全 文 ：中国生态农业学报 2016年 2月 第 24卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Feb. 2016, 24(2): 142153


* 国家科技支撑计划课题(2015BAD23B04-2)、国家自然科学基金项目(31101113)和国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-03-01-24)资
助
** 通讯作者: 杨珍平, 主要从事作物生态与旱作农业研究。E-mail: yangzp.2@163.com
苏志峰, 研究方向为作物生态与旱作农业研究。E-mail: szf8766@163.com
收稿日期: 20150708 接受日期: 20151103
* This work was supported by the National Key Technology R & D Program (No. 2015BAD23B04-2), the National Natural Science Foundation
of China (No. 31101113) and the Special Fund for the Industrial Technology System Construction of Modem Agriculture (No. CARS-
03-01-24).
** Corresponding author, E-mail: yangzp.2@163.com
Received Jul. 8, 2015; accepted Nov. 3, 2015
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DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.150781
施肥深度对生土地玉米根系及根际土壤
肥力垂直分布的影响*
苏志峰1 杨文平2 杜天庆1 郝教敏3 孙 敏1 高志强1 杨珍平1**
(1. 山西农业大学农学院 太谷 030801; 2. 华北理工大学生命科学学院 唐山 063000;
3. 山西农业大学食品学院 太谷 030801)
摘 要 为探明施肥深度对生土地玉米(Zea mays L.)地上部生产力、根系及根际土壤肥力的影响, 连续 2年以黄
土母质生土为供试土壤, 采用根管土柱法, 以不施肥为对照, 研究不同深度(0~20 cm、60~80 cm、100~120 cm、
140~160 cm和 180~200 cm)施用生物有机肥对玉米地上部生产力及根重、根际土壤酶活性、根际土壤养分含
量垂直分布的影响。结果表明: 1)在 0~200 cm土层范围内, 随施肥深度的加深, 玉米地上部生产力、总根重等
指标均呈先增加后减少的规律。施肥深度在 100~120 cm处的玉米总根重(52.3 g)及地上部生产力(361.0 g)最大。
2)所有施肥深度的根重垂直分布均呈“T”型, 以 0~20 cm耕层根重最大, 占总根重的 50%左右, 随根系下延, 根
重明显递减(P<0.05)。施肥深度 100~120 cm可以获得最大总根重和 0~40 cm耕层根重(27.19 g)。根系 N、P和
K养分积累适中, 平均分别为 6.60 gkg1、2.38 gkg1和 8.16 gkg1。3)施肥明显提高根际土壤酶活性和养分含量。施
肥深度为 60~80 cm, 0~200 cm土层根际土壤脲酶活性较高, 介于 0.108~0.354 mg(NH3-N)g1(soil)24h1; 施肥深度为
140~160 cm时, 0~200 cm土层根际土壤蔗糖酶活性和速效磷含量较高, 分别为 12.9~19.6 mg(glucose)g1(soil)24h1和
4.31~6.02 mgkg1; 施肥深度 180~200 cm, 0~200 cm土层根际土壤有机质含量较高, 介于 5.55~7.14 gkg1; 施肥深度小于
100 cm或大于 120 cm, 0~20 cm土层根际土壤碱性磷酸酶活性和碱解氮含量较高, 分别>0.497 mg(phenol)g1(soil)24h1
和>25.4 mgkg1。4)相关分析表明, 在生土地上, 不同施肥深度处理下, 玉米根重、根系 NPK营养、根际土壤酶
活性及根际土壤 NPK营养密切相关。5)根据 FACTOR过程和 CLUSTER聚类分析, 优化得出改良黄土母质生土
地玉米冠根土系统的适合施肥深度范围为 60~160 cm。本研究结果为通过施肥加快生土熟化提供了新的思路。
关键词 施肥深度 生土地 玉米 地上部生产力 根系分布 根际土壤肥力
中图分类号: S506; S513 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2016)02-0142-12
Effect of fertilization depth on maize root and rhizosphere soil fertility
vertical distribution in immature loess subsoil*
SU Zhifeng1, YANG Wenping2, DU Tianqing1, HAO Jiaomin3, SUN Min1,
GAO Zhiqiang1, YANG Zhenping1**
(1. College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 2. College of Life Sciences, North China University of
Science and Technology, Tangshan 063000, China; 3. College of Food Science and Engineering, Shanxi Agricultural University,
Taigu 030801, China)
Abstract This study was set up to determine the effect of fertilization depth on maize (Zea mays L.) productivity, root growth
第 2期 苏志峰等: 施肥深度对生土地玉米根系及根际土壤肥力垂直分布的影响 143


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and rhizosphere soil fertility in immature loess subsoil. To that end, a sample of immature loess subsoil was analyzed for the
effect of different fertilization depths (020 cm, 6080 cm, 100120 cm, 140160 cm and 180200 cm) of bio-organic
fertilizer on maize productivity and the vertical distribution of root weight, rhizospheric soil enzyme activity and rhizosphere
soil nutrients in a 2-year root-tube soil column culture. The control treatment (CK) was not treated with fertilizer. The results
showed that: 1) indicators such as maize productivity, total root weight, etc., increased at the start and then decreased with
increasing fertilization depth from 0 cm to 200 cm. The largest root weight (52.3 g) and productivity (361.0 g) of maize were
obtained under the 100120 cm fertilization depth. 2) In all the treatments, the vertical distribution of maize root weight
followed a T-shape and the largest maize root weight was noted in the 020 cm soil layer, which accounted for up about 50%
of the total root weight. Root weight significantly declined with increasing soil depth (P < 0.05). Under 100120 cm
fertilization depth treatment, both total root weight and root weight of 040 cm soil layer (27.19 g) reached the highest level,
furthermore, N, P and K accumulation in the root were moderate with 6.60 gkg1, 2.38 gkg1 and 8.16 gkg1, respectively.
3) Fertilization significantly increased enzymes activities and nutrients contents in rhizospheric soil. Urease activity in 0
200 cm rhizospheric soil increased [0.1080.354 mg(NH3-N)g1(soil)24h1] in the 6080 cm fertilization depth treatment. In
the 140160 cm fertilization depth treatment, sucrase activity and available phosphorus content of 0200 cm rhizospheric soil
increased to 12.919.6 mg(glucose)g1(soil)24h1 and 4.316.02 mgkg1, respectively. Maize rhizosphere soil organic matter
content was higher (5.557.14 gkg1) in the 180200 cm fertilization depth treatment. When fertilization depth was less than
100 cm or deeper than 120 cm, maize rhizospheric soil alkline phosphatase activity and available nitrogen content kept higher
level, which were more than 0.497 mg(phenol)g1(soil)24h1 and 25.4 mgkg1, respectively. 4) Significant correlations
among root weight, root NPK nutrient, three rhizospheric soil enzyme activities and three rhizospheric soil nutrients under
different fertilization depth treatments were observed in the immature loess subsoil. 5) The optimized fertilization depth was
60160 cm for improving maize shoot-root-soil systems in the immature loess subsoil based on FACTOR and CLUSTER
analyses. This study provided a new idea for speeding up the raw soil maturation process through changing fertilizers
application depth.
