全 文 ：陕西榆林春玉米高产田土壤理化性状及根系分布*
路海东1 摇 薛吉全1**摇 马国胜1 摇 郝引川1 摇 张仁和1 摇 马向峰2
( 1 西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌 712100; 2 榆林市农业技术工作站, 陕西榆林 719000)
摘摇 要摇 调查分析了陕西榆林 2 块 19500 kg·hm-2以上超高产春玉米田的产量构成、干物质
分配和 0 ~ 100 cm 土层根系分布及土壤理化性状指标. 结果表明:其种植密度为 105000 ~
123000 株·hm-2、成穗率 97郾 7% ~102郾 2% 、千粒重 320 g 以上,果穗干物质积累量占整株干
物质积累量的 60郾 2% ~65郾 5% . 0 ~ 100 cm土壤平均容重为 1郾 28 ~ 1郾 33 g·cm-3,层间(每层
20 cm)土壤容重、孔隙度和田间持水量均呈“M冶型变化.玉米根系主要分布在 0 ~ 60 cm,0 ~
20 cm土层根系量占根系总量的 64郾 8% ~ 72郾 1% ,20 ~ 60 cm 土层根系量占根系总量的
23郾 30% ~28郾 17% .根系分布与土壤理化性状关系密切,0 ~ 20 cm 土层玉米的根系量与土壤
有机质、全氮和全磷含量呈显著正相关,20 ~ 60 cm土层根系量与土壤容重和田间持水量显著
相关.因此,选择通透性和保水保肥能力良好的土壤,实行宽窄行双株密植栽培是获得玉米高
产的关键.
关键词摇 春玉米摇 产量构成摇 土壤摇 理化性状摇 根系分布
文章编号摇 1001-9332(2010)04-0895-06摇 中图分类号摇 S513摇 文献标识码摇 A
Soil physical and chemical properties and root distribution in high yielding spring maize
fields in Yulin, Shaanxi Province. LU Hai鄄dong1, XUE Ji鄄quan1, MA Guo鄄sheng1, HAO Yin鄄
chuan1, ZHANG Ren鄄he1, MA Xiang鄄feng2 ( 1College of Agronomy, Northwest A & F University,
Yangling 712100, Shaanxi, China; 2Yulin Agricultural Technology Work Station, Yulin 719000,
Shaanxi, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(4): 895-900.
Abstract: An investigation was made on the yield component, dry matter allocation, root distribu鄄
tion in 0 - 100 cm soil layer, and soil physical and chemical properties in two high yielding
(>19500 kg·hm-2) spring maize fields of Yulin, Shaanxi Province. In the two fields, the planting
density was from 105000 plants·hm-2 to 123000 plants·hm-2, spike rate was from 97郾 7% to
102郾 2% , 1000鄄grain weight was >320 g, and the dry matter allocation in ears occupied 60郾 2% -
65郾 5% of the total. The average bulk density in 0-100 cm soil layer was from 1郾 28 g·cm-3 to
1郾 33 g·cm-3, and the soil bulk density, porosity, and field water鄄holding capacity along the pro鄄
file all changed in M type. Maize roots were mainly distributed in 0-60 cm soil layer, and those in
0-20 cm and 20-60 cm accounted for 64郾 8% -72郾 1% and 23郾 30% -28郾 17% of the total, respec鄄
tively. There was a close relationship between root distribution and soil physical鄄chemical proper鄄
ties. Root dry mass in 0-20 cm soil layer had a significant positive correlation with soil organic mat鄄
ter, total nitrogen, and total phosphorus, while that in 20-60 cm soil layer was significantly corre鄄
lated with soil bulk density and field water鄄holding capacity. Therefore, to select soils with good
permeability and high maintenance capacity of water and nutrients would be the key in obtaining
high maize yield.
Key words: spring maize;yield component;soil;physical and chemical properties;root distribution.
*国家“973冶计划项目(2009CB118604)、国家自然科学基金项目
(30971722)和陕西省“13115冶重大科技攻关项目(2009ZDGC鄄01)资
助.
