全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(4): 623632 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家“十二五”科技支撑计划项目“粮食丰产科技工程”(2011BAD16B08, 2012BAD04B06, 2013BAD07B05)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 甄文超, E-mail: wenchao@hebau.edu.cn, Tel: 0312-7528158
第一作者联系方式: E-mail: yinbaozhong@hebau.edu.cn, Tel: 0312-7528159
Received(收稿日期): 2014-08-27; Accepted(接受日期): 2015-02-06; Published online(网络出版日期): 2015-03-03.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150303.1656.011.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.00623
海河低平原深松播种对夏玉米根系生理的影响及其节水增产效应
尹宝重 1 甄文超 1,* 冯 悦 2
1 河北农业大学植物保护学院 / 河北省作物生长调控重点实验室, 河北保定 071001; 2 河北省信息工程学校, 河北保定 071001
摘 要: 于 2012—2013 年在河北省农林科学院旱作农业研究所深州试验站, 以郑单 958 为供试品种, 设置夏玉米深
松播种和免耕播种两个处理, 从玉米出苗开始, 根据生育进程定期观察玉米根系形态、生理指标及微观结构、玉米冠
层光合特性和叶面积指数, 成熟期测定产量, 计算水分利用效率和 2 m土体水分储蓄情况。结果表明, 0~60 cm土层,
深松播种处理可提高玉米根系干物质积累、表面积、根长和活跃吸收面积比例, 全生育期分别比免耕播种处理提高
30.5%、24.6%、29.7%和 56.3%。0~60 cm土层, 深松播种处理玉米根系脯氨酸含量、硝酸还原酶活性和根系活力分
别比免耕处理高 140.0%、37.0%和 36.5%。全生育期, 深松播种处理根系伤流液总量比免耕播种处理提高 15.2%。0~40
cm土层, 深松播种处理单根和整株根系导水率分别提高 15.8%和 17.0%。0~40 cm土层, 深松播种处理玉米根系中柱
导管直径增大, 中柱鞘细胞壁及中柱内薄壁细胞的细胞壁增厚栓化, 髓细胞数量增多但整体在髓腔横切面积中所占
比例偏小, 后生木质部导管直径增大、数量增多, 皮层厚度降低; 0~20 cm土层, 深松播种处理根系皮层中部细胞虽
也较大但层数较少, 相当于免耕处理的 86.2%。深松播种处理可提高玉米叶面积指数, 全生育期平均比免耕处理高
12.5%; 深松播种处理还可提高叶片光合速率和光合势。深松播种处理玉米籽粒灌浆速率全生育期平均比免耕播种处
理高 5.0%。与免耕处理相比, 深松播种处理 2年平均穗粒数、千粒重和产量分别比免耕播种处理提高 2.4%、3.9%和
8.2%, 耗水量降低 9.1%, 产量和水分利用效率分别比免耕处理高 8.2%和 14.4%, 2 m土体贮水量提高 31.7%。
关键词: 海河低平原; 深松播种; 夏玉米; 根系; 生理生态; 节水增产效应
Effects of Subsoiling-Seeding on Root Physiological Indices, Water-Saving and
Yield-Increasing Behaviors in Summer Maize (Zea mays L.) in Haihe Lowland
Plain of China
YIN Bao-Zhong1, ZHEN Wen-Chao1,*, and FENG Yue2
1 College of Plant Protection, Agricultural University of Hebei / Key Laboratory of Crop Growth Regulation of Hebei Province, Baoding 071001,
China; 2 Information Engineering School of Hebei Province, Baoding 071001, China
Abstract: The study was carried out in Shenzhou Experimental Station, Arid Farming Research Institute, Hebei Academy of Agri-
cultural and Forestry Sciences in 2012–2013. The maize variety Zhengdan 958 was used in this experiment with two treatments
including sub-soiling seeding (SRT) and no-tillage seeding (NT). From seedling emergence to maturity, the root morphology,
physiological parameters and microstructure, canopy photosynthetic characteristics, and leaf area index were regularly measured.
At maturity, the yields and the water use efficiency and water storage in 2 m soil layer were investigated. The results showed that
SRT increased the root dry mass, surface area, length and active absoiling area ratio in 0–60 cm soil layer, with the increase of
30.5%, 24.6%, 29.7%, and 56.3%, respectively, in comparison with NT. In addition, SRT also increased the proline content, nitrate
reductase activity and activity of roots compared with NT in this soil layer, with the increase of 140.0%, 37.0%, and 36.5%,
respectively. The total root bleeding sap in SRT increased by 15.2% compared with NT in the whole growth stage. In 0–40 cm soil
layer, the hydraulic conductivity in single root and the roots per plant around whole growth stage in SRT increased by 15.8% and
17.0% respectively, in comparison with NT. In SRT, the diameter of stele vessel was increased, cell walls of pericycle and stele
parenchyma were thickened, and the number of pith cells were increased, but its section area ratio in stale decreased compared
624 作 物 学 报 第 41卷


