕能夠降低土壤容重與土壤緊實度，增加土壤孔隙度[12]，提高土壤蓄水能力[13-15]，利于作物根系生長與深層分布。也有研究表明，與傳統(tǒng)翻耕相比，免耕3年后土壤水分利用率和春玉米產(chǎn)量顯著提高[16]。由于作物差異和試驗區(qū)域，使得不同研究的結(jié)果不盡相同?！颈狙芯壳腥朦c】作物根系與地上部是相互依賴，相互促進的統(tǒng)一體，根系的生長發(fā)育與地上部的生長狀況息息相關(guān)，然而關(guān)于黃淮海區(qū)小麥-玉米周年耕作方式對夏玉米根系特性的影響鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在連續(xù)兩年的大田試驗條件下，探討周年條件下冬小麥與夏玉米播前的耕作方式對夏玉米根系及產(chǎn)量的影響，以期探討小麥玉米周年生產(chǎn)體系中夏玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)的耕作模式及機理。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗于2012—2014年在山東省泰安市馬莊鎮(zhèn)北蘇村（35°59′N，117°00′E）進行，該區(qū)屬溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.4℃，≥10℃的積溫4 210℃，年平均降水量697 mm，主要分布在6月下旬至8月中旬。土壤質(zhì)地及基礎(chǔ)肥力情況如表1所示。

1.2 試驗設(shè)計

2012—2014年連續(xù)2個冬小麥夏玉米生長季，設(shè)置冬小麥旋耕夏玉米免耕（RN）、冬小麥翻耕夏玉米免耕（MN）、冬小麥翻耕夏玉米旋耕（MR）3個試驗處理，每處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組設(shè)計。冬小麥旋耕夏玉米免耕（RN）處理于冬小麥播前玉米秸稈機械粉碎還田，旋耕深度10 cm，使得秸稈與土層充分混勻，機械播種小麥；小麥?zhǔn)斋@后留茬，播種、施肥、鎮(zhèn)壓一次性完成；冬小麥翻耕夏玉米免耕（MN）處理于冬小麥播前玉米秸稈機械粉碎還田，耕深25 cm，旋平后機械播種小麥；小麥?zhǔn)斋@后，播種、施肥、鎮(zhèn)壓一次性完成；冬小麥翻耕夏玉米旋耕（MR）處理于冬小麥播前玉米秸稈機械粉碎還田，耕深10 cm，旋平后機械播種小麥；小麥?zhǔn)斋@后留茬，耕深25 cm，秸稈和表土形成混合層，機械播種玉米。本試驗于2012年開始，冬小麥播前耕作按照上述處理進行。試驗為大區(qū)試驗，小區(qū)面積為240 m2，供試玉米品種為鄭單958，種植密度為67 500株/hm2，行距60 cm，2013年6月17日播種，10月3日收獲；2014年6月19日播種，9月27日收獲。各處理夏玉米季施氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）分別為250、100和200 kg·hm-2，磷鉀肥于播前一次性施入，氮肥于拔節(jié)期（V6）與大喇叭口期（V12）按照4﹕6的比例施入，水分管理按照高產(chǎn)田管理進行。

表1 試驗土壤的基礎(chǔ)肥力狀況

1.3 測定項目

1.3.1 產(chǎn)量 玉米成熟后，每小區(qū)去除邊行后，隨機收獲雙行中的連續(xù)30穗，自然風(fēng)干后室內(nèi)考種，折算為玉米籽粒標(biāo)準(zhǔn)含水量14%。

1.3.2 根系特征 在抽雄期及乳熟期，采用土壤剖面挖根法，以莖干為中心，以1/2株距為寬，1/2行距為長，挖取0—30 cm土層根系，用水沖洗，計算節(jié)根層數(shù)及節(jié)根條數(shù)，并用HP Scanjet 8200掃描儀掃描各土層根系圖片，用軟件（Delta-T Area Meter Type AMB2；Delta-T Devices，Cambridge，UK）進行根系指標(biāo)的檢測。最后將掃描后的根系于75℃烘干至恒重，稱取根系重量。