**通讯作者. E鄄mail: xjq2934@ yahoo. com. cn
2009鄄05鄄15 收稿,2010鄄01鄄27 接受.
摇 摇 合理的群体结构和良好的土壤条件是玉米持续 高产的重要保证. Cavigelli 等[1]研究认为,全球主要
禾谷类作物系统未来实现增产潜力的主要途径之一
是土壤质量的改善. 良好的土壤物理性质是肥沃土
壤的重要标志,对作物的生长起着重要作用.土壤供
肥能力不但取决于外界的肥料施入量,而且取决于
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 4 月摇 第 21 卷摇 第 4 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2010,21(4): 895-900
土壤保肥与肥料转化能力(土壤理化性质),施肥量
和产量之间并不是呈正比关系[2],土壤的理化结构
和保肥能力对肥料的高效利用有着重要的影响[3] .
改善土壤理化性质能提高玉米根系活力,增加玉米
产量[4-6] .已有的研究多集中于耕层土壤,而对耕层
以下土壤理化性状与作物生长之间的关系研究较
少,尤其是关于超高产条件下玉米深层土壤性状及
根系分布的研究鲜有报道,关于 19500 kg·hm-2高
产田深层土壤的理化性状及玉米根系分布状况等尚
不清楚.为此,本课题组于 2008 年对陕西榆林 2 块
小面积获得 19500 kg·hm-2以上超高玉米产田的土
壤理化性状及根系分布进行了测定分析,研究玉米
的干物质分配、0 ~ 100 cm 土层根系分布和土壤理
化性状等指标,旨在为玉米高产栽培提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料
试验设在陕西省榆林市定边县堆子梁镇营盘梁
村玉米高产攻关田(37毅48郾 7忆 N,109毅11郾 6忆 E,海拔
1808郾 4 m)进行.供试品种为郑单 958(ZD958)和先
玉 335(XY335).在本试验中,2 个杂交种生育进程
基本一致,于 2008 年 4 月 25 日播种,5 月 10—11 日
出苗、7 月 25—26 日抽雄、7 月 28—29 日吐丝,9 月
26—27 日达到生理成熟,10 月 6 日收获测产. 试验
地土壤为沙壤土,0 ~ 20 cm 土壤有机质平均含量为
6郾 76 g·kg-1、速效氮为 42郾 75 滋g·g-1、速效磷为
16郾 98 滋g·g-1、速效钾为 99郾 77 滋g·g-1 .
1郾 2摇 试验设计
试验田实行宽窄行双株密植栽培. 郑单 958 种
植密度为 123000 株·hm-2,种植方式为 61500 穴·
hm-2,先玉 335 种植密度为 105000 株·hm-2,种植
方式为 52500 穴·hm-2,每穴留均匀一致的双株苗.
穴距 27郾 1 ~ 31郾 8 cm,宽行行距 80 cm,窄行行距 40
cm.种植面积:郑单 958 为 0郾 38 hm2,先玉 335 为
0郾 40 hm2 .生育期内保证良好的肥水供应,采取增施
有机肥、培肥地力、足量施肥、分次追肥的原则. 其
中,底肥施有机肥 90000 kg·hm-2,尿素 225 kg·
hm-2,磷酸二铵 750 kg·hm-2,硫酸钾 487郾 5 kg·
hm-2,锌肥 37郾 5 kg·hm-2,硼肥 37郾 5 kg·hm-2 . 拔
节期(7 叶展)追施尿素 300 kg·hm-2,大喇叭口期
(13 叶展)追施尿素 225 kg·hm-2,灌浆期(吐丝后
10 d左右)随水补施碳酸氢铵 525 kg·hm-2 .
1郾 3摇 测定项目与方法
试验播种前,按 S 型布点取 0 ~ 20 cm 土壤样
品,测定土壤基础养分含量(有机质、速效氮、速效
磷、速效钾).收获期,每块试验田随机选取 3 个点,
每点选取连续有代表性的植株 4 株(2 穴),取地上
部分测定单株地上部各器官的干物质量(按各器官
分开处理,在烘箱中 105 益杀青,80 益烘干至恒
量),同时测定地下 0 ~ 100 cm(每 20 cm 土层一个
样品)土层的根系干物质量及土壤容重、土壤孔隙
度、饱和含水量、最大持水量和土壤养分(有机质、
全 N、全 P、全 K)等.
