高 鵬，孫繼穎，高聚林，于曉芳，王志剛，胡樹平，劉 劍，包海柱，紀(jì) 楠

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014109）

土壤對作物產(chǎn)量具有直接影響，其中耕層深度與土壤容重兩項(xiàng)指標(biāo)能直接衡量土壤的結(jié)構(gòu)與質(zhì)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(jié)構(gòu)更加合理并提升土壤保肥能力，同時(shí)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(diào)節(jié)土壤中固體、液體、氣體的比例，同時(shí)協(xié)調(diào)好土壤的水肥氣熱之間的關(guān)系[4]。

GUZMAN-ROJO 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，深松通過改善土壤空間結(jié)構(gòu)并促進(jìn)水分下滲從而促進(jìn)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(gòu)成，從而在物理學(xué)角度上促進(jìn)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(jìn)玉米地上部分對必需營養(yǎng)元素的吸收，促進(jìn)玉米成熟期地上部干物質(zhì)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(jìn)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(nèi)玉米產(chǎn)量。因此，本研究將深松季節(jié)與深松深度相結(jié)合，探究不同深松模式對土壤物理性質(zhì)及春玉米產(chǎn)量的變化規(guī)律，為合理改善土壤物理結(jié)構(gòu)、春玉米增產(chǎn)增效提供有效技術(shù)途徑。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技園區(qū)（40°33′N、110°31′E），試驗(yàn)田前茬作物為春玉米，土壤為沙壤土。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為雙因素試驗(yàn)，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(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)（表1），因素A 為深松季節(jié)，為該試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shè)置深松30 cm、深松40 cm、深松50 cm 3種深松深度。種植時(shí)試驗(yàn)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(nóng)戶淺旋。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤含水量測定 測定時(shí)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(yàn)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(jì)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(zhì)測量 在成熟期測定地上部干物質(zhì)量，取樣時(shí)去除邊行，在取樣區(qū)選取長勢一樣的玉米植株進(jìn)行取樣；取樣時(shí)，每個(gè)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(gè)部分，分袋裝好后105 ℃殺青30 min，之后調(diào)整烘箱溫度為70 ℃并烘干至恒重，同時(shí)記錄干重。

1.3.4 根系指標(biāo)測量 在吐絲期測定玉米根系指標(biāo)，取樣時(shí)去除邊行；取樣時(shí)每個(gè)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(fù)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(biāo)，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(chǎn)及考種 在收獲時(shí)，每個(gè)處理（去除邊緣效應(yīng)）實(shí)收2 行，量取10 m 長度，共取3 次重復(fù)。計(jì)算實(shí)際測產(chǎn)面積，并調(diào)查每個(gè)面積內(nèi)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(jī)留10 個(gè)果穗進(jìn)行風(fēng)干，對其進(jìn)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(biāo)，最后計(jì)算籽粒理論產(chǎn)量（籽粒含水量折成14%）。

2 結(jié)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(jīng)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(jīng)春季深松（SSS）處理的土壤保水蓄水能力高于CK。而經(jīng)過秋季深松（ASS）處理的土壤的保水蓄水能力在整個(gè)玉米生育時(shí)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(nóng)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(jīng)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(shí)候隨著深松深度增大有利于創(chuàng)造更好的土壤物理結(jié)構(gòu)。

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(jīng)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(nèi)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(biāo)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(jìn)玉米根干重增加，其中，經(jīng)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(jīng)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(chǎn)1.14、1.51、2.35 g，說明深松深度增大對玉米根系物質(zhì)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(jīng)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(jīng)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(nèi)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(biāo)，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(chǎn)量。經(jīng)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(jīng)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(nèi)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(jīng)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(jīng)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(nèi)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(zhì)量的影響

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

表3 不同深松模式對成熟期干物質(zhì)量的影響

2.5 不同深松模式對玉米產(chǎn)量的影響

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

表4 不同深松模式對玉米產(chǎn)量的影響

3 討論

深松是一種可以促進(jìn)作物根系生長、合理改善土壤物理結(jié)構(gòu)、促進(jìn)水分入滲的保護(hù)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(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)[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(kuò)容能力，防止土壤水分散失過快，同時(shí)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(biāo)，其比例還影響著土壤的化學(xué)性質(zhì)，所以土壤三相比是衡量土壤水、肥、氣、熱的重要指標(biāo)[16]。合理的深松模式促進(jìn)了根干重、根長、根表面積、根體積等根系形態(tài)指標(biāo)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(nèi)根系總量[17-19]。由試驗(yàn)結(jié)果可知，春季深松并不能在全生育時(shí)期提高土壤的儲水能力，這可能與播前動土破壞墑情有關(guān)。秋季深松在改良土壤效果、春玉米增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)方面優(yōu)于春季深松，當(dāng)深松時(shí)期固定且深松深度在30～50 cm 范圍內(nèi)，隨著深松深度提升玉米產(chǎn)量提升，玉米生育時(shí)期降雨量充足，而深松可以促進(jìn)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(nèi)隨著深松深度的提升玉米產(chǎn)量得以提升。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)證明，適當(dāng)合理的深松可以提高土壤的保水能力，合理調(diào)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(zhì)量以及產(chǎn)量，且ASS 的效果優(yōu)于SSS。對土壤進(jìn)行合理的深松處理，可以提升耕地質(zhì)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(diào)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(biāo)具有積極的意義，通過挖根試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對玉米根系影響最顯著的是ASS50處理，當(dāng)土壤經(jīng)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(qiáng)弱影響著玉米抗逆性和產(chǎn)量的提升，證明深松耕作能促進(jìn)根系在土壤空間內(nèi)生長，同時(shí)使玉米根系吸收深層營養(yǎng)物質(zhì)與水分促使玉米產(chǎn)量提高。