1.3.3 莖稈傷流速率 在抽雄期及乳熟期，選取長勢一致的代表性植株5株，每天18：00用鋒利小刀在距地面10 cm處快速去除地上部，套上已稱重（W1）的裝有脫脂棉的密封塑料套，密封，收集傷流液12 h后稱重（W2）。

傷流速率（g/(plant·h)）=（W2-W1）/ 12 h

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel、SigmaPlot11.0和SPSS 16.0軟件處理分析數(shù)據(jù)，采用Duncan法進行多重比較。

2 結(jié)果

2.1 夏玉米根系特性

2.1.1 根干重與根冠比 從圖1可以看出，冬小麥翻耕夏玉米免耕（MN）與冬小麥翻耕夏玉米旋耕（MR）在抽雄期及乳熟期顯著提高夏玉米地上部重、根干重及根冠比。在抽雄期，MN與MR處理地上部重、根干重及根冠比較RN處理分別提高12.3%、68.5%、50.0%和11.8%、59.1%、37.5%；在乳熟期，MN和MR處理地上部重、根干重及根冠比較RN處理分別提高17.5%、60.2%、33.3%與19.0%、34.8%、16.7%。乳熟期RN、MN與MR處理的地上部重分別比抽雄期增加70.4%、78.2%與81.4%，根干重分別增加32.5%、25.9%與12.2%；根冠比分別減少25.0%、33.3%與36.4%。MN與MR處理促進夏玉米根系生長且在抽雄期后期主要促進地上部干重的增加。

同一列不同小寫字母表示 5%水平差異顯著；RN：小麥播前旋耕玉米播前免耕，MN：小麥播前翻耕玉米播前免耕，MR：小麥播前翻耕玉米播前旋耕。下同

2.1.2 根長、根表面積與根體積 從表2可以看出，耕作可顯著增加抽雄期及乳熟期夏玉米根長、根表面積與根體積。在抽雄期，MN和MR處理根長、根表面積與根體積較RN處理分別提高17.0%、33.7%、44.0%和22.8%、41.1%、59.2%；在乳熟期，MN與MR處理根長、根表面積與根體積比RN處理分別提高31.1%、29.8%、47.6%和19.6%、22.6%、48.3%。

2.1.3 節(jié)根層數(shù)、條數(shù)及干重 如圖2所示，MN與MR處理在抽雄期顯著提高夏玉米的節(jié)根條數(shù)和節(jié)根干重。在抽雄期，MN與MR處理節(jié)根條數(shù)比RN處理分別提高20.1%和21.0%，節(jié)根干重分別提高57.6%和50.8%，節(jié)根層數(shù)分別提高3.9%和5.9%。這表明MN與MR處理促進夏玉米節(jié)根發(fā)育。

2.1.4 根系傷流速率 耕作可提高夏玉米莖稈的傷流速率，表現(xiàn)為MR＞MN＞RN，且在抽雄期與乳熟期各處理間差異均達到顯著水平（表3）。在抽雄期，MR、MN處理的莖稈傷流速率比RN處理分別提高了24.0%、14.7%；在乳熟期，MR、MN處理的莖稈傷流速率比RN處理分別提高了54.7%、48.4%。

表2 不同耕作方式對夏玉米根長、根表面積與根體積的影響

同一列標(biāo)以不同小寫字母的數(shù)值表示5%水平差異顯著性

Values followed by different small letters within a column are significantly different at the 0.05 probability level

圖2 不同耕作方式對夏玉米抽雄期及乳熟期節(jié)根特性的影響

2.1.5 根系TTC 還原強度及TTC還原量、活躍吸收面積及總根系吸收面積 耕作可顯著提高夏玉米根系TTC還原強度及TTC還原量、活躍吸收面積及總根系吸收面積，各處理間在抽雄期與乳熟期差異均達到顯著水平（表4—5）。在抽雄期，MR處理的根系TTC還原強度、TTC還原量、活躍吸收面積和總根系吸收面積比RN處理提高了82.6%、81.9%、33.9%和34.5%，MN處理比RN處理提高了109.9%、108.5%、83.8%和65.1%；在乳熟期，MR處理比RN處理提高了99.1%、97.2%、16.8%和13.2%，MN處理比RN處理提高了114.6%、113.5%、44.4%和40.6%。這表明冬小麥播前翻耕可以提高夏玉米根系活性。