根系的取样方法为:将玉米行左右各 20 cm 与
4 株玉米所占行长范围内的土用铁铲取出,每 20 cm
土壤深度分一层,将取出的各层样品装入沙网袋用
水慢慢冲洗,将根冲出,用烘干法(105 益杀青,80
益烘干至恒量)测定根系干物质量.
土壤容重测定采用环刀法,土壤孔隙度通过公
式获得:孔隙度=(1-容重 /比重) 伊100% ,土壤水分
测定采用烘干法,土壤有机质测定采用电热板加热鄄
重铬酸钾容量法,碱解氮测定采用扩散法,速效磷测
定采用 0郾 5 mol·L-1 NaHCO3 浸提鄄钼锑抗比色法,
速效钾采用 1 mol·L-1 NH4OAc 浸提鄄火焰光度法.
全氮(TN)测定采用半微量凯式定氮法,全磷(TP)
测定采用 NaOH熔融铝锑抗比色法,全钾(TK)测定
采用 NaOH熔融火焰分光比色法[7] .
1郾 4摇 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003 软件进行数据处理和
作图,采用 SPSS 11郾 0 统计软件进行相关性分析,采
用 LSD法进行差异显著性分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 玉米籽粒产量构成与干物质分配
由表 1 可以看出,2 块高产田玉米籽粒产量均
达到 19500 kg·hm-2以上, ZD958 为 19896 kg·
hm-2,XY335 为 19777郾 5 kg·hm-2;从产量构成上
看,2 块高产田在高密度下的成穗率均较高,分别达
到了 102郾 2% 和 97郾 7% ,千粒重分别为 344郾 4 和
3 27郾 6 g.成熟期2块高产田果穗干物质积累量分别
表 1摇 春玉米高产田的产量构成
Tab. 1摇 Yield component of high yield field of spring maize
品 种
Variety
密 度
Density
(plants·
hm-2)
穗 数
Ears
per
hm2
成穗率
Spike
rate
(% )
穗粒数
Kernels
per
ear
千粒重
Weight
per 1000鄄
kernel
(g)
产 量
Yield
(kg·
hm-2)
ZD958 123000 125670 102郾 2 468郾 4 344郾 4 19896郾 0
XY335 105000 102585 97郾 7 502郾 3 327郾 6 19777郾 5
698 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 2摇 不同玉米品种各器官的干物质量
Tab. 2摇 Dry matter of different organs of two spring maize
variety (g)
品 种
Variety
茎
Stem
叶
Leaf
鞘
Sheath
雄
Staminate
苞叶
Husk
雌穗
Ear
总量
Total
ZD958 26郾 99 37郾 34 18郾 22 2郾 13 12郾 80 142郾 39 244郾 88
XY335 25郾 37 30郾 25 14郾 29 1郾 13 10郾 87 155郾 56 237郾 48
为 142郾 39 和 155郾 56 g,分别占整株总干物质积累量
的 60郾 2%和 65郾 5% ,茎叶鞘的干物质积累量分别占
总干物质积累量的 33郾 7%和 29郾 4% (表 2). 可见,
增加群体密度、提高成穗率是玉米实现超高产的基
础,而促进干物质向果穗转移,提高千粒重是实现超
高产的重要途径.
2郾 2摇 不同土层土壤的理化性状
2郾 2郾 1 土壤容重 摇 由图 1 可知,郑单 958、先玉 335
高产田的土壤容重均较小,0 ~ 100 cm 土层平均土
壤容重分别为 1郾 28 和 1郾 33 g·cm-3,0 ~ 20 cm耕层
土壤容重分别为 1郾 18 和 1郾 23 g·cm-3;0 ~ 100 cm
各层(每 20 cm一层)土壤容重差异明显,呈大小交
替的“M冶型曲线变化. 其中,0 ~ 20 cm 土层为沙质
土,20 ~ 40 cm 土层为淤泥层,40 ~ 60 cm 土层为沙
质层,60 ~ 80 cm土层为淤泥层,80 ~ 100 cm土层为
沙质层,形成了松-紧-松的土壤结构,既保证了 0 ~
20 cm耕层土壤的通透性,又防止了深层养分与水
分的渗漏,从而为玉米获得高产提供了良好的土壤
物理环境.