Keywords Fertilization depth; Immature loess subsoil; Maize; Productivity; Root distribution; Rhizosphere soil fertility
黄土高原地区水土流失严重, 地表耕作层较薄,
养分含量较低。随着农业集约化治理, 位于耕作层
之下的黄土母质生土不可避免地被外翻至地表, 从
而影响所种植作物的产量。施肥是提高作物产量、
改良土壤肥力的最基本的物化技术措施[12]。如何在
黄土母质生土地环境中解决施肥与产量的关系, 并
通过作物本身进行生土熟化, 是黄土高原地区农业
生产上重要的研究课题。研究表明, 有机肥因其含
有作物生长发育必需的多种营养元素, 蕴含着大量
生物活性物质, 既可以为植株提供养分, 促进其生
长, 又能改善土壤环境[34]。长期施用有机肥与化肥
均表现出持续提高作物产量、提高土壤有机碳和氮
含量的良好效果, 但当产量提高到一定水平后, 继
续高量施肥无助于作物产量的提高; 继续提高有机
肥用量有助于土壤有机碳、氮的积累, 而继续提高
化肥用量无助于土壤有机碳、氮的积累[5]。施肥可
有效提高砂姜黑土养分含量 , 其中有机肥对有机
质、全氮及速效钾含量的提高作用较强, 而化肥对
有效磷含量提高作用较强[6]。长期施肥尤其施用有
机肥, 能显著提高黑土表层和亚表层土壤有机碳、
氮活性[7]; 显著提高砂姜黑土脲酶、过氧化氢酶和蔗
糖酶的活性, 但对酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性无
明显促进作用[8]; 显著增加红壤水稻土 1~3 mm 和
0.25~1 mm团聚体含量, 且增加的新碳主要向 1~3 mm
和 0.25~1 mm团聚体富集[9]; 显著降低 0~20 cm土层
土壤容重, 提高该土层的有机碳储量 [10]; 显著提高
土壤微生物量碳、氮含量及微生物碳源利用率及土
壤呼吸量[1112]; 且有助于农田动物(线虫、蚯蚓和甲
螨)的生存和发展[13]。有机肥替代化肥不仅不会导致
北疆绿洲滴灌棉田减产, 而且对提高土壤酶活性、
调节土壤细菌、真菌、放线菌群落组成结构, 改善
土壤生物学性状有显著作用[14]。持续的有机肥施用
是保持或提高土壤有机碳水平和土壤碳库管理指
数、提升土壤肥力和养分供应能力的必要措施[1516]。
本团队的前期研究结果也表明, 有机肥对改良黄土
母质生土地并在当年获得谷子最佳产量具有立竿见
影的效果 [4], 健壮的作物根系(如玉米)有利于提高
生土肥力[17]。
玉米(Zea mays)在国内外工农业生产中占有重
要的地位, 是重要的工业原料、优良的饲料及优质
的经济作物, 也是黄土高原常见作物。有关施肥种
类、施肥量、施肥时期对玉米产量、根系生长及土
壤肥力形成影响的研究报道较多[1828], 且施肥深度
多为撒施在表层或沟施在 20 cm 耕层 , 以沟施在
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20 cm 耕层较撒施在表层有利于减少肥料的无效损
失、提高肥料利用率。那么, 是否 20 cm 耕层就是
获得最大作物产量及最高土壤肥力的合理施肥深度
呢？本研究团队拟在前期研究基础上, 以玉米为供
试作物, 贝特牌生物有机肥(一种鸡粪发酵肥)为供
试肥料, 通过模拟生土地环境条件, 研究施肥深度
对玉米根系及根际土壤酶活性和根际土壤养分含量
的影响, 探讨改良黄土母质生土地土壤肥力并获得
最大玉米产量的合理施肥深度, 为生土改良提供理
论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况及试验材料
试验于 2012年 4月—2013年 12月连续 2年在
山西农业大学黄土高原作物研究所内进行。试验区
坐落于山西省太谷县境内, 属山西省中部的晋中盆
地, 东经 112°35, 北纬 37°25, 平均海拔 800 m, 暖温
带大陆性气候, 年平均气温 9.8 , ℃ 年降雨量 456 mm,
年日照时数 2 600 h, ≥10 ℃年积温为 3 520 , ℃ 无
霜期 176 d, 光热资源充足[29]。常年表现为春季干旱
多风 , 夏季酷暑炎热 , 秋季集中降雨 , 冬季寒冷少
雪。从当年 12月 1日至翌年 3月 5日(惊蛰前后)月
平均气温4.5 ℃左右。主要种植作物有冬小麦、春
玉米、春大豆、甘蓝等, 一年 1 熟制。土壤类型为
黄土母质上发育而成的石灰性褐土。
供试玉米品种为‘纪元 1号’, 优质、丰产、抗病、
中早熟, 包衣种子由山西省应县种子公司提供。供
试土壤为黄土母质上发育而成的石灰性褐土, 取自
山西农业大学试验农场改苗建工地的距地表 3 m以
下的母质生土。风干, 过筛, 充分混匀。母质生土养
分含量为: 全氮 0.19 gkg1, 碱解氮 19.84 mgkg1,
速效磷 2.98 mgkg1, 速效钾 30.32 mgkg1, 有机质
1.17 gkg1, pH 8.0。母质生土脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶
活性分别为 0.29 mgg1(土)24h1、1.27 mgg1(土)24h1、
0.71 mgg1(土)24h1。
1.2 研究方法与试验设计
根管土柱法。根管为特制的 25 cm×200 cm(Ф×h)
的硬质 PE塑料根管, 管壁厚度 1 cm。将根管垂直等
分锯成两段, 每段的两端及中部均装有可相互连接
与固定的钢板、铁环, 以便将根管两段合拢固定。
整合固定后, 垂直立于根室内, 向下的一端用厚塑
料封口。
将供试生土分层装入根管, 每层 20 cm, 每层土
重约 10 kg。依试验设计将施肥层次的生土与肥料充
分混匀后装管。试验设 5 个施肥深度: 0~20 cm、
60~80 cm、100~120 cm、140~160 cm、180~200 cm,
肥料均为贝特牌生物有机肥(一种鸡粪发酵肥, 其有
机质含量≥45%, N+P2O5+K2O含量≥5%, 18 g·管1,
约合 3 200 kg·hm−2), 以不施肥为对照(CK)。重复 3
次。2012年 4月 20日播种。播前将根管浇足水, 每
管种 3粒玉米种子。玉米出苗后每管留健壮苗 1株,
定期浇水。
取样方法: 玉米成熟期时将根管取出, 先将地
上部分收获, 分别测茎秆干重、籽粒总重及百粒重。
然后将根管打开, 按 0~20 cm、20~40 cm、40~80 cm、
80~120 cm、120~160 cm、160~200 cm的顺序, 用灭
菌牙签小心获取各层的根际土样, 装入灭菌塑料袋,
用于土壤酶及土壤养分含量测定。取土后, 将余下
的土柱用水冲洗, 直到露出完整根系, 晾干, 拍照,
然后按取土样的顺序依次分段 , 分别称重 , 粉碎 ,
装袋, 留作根系 NPK营养含量测定。
2013年进行上述试验的重复性试验。
1.3 指标测定方法
根重、地上部重的测定采用直接风干称重法。
根系 NPK 养分含量测定: 采用植株 NPK 联合
测定法[30]。将根系样品经 H2SO4-H2O2消煮, 全氮测
定采用半微量凯氏定氮法, 全磷测定采用钒钼黄比
色法, 全钾测定采用火焰光度计法。
土壤酶活性测定: 将风干土样按各种酶测定的
要求过筛, 脲酶(urease)按靛酚比色法测定[31], 碱性
磷酸酶(alkaline phosphatase)按磷酸苯二钠比色法测
定 [31], 蔗糖酶(sucrase)按 3,5-二硝基水杨酸比色法
测定[32]。
土壤营养测定: 将风干土样按各种营养测定的
