土壤物理性质对玉米生长影响及高产农田土壤物理特征研究

作物高产不但需要土壤有充足的养分供给,还要求土壤有水、气、热相协调的物理环境条件。近二、三十年来,由于玉米生产中采取长年连作、旋耕、单施化肥、少施或不施有机肥,导致土壤质量严重下降,表现为：土壤板结,耕层浅、容重大、结构性差等。尽管目前有关土壤物理性质与作物生长的定性关系已经非常明确,但是在不同土壤类型上,不同作物生长适宜土壤物理性质的定量关系研究还非常欠缺。本文首先通过大田研究了高产玉米田土壤物理特征,然后以棕壤为试验材料,通过盆栽与大田小区试验的方法,进一步研究了容重、孔隙度、耕层厚度等土壤物理性质对玉米生长的影响。研究结果将对高产稳产农田建设具有重要的理论意义,对农业生产实践具有重要的参考价值。研究结论如下： 1.通过玉米田调查发现,产量>750公斤/亩的玉米田,有90%的地块耕层、犁底层厚度分别在20～25cm、7-10cm之间；耕层容重、硬度分别在1.30-1.33g cm-3与3.1～5.1Kg cm-2范围；耕层土壤总孔隙度、通气孔隙度分别介于50%-52%、10%～15%之间；耕层土壤的水稳性团聚体含量在20%以上,团聚体的水稳性系数在25%以上。产量450～750公斤/亩的玉米田,有90%的地块耕层、犁底层厚度分别在16～19cm、10～16cm之间；耕层容重、硬度分别在1.33～1.38g cm-3与5.5～7.5Kg cm-2范围；耕层土壤总孔隙度、通气孔隙度分别介于41%-44%、8%-12%之间；耕层土壤的水稳性团聚体含量小于18%,团聚体的水稳性系数小于22%。 2.通过不同耕层厚度处理的小区试验研究结果发现,耕层厚度在10-50cm范围内,随着耕层厚度增加,玉米地上、地下部位生长都有不同程度的增加,对叶绿素、光合特性没有影响。当耕层厚度＞30cm时,株高、茎粗增长不明显,平均增加10%左右,同时,其他玉米生长指标增加幅度也较小。盆栽结果表明,当耕层深度小于15cm时,总根量下降,表层根系分布比例增加10%-20%,表现为根系补偿；当耕层深度大于30cm时,不同处理对根总生长量无显著影响,综合小区试验结果可知,适宜玉米生长的耕层厚度为20～30cm,耕层厚度再增加对玉米生长促进作用减少,经济性下降。 3.通过不同容重处理的盆栽试验研究结果发现： 1)利用有机质含量为13.79g Kg-1的棕壤进行1.1～1.4g cm-3不同的容重处理,结果容重均从播种到出苗期迅速增高,之后的整个生育期缓慢升高,但在灌浆期略有下降。1.1和1.2g cm-3容重处理在玉米生育期分别稳定在1.26～1.31g cm-3和1.28～1.33g cm-3之间。1.3和1.4g cm-3容重处理则分别稳定在1.34-1.38g cm-3和1.43-1.45g cm-3之间。说明有机质含量低的土壤耕作后低容重很难保持,均会大幅度增高。 2)土壤总孔隙度对玉米根系生长有极大的影响。当总孔隙度为49.9%-51.2%时,玉米根系生长指标极显著高于低孔隙度处理；当总孔隙度低于48%时,随着孔隙度的减少,根系生长指标虽然呈减少趋势,但总孔隙度的影响不显著。不同孔隙度对根系活力有影响,根系活力在灌浆期前都呈上升趋势,总孔隙度>49.9%时影响不显著,当总孔隙度低于48%时,根系活力极显著下降。 3)叶绿素含量在玉米生育期内始终增长,不同通气孔隙度处理对叶绿素含量的影响从拔节期后极显著。光合速率与容重、胞间二氧化碳浓度呈负相关,与气孔导度呈正相关。当通气孔隙度在8.6%-11.0%范围时,玉米光合效率较高。 4)容重对玉米根、茎、叶中N、P、K元素的吸收与积累影响显著(P<0.05),随设计容重增加,在相同生育期同一玉米生理部位同一元素的积累下降,除根茎中K含量随生育期先下降后上升外,其它元素在玉米生育期都表现为下降,这种结果的累积效应导致容重1.1、1.2处理产量极显著高于容重1.3、1.4处理(P<0.01)。1.26～1.33g cm-3处理各项指标差异较小,是玉米生长适宜的土壤容重范围。 5)土壤有机质含量小于1.5%时制约玉米生长,有机物料含量为3%-5%时,显著提高了土壤的总孔隙度(增加9%左右)、通气孔隙度(增加40%-50%)、田间持水量(增加9%-30%),显著降低了容重(降低5%-12%)。低容重(1.2g cm-3)土壤有机物料增加到3%,高容重(1.4g cm-3)土壤有机物料增加4%时,土壤物理指标较好,达到玉米高产所需的物理条件。 4.综合大田调查、小区及盆栽试验,高产玉米田的土壤物理特征应该满足耕层厚度在20～30cm之间,总孔隙度、通气孔隙度分别在50%-51.2%、10%-11%的范围,在玉米整个生育期容重稳定在1.26～1.33g cm-3范围。