2郾 2郾 2 土壤孔隙度(P)、饱和含水量(SWC)和田间
持水量(FC) 摇 土壤孔隙度与田间持水量及饱和含
水量的变化趋势基本一致,0 ~ 100 cm 不同土层间
(每 20 cm一层)呈“M冶型变化. 土壤孔隙度大,则
田间持水量和饱和含水量也较大,反之亦然.不同土
层比较,0 ~ 20 cm和 40 ~60 cm土层的土壤孔隙度、
饱和含水量、田间持水量相对较大,而20 ~ 40 cm、
图 1摇 不同土层土壤容重
Fig. 1摇 Soil bulk density at different soil depths.
图 2摇 XY335 和 ZD958 不同土层深度的土壤孔隙度、饱和含
水量和田间持水量
Fig. 2摇 Porosity, Saturated water content and field water鄄holding
capacity at different soil depths of XY335 and ZD958.
P: 土壤孔隙度 Porosity; SWC: 土壤饱和含水量 Saturated water con鄄
tent; FC: 田间持水量 Field water鄄holding capacity.
60 ~ 80 cm和 80 ~ 100 cm土层则较小(图 2).
2郾 2郾 3 土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量摇 不同土
层土壤总养分含量随着土层深度的增加呈下降趋势
(表 3).不同土层间养分含量差异显著,0 ~ 40 cm
土层的有机质、全氮、全磷和全钾含量显著高于 40
~ 100 cm 土层. 在 60 cm 以下土层,养分含量基本
保持稳定,各土层间差异不明显. 可见,土壤总养分
含量主要集中在 0 ~ 40 cm土层.
2郾 3摇 玉米根系在不同土层的分布
由图 3 可以看出,在 0 ~ 100 cm 土层,2 个品种
玉米根系均主要分布在 0 ~ 60 cm土层,根系干物质
表 3摇 不同土层土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量
Tab. 3 摇 Contents of organic matter, total N, total P and
total K at different soil depths (g·kg-1)
土层深度
Soil depth
(cm)
有机质
Organic
matter
全 氮
Total
nitrogen
全 磷
Total
phosphorus
全 钾
Total
potassium
0 ~ 20 5郾 05aA 0郾 38aA 5郾 60aA 4郾 80bA
20 ~ 40 3郾 66bB 0郾 24bB 4郾 44bB 5郾 19aA
40 ~ 60 2郾 30cC 0郾 12cC 3郾 11dC 3郾 40cB
60 ~ 80 1郾 83dD 0郾 13cC 3郾 46cC 3郾 56cB
80 ~ 100 1郾 79dD 0郾 13cC 2郾 20eD 2郾 98dC
表中数据为郑单 958和先玉 335 的平均值 Values in the table were the
average of ZD958 and XY335郾 同列不同大、小字母分别表示差异达
0郾 01和 0郾 05显著水平 Different capital and small letters in the same col鄄
umn meant significant difference at 0郾 01 and 0郾 05 levels, respectively.
7984 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 路海东等: 陕西榆林春玉米高产田土壤理化性状及根系分布摇 摇 摇 摇 摇
图 3摇 玉米根系在不同土层的分布
Fig. 3摇 Root distribution of different spring maizes at different
soil depths.
