深松耕作对土壤理化特征及玉米根系空间分布的调控效应

为研究深松耕作对土壤水热特征、玉米根系空间分布及产量的调节效应，本试验设置免耕、浅旋耕作及条带深松耕作三种土壤耕作方式，设定低、中、高三个种植密度，运用小立方原位根土取样器，根据“3D monolith”方法对土壤与根系进行取样，分析土壤水热特征与根系在土壤中的空间分布特征，明确玉米根系与土壤水分的空间分布规律及其协调性对玉米产量的调控机理。研究结果表明： （1）深松耕作打破土壤犁地层(20-30cm)，显著降低0-30cm土层处的土壤容重0.05-0.16g/cm3；浅旋耕作显著降低0-20cm土层处的土壤容重0.05-0.09g/cm3。深松耕作土壤具有较高的土壤含水量，主要增加了犁底层以下(30-50cm)的土壤含水量：与浅旋耕作的土壤相比，0-50cm土层的土壤含水量提高20.18%左右；与免耕处理的土壤相比，0-20cm土层处的土壤含水量略低，但20-50cm土层处的土壤含水量显著增加7.14%左右；土壤水分在空间中呈现“植株中心含量低、植株周围含量高”的分布状态；植株生长中心及根长密度大的土壤区域含水量显著降低，即根系集中区域出现明显的水分耗竭区域，但深松耕作显著减小下层土壤水分的耗竭区域；土壤深松耕作对土壤含水量的增加幅度随深松耕作时间的前移而增加。 （2）深松耕作土壤中根系长度显著大于免耕与浅旋耕作的根系长度，促进根系向下层土壤中生长；对不同土层中根长密度分析可知，深松耕作显著增加20-50cm土层中的根长密度，增幅为10.6%-12.6%；随着与植株中心距离的增加，0-20cm土层中的根长密度呈指数降低的趋势，在20-30cm土层中，根长密度无显著变化；并且，深松耕作显著增加植株中心的根长密度；在高密度种植条件下，单株根系长度显著下降，但群体根长密度却没有显著变化，群体根系的空间分布发生显著变化：植株中心的根长密度显著降低，植株之间的根长密度显著增加；深松耕作显著提高密植玉米下层土壤中根长密度，减轻上层根系的“拥挤”现象。 （3）对土壤进行深松耕作，显著增加根系与地上部的干物质积累，并且对地上部干物质的增加幅度大于对根系干物质的增加幅度，增加冠根比；随种植密度的增加，植株冠根比呈增加的趋势。对土壤进行深松耕作后，与浅旋耕作相比，产量的增加幅度为6.9%，与免耕处理相比，产量的增加幅度为12.5%；相对于低密度种植，高密种植能提高产量7.82-10.72%；对产量构成分析可知，深松耕作显著增加穗粒数与千粒重，高密种植显著增加穗数，因此在高密度条件下进行深松耕作进一步提高产量的重要措施。