with NT. Moreover, the numbers and diameter of xylem vessel in SRT increased, but the cortical thickness in roots decreased. In
0–20 cm soil layer, although the middle cortical cells of root in SRT were larger than those of NT, but there number was only
86.2% of NT. SRT also increased the LAI and photosynthetic rate. The grain-filling rate in SRT treatment was also increased, with
5.0% higher than in NT. In two growth seasons, compared with NT, the spike kernels, 1000-grain weight, and yield in SRT treat-
ment were increased by 2.4%, 3.9%, and 8.2%, respectively, whereas the water consumption was reduced by 9.1%, the water use
efficiency was increased by 14.4%, and the water storage amount in 2 m soil layer was increased by 31.7%.
Keywords: Haihe Lowland Plain; Subsoiling-seeding; Summer maize; Root; Physiological ecology; Water-saving and
yield-increasing effect
土壤是作物生长发育的载体, 土壤的水、肥、
气、热等因子会影响作物根系对于水分、养分的吸
收, 进而影响地上部生长和产量[1]。因此, 通过耕作
措施调控土壤物理结构, 为根系生长提供更有利的
环境, 促进作物地下部和地上部协调发展, 已经成
为作物高产栽培的重要途径[2-3]。海河低平原, 又称
黑龙港平原, 是海河平原的重要组成部分, 位于太
行山山前平原和滨海平原的过渡地带。该区以冬小
麦-夏玉米两熟连作为主, 夏玉米播种面积和产量分
别为 100万公顷和 518万吨[4]。多年来, 由于光热资
源有限, 为最大限度利用农时, 海河低平原夏玉米
播种采用免耕技术。虽然免耕播种玉米可节约农时
和成本 , 但连年免耕 , 使耕层变浅 , 不利于水分入
渗和作物根系下扎, 抑制根系生长[5-7]。邱红波等[8]
研究表明, 免耕栽培玉米根系表面积、根长、体积、
根尖数均显著低于翻耕栽培; 梁建斌等[9]研究也表明
免耕栽培玉米根系的生物量、体积等都低于翻耕玉米
根系。彭文英[10]报道, 免耕处理土壤强度和穿透阻力
更大, 不仅影响作物出苗, 还使土壤导水性能降低。
但 Huang等[5]、Toyakawa等[11]、Fernandez等[12]则报