量占总根系量的 90%以上. 在 0 ~ 20 cm 土层中,
ZD958 根系干物质量为 12郾 38 g,占根系总量的
72郾 1% ;XY335 根系干物质量为 10郾 34 g,占根系总
量的 64郾 8% ;在 20 ~ 40 cm土层中,2 块高产田的根
系干物质量分别为 1郾 84 和 1郾 93 g,分别占根系总量
的 10郾 9%和 12郾 3% ;在 40 ~ 60 cm土层中,2 块高产
田根系干物质量分别为 2郾 11 和 2郾 50 g,分别占根系
总量的 12郾 4%和 15郾 9% ;60 cm以下,随着土层深度
的增加,2 块高产田玉米根系的干物质分布量显著
减少,60 ~ 100 cm 土层的根系量仅占根系总量的
3郾 8% ~6郾 0% .从根系干物质量的各层变化来看,基
本上随土层深度增加呈下降趋势,尤其从 20 cm 开
始,下降幅度明显,但该高产田 20 ~ 40 cm土层的根
系量却小于 40 ~ 60 cm 土层.说明根系的分布量除
与土壤深度有关外,还与土壤理化性状关系密切.
2郾 4摇 土壤理化性状与玉米根系分布的关系
对 2 块高产田不同土层的玉米根系量与土壤理
化性状进行相关性分析,结果表明,0 ~ 20 cm 土层
的玉米根系量与土壤有机质、全氮和全磷含量呈显
著正相关,与土壤容重和全钾含量呈正相关,与田间
持水量呈负相关;20 ~ 40 cm 和 40 ~ 60 cm 土层的
根系量与土壤容重呈显著负相关,与田间持水量呈
显著正相关;60 cm 以下土层的土壤理化性状与根
系量的相关性不显著(表 4). 说明在 0 ~ 20 cm 土
层,土壤养分含量是影响根系分布的主要因素,养分
含量越高,根系量越大;在 20 ~ 60 cm 土层,土壤容
重和田间持水量是影响根系分布的主要因素,土壤
容重越小,田间持水量越大,根系量越大.
表 4摇 土壤容重、田间持水量及土壤养分(有机质、N、P、K)与各土层玉米根系生物量的相关系数
Tab. 4摇 Correlation coefficients between soil bulk density, field water鄄holding capacity and soil nutrients (organic matter,
N, P, K) with root biomass distribution at different soil depths of spring maize
项 目
Item
根系生物量 Root biomass
0 ~ 20 cm 20 ~ 40 cm 40 ~ 60 cm 60 ~ 80 cm 80 ~ 100 cm
容重 Bulk density 0郾 4581 -0郾 7788* -0郾 6851* -0郾 4694 -0郾 3018
田间持水量 Field water鄄holding capacity -0郾 4864 0郾 7679* 0郾 6533* 0郾 4418 0郾 3122
有机质 Organic matter 0郾 6742* 0郾 5871 0郾 4562 0郾 3355 0郾 3458
全氮 Total nitrogen 0郾 6563* 0郾 5799 0郾 4455 0郾 3871 0郾 3612
全磷 Total phosphorus 0郾 6371* 0郾 5728 0郾 4398 0郾 3015 0郾 3122
全钾 Total potassium 0郾 5455 0郾 4456 0郾 3487 0郾 3244 0郾 3089
* P<0郾 05.
3摇 结论与讨论
玉米是重要的粮食作物,具有较大的增产潜力.
Tollenaar[8]认为,当前生产水平下玉米生产力上限
为 30834 kg · hm-2, 美 国 的 春 玉 米 曾 获 得
27750 kg·hm-2的产量.本课题组 2008 年在陕西榆
林通过使用耐密品种、增加群体密度、采取宽窄行双
株密植栽培技术,使郑单 958 和先玉 335 分别达到
了 19896郾 0 和 19777郾 5 kg·hm-2的高产水平.对这 2
块玉米高产田的群体结构和干物质分配情况的分析
表明,增加种植密度(2 块高产田的玉米种植密度达
105000 ~ 123000 株·hm-2),提高成穗率(2 品种成
穗率分别达到 97郾 7%和 102郾 2% )和千粒重(320 g
以上),促进干物质向果穗转移(果穗干物质积累量
占总干物质积累量的 60郾 2% ~ 65郾 5% ,茎叶鞘中的
干物质积累量仅占总干物质积累量的 29郾 4% ~
33郾 7% ),是实现该玉米试验田取得 19500 kg·hm-2
以上超高产水平的重要保证.