表 3 不同耕作方式對夏玉米莖稈傷流速率的影響

表4 不同耕作處理對根系TTC 還原強度及TTC還原量的 影響

表5 不同耕作處理對根系活躍吸收面積及總根系吸收面積的影響

2.2 夏玉米產(chǎn)量

從表6可以看出，在兩年試驗條件下，MN和MR處理可以顯著提高夏玉米產(chǎn)量，與RN處理相比，2013和2014年MN處理分別增產(chǎn)26.1%和21.9%，MR處理分別增產(chǎn)38.7%和22.6%；與MN處理相比，2013和2014年MR處理分別增產(chǎn)9.9%和0.5%。此外，耕作對產(chǎn)量構(gòu)成因素也有影響。冬小麥播前翻耕可顯著提高夏玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)與千粒重，與RN相比，2013和2014年MN處理的有效穗數(shù)分別提高4.7%和3.9%，千粒重分別提高5.8%和4.9%，穗粒數(shù)分別提高14.1%和11.8%。夏玉米播前旋耕可顯著提高有效穗數(shù)，與MN相比，2013和2014年MR處理的有效穗數(shù)分別提高5.0%和4.4%。

表6 不同耕作方式對夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

3 討論

土壤和作物的動態(tài)聯(lián)系集中于作物的根系[17]。同時，根系也是多種激素、有機酸和氨基酸合成的重要場所，其形態(tài)和生理特性與地上部的生長發(fā)育密切聯(lián)系[18]。根系的主要功能在于吸收，而冠層則在地上合成碳水化合物，兩者之間既依賴又相互促進，從而構(gòu)成作物的整體功能系統(tǒng)[19]。本研究表明，MN與MR處理可顯著增加根干重，同時在生育后期降低根冠比，促進地上部物質(zhì)的生長與發(fā)育。同時，劉勝群等[20]研究表明根系干重與地上部干重、根系干重與綠葉面積以及根系總吸收面積與綠葉面積均呈極顯著正相關(guān)。

耕作方式直接影響土壤質(zhì)地，從而影響到土壤水、氣、熱和養(yǎng)分狀況，進而影響到作物根系的生長、分布和功能，最終影響植株的生長發(fā)育與產(chǎn)量[21-23]。本研究表明，冬小麥播前翻耕比冬小麥播前免耕利于玉米根系生長，與此同時，冬小麥播前翻耕可促進玉米根系生長，根表面積增大，根體積等的增加，這與梁建斌等[24]研究不同耕作方式對玉米根系生長發(fā)育所得出的結(jié)論一致。深松可突破犁底層，為玉米根系的生長發(fā)育提供良好的生態(tài)條件，促進根系生長，使根干重顯著增加[10,25]。同時，中耕深松后玉米根系的根長明顯大于未深松根系的根長[26]。翻耕與免耕相比，翻耕可優(yōu)化土壤物理性狀、提高土壤有機質(zhì)和氮素含量、促使玉米產(chǎn)量的增加[27]。此外，梁金鳳等[28]研究了不同耕作方式和耕作深度對土壤理化性狀及玉米根系生長的影響，但產(chǎn)量無差異。本研究表明，MN與MR處理較RN處理產(chǎn)量顯著，這與前人研究結(jié)果并不一致，造成這種現(xiàn)象的原因可能是前人未將冬小麥與夏玉米的播前耕作方式相結(jié)合。在實際生產(chǎn)過程中，MN處理較RN處理能提高產(chǎn)量，與此同時，MN處理較MR處理在產(chǎn)量不具有差異性的條件下可減少機械耕作次數(shù)。因此，統(tǒng)籌冬小麥-夏玉米周年生產(chǎn)，MN處理可實現(xiàn)高產(chǎn)高效。