道免耕处理可维持土壤结构稳定性, 有利于微生物
增殖, 减少土壤水蚀和风蚀, 并有利于水分保蓄。虽
然对免耕作用的认识不尽相同, 但目前多数研究倾
向于连年免耕弊大于利。因此, 寻求一种既能更有利
于根系生长发育, 又能增加土壤对降雨和灌水储蓄,
及保持土壤结构稳定的耕作方式, 势在必行。
“深松”也属于保护性耕作技术, 可有效打破土
壤犁底层, 且避免耕层混乱。深松还可降低土壤容
重, 增强土壤的保水能力[13]。目前, 深松技术主要是
在小麦、棉花、大豆等作物中应用, 而对玉米深松
播种效果、在不同生态类型区的适应性, 以及深松
播种对玉米根系时空分布特征、地下部与地上部协
调生长、产量形成、土壤水肥储蓄与供应能力的影
响等问题还缺乏系统研究。本研究以“玉米深松全层
施肥精量播种机”为供试机械, 该机集深松和播种为
一体, 可一次性完成深松、施肥、播种、镇压等工
序。利用该机具从深松一体化播种对玉米根系时空
分布、生理生态指标和微观结构差异, 叶片光合特
性、产量和水分利用等角度切入研究, 旨在明确深
松一体化播种在海河低平原区夏玉米生产上的适用
性及相关作用机理, 为构建本区一年两熟种植模式
下玉米高产耕作技术体系提供参考。同时进一步全
面评价该型播种机的大田应用效果, 为其进一步改
进和推广提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验设置
试验于 2012—2013年在河北省农林科学院旱作
农业研究所深州试验站(38.01°N、115.32°E)进行, 该
站地处海河低平原区中部。试验设深松播种一体化
(SRT)和免耕播种 (NT) 2个处理。深松播种采用
2BMSQFY-4 玉米深松全层施肥精量播种机(河北农
哈哈机械集团有限公司生产)。作业为条带深松, 深
松沟之间宽度 60 cm, 深松沟深度 25 cm, 播种深度
4 cm; 免耕播种采用 2BQF-5 系列玉米气吸式精量
免耕播种机(唐山永发鸿田农机制造有限公司生产),
播种深度 5 cm, 行距 60 cm。每处理 4次重复, 每重
复 1个小区, 小区面积 13 m×8 m。前茬作物为冬小
麦, 2 年均于 6 月 14 日播种, 供试玉米品种为郑单
958, 种植密度 67 500株 hm–2。2012年玉米播后浇
蒙头水 525 m3 hm–2, 其他生育期无灌溉。试验区
2012年和 2013年玉米季降雨量分别为 509.5 mm和
510.2 mm。随播种一次性施入腐植酸复合肥(氮、磷、
钾比例为 16∶16∶8) 1050 kg hm–2、钾肥(KCl)150 kg
hm–2。其中, SRT处理为分层施肥, 肥料在距离地面
10~25 cm深度范围内均匀分布, 位于播种行内; NT处
理肥料施用深度距离地面为 10 cm, 位于播种行内。
1.2 试验方法
于玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、
乳熟期、完熟期, 采用“长方形样方分层取样”法: 选
取长势均匀的连续的同行植株 3 株, 长宽各向外延
伸 1/2株距长度, 分层(0~20 cm; 20~40 cm; 40~60 cm)
第 4期 尹宝重等: 海河低平原深松播种对夏玉米根系生理的影响及其节水增产效应 625