要求过筛 , 土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法
外加热法 [33], 土壤速效氮测定采用碱解扩散法 [33],
速效磷测定采用 0.5 molL1 NaHCO3浸提钼锑抗比
色法[33]。
1.4 数据整理与统计分析
本文数据皆为 2012 年度的试验结果。采用
Microsoft Excel软件进行数据整理, Sigma plot 10.0
软件进行绘图分析。用 SAS 9.1.3统计分析软件的
ANOVA 过程进行方差分析与多重比较, CORR 过
程进行相关分析, FACTOR过程进行主要因子分析,
并作最短距离聚类分析。结果用平均值±标准误来
表示。
2 结果与分析
2.1 施肥深度对玉米地上部生产力的影响
施肥深度对玉米总根重及地上部生产力的影响
第 2期 苏志峰等: 施肥深度对生土地玉米根系及根际土壤肥力垂直分布的影响 145


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见表 1。在 0~200 cm土层范围内, 随施肥深度的加
深, 玉米地上部茎秆干重、总粒重、百粒重、总根
重等所测指标总体均呈先增加后减少的规律, 且除
总粒重和地上部总干重外 , 其余指标均差异显著
(P<0.05)。各项测定指标中, 受施肥深度影响最大的
是根重 (CV=25.4%), 影响最小的是总粒重 (CV=
4.9%)。比较而言, 在生土地上, 以施肥深度在 100~
120 cm处的玉米根重及地上部生产力最大。表 1还
表明, 根系生长越好, 越有利于地上部生产力的提
高。因此, 在生土地上, 以调控根系生长的措施来达
到提高地上部生产力的目的是可行的。此外, 本试
验中, 施肥深度在耕层 0~20 cm 处玉米各项指标均
不及不施肥的 CK处理或者二者差异不显著。
2.2 施肥深度对玉米根重垂直分布的影响
0~200 cm土层内不同施肥深度对玉米根重垂直
分布的影响见表 2和表 3。
表 1 不同施肥深度对生土地玉米总根重及地上部生产力的影响
Table 1 Effects of fertilization depths on total root weight and productivity of maize in the loess subsoil
施肥深度
Fertilization
depth (cm)
茎秆干重
Dry weight of
stem (g)
总粒重
Total grain weight
(g)
百粒重
100-grain weight
(g)
地上部总干重
Dry weight of shoot
(g)
根干重
Dry weight of
root (g)
根冠比
Root weight/
shoot weight
0~20 97.1±10.2ab 225.2±29.0a 41.4±1.9d 322.3±19.1a 26.8±6.6b 0.08±0.02b
60~80 79.8±10.3b 230.0±24.2a 50.0±1.7b 309.9±29.3a 28.2±4.7b 0.09±0.01ab
100~120 117.1±29.9ab 244.0±35.2a 54.9±2.6a 361.0±44.9a 52.3±5.8a 0.15±0.02a
140~160 132.0±10.8a 221.4±10.9a 50.9±1.6b 353.4±21.7a 38.3±10.6ab 0.11±0.04ab
180~200 85.7±10.7b 217.9±19.8a 45.7±1.1c 303.6±24.4a 36.0±5.2ab 0.12±0.02ab
CK 95.2±25.5ab 212.1±8.8a 45.5±2.3c 307.3±17.3a 34.9±15.1ab 0.11±0.05ab
平均 Average 101.1 225.1 48.1 326.2 36.1 0.11
CV (%) 19.5 4.9 10.0 7.6 25.4 20.0
同列不同小写字母表示同一指标不同施肥深度间差异显著(P<0.05)。Different lowercases in the same column indicate significant difference at
0.05 level among different fertilization depths of the same index.
表 2 不同施肥深度下不同土层玉米根重的垂直分布
Table 2 Vertical distributions of maize root weight in different soil layers under different fertilization depths
根重 Root weight (g)
施肥深度 Fertilization depth (cm)
根层
Root layer
(cm)
0~20 60~80 100~120 140~160 180~200 CK
平均
Mean

CV (%)
0~20 12.48±2.54ABa 10.74±4.67Ba 20.73±2.17ABa 18.24±6.31ABa 25.53±6.21Aa 21.57±11.24ABa 18.22±5.65 31.04
20~40 2.42±1.04Bb 3.62±2.79ABbc 6.46±2.90Abc 5.63±0.16Ab 1.99±0.09Bb 2.03±0.42Bb 3.69±1.93 52.42
40~80 4.35±2.52ABCb 6.30±2.06ABab 7.11±1.68Abc 5.41±1.41ABCb 2.47±0.23Cb 3.57±1.00BCb 4.87±1.74 35.67
80~120 3.05±0.73Bb 4.55±2.54Bbc 8.82±2.63Aab 5.50±1.09Bb 2.21±0.45Bb 2.92±1.52Bb 4.51±2.43 53.89
120~160 2.33±1.01ABb 2.13±0.77ABbc 3.06±0.40Ac 1.46±0.45Bb 1.57±0.47Bb 2.12±0.63ABb 2.11±0.58 27.35
160~200 2.14±0.05Bb 0.84±0.35Bc 6.14±3.28Abc 2.01±1.77Bb 2.25±0.37Bb 2.67±0.76Bb 2.67±1.80 67.52
合计 Total 26.77±6.58 28.19±4.67 52.32±5.79 38.25±10.35 36.01±5.24 34.87±15.06
CV (%) 89.87 74.82 70.80 95.76 159.46 133.20
同行不同大写字母表示同一根层不同施肥深度间差异显著(P<0.05); 同列不同小写字母表示同一施肥深度不同根层间差异显著(P<0.05)。下同。
Different capital letters in the same line indicate significant differences at 0.05 level among different fertilization depths of the same root layer. Different
lowercases in the same column indicate significant differences at 0.05 level among different root layers of the same fertilization depth. The same below.