根系TTC還原強度是反映根系吸收性能的重要指標(biāo)。根系TTC還原總量可反映根系的整體功能，也是根系活性與根系數(shù)量相結(jié)合的指標(biāo)[29]。本研究表明，MN與MR處理的根系TTC還原強度與根系TTC還原總量較RN處理均有顯著提高，此外，冬小麥播前翻耕處理MN與MR較冬小麥旋耕處理RN的根系活躍吸收面積與總吸收面積也具有相同的特點，說明冬小麥播前翻耕促進夏玉米根系生長。前人研究表明，作物產(chǎn)量與根系生長量密切相關(guān)[30]。玉米產(chǎn)量主要是由單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)以及千粒重所決定[31]。MN與MR處理均顯著提高了夏玉米的千粒重，穗粒數(shù)以及有效穗數(shù)；翻耕所影響的根系變化是其產(chǎn)量顯著高于冬小麥播前旋耕夏玉米播前免耕處理的重要原因。

4 結(jié)論

冬小麥播前翻耕夏玉米播前免耕（MN）和冬小麥播前翻耕夏玉米播前旋耕（MR）較冬小麥播前旋耕夏玉米播前免耕（RN）產(chǎn)量分別提高23.7%、29.5%，MN和MR處理之間產(chǎn)量差異不顯著。MN和MR處理的根干重、根系傷流速率、根系TTC含量、活躍吸收面積及總吸收面積等根系特性指標(biāo)顯著高于RN處理，這可能是其產(chǎn)量顯著高于RN處理的重要原因。同時，MN和MR處理的根系特性指標(biāo)和產(chǎn)量不具有顯著性差異，表明小麥玉米周年生產(chǎn)中主要是冬小麥播前翻耕對夏玉米產(chǎn)量及根特性指標(biāo)起主要作用。綜合比較3種不同的耕作方式，冬小麥播前翻耕夏玉米播前免耕（MN）可能是黃淮海區(qū)夏玉米生產(chǎn)最為適宜的耕作方式。

[1] 侯滿平, 郝晉珉, 丁忠義, 孟鵬. 黃淮海平原資源低耗生態(tài)農(nóng)業(yè)模式研究. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2005, 13(1): 195-197.

Hou M P, Hao J M, Ding Z Y, Meng P. Research on the eco-agriculture mode of resource low dissipation in Huanghuaihai Plain., 2005, 13(1): 195-197. (in Chinese)

[2] 侯美亭, 毛任釗, 吳素霞. 黃淮海平原不同生態(tài)類型區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略研究. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2006, 24(3): 156-159.

Hou M T, Mao R Z, Wu S X. Agricultural sustainable development strategy research of different ecological type of Huanghuaihai Plain., 2006, 24(3): 156-159. (in Chinese)

[3] 韓賓, 孔凡磊, 張海林, 陳阜. 耕作方式轉(zhuǎn)變對小麥-玉米兩熟農(nóng)田土壤固碳能力的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(1): 91-98.

Han B, Kong F L, Zhang H L, Chen H. Effects of tillage conversion on carbon sequestration capability of farm and soil doubled cropped with wheat and corn., 2010, 21(1): 91-98.(in Chinese)

[4] 李少昆, 李景德, 張旺鋒, 魏邦軍, 楊剛, 趙海.不同密度玉米根系在大田土壤中的分布、重量的調(diào)節(jié)及與地上部關(guān)系. 玉米科學(xué), 1993, 1(3): 43-49.

Li S K, Li J D, Zhang W F, Wei B J, Yang G, Zhao H. Distribution weight regulation of roots and relationship with aboveground parts of maize in different densities of maize., 1993, 1(3): 43-49.(in Chinese)

[5] Stypa M, Nunez-Barrios A, Barry D A, Miller M H, Mitcheic W A. Effects of subsoil bulk density, nutrient availability and soil moisture on root growth in the field., 1987, 67(2): 239-308.

[6] Coelho E L, Or D. Root distribution and water uptake patterns of corn under surface and subsurface drip irrigation., 1999, 206(2): 123-126.

[7] 李潮海, 李勝利, 王群, 郝四平, 韓錦峰. 下層土壤容重對玉米根系生長及吸收活力的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, 38(8): 1706-1711.