取根系。将根系清洗、去杂后, 用 WinRHIZO 根系
分析系统分析根系表面积、根长。将扫描分析后的
根系 80℃烘干至恒重, 计算干物质积累量。另取采
集的根系 , 采用甲烯蓝吸附法测定根系吸收面积 ;
采用容积法收集测定伤流液[14]。采用 TTC还原法测
定根系活力, 采用茚三酮显色法测定根系游离脯氨
酸含量; 采用磺胺比色法测定根系硝酸还原酶活性[15]。
采用压力室(3005 型, 美国 SEC 公司生产)测定根系
水导。Lpr = V×S–1×P–1×t–1, 式中 Lpr为根系水导(m
s–1 MPa–1); V是 t (秒)时间内通过测试根段水流总体
积(m3); S为测试根段表面积(m2); P为达到出流稳态
时的平衡压(即外界所加压力 MPa)[16]。于抽雄期, 取
根系制作石蜡切片 , 番红 -固绿染色 , 切片厚度
10 µm, 中性树胶封片, 用 Olympus JONEC xs-212-
201型显微镜观察根系组织结构[17]。
农田耗水量采用水量平衡法 [18]。ET1-2=ΔS+
M+P0+K, 式中 ET1-2为阶段耗水量(mm), ΔS为玉米
生育期间土壤贮水变化量(mm), 即土壤贮水消耗量,
M为时段内的灌水量(mm), P0为有效降水量(mm), K
为时段内的地下水补给量 (mm)。当地下水埋深
>2.5 m 时, K 值可以不计(试验区地下水埋深 5 m,
K=0)。农田水分利用效率[19]Uw=Y/ET, 式中 ET为单
位面积上的蒸散量(即农田耗水量, kg); Y 是单位面
积上收获的干物质重量(kg)。
分别于苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、
乳熟期、完熟期, 测定叶面积指数、光合速率, 结合
生育进程计算光合势。从每小区选生长均匀的玉米
10株, 挂牌标记。从出苗后第 15天开始, 根据生育
进程定期测定叶面积。群体叶面积指数(LAI) = 单株
叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积[20]。群
体光合势 LAD = (LA2LA1) × (t2t1), 式中 LA1、LA2
分别为时间 t1、t2 时单位土地面积上的叶面积[21]。
成熟期测产, 并计算农田水分利用效率和玉米季土
壤储水增量。
1.3 数据统计方法
采用 DPS V7.05 统计分析数据, 采用 Tukey 法
多重比较, 用 Microsoft Excel 2010软件作图。采用
Cellsens Dimension软件测量并计算根系横截面切片
数据。
2 结果与分析
2.1 深松播种一体化对夏玉米根系分布的影响
由图 1可知, 0~20 cm、20~40 cm和 40~60 cm
土层, 全生育期干物质积累深松播种处理分别比免
耕播种处理高 18.9%、22.0%和 50.6% (图 1-a, b)。深
松播种处理根系表面积显著高于免耕播种处理, 全
生育期中, 0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm土层, 分
别高 18.6%、19.2%和 36.1%, 在生育前期 2 种处理
差异大, 随生育期推进, 差异逐渐缩小, 3 个土层表
现一致(图 1-c, d)。2种处理根系总长度变化趋势与
根系表面积相似(图 1-g, h)。深松播种处理可改变根
系活跃吸收面积比例, 主要差异体现在 20 cm 以下
土层, 生育后期差异更显著。在完熟期 40~60 cm土
层, 深松播种处理根系活跃吸收面积比免耕播种处
理高 109.2% (图 1-e, f)。由上述结果可见, 深松播种
处理使玉米根系表面积、长度显著增大, 为玉米营
养生长时期水分和养分吸收奠定了良好基础; 同时,
深松播种处理玉米根系在生育后期保持较高根量和
较大的活跃吸收面积, 说明深松播种可延缓玉米根
系后期衰老, 这对保障根系高效吸收功能, 维持后
期灌浆具有积极意义。
2.2 深松播种一体化对夏玉米根系抗逆生理指
标及硝酸还原酶活性的影响
2012 年, 0~20 cm土层, 全生育期深松播种处
理玉米根系脯氨酸含量均显著高于免耕处理, 平均
为免耕播种处理的 1.4 倍。其中, 在抽雄期 2 种处
理差异最大 , 此时深松播种处理脯氨酸含量为
108.6 μg g–1, 是免耕处理的 2.2 倍。其次, 在苗期
和完熟期, 深松播种处理脯氨酸含量也分别比免耕
处理高 2.0倍和 1.1倍。20~40 cm土层根系脯氨酸
含量变化规律与 0~20 cm土层相似, 但处理间差异
较小(图 2-a, b)。2013年, 2种处理根系脯氨酸含量
差异主要在苗期和拔节期的 0~20 cm土层, 尤其在
苗期, 深松播种处理根系脯氨酸含量比免耕播种处
理高 156.9%。
深松播种处理可显著提高玉米根系活力, 全生
育期各层根系活力比免耕播种处理平均提高 36.5%,
其中 20~40 cm层次, 根系活力提高最为显著, 全生
育期平均比免耕播种处理提高 98.3%; 不同生育期
相比, 0~60 cm土层, 2种处理根系脯氨酸含量在大
喇叭口期差异最大, 完熟期其次(图 2-c, d)。2 种处
理根系伤流液总量随着生育期逐渐增加, 吐丝期达
最大。此时, 深松播种处理伤流液总量比免耕播种
处理高 7%。吐丝期后, 2 种处理根系伤流液总量逐
渐下降, 成熟期最低, 且无显著差异。根系活力和伤
流量 2年度变化规律相似(图 3)。
626 作 物 学 报 第 41卷