表 3 不同施肥深度下不同土层玉米根重占总根重的比例
Table 3 Percentages of maize root weight in different soil layers to total root weight under different fertilization depths %
施肥深度 Fertilization depth (cm) 根层
Root layer
(cm) 0~20 60~80 100~120 140~160 180~200 CK
平均
Mean
CV
0~20 46.61 38.11 39.62 47.69 70.89 61.86 50.80 25.50
20~40 9.03 12.85 12.35 14.72 5.52 5.82 10.05 38.40
40~80 16.26 22.35 13.59 14.14 6.86 10.23 13.90 38.08
80~120 11.40 16.14 16.85 14.39 6.13 8.37 12.21 35.54
120~160 8.70 7.56 5.85 3.82 4.37 6.07 6.06 30.56
160~200 7.99 2.98 11.74 5.25 6.24 7.65 6.97 42.37
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由表 2 可以看出, 所有施肥深度的根重垂直分
布均符合“T”型分布, 以 0~20 cm处根重最大, 占总
根重的 50%左右(表 3), 之后随根系下延, 根重明显
递减(P<0.05); 同一施肥深度下, 在 0~200 cm 的根
层范围内, 根重垂直分布变异幅度较大, 达 70.80%~
159.46%, 其中以施在 180~200 cm 处的变异系数最
大, 其次是不施肥的 CK 处理, 变异系数最小的是
100~120 cm的施肥深度。总体而言, 在 0~160 cm的
根层范围内, 施肥明显降低了根重垂直分布的差异,
且随施肥深度增加, 根重变异系数呈先降低后增大
的趋势。
同一根层内, 因施肥深度带来的根重差异亦达
27.35%~67.52%; 总体而言, 随施肥深度加深, 各层
根重尤其 0~160 cm根层内的根重均呈先增加后减少
的趋势; 但与对照不施肥处理相比, 施肥在 0~80 cm
处, 总根重及 0~20 cm 处根重均明显降低; 若以总
根重和 0~20 cm 处根重为选择指标, 则施肥深度在
100~120 cm处有利于根系生长、根重增加。
从表 2 和表 3 还可以看出, 与对照不施肥处理
比较, 随施肥深度由 0~20 cm 加深到 140~160 cm,
中下层根重及根重比例明显增加, 符合根系具有趋
肥性的特点。综合可得: 玉米根系生长的最适施肥
深度为 100~120 cm。
2.3 施肥深度对玉米根系 NPK含量垂直分布的影响
表 4为不同施肥深度下玉米根系 NPK含量垂直
分布结果。同一施肥深度下, 随根层加深, 根系 NPK
含量垂直分布差异显著(P<0.05)(CK 和施肥深度
180~200 cm 的根系全 N 含量除外, 其差异不显著),
其中根系全 N含量变异系数为 8.41%~30.76%, 根系
全 P 含量变异系数为 20.16%~46.43%, 根系全 K 含
量变异系数为 20.37%~45.62%; 不同根层间, 以 P、
K 的变异更大。在同一根层内, 因施肥深度带来的
根系 NPK含量差异亦较大, 三者的变异系数分别为
7.61%~21.91%、26.00%~58.38%和 12.75%~43.84%;
不同施肥深度间, 同样以 P、K的变异更大。具体而
言, N 营养因施肥深度带来的差异未达 0.05 水平显
表 4 不同施肥深度下不同土层玉米根系 NPK含量的垂直分布
Table 4 Vertical distributions of maize root N, P, K contents in different soil layers under different fertilization depths
施肥深度 Fertilization depth (cm) 指标
Index
根层
Root layer
(cm) 0~20 60~80 100~120 140~160 180~200 CK
平均
Mean
CV
(%)
0~20 2.96±0.10Bc 4.41±0.88ABb 4.67±0.36ABc 4.88±1.03ABb 6.09±2.12Aa 4.46±0.71ABa 4.58±1.00 21.91
20~40 7.21±0.84Ab 6.30±1.97Aab 6.21±0.95Abc 6.41±0.91Aab 7.67±1.19Aa 7.77±1.77Aa 6.93±0.71 10.23
40~80 9.23±0.92Aa 6.83±1.92BCa 5.82±0.93Cbc 5.46±1.28Cb 7.53±0.99ABCa 8.82±1.13ABa 7.28±1.54 21.19
80~120 7.55±0.20Ab 6.62±0.69Aab 6.45±1.23Abc 6.93±0.96Aab 7.35±0.73Aa 7.98±2.03Aa 7.15±0.58 8.18
120~160 8.58±0.31Aa 7.14±0.87ABa 7.73±0.71ABab 6.09±1.99Bab 7.56±0.63ABa 8.51±1.58Aa 7.60±0.93 12.19
160~200 7.27±0.18Ab 7.14±2.03Aa 8.74±1.63Aa 8.14±1.47Aa 7.72±0.98Aa 7.62±1.52Aa 7.77±0.59 7.61
平均 Mean 7.13±2.19 6.41±1.03 6.60±1.44 6.32±1.14 7.32±0.62 7.53±1.57
全氮
Total N
(gkg1)
CV (%) 30.76 16.06 21.79 18.11 8.41 20.83
0~20 0.86±0.16Bc 1.27±0.28Bb 1.33±0.20Bc 1.16±0.15Bb 1.64±0.13Bb 3.49±1.58Aab 1.62±0.95 58.38
20~40 2.49±0.15ABa 1.78±0.29Bab 2.23±0.53Bb 1.61±0.26Bab 1.92±0.63Bb 4.35±2.29Aab 2.40±1.01 42.11
40~80 1.53±0.21Ab 3.27±1.84Aa 2.25±0.11Ab 1.80±1.00Aab 3.13±2.55Aab 4.26±2.11Aab 2.71±1.03 38.12
80~120 2.53±0.33ABa 1.74±0.15Bab 3.67±0.34ABa 1.67±0.17Bab 4.06±2.18Aab 2.68±1.35ABb 2.72±0.98 35.94
120~160 1.83±0.08Bb 2.25±0.48Bab 2.11±0.17Bb 1.84±0.39Bab 6.02±2.23Aa 4.80±1.48Aa 3.14±1.81 57.58
160~200 2.45±0.12Aa 2.17±0.52Aab 2.69±0.32Ab 2.26±0.37Aa 4.02±1.62Aab 3.45±1.21Aab 2.84±0.74 26.00
平均 Mean 1.95±0.67 2.08±0.68 2.38±0.77 1.72±0.36 3.46±1.62 3.84±0.77
全磷
Total P
(gkg1)
CV (%) 34.57 32.68 32.45 20.72 46.63 20.16
0~20 7.60±1.95Cab 21.27±1.99Aa 12.64±1.31BCa 13.18±4.17BCa 15.04±1.86ABa 13.82±2.71BCa 13.92±4.41 31.68
20~40 5.46±0.04Cc 9.54±0.92ABb 7.47±3.43ABCab 8.00±0.74ABCab 10.10±2.22Ab 6.46±0.64BCb 7.84±1.77 22.64
40~80 5.60±0.74Bc 8.40±1.06ABb 8.47±1.49ABab 10.02±4.18Aab 7.03±1.34ABb 5.73±1.06ABb 7.54±1.73 23.00