Li C H, Li S L, Wang Q, Hao S P, Han J F. A study on corn root growth and activities at different soil layers with special bulk density., 2005, 38(8): 1706-1711.(in Chinese)

[8] Goodman A M, Ennds A P. The effects of soil bulk density on the morphology and anchorage mechanics of the root systems of sunflower and maize., 1999, 83(3): 293-302.

[9] 李潮海, 李勝利, 王群, 侯松, 荊棘. 不同質(zhì)地土壤對玉米根系生長動態(tài)的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37(9): 1334-1340.

Li C H, Li S L, Wang Q, Hou S, Jing J. Effect of different textural soils on root dynamic growth in corn., 2004, 37(9): 1334-1340.(in Chinese)

[10] 王秀珍, 邱立春. 中耕深松對土壤蓄水及玉米根系生長的影響. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2011, 42(5): 630-633.

Wang X Z, Qiu L C.Influence of subsoiling to moisture of soil and root growth of maize., 2011, 42(5): 630-633.(in Chinese)

[11] 胡守林, 張改生, 鄭德明, 黃學(xué)東, 鄧成貴, 萬素梅. 不同耕作方式玉米地下部生長發(fā)育及土壤水分狀況的研究. 水土保持研究, 2006, 13(8): 223-225.

Hu S L, Zhang G S, Zheng D C, Huang X D, Deng C G, Wan S M. Study on effect of maize root system and soil water in different cultivation way., 2006, 13(8): 223-225.(in Chinese)

[12] Xu D, Mermoud A. Topsoil properties as affected by tillage practices in North China.,2001, 60(1/2): 11-19.

[13] Yang X M, Wander M M. Tillage effects on soil organic carbon distribution and storage in a silt loam soil in Illinois.,1999, 52(1/2): 1-9.

[14] Mrabet R, Saber N, El-Brahli A, Lahlou S, Bessam F. Total, particulate organic matter and structural stability of a Calcixeroll soil under different wheat rotations and tillage systems in a semiarid area of Morocco.,2001, 57(4): 225-235.

[15] He J, Li H W, Wang X Y, McHugh A D, Li W Y, Gao H W, Kuhn N J. The adoption of annual subsoiling as conservation tillage in dryland maize and wheat cultivation in northern China.,2007, 94(2): 493-502.

[16] 余海英, 彭文英, 馬秀, 張利利. 免耕對北方旱作玉米土壤水分及物理性質(zhì)的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(1): 99-104.

Yu H Y, Peng W Y, Ma X, Zhang L L. Effects of no-tillage on soil water content and physical properties of spring corn fields in semiarid region of northern China., 2011, 22(1): 99-104. (in Chinese)

[17] 梁泉, 廖紅, 嚴(yán)小龍.植物根構(gòu)型的定量分析. 植物學(xué)通報, 2007, 24(6): 695-702.

Liang Q, Liao H, Yan X L. Quantitative analysis of plant root architecture., 2007, 24(6): 695-702. (in Chinese)

[18] 楊建昌. 水稻根系形態(tài)生理與產(chǎn)量、品質(zhì)形成及養(yǎng)分吸收利用的關(guān)系. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(1): 36-46.

Yang J C. Relationships of rice root morphology and physiology with the formation of grain yield and quality and the nutrient absorption and utilization., 2011, 44(1): 36-46. (in Chinese)

[19] 陳曉遠, 高志紅, 羅遠培. 植物根冠關(guān)系. 植物生理學(xué)通訊, 2005, 41(5): 555-562.

Chen X Y, Gao Z H, Luo Y P. Relationship between root and shoot of plants., 2005, 41(5): 555-562. (in Chinese)

[20] 劉勝群, 宋鳳斌, 王燕. 玉米根系性狀與地上部性狀的相關(guān)性研究. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2007, 29(1): 1-6.

Liu S Q, Song F B, Wang Y. Correlations between characters of roots and those of aerial parts of maize varieties., 2007, 29(1): 1-6. (in Chinese)

[21] 冀保毅, 趙亞麗, 郭海斌, 穆心愿, 薛志偉, 李潮海. 深耕和秸稈還田對不同質(zhì)地土壤團聚體組成及穩(wěn)定性的影響. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 44(3): 65-70, 107.