图 1 不同处理夏玉米根系时空分布
Fig. 1 Spatial and temporal distribution of the summer maize root under different treatments
SRT: 深松播种处理; NT: 免耕播种处理。SRT: subsoiling-seeding treatment; NT: no-tillage seeding treatment.

硝酸还原酶是反映植物体内氮代谢情况最重要
的指标, 对植物体养分吸收能力改善有重要意义。
由图 2-c和 d可知, 深松播种处理可显著提高玉米根
系硝酸还原酶活性, 其中苗期 0~20 cm 土层差异最
明显, 且整体变化规律与脯氨酸含量相似(图 2-e, f)。
这说明, 深松处理可有效促进植株对养分, 尤其是
氮素的吸收能力, 对于提高产量有着积极作用。
2.3 深松播种一体化对夏玉米根系微观结构的
影响
通过表 1 和图 4 分析可知, 在 0~20 cm 和
20~40 cm 土层, 深松播种处理玉米根系中柱直径分
别为 1013.5 μm 和 447.5 μm, 比免耕处理分别高
15.4%和 10.3%, 40~60 cm土层两种处理无显著差异;
0~40 cm 土层, 深松播种处理根系中柱鞘细胞壁及
中柱内薄壁细胞细胞壁, 增厚栓质化趋势明显, 髓
细胞数量增多但整体在髓腔横切面积中所占比例较
小, 其髓腔占中柱比例仅相当于免耕处理的 85.0%;
在 0~40 cm 土层, 深松播种处理根系后生木质部导
管直径增大, 平均比免耕播种处理高 36.5%。深松播
种处理根系后生木质部导管数量增多, 相邻导管距
第 4期 尹宝重等: 海河低平原深松播种对夏玉米根系生理的影响及其节水增产效应 627



图 2 不同处理玉米脯氨酸含量、根系活力与硝酸还原酶活性
Fig. 2 Proline contents, root activity, and nitrate reductase activity under different treatments
各处理缩写同图 1。Abbreviations are the same as those given in Figure 1.

图 3 不同处理玉米根系伤流液总量
Fig. 3 Total volume of root bleeding sap under different treatments
SDS: 苗期; JTS: 拔节期; BMS: 大喇叭口期; SKS: 抽雄期; MKS: 乳熟期; MTS: 完熟期。各处理缩写同图 1。
SDS: seedling stage; JTS: jointing stage; BMS: bell-mouthed stage; SKS: tasseling stage; MKS: milking stage; MTS: maturity stage.
SRT: subsoiling-seeding treatment; NT: no-tillage seedling treatment. Abbreviations are the same as those given in Figure 1.

离缩小 , 排列紧密 , 原生木质部细胞发育更快 , 这
与其导管直径增大紧密相关。40~60 cm土层中, 两
种处理根系导管直径无显著差异; 在 0~20 cm土层,
免耕播种处理根系皮层细胞较大且疏松, 细胞层数
较多。深松播种处理根系细胞层细胞虽也较大但层
数较少, 相当于免耕处理的 86.2%, 但深松播种处
理皮层细胞整齐度较高。免耕处理 0~20 cm 和
20~40 cm 土层根系皮层厚度高于深松处理, 在 40~
60 cm土层则是深松播种处理低于免耕播种处理。
2.4 深松播种一体化对夏玉米根系导水率的影响
根系是作物吸收水分和养分的主要器官, 其活
力变化以及不同环境条件下的形态变化直接影响着
地上部分作物群体结构与经济产量的构成。导水率
(Lpr)表示根系运输传导水分的能力, 其高低直接影
628 作 物 学 报 第 41卷


响到根系吸收水分的多少, 是根系感受土壤水分变
化的最直接生理指标之一[22]。表 2 是不同处理根系
导水能力的比较, 在 0~40 cm 土层, 无论是单根还
是整株根系导水率, 深松播种处理均显著高于免耕
播种处理。2个生长季 0~40 cm土层中, 深松播种处
理根系单根导水率平均比免耕播种处理高 15.8%,
整株根系导水率比免耕处理高 17.0%。在 40~60 cm
土层, 两种处理的单根和整株根系导水率均无显著
差异。
2.5 深松播种一体化对夏玉米产量形成及农田
水分利用的影响
深松播种处理有利于植株光合作用。苗期深松