80~120 1.19±0.16Cd 10.18±3.09Ab 8.52±0.85ABab 9.62±0.64ABab 7.27±1.22Bb 7.59±0.37ABb 7.40±3.24 43.84
120~160 6.49±0.19Bbc 8.97±0.14Ab 9.15±1.92Aab 7.59±2.09ABb 7.35±0.61ABb 7.92±0.97ABb 7.91±1.01 12.75
160~200 8.42±0.64Aa 8.08±3.35Ab 2.72±0.14Ab 10.34±0.49Aab 8.97±0.98Ab 8.03±0.19Ab 7.76±2.61 33.69
平均 Mean 5.79±2.53 11.07±5.05 8.16±3.21 9.79±1.99 9.29±3.06 8.26±2.87
全钾
Total K
(gkg1)
CV (%) 43.69 45.62 39.29 20.37 32.91 34.75
第 2期 苏志峰等: 施肥深度对生土地玉米根系及根际土壤肥力垂直分布的影响 147


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著性(P>0.05)的根层是 20~40 cm、80~120 cm和 160~
200 cm, P营养差异未达 0.05水平显著性(P>0.05)的
根层是 40~80 cm 和 160~200 cm, K 营养差异仅
160~200 cm根层未达 0.05水平显著性(P>0.05)。因
此, 单就 0~20 cm根层而言, 与不施肥CK处理比较,
施肥明显降低了根系 P 营养的积累; 随施肥深度加
深, 同一根层内, 根系 N、P 积累呈增加趋势, 根系
K积累呈先明显增加后急剧降低的趋势。本试验中,
6个施肥深度处理均以 20 cm以下根系的 N、P含量
高于耕层根系, 而根系 K含量则以 0~20 cm耕层根
系最高, 可能原因是 0~20 cm 耕层有较多起支持作
用的支柱根, 而承担吸收水分营养的根系主要分布
在 20 cm以下。结合总根重及地上部生产力可知, 根
系 NPK养分积累过高或过低, 均不能获得最大生产
力与最大根重。
2.4 施肥深度对玉米根际土壤酶活性垂直分布的
影响
不同施肥深度下玉米根际土壤脲酶、蔗糖酶和碱
性磷酸酶活性的测定结果如表 5 所示。供试生土本底
土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性分别为 0.058
[mg(NH3-N)g1(土)24h1]、0.270 [mg(phenol)g1 (土)24h1]
和 7.2 [mg(glucose)g1(土)24h1]。从表 5 看出 :
1)所有施肥处理的耕层 0~20 cm 处脲酶、碱性磷酸
酶和蔗糖酶活性均明显高于本底土壤相应指标(P<
0.05); 2)施肥深度在 0~160 cm 土层内的 4 个处理,
其各土层的脲酶活性均明显高于对照不施肥处理
CK和 180~200 cm的施肥处理(P<0.05); 3)无论施肥
与否, 无论施肥深度如何, 所有处理均以 0~20 cm
土层根际土壤酶活性占绝对优势 (施肥深度 100~
120 cm的蔗糖酶活性除外); 4)施肥土层的根际土壤
脲酶和碱性磷酸酶活性明显高于其临近土层, 这一
现象与根重分布类似, 说明施肥能够极大地影响作
物根系生长, 进而影响根际土壤酶活性; 5)比较 5种
施肥深度, 发现施肥深度 60~80 cm较其他深度更有
利于提高生土地玉米各土层根际土壤脲酶活性, 其
次为施肥深度 140~160 cm、0~20 cm; 施肥深度
140~160 cm 较其他深度更有利于提高生土地玉米
各土层根际土壤蔗糖酶的活性 , 其次为施肥深度
0~20 cm; 以 100~120 cm为中界, 提高或降低施肥
深度, 均有利于提高 0~20 cm 土层根际土壤碱性磷
酸酶活性, 其余土层表现不一; 6)同一土层, 因施肥
深度引起的根际土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活
表 5 不同施肥深度下不同土层玉米根际土壤酶活性垂直分布
Table 5 Vertical distributions of maize rhizospheric soil enzyme activities in different soil layers under different fertilization depths
施肥深度 Fertilization depth (cm) 指标
Index
土层
Soil layer
(cm) 0~20 60~80 100~120 140~160 180~200 CK
CV
(%)
0~20 0.193±0.023Ba 0.354±0.032Aa 0.089±0.016Ca 0.208±0.012Ba 0.052±0.002Ca 0.088±0.006Ca 68.3
20~40 0.139±0.010Ab 0.138±0.014Ab 0.098±0.013Ba 0.121±0.010ABc 0.007±0.006Cb 0.028±0.009Cb 64.9
40~80 0.109±0.022Bb 0.154±0.020Ab 0.095±0.009Ba 0.118±0.030ABc 0.025±0.012Cb 0.025±0.007Cb 59.8
80~120 0.113±0.035Ab 0.125±0.011Ab 0.120±0.025Aa 0.137±0.031Ac 0.016±0.003Bb 0.026±0.007Bb 59.8
120~160 0.135±0.019Bb 0.136±0.015Bb 0.113±0.017Ba 0.172±0.010Ab 0.017±0.003Cb 0.030±0.016Cb 62.3
160~200 0.128±0.046Ab 0.108±0.025Ab 0.125±0.016Aa 0.130±0.020Ac 0.017±0.019Bb 0.025±0.008Bb 60.0
脲酶
Urease
[mg(NH3-N)g1
(soil)24h1]
CV (%) 22.2 54.4 13.6 24.1 71.0 67.0
0~20 0.672±0.073Aa 0.583±0.031Ba 0.497±0.022Ca 0.580±0.039Ba 0.646±0.031ABa 0.457±0.036Ca 14.5
20~40 0.258±0.054ABb 0.198±0.072Bd 0.309±0.029ABbc 0.357±0.019Ab 0.286±0.069ABbc 0.324±0.092ABb 19.2
40~80 0.357±0.185Ab 0.396±0.026Ab 0.312±0.020Abc 0.297±0.050Abc 0.275±0.009Ac 0.303±0.077Abc 13.8
80~120 0.255±0.006Cb 0.318±0.029Bc 0.444±0.053Aa 0.241±0.031Cc 0.244±0.019Cc 0.238±0.018Cbc 28.1
120~160 0.227±0.015Cb 0.303±0.026ABCc 0.337±0.028ABb 0.367±0.055Ab 0.285±0.045ABCbc 0.272±0.062BCbc 16.6
160~200 0.236±0.022BCb 0.257±0.019BCcd 0.264±0.025BCc 0.271±0.022Bc 0.361±0.019Ab 0.224±0.015Cc 18.0
碱性磷酸酶
Alkline
phosphatase
[mg(phenol)g1
(soil)24h1]
CV (%) 51.5 39.4 25.0 34.6 43.1 27.8
0~20 13.3±1.7ABa 13.6±4.2ABa 9.7±2.1Bab 19.6±1.3Aa 9.9±8.5Ba 7.0±1.4Ba 35.9
20~40 8.2±0.3ABc 7.9±0.2Bb 8.3±2.0ABab 12.9±1.8Ab 6.5±4.8Bb 5.7±2.2Ba 30.6
40~80 10.1±1.1Bbc 6.8±0.6Bb 7.5±1.4Bb 16.0±5.1Aab 6.2±3.9Bb 5.7±2.8Ba 44.5
80~120 10.5±1.1ABabc 9.5±1.1ABb 7.4±1.2Bb 15.3±5.0Aab 7.5±4.8Bab 6.4±3.6Ba 34.2