Ji B Y, Zhao Y L, Guo H B, Mu X Y, Xue Z W, Li C H. Effects of deep tillage and straw returning on different texture soils aggregate composition and stability., 2015, 44(3): 65-70, 107. (in Chinese)

[22] 蘇有建, 王燁軍, 張永利, 丁勇, 羅毅, 宋莉, 廖萬有. 不同耕作方式對茶園土壤物理性狀及茶葉產(chǎn)量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2015, 26(12): 3723-3729.

Su Y J, Wang Y J, Zhang Y L, Ding Y, Luo Y, Song L, Liao W Y. Effects of different tillage methods on tea garden soil physical characteristics and tea yield., 2015, 26(12): 3723-3729. (in Chinese)

[23] 齊華, 劉明, 張衛(wèi)建, 張振平, 李雪霏, 宋振偉, 于吉琳, 吳亞男. 深松方式對土壤物理性狀及玉米根系分布的影響. 華北農(nóng)學(xué)報, 2012, 27(4): 191-196.

Qi H, Liu M, Zhang W J, Zhang Z P, Li X F, Song Z W, Yu J L, Wu Y N. Effect of deep loosening mode on soil physical characteristics and maize root distribution., 2012, 27(4): 191-196. (in Chinese)

[24] 梁建斌, 劉今河, 楊濤. 不同耕作方式對玉米根系生長發(fā)育及土壤水分的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 34(11): 2353-2354.

Liang J B, Liu J H, Yang T. Effect of different cultivation ways to growth of maize root system and soil water content., 2006, 34(11): 2353-2354. (in Chinese)

[25] 宋日, 吳春勝, 牟金明, 徐克章. 深松土對玉米根系生長發(fā)育的影響. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2000, 22(4): 73-75, 80.

Song R, Wu C S, Mou J M, Xu K Z. Effect of subsoiling on root growth of maize., 2000, 22(4): 73-75, 80. (in Chinese)

[26] 王秀珍, 邱立春. 中耕深松對土壤蓄水及玉米根系生長的影響. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2011, 42(5): 630-633.

Wang X Z, Qiu L C. Influence of subsoiling to moisture of soil and root growth of maize., 2011, 42(5): 630-633. (in Chinese)

[27] 李明德, 劉瓊峰, 吳海勇, 湯睿. 不同耕作方式對紅壤旱地土壤理化性狀及玉米產(chǎn)量的影響. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2009, 18(4): 1522-1526.

Li M D, Liu Q F, Wu H Y, Tang R. Effects of different tillage methods on red soil upland soil physical and chemical properties and maize yield., 2009, 18(4): 1522-1526. (in Chinese)

[28] 梁金鳳, 齊慶振, 賈小紅, 宮少俊, 黃元仿. 不同耕作方式對土壤性質(zhì)與玉米生長的影響研究. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2010, 19(4): 945-950.

Liang J F, Qi Q Z, Jia X H, Gong S J, Huang Y F. Effect of different tillage methods on soil properties and maize growth., 2010, 19(4): 945-950. (in Chinese)

[29] 齊文增, 劉惠惠, 李耕, 邵立杰, 王飛飛, 劉鵬, 董樹亭, 張吉旺, 趙斌. 超高產(chǎn)夏玉米根系時空分布特性. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2012, 18(1): 69-76.

Qi W Z, Liu H H, Li G, Shao L J, Wang F F, Liu P, Dong S T, Zhang J W, Zhao B. Temporal and spatial distribution characteristics of super-high-yield summer maize root.2012, 18(1): 69-76. (in Chinese)

[30] 王玉貞, 李維岳, 尹枝瑞. 玉米根系與產(chǎn)量關(guān)系的研究進展. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué), 1999, 24(4): 6-8.