表 1 不同处理夏玉米根系微观结构数据
Table 1 Root microstructure of summer maize under different treatments
深度
Depth
(cm)
处理
Treatment
皮层细胞层数
Cortex cell
number
皮层厚度
Cortex
thickness
(μm)
皮层占根系
直径比例
Proportion of
cortex diameters
to root (%)
中柱直径
Stele diameter
(μm)
髓腔占中柱
横切面积比例
Proportion of pith
to the stele section
area (%)
导管直径
Conduit diameter
(μm)
2012
0–20 SRT 10.3 b 201 b 27.2 b 1029 a 56.1 b 51.6 a
NT 12.0 a 232 a 32.2 a 888 b 63.8 a 43.4 b
20–40 SRT 9.8 a 121 a 35.0 b 425 a 42.2 b 38.9 a
NT 10.2 a 102 b 39.5 a 356 b 55.9 a 35.1 b
40–60 SRT 7.6 a 59 a 36.0 a 105 a 51.6 a 19.2 a
NT 7.3 a 56 ab 34.8 ab 105 a 53.1 a 20.0 a
2013
0–20 SRT 10.9 b 186 b 15.7 b 998 a 55.2 b 67.6 a
NT 12.6 a 194 a 18.3 a 868 b 66.7 a 45.1 b
20–40 SRT 8.7 a 128 a 21.4 b 470 a 48.9 b 32.1 a
NT 9.8 a 112 b 22.5 a 455 b 52.3 a 28.9 b
40–60 SRT 6.3 ab 70 a 35.2 a 129 a 56.1 a 20.1 a
NT 6.6 a 65 ab 33.9 ab 127 ab 53.8 a 18.6 a
同一生长季、同一土层中同行不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。各处理缩写同图 1。
Values followed by a different letter within line of the same growing season and same soil layer are significantly different at the 0.05
probability level. Abbreviations are the same as those given in Figure 1.

图 4 不同处理 0~20 cm土层夏玉米根系微观结构
Fig. 4 Root microstructure of summer maize root grown in 0–20 cm soil layer under different treatments
A和 B: 深松处理根系中柱、导管和髓腔; C和 D: 免耕处理根系中柱、导管和髓腔; E和 F: 深松处理根系皮层; G和 H: 免耕处理根
系皮层。a: 导管; b: 髓腔; c: 中柱; d: 皮层。A、C、E和 G为 2012年数据; B、D、F和 H为 2013年数据。
A and B: stele, vessel and pulp cavity of sub-soiling treatment; C and D: stele, vessel and pulp cavity of no-tillage treatment; E and F: root
cortex of sub-soiling treatment; G and H: root cortex of no-tillage treatment. a: stele; b: pulp cavity; c: vessel; d: cortex. A, C, E, and G: data
in 2012; B, D, F, and H: data in 2013.
第 4期 尹宝重等: 海河低平原深松播种对夏玉米根系生理的影响及其节水增产效应 629


表 2 不同处理夏玉米根系导水率
Table 2 Root hydraulic conductivity of summer maize under different treatments
单根导水率
Single root hydraulic conductivity (×10–7 m s–1 MPa–1)
整株根系导水率
Whole plant roots hydraulic conductivity (×10–7 m s–1 MPa–1)
深度
Depth
(cm) 深松播种处理 SRT 免耕播种处理 RT 深松播种处理 SRT 免耕播种处理 RT
2012
0–20 1.95 a 1.66 b 5.82 a 4.95 b
20–40 2.12 a 1.71 b 6.93 a 5.87 b
40–60 1.44 a 1.43 a 4.85 a 4.62 a
2013
0–20 2.11 a 1.85 b 6.21 a 5.22 b
20–40 2.36 a 2.15 b 7.11 a 6.25 b
40–60 1.72 a 1.68 a 5.19 a 5.14 a
同一生长季、同一土层中同行不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。
Values followed by a different letter within line of the same growing season and same soil layer are significantly different at the 0.05
probability level. Abbreviations are the same as those given in Figure 1.