120~160 11.4±1.4ABab 7.6±0.5Bb 11.3±4.7ABa 17.0±4.8Aab 6.5±4.5Bb 6.2±3.7Ba 41.2
160~200 13.2±3.0ABa 7.7±0.2BCb 9.6±2.5BCab 16.5±1.9Aab 6.6±4.2Cb 6.3±3.7Ca 41.0
蔗糖酶
Sucrase
[mg(glucose)g1
(soil) 24h1]
CV (%) 17.6 28.2 17.1 13.4 19.7 7.8
148 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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性的差异分别达 60%、20%、40%左右; 同一施肥深
度, 因土层分布引起的根际土壤脲酶、碱性磷酸酶
和蔗糖酶活性的差异分别为 13.6%~71.0%、25.0%~
51.5%、7.8%~28.2%, 绝大多数施肥深度处理降低了
不同土层之间脲酶活性的差异, 但增加了碱性磷酸
酶和蔗糖酶活性的差异。
总体而言, 与 CK比较, 除施肥深度 180~200 cm
的脲酶活性略低于 CK且差异不显著(P<0.05)外, 其
余施肥深度均明显提高了根际土壤 3 种酶活性。若
以脲酶指标优选, 施肥深度 60~80 cm最佳; 若以蔗
糖酶指标优选, 施肥深度 140~160 cm最佳。
2.5 施肥深度对玉米根际土壤营养垂直分布的影响
不同施肥深度下玉米根际土壤碱解氮、速效磷和
有机质含量的测定结果见表 6。供试生土的碱解氮、
速效磷和有机质含量分别为 10.0 mgkg1、1.56 mgkg1
和 2.93 gkg1。分析发现: 1)所有施肥处理各土层根
际土壤 3类营养均明显高于本底土壤; 2)所有施肥处
理的 0~20 cm土层根际土壤碱解氮含量均显著高于
对照不施肥处理 CK(P<0.05); 除个别土层外, 所有
施肥处理的各土层根际土壤速效磷和有机质含量均
显著高于对照不施肥处理 CK(P<0.05); 3)在不施肥
情况下, 根际土壤 3 类营养总体呈递减趋势; 而施
肥改变了这种趋势, 施肥明显提高了施肥土层或其
临近土层 3 类土壤营养含量; 4)就碱解氮含量而言,
施肥深度以 100~120 cm为中界, 提高或降低施肥深
度, 均有利于提高 0~20 cm 根际土壤碱解氮含量,
但与 CK相比, 20 cm以下土层碱解氮含量没有明显
优势; 就速效磷含量而言, 5种施肥深度均明显提高
了各土层的速效磷含量, 以施肥深度 140~160 cm效
果较好; 就有机质含量而言, 5种施肥深度均明显提
高了各土层的有机质含量, 以施肥深度 180~200 cm
较好; 5)平均来看, 同一土层, 因施肥深度引起的差
异为碱解氮>速效磷>有机质; 同一施肥深度, 因土
层分布引起的差异大体上为碱解氮>速效磷>有机质;
施肥深度的差异大于土层间的差异。
综上所述, 生土地上, 施用有机肥有利于促进
玉米根系生长, 在有机肥及玉米根系的双重作用下,
有利于提高根际土壤速效磷及有机质含量。
表 6 不同施肥深度下不同土层玉米根际土壤养分含量垂直分布
Table 6 Vertical distributions of maize rhizospheric soil nutrients in different soil layers under different fertilization depths
施肥深度 Fertilization depth (cm) 指标
Index
土层
Soil layer (cm) 0~20 60~80 100~120 140~160 180~200 CK
平均
Mean
CV (%)
0~20 72.6±2.63Aa 30.6±0.88Ca 25.4±0.52Db 30.6±0.52Ca 37.1±0.35Bd 23.5±0.70Ed 36.6±18.3 49.9
20~40 42.5±0.87Bb 16.3±1.22Ed 26.1±1.58Cb 18.2±0.70De 42.0±1.75Bc 66.5±1.40Aa 35.3±19.0 54.0
40~80 16.1±0.35Df 25.9±1.40Bb 25.9±1.40Bb 15.2±1.23Df 20.7±2.10Cf 38.2±1.05Ab 23.7±8.5 35.7
80~120 30.3±2.27Cd 31.2±1.40Ba 29.1±1.05Da 25.7±1.22Ec 34.7±1.40Ae 31.7±1.93Bc 30.4±3.0 9.7
120~160 40.8±0.88Bc 21.5±1.58Ec 22.2±1.22Ed 28.7±1.05Db 49.2±1.93Ab 30.8±2.80Cc 32.2±10.9 33.7
160~200 21.9±1.23De 12.8±0.52Ee 23.5±0.70Cc 21.7±0.70Dd 53.7±1.22Aa 24.3±1.57Bd 26.3±14.1 53.4
平均 Mean 37.4±20.1 23.0±7.5 25.3±2.4 23.4±6.0 39.6±11.7 35.8±16.0
碱解氮
Available nitrogen
(mgkg1)
CV (%) 53.8 32.8 9.3 25.9 29.6 44.6
0~20 6.39±0.36Aa 3.25±0.20Dcd 6.11±0.36Bb 6.02±0.27Ba 3.50±0.38Cb 2.99±0.23Ea 4.7±1.6 34.3
20~40 5.40±0.16Bb 4.76±0.09Cb 6.73±0.02Aa 4.41±0.29Dcd 3.73±0.22Eb 2.60±0.02Fab 4.6±1.4 30.7
40~80 4.02±0.47Bd 2.94±0.18Cd 2.83±0.32CDe 4.88±0.25Ac 2.36±0.43Ec 2.63±0.38Db 3.3±1.0 29.5
80~120 4.70±0.50Bc 7.81±0.09Aa 4.43±0.27Bc 4.31±0.04Bd 3.61±0.34Cb 2.05±0.22Dc 4.5±1.9 42.1
120~160 2.87±0.18Fe 4.81±0.43Bb 3.77±0.25Dd 5.93±0.47Aab 3.41±0.04Eb 2.08±0.50Cc 3.8±1.4 36.2
160~200 3.70±0.22Bd 3.55±0.07Bc 3.88±0.07Bd 5.49±0.29Ab 4.45±0.22Ca 1.52±0.34Dd 3.8±1.3 34.8
平均 Mean 4.5±1.3 4.5±1.8 4.6±1.5 5.2±0.7 3.5±0.7 2.3±0.5
速效磷
Available
phosphorus
(mgkg1)
CV (%) 28.0 39.6 32.4 14.4 19.2 22.9
0~20 5.73±0.69Aa 5.19±0.15ABb 4.66±0.60Bb 5.92±0.11Aa 5.95±0.13Ac 4.71±0.44Ba 5.4±0.6 11.0
20~40 3.96±0.15Cb 5.93±0.15Aa 4.72±0.07Bb 4.23±0.42Cc 5.55±0.29Ad 3.94±0.27Cb 4.7±0.8 17.9
40~80 5.14±0.34BCa 5.52±0.48ABb 4.56±0.23Cb 5.50±0.21ABa 5.89±0.19Ac 3.82±0.41Dbc 5.1±0.8 15.0
80~120 5.18±0.60ABa 4.42±0.36BCc 5.77±0.23Aa 3.22±0.64Dd 5.78±0.18Acd 3.74±0.20CDbc 4.7±1.1 22.8
120~160 4.03±0.02Cb 3.96±0.15Cd 3.68±0.11Dc 4.83±0.04Bb 7.14±0.09Aa 3.45±0.16Ebc 4.5±1.4 30.3
160~200 4.22±0.09Cb 3.92±0.14Dd 4.56±0.23Bb 4.23±0.17Cc 6.55±0.02Ab 3.20±0.23Ec 4.4±1.1 25.3
平均 Mean 4.7±0.7 4.8±0.8 4.7±0.7 4.7±1.0 6.1±0.6 3.8±0.5
有机质
Organic matter
(gkg1)