土壤理化性状是影响作物生长发育的重要因
素,其与土壤中的生物种类、数量、活性有着密切的
关系,可通过影响土壤中矿质养分和气体的供应状
况,从而影响作物的生长发育,深入研究超高产田的
土壤理化性状及根系生长发育情况对玉米高产田的
创建具有重要意义.王鸿斌等[9]对吉林省玉米超高
产田土壤的研究表明,超高产玉米田土壤物理肥力
特性较高,主要表现在耕层较深厚,土壤容重变化在
898 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
1郾 01 ~ 1郾 26 g·cm-3,土壤的结构破坏率较低.黄振
喜等[10]、郭金瑞等[11]也分别在沙壤类型土质上创
造了玉米高产水平.本研究结果表明,2 个超高产田
块的土壤类型为沙壤土,0 ~ 100 cm 土层土壤平均
容重分别为 1郾 28 和 1郾 33 g·cm-3,且各层(每 20 cm
一层)之间呈松紧交替的“M冶型变化,0 ~ 20 cm 的
土壤容重分别为 1郾 18 和 1郾 23 g·cm-3,20 ~ 60 cm
的土壤容重在 1郾 24 ~ 1郾 38 g·cm-3 . 土壤孔隙度与
田间持水量和饱和含水量也呈“M冶型变化趋势,0 ~
20 cm和 40 ~ 60 cm 土层的土壤孔隙度、饱和含水
量、田间持水量较大,分别达到了 49郾 4% 、32郾 8% 、
31郾 1%和 49郾 9% 、33郾 0% 、31郾 2% . 说明良好的土壤
通透性和保水、保肥能力是玉米高产的重要基础.
玉米根系的空间分布对玉米生长及产量形成具
有重要作用[12-13] .了解土壤理化性状与根系的相关
关系可以为根系生长创造良好的环境提供依据,从
而采取相应的栽培措施使作物的最大增产潜力得以
实现.李潮海等[4-5,14]对玉米 0 ~ 60 cm 土层土壤容
重变化的研究表明,随着下层土壤容重的增加,玉米
单株叶面积和 Pn、Ls、Gs 不断下降,容重越大,叶面
积指数下降幅度越大,玉米生育后期叶片衰老速度
越快.易镇邪等[15]研究表明,施肥促使 0 ~ 25 cm 土
层玉米根系量增加,25 ~ 50 cm 土层根系量减少.本
研究表明,在 0 ~ 60 cm 范围内,土壤理化性状对玉
米根系分布具有明显的调节作用,在 0 ~ 20 cm 土
层,根系量与土壤养分呈显著正相关,养分含量越
高,根系量越大;在 20 ~ 60 cm 土层内,根系量与土
壤容重和田间持水量等物理性状呈显著相关,土壤
容重越小,田间持水量越大,根系量越大.可见,施肥
仅是对耕层玉米根系进行调控,对深层根系的调节
还需要采取深松、深耕等土壤改良措施.
关于根系对作物产量的影响研究观点不一,有
研究认为强大的根系是作物获得高产的必要因
素[16-21],而有研究认为根系冗余反而对增产不
利[22-25] .根系在土壤中的分布分纵向和横向两个方
面,某一层次土壤的根系量不能完全反映根系的总
量大小,也就不能全面反映根系量与产量的关系.本
试验中 2 块玉米高产田 0 ~ 20 cm 土层的根系量占
总根系量的 64郾 8% ~ 72郾 1% ,20 ~ 60 cm 土层根系
量也占总根系量的 23郾 3% ~ 28郾 2% .这说明增加深
层土壤根系量的分布有助于获得玉米高产. 有关深
层根系量与产量的关系还有待进一步研究.
参考文献
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作者简介摇 路海东,男,1975 年生,讲师.主要从事玉米高产
栽培技术及生理生态研究. E鄄mail: lhd2042@ yahoo. com. cn
责任编辑摇 张凤丽
009 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