播种处理植株光合速率为 16.78 μmol CO2 m–2 s–1,
比免耕处理高 32.0%。2种处理吐丝期光合速率均达
峰值, 此时深松处理为 48.54 μmol CO2 m–2 s–1, 比旋
耕处理高 5.5% (图 5-a, b)。2种处理叶面积指数(LAI)
均随生育进程呈现先增大后减小的趋势。全生育期,
深松播种处理玉米LAI平均比免耕处理高 12.5% (图
5-c, d)。全生育期, 2种处理群体光合势(LAD)变化趋
势与 LAI一致, 但 LAD峰值出现在乳熟期, 此时深
松播种处理LAD为 71.35 m2 d m–2, 比免耕播种处理
高 13.0%。而 LAI 峰值则在吐丝期。此时, 深松播
种处理 LAI为 4.87, 而免耕播种处理为 4.24 (图 5-e,
f)。深松播种处理玉米籽粒灌浆速率高于免耕播种处
理, 全生育期平均灌浆速率为 6.3 mg seed–1 d–1, 比
免耕播种处理高 5%。尤其在 2012 年灌浆初期, 遭
遇连续低温寡照时, 深松播种处理籽粒灌浆速率优
势更明显, 比免耕处理高 9.5% (图 6)。深松播种处
理玉米穗粒数、千粒重和产量两季平均分别为 496.0
粒、306.9 g和 9055.9 kg hm–2, 分别比免耕处理提高
2.4%、3.9%和 8.2% (表 3)。此外, 深松播种处理农
田耗水量两季平均比免耕降低 9.1%, 水分利用效率
则提高 14.4%。另外, 深松播种处理可明显提高 2 m
土体贮水量, 两年平均比免耕处理高 31.7%。尤其是
在 2013 年, 拔节期至大喇叭口期, 试验区降雨量大
且强度高, 深松播种处理降水入渗快, 不仅体现出
较好的储水能力, 对防止农田涝害也有一定作用。
3 讨论
根系作为作物水分、养分的吸收器官, 与植株
地上部相互依赖, 对作物代谢及生理生化功能具有
重要作用。而耕作直接作用于土壤, 改变土壤物理

表 3 不同处理玉米产量构成及水分利用效率
Table 3 Yield components and water use efficiency of maize in different treatments
处理
Treatment
穗粒数
Kernels
per ear
千粒重
1000-grain
weight (g)
产量
Yield
(kg hm–2)
总耗水量
Total water
consumption (mm)
0~200 cm土体贮水量
Soil water storage in
0–200 cm soil layer (mm)
水分利用效率
Water use efficiency
(kg hm–2 mm–1)
2012
深松播种处理 SRT 491.1 a 313.6 a 9169.5 a 366.1 b 143.4 a 24.39 a
免耕播种处理 NT 479.6 a 304.1 b 8543.5 b 405.1 a 104.5 b 21.66 b
2013
深松播种处理 SRT 500.8 a 300.1 a 8942.2 a 355.1 b 155.1 a 25.20 a
免耕播种处理 NT 488.6 a 286.3 b 8196.9 b 388.0 a 122.2 b 21.69 b
同一生长季中同列不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。
Values followed by a different letter within columns of the same growing season are significantly different at the 0.05 probability level.
Abbreviations are the same as those given in Figure 1.
630 作 物 学 报 第 41卷



图 5 不同处理夏玉米光合速率、叶面积指数和光合势
Fig. 5 Photosynthetic rate, leaf area index, and photosynthetic potential of summer maize under different treatments
缩写同图 1和图 3。Abbreviations are the same as those shown in Figures 1 and 3.

图 6 不同处理夏玉米灌浆速率
Fig. 6 Grain filling rate of summer maize under different treatments
各处理缩写同图 1。Abbreviations are the same as those given in Figure 1.