CV (%) 15.6 17.5 14.3 20.9 9.6 13.6
第 2期 苏志峰等: 施肥深度对生土地玉米根系及根际土壤肥力垂直分布的影响 149


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2.6 玉米根系重量、根系营养、根际土壤酶活性及
根际土壤营养之间的相关性分析
对不同施肥深度不同土层的玉米根重、根系
氮磷钾营养和根际土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸
酶以及根际土壤碱解氮、速效磷、有机质等10个
指标做相关分析 , 结果如表7所示。玉米根重与根
系N、P营养呈显著 (P<0.05)或极显著 (P<0.001)负
相关 , 而与根系K营养呈极显著 (P<0.001)正相关 ;
玉米根重与根际土壤碱性磷酸酶活性亦呈极显著
(P<0.001)正相关 , 这可能与玉米根系分泌磷酸酶
有关。
玉米根系 N 营养与 P 营养相互促进, 呈极显著
(P<0.01)正相关, 而与 K 营养呈极显著(P<0.001)负
相关; 同时, 根系 N、P营养与根际土壤 3类酶活性
均呈显著或极显著负相关, 而根系 K 营养则与根际
土壤脲酶和碱性磷酸酶活性均达 0.05水平以上的正
相关, 与蔗糖酶活性无显著相关性(P>0.05)。另外,
根系 N、P 营养与根际土壤速效磷含量也呈极显著
(P<0.01)负相关。可见, 从酶活性及速效磷的提高角
度来看, 玉米根系积累 N、P营养越多, 可能分泌的
含 N、P物质越多, 从而抑制了土壤酶活性, 而积累
K营养越多, K+可能作为一种离子泵或酶激活剂, 提
高了土壤酶活性。
本试验中, 玉米根际脲酶活性的提高利于促进
其他 2 类酶活性的提高(P<0.01, P<0.001)及根际土
壤速效磷含量的增加(P<0.05); 根际土壤碱性磷酸
酶活性的提高利于提高根际土壤有机质的含量; 根
际土壤蔗糖酶活性的提高利于改善根际土壤速效磷
的含量。可见, 根际土壤 3 类酶活性与根际土壤 3
类营养密切相关。
表 7 不同施肥深度不同土层玉米根系根重、根系营养及根际土壤酶活性、根际土壤营养含量之间的相关系数
Table 7 Correlation coefficients of root weight, root nutrition, rhizospheric soil enzyme activities and rhizospheric soil nutrients of
maize in different soil layers under different fertilization depths
x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10
x1 1.000 0
x2 0.665 7*** 1.000 0
x3 0.333 3* 0.452 8** 1.000 0
x4 0.594 1*** 0.595 1*** 0.319 0 1.000 0
x5 0.232 7 0.521 6** 0.629 8*** 0.421 5* 1.000 0
x6 0.805 6*** 0.711 9*** 0.349 4* 0.597 9*** 0.429 9** 1.000 0
x7 0.207 9 0.372 4* 0.632 8*** 0.279 9 0.655 9*** 0.307 7 1.000 0
x8 0.028 4 0.107 4 0.271 3 0.093 4 0.166 8 0.308 3 0.174 5 1.000 0
x9 0.184 7 0.430 5** 0.516 3** 0.068 3 0.409 6* 0.272 7 0.502 7** 0.027 6 1.000 0
x10 0.252 0 0.303 4 0.099 7 0.165 1 0.001 5 0.386 4* 0.005 8 0.241 2 0.201 8 1.000 0
x1: 根重; x2: 根系全氮; x3: 根系全磷; x4: 根系全钾; x5: 土壤脲酶; x6: 土壤磷酸酶; x7: 土壤蔗糖酶; x8: 土壤碱解氮; x9: 土壤速效磷; x10:
土壤有机质。下同。*、**和***分别表示 P<0.05、P<0.01和 P<0.001。x1: root weight; x2: root total nitrogen; x3: root total phosphorus; x4: root total
potassium; x5: soil urease; x6: soil alkaline phosphatase; x7: soil sucrase; x8: soil available nitrogen; x9: soil available phosphorus; x10: soil organic
matter. The same below. *, ** and *** mean significant difference at 0.05, 0.01 and 0.001 levels, respectively. The same below.

为了进一步分析测定的 10 个根土指标中对根
土系统影响较大的主要指标 , 采用 SAS 9.1.3 的
FACTOR 过程将这 10 个根土指标进行分类(表 8)。
结果发现, 影响生土地玉米根土系统的主要指标首
先是根重、根系 N营养、根系 K营养和根际土壤磷
酸酶(第 1因子), 其次是根际土壤脲酶和蔗糖酶(第 2
因子), 根际土壤速效磷含量隶属于第 3 因子。依据
因子的主次顺序, 并结合所获得的地上部生产力(地
上部干重、总粒重、百粒重), 对不同施肥深度的玉
米根土生产力系统进行聚类(图 1): 1)首先将 6个处
理划分为 2类, 0~160 cm的 4个施肥深度为第Ⅰ类,
180~200 cm的施肥深度与不施肥对照 CK为第Ⅱ类;
2)将 0~160 cm的 4个施肥深度, 进一步划分为 3类,
a类为施肥深度 0~20 cm, b类为施肥深度 60~80 cm
和 140~160 cm, c类为施肥深度 100~120 cm。根据聚
类结果, 本试验选择改良母质生土地玉米根土系统
的适合施肥深度为 60~160 cm。
3 结论与讨论
加快生土熟化, 促进母质土壤当年生产见效, 通
过人工施肥调节生土与作物根系互动互作进而使无
生机母质土壤变为有生机耕作土壤, 是黄土高原半
干旱地区可持续发展农业的一项重要研究课题[17]。关
于黄土母质生土地“施肥作物(根系+生产力)土壤”
的关系问题, 已有研究主要集中在常规耕层(0~20 cm)
施肥对作物生产力和根土肥系统建成的影响上[4,17]。
150 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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表 8 影响生土地玉米根土系统的关键因子分析
Table 8 Rotated factor pattern of influencing root-soil system of maize in immature loess subsoil
项目
Item
因子 1
Factor 1
因子 2
Factor 2
因子 3
Factor 3
因子
Factor
特征值
Eigenvalue
差异
Difference
贡献率
Proportion
累积贡献率
Cumulative
x1 0.938 3* 0.033 6 0.161 3 1 4.229 0 2.298 5 0.422 9 0.422 9
x2 0.748 7* 0.338 2 0.251 8 2 1.930 5 0.758 0 0.193 1 0.616 0
x3 0.317 2 0.583 8 0.494 9 3 1.172 5 0.428 0 0.117 2 0.733 2
x4 0.751 7* 0.364 2 0.287 0
x5 0.247 8 0.890 4* 0.087 3
x6 0.843 1* 0.233 9 0.109 0
x7 0.111 1 0.809 7* 0.314 7
x8 0.076 8 0.130 9 0.003 0
x9 0.095 8 0.339 9 0.853 7*
x10 0.213 7 0.048 6 0.095 9
*: 权重>70%。*: weight > 70%.