Wang Y Z, Li W Y, Yin Z R. Study on the relationship of root and yield in maize., 1999, 24(4): 6-8. (in Chinese)

[31] Hall A J, Vilella F, Trapani N, Chimenti C. The effects of water stress and genotype on the dynamics of pollen-shedding and silking in maize., 1982, 5(4): 349-363.

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Root Characteristics and Grain Yield of Summer Maize Under Different Winter Wheat-Summer Maize Tillage Systems

GAO Fei, LI Xia, REN BaiZhao, DONG ShuTing, LIU Peng, ZHAO Bin, ZHANG JiWang

(College of Agronomy, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Taian 271018, Shandong)

【Objective】The cultivation pattern in the Huang Huai Hai Plain is double cropping system of winter wheat-summer maize. The key reason for the influence on root development and yield is the decrease of nutrient content and the tillage layer is becoming shallow which are caused by long-term no-tillage or rotary tillage is practiced in growing winter wheat and no-tillage is practiced in growing maize. It has a significant impact on root development and yield of crops. This study is to investigate the effects of different tillages on root characteristics and grain yield of summer maize in double cropping system in Huang-Huai-Hai Plain. 【Method】Zhengdan958 (ZD958) was used as experimental materials. The field study consisted of tillage treatments before sowing winter wheat and summer maize: rotary tillage before winter wheat sowing and no-tillage before maize sowing (RN), tillage before wheat sowing and no-tillage before maize sowing (MN), and tillage before wheat sowing and rotary tillage before maize sowing (MR) were performed to explore the effects of tillage before winter wheat on root dry matter and root/shoot, root length and area, brace root quality, quantity of bleeding sap in stalk and grain yield. 【Result】The root dry weight, root/shoot ratio, root length, root surface area, root volume, brace root layer number, brace root article number and the brace root dry weight in 0-30 cm of MR and MN increased by 59.1%, 37.5%, 22.8%, 41.1%, 59.2%, 5.9%, 21.0%, 50.8%, and 68.5%, 50.0%, 16.7%, 33.7%, 44.0%, 3.9%, 20.1%, 57.6%, respectively. root TTC reducing capacity, TTC reducing quantity, root actively absorbing area, total root absorbing area and quantity of bleeding sap in 0-30 cm of MR and MN increased by 82.6%, 91.9%, 33.9%, 34.5%, 24.0%, and 109.9%, 108.5%, 83.8%, 65.1%, 14.7%, respectively. Compared to RN, actual ears, the spike grain number, 1000-kernel weight in MR and MN treatments were increased by 8.5%, 11.7%, 4.9% and 3.9%, 8.5%, 4.2%, respectively, and MR and MN treatments, respectively, increased yield by 29.5% and 23.7%. Ploughing before wheat seeding significantly improved the summer maize root quantity and quality characteristics, thus improved yield. Compared with MR, MN treatment significantly increased the total absorption area and active absorption area of the roots which increased by 22.8% and 37.21%, respectively. However, the root length, root surface area, root volume, root number, reductive amount and reductive intensity of TTC by root were not significantly different from those of MR. Compared with MN, the effective panicle number of MR increased by 4.7% but the spike grain number and 1000-kernel weight of two treatments showed no different, yield did not reach significant difference levels.【Conclusion】Compared to RN, MN and MR could significantly improve root properties and yield. The root characteristics and yield of MN and MR did not show significant difference, which indicated that the early wheat sowing was the main effect of winter wheat sowing on summer maize yield and root characteristics. In comprehensive comparison of three different farming methods, it was concluded that MN is the most suitable summer maize production farming method in Huang-Huai-Hai Plain.

summer maize; double cropping of winter wheat and summer maize; tillage method; root characteristics; grain yield

2016-08-03；

2017-02-15

山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項目、國家重點研發(fā)計劃“糧食豐產(chǎn)增效科技創(chuàng)新”重點專項（SQ2017YFNC050063）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項目（CARS-02-20）和國家自然科學(xué)基金項目（31671629）

張吉旺，E-mail：jwzhang@sdau.edu.cn

聯(lián)系方式：高飛，E-mail：Sxfeigao@126.com。李霞，E-mail：bflixia@163.com。高飛和李霞為同等貢獻作者。