结构、水肥储蓄和供应能力, 形成对根系生长不同
的机械阻力, 影响根系结构和生理生化特性[20]。而
根系结构和生理特性的改变又会产生大量的信号传
递物, 并通过木质部运输到地上部, 使地上部的生
长受到影响[21]。丁昆仑等[23]报道深松可有效打破犁
底层, 提高夏玉米的根系长度、根深及根量。战秀
梅等 [24]认为, 深松通过促进较深层根系的发育, 使
玉米生长发育后期根系仍保持相对较高的活力, 延
缓根系衰老。宋日等[25]研究表明, 深松措施可改善
根系生长的生态条件, 促进根系生长, 使根干重显
著增加。本研究发现, 与常规免耕播种相比, 深松播种
玉米的根系表面积密度、有效吸收面积、根长密度、干
物质积累量均显著提高。这与前人报道一致[14-16,24-25]。
深松播种处理还可提高玉米根系活力、脯氨酸含量
和硝酸还原酶活性, 尤其是在 2012年的玉米苗期和
拔节期, 2013年的抽雄期, 试验区遭遇强降雨时, 农
田出现不同程度涝害, 深松播种玉米根系脯氨酸含
量和硝酸还原酶活性均显著高于免耕处理。说明深
松播种处理玉米根系在遇到逆境胁迫时, 可更有效
调节, 抵御不利环境。
第 4期 尹宝重等: 海河低平原深松播种对夏玉米根系生理的影响及其节水增产效应 631


North等[26-27]报道, 土壤机械阻力增大可加快根
系皮层细胞木质化, 凯氏带加速形成, 降低根系导
水性能。这种在根系微观层面的研究结果, 并不能
很好地解释深松后根系表观形态的表现。对此, 在
前人针对深松对玉米根系生理生态指标影响的基础
上, 本研究发现, 在 0~20 cm土层, 深松播种可增大
玉米根系直径和中柱直径, 降低髓腔占中柱横切面
积比例、皮层厚度和皮层细胞层数, 增大导管数量
和直径, 并提升单根水导和整株水导能力。这与前
人[26-27]研究并不一致, 推测深松可使导管直径增大,
数量增多, 这应有利于根系中水分和养分的运输。
尤其是在两个试验年度降雨量均较大, 农田出现不
同程度涝害情况下, 根系微观结构的改变和导水能
力的提升更有利于深松播种处理玉米适应短期水分
胁迫, 保证正常生长发育。
刘明等[28]报道, 深松可提高玉米叶面积指数、
群体光合势。孙贵臣等[29]报道, 全生育期中, 深松播
种春玉米比免耕播种 0~60 cm土层平均蓄水量提高
5.7%, 并能促进产量提高。宋日等[25]报道采用深松
措施打破犁底层, 可明显地降低玉米农田土壤紧实
度 , 增加土壤蓄水保水能力。王秀珍等 [30]采用
1HS-1.2 型中耕深松机作业后表明, 深松后土壤蓄
水量有不同程度增加。本研究表明, 深松播种可提
高夏玉米叶面积指数, 叶片光合速率、光合势, 并显
著提高玉米灌浆速率、千粒重和总产量。两个生长
季, 深松播种处理产量和水分利用效率分别比免耕
处理高 8.2%和 14.4%。另外, 深松播种 2 m土体贮
水量两年平均提高 31.7%, 这些研究结果与前人基
本一致[28,30-32]。
前人多采用深松耕作后再播种, 而本研究采用
土壤深松、施肥和播种一体化的方式, 肥料在土壤
中分布与常规免耕播种相比能更均匀地分布于较深
的层次, 在实践中很好地解决了精耕细播与缩短农
耗之间的矛盾。另外, 在海河低平原区, 夏玉米生育
期恰逢雨季, 本研究既保证了夏玉米播种与上茬冬
小麦收获的紧密衔接, 又实现了充分储蓄雨季降水,
为下茬冬小麦提供更多底墒。因此, 本研究结果和
相应技术, 在海河低平原冬小麦/夏玉米一年两熟产
区具有较大的实用价值。同时, 也可为目前国家大
力推广的深松耕作技术提供参考。
4 结论
在海河低平原小麦/玉米一年两熟连作种植区,
采用深松播种一体化模式可有效促进夏玉米根系生
长、发育, 提高根系抗性生理指标含量与活性, 并最
终提高产量和水分利用效率, 增加农田土壤对雨季
降水的储蓄。在现阶段海河低平原区简化栽培理念,
连年免耕播种玉米, 导致农田犁底层上移, 使土地
生产力不同程度退化背景下, 采用“玉米深松全层施
肥精量播种机”深松播种一体化作业, 具较好节水增
产效果和大面积推广应用前景。
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