图 1 不同施肥深度玉米根土系统聚类
Fig. 1 Root-soil system cluster of maize in different
fertilization depths
研究表明, 肥料深施在 10~20 cm土层较施在表层有
利于提高肥料的吸收利用率 [26,28], 那么 , 是不是施
肥越深, 肥料的吸收利用率越好？作物生产力及土
壤肥力越高呢？鉴于此, 本团队以玉米为供试作物,
以贝特牌生物有机肥为供试肥料, 设立施肥深度 0~
20 cm、60~80 cm、100~120 cm、140~160 cm、180~
200 cm 5个施肥梯度, 探讨生土土壤当年耕层、深
层、超深层施肥对玉米地上部生产力、根际土壤肥
力垂直分布的影响, 为指导生土沃土开发提供理论
依据。
苗果园等[34]研究发现, 不施肥情况下玉米根系
质量由土壤表层向下均呈现出 Y=A·eBX 递减规律,
在土壤表层质量最大, 土层越深, 向下递减幅度越大。
苗果园等[35]研究还发现, 将肥料施在 20 cm、50 cm、
150 cm、250 cm的不同土层, 其中 20 cm耕层施肥
具有促进根系下扎的作用, 150~250 cm超深层施肥
具有诱导根系下扎的作用, 而 50 cm 一般深层施肥
具有控根生长的作用 , 且在施肥土层往往形成根
团。本试验研究同样发现, CK不施肥处理组玉米在
土壤表层的根重也最大, 随着土层加深, 根重有所
减少; 所有施肥深度的根重均以 0~20 cm 处最大,
占总根重的 50%左右, 然后随根系下延, 根重明显
递减(P<0.05); 与 CK 不施肥处理相比, 施肥在 0~
80 cm处, 总根重及 0~20 cm处根重均明显降低, 可
能原因是浅层施肥不利于根系下延, 与苗果园等的
研究结果不一致 ; 而深层施肥诱导根系向下生长 ,
与苗果园等的研究一致; 与不施肥处理比较, 随施
肥深度由 0~20 cm加深到 140~160 cm, 中下层根重
及根重比例明显增加, 施肥处理促进了该处根系的
生长, 也符合根系具有趋肥性的特点。玉米是单株
生产力比较强的禾本科作物, 其地上部的生长离不
开强大的根系的有力支撑。本研究中, 在 0~120 cm
土层范围内, 随施肥深度的加深, 玉米地上部茎秆
干重、总粒重、百粒重、总根重等所测指标总体均
呈递增趋势, 有机肥可以促进根系的生长和根系在
深层土壤中的分布, 根系生长越好, 越有利于地上
部生产力的提高。所以, 在生土地上, 采取较深层次
施肥可促使作物根系向地下生长, 使根系总量增加,
从而提高地上部生产力。研究还发现, 根系 NPK养
分积累过高或过低, 均不能获得最大根重和最大地
上部生产力。从根重、根系 NPK养分积累和地上部
生产力结果来看, 最适施肥深度为 100~120 cm。
玉米根际土壤酶类受施肥的影响很大。孙瑞莲
等[36]研究发现, NPK 与有机肥长期配合施用能明显
提高土壤有机质含量、全氮、全磷及速效氮、磷、
钾含量, 增强土壤转化酶、磷酸酶和脲酶的活性。
本试验研究发现深层次施肥其土壤酶活性值高于土
壤表层施肥。60~80 cm的施肥深度有利于提高各土
层玉米根际土壤脲酶的活性; 140~160 cm的施肥深
度有利于提高各土层玉米根际土壤蔗糖酶的活性。
第 2期 苏志峰等: 施肥深度对生土地玉米根系及根际土壤肥力垂直分布的影响 151


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可能原因是深施肥料促使深层土壤中微生物活性升
高, 从而带动土壤酶活性增加。
土壤速效养分含量是评价土壤供肥能力的主要
指标[37], 体现着生态环境条件下土壤养分的转化能
力及人类的施肥与管理水平等。碱解氮常用来作为
土壤总有效氮素供应指标, P是作物生长的大量元素
之一, 和 N 同样是“肥料三要素”之一。徐海[38]研究
发现, 碱解氮在 0~20 cm土层的垂直向梯度不明显,
50 cm 以下土层区域土壤碱解氮含量的变化梯度体
现作物的生长发育过程。本研究中, 所有处理的各
土层根际土壤碱解氮、速效磷和有机质等 3 类营养
含量均明显高于本底土壤, 说明施肥处理和种植玉
米对生土地具有一定的培肥效果。在不施肥情况下,
根际土壤 3 类营养总体呈递减趋势, 而施肥改变了
这种趋势, 明显提高了施肥土层或其临近土层的 3
类土壤营养的含量, 平均来看, 因施肥深度或土层
分布引起的养分含量差异均表现为碱解氮>速效磷>
有机质。说明施肥对作物根际土壤营养有较大的改
变, 从而对土壤肥力产生深刻的影响。刘玉涛[39]研
究表明, 长期施用有机肥, 可以增加土壤有机质及
其他各种养分, 提高土壤供肥能力, 改善土壤结构,
所以, 施肥是影响土壤质量, 确保土壤可持续利用
的重要农业措施之一[40]。合理的施肥深度是提高肥
效的关键所在。
本试验中, 玉米根际脲酶活性的提高促进其他
2类酶活性的提高(P<0.01, P<0.001)及根际土壤速效
磷含量的增加(P<0.05); 根际土壤碱性磷酸酶活性
的增加提高了根际土壤有机质含量; 根际土壤蔗糖
酶活性的提高促进了根际土壤速效磷含量增加。可
见, 根际土壤 3 类酶活性与根际土壤 3 类营养密切
相关。通过聚类分析得出改良母质生土地玉米根
土系统的适合施肥深度为 60~160 cm。根系生物量、
植株营养同土壤酶类、土壤营养类之间具有紧密的
关联。根系生物量的增加, 不仅加强根系内营养物
质的流动和分配, 也促进根际土壤酶类、根际土壤
营养类含量的增加, 最终促进土壤肥力的增加, 对
土壤土质的改良起到积极作用。由于本试验中设置
的 5个施肥梯度中, 从 0~20 cm到 60~80 cm的跨度
较大, 为 40 cm, 其余相邻施肥梯度之间的跨度皆为
20 cm, 因此所得 60~160 cm的适合施肥深度是否比
20~60 cm的施肥深度更好还有待于进一步试验研究,
尤其需补充 20~40 cm和 40~60 cm的施肥深度。另
外, 目前生产上大马力深松或深翻施肥一体机的最
大施肥深度在 40~60 cm, 那么 60 cm以下的施肥机
械能否配套也值得考虑。而对于生土外翻的新造地,
可以考虑先施肥后覆土的方式 , 以达到生土改良 ,
并获得当年生产见效。
黄土母质生土熟化的过程就是土壤物理结构的
改变以及土壤营养含量的提升。施肥后, 根系变得
发达, 土壤微生物活动频繁, 使土壤中营养元素的
转化加快, 植物所能吸收的养分量随之变大, 作物
在收割后残留的根系在微生物的作用下腐烂分解 ,
成为下一年作物的养料, 从而达到改良和提升土壤
肥力的效果。因此, 通过适当的施肥促使作物根系
向深层生长, 增强根际土壤酶以及土壤营养的含量,
对于改良黄土母质生土地肥力有重要意义。
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