全 文 ：中国生态农业学报 2012年 7月 第 20卷 第 7期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jul. 2012, 20(7): 874−881


* 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB118606)和国家玉米产业技术体系项目(CARS-02-24)资助
** 通讯作者: 陈新平(1968—), 男, 博士, 教授, 主要从事养分资源管理研究。E-mail: chenxp@cau.edu.cn
侯鹏(1981—), 男, 在读博士, 主要从事玉米高产高效养分管理及 Hybrid-Maize模型在中国的应用研究。E-mail: houpeng811125@163.com
收稿日期: 2011-12-12 接受日期: 2012-03-06
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.00874
4种典型土壤上玉米产量潜力的实现程度及其因素分析*
侯 鹏1 陈新平1** 崔振岭1 李世清2 王 伟3
叶优良4 陈远学5 张福锁1
(1. 中国农业大学资源环境与粮食安全中心 北京 100193; 2. 中国科学院水利部水土保持研究所 杨凌 712100;
3. 黑龙江农垦总局农业局 哈尔滨 150036; 4. 河南农业大学资源与环境学院 郑州 450000;
5. 四川农业大学资源与环境学院 雅安 625014)
摘 要 土壤条件是否或在多大程度上限制了我国玉米产量潜力的实现是亟需回答的科学问题。本文选择我
国 4个玉米主产区的典型土壤(黑龙江黑土、陕西黑垆土、河南潮土和四川紫色土)进行了实证研究。结果表明:
不同土壤条件下玉米产量潜力的实现程度不同, 黑龙江 852 农场、陕西长武、河南温县与四川简阳 4 个试验
点在设定的高产栽培管理条件下获得的产量分别为 10.7 t·hm−2、14.1 t·hm−2、9.2 t·hm−2与 6.7 t·hm−2, 分别实现
了当年光温水条件下该栽培体系产量潜力的 92%、104%、84%与 78%。相关分析表明, 土壤容重与产量潜力
实现程度呈显著负相关, 根干重密度与产量潜力实现程度呈显著正相关。土壤物理(容重)与肥力(有机质含量)
条件对玉米根系的生长和产量潜力的实现有显著影响。对土壤容重和有机质含量分析表明, 黑龙江 852 农场
黑土土壤容重适中, 土壤有机质含量高, 耕层有机质为 69.3 g·kg−1, 陕西长武黑垆土土壤容重最小, 耕层容重
为 1.15 g·cm−3, 土壤质地为壤质土, 两地的土壤条件有利于根系生长, 玉米根量较大, 0~40 cm横向分布广泛,
有利于产量潜力的实现, 分别实现 92%和 104%产量潜力; 河南温县潮土 10 cm 以下土壤容重大, 尤其 10~20
cm 的犁底层容重最大为 1.53 g·cm−3, 土壤有机质含量较低, 四川简阳紫色土土壤有机质含量较低, 整个土体
容重较高, 并且土壤黏重, 两地的土壤性状不利于根系生长, 分别实现了产量潜力的 84%和 78%。因此, 应根
据各主产区的土壤状况进行针对性的土壤改良与培肥, 为实现玉米产量潜力与大面积均衡增产奠定基础。
关键词 土壤条件 土壤容重 土壤有机质 玉米 产量潜力 根系
中图分类号: S158.2; S152.5; S513 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)07-0874-08
Potential maize yield realization and related driving factors in four typical soils
HOU Peng1, CHEN Xin-Ping1, CUI Zhen-Ling1, LI Shi-Qing2, WANG Wei3,
YE You-Liang4, CHEN Yuan-Xue5, ZHANG Fu-Suo1
(1. Center for Resources, Environment and Food Security, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2. Institute of Soil
and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China; 3. Department of
Agriculture, General Bureau of Heilongjiang State Farms, Harbin 150036, China; 4. College of Resources and Environmental Sciences,
Henan Agricultural University, Zhengzhou 450000, China; 5. College of Resources and Environmental Sciences, Sichuan Agricultural
University, Ya’an 625014, China)
Abstract Whether or how soil conditions limit maize (Zea mays L.) yield is an increasingly important scientific research field. In
this study, 4 typical soil types in 4 main maize production regions in China (the black soil region in Northeast China, black loessial
soil region in the Loess Plateau, fluvo-aquic soil region in North China Plain and the purple soil region in Southwest China) were
analyzed to demonstrate whether and how soil conditions limit maize potential yield realization. The results showed that in all the 4
experimental sites (852-farm in Heilongjiang Province, Changwu in Shaanxi Province, Wenxian in Henan Province and Jianyang in
Sichuan Province), maize yields under the best management practices were 10.7 t·hm−2, 14.1 t·hm−2, 9.2 t·hm−2 and 6.7 t·hm−2 in 2009,
which were 92%, 104%, 84% and 78% of yield potentials in the respective regions. Correlation analysis showed that soil physical
第 7期 侯 鹏等: 4种典型土壤上玉米产量潜力的实现程度及其因素分析 875


property (bulk density) and root dry matter density were significantly negatively and positively related with realization degree of
potential yield, respectively. Soil physical property (bulk density) and fertility (organic matter) had significant effects on maize
potential yield realization. A moderate bulk density and high organic matter content of 69.3 g·kg−1 under tillage conditions were
beneficial to roots growth, and furthermore, led to 92% yield potential realization in the 852-farm, Heilongjiang Province. Low soil
bulk density of 1.15 g·cm−3 under tillage conditions led to the highest root growth and 104% yield potential realization in Changwu,
Shaanxi Province. In contrast, high soil bulk densities, especially in the 10~20 cm soil layer with the highest bulk density of 1.53
g·cm−3 went against roots growth, and led to only 84% yield potential realization in Wenxian, Henan Province. Low soil organic
matter and high soil bulk density in soil profiles led to only 78% yield potential realization in Jianyang, Sichuan Province. It was
therefore concluded that different soil quality improvement strategies needed to be adopted in different regions to realize maize yield
potential and balanced yield increase over large areas across China.
Key words Soil condition, Soil bulk density, Soil organic matter, Maize, Yield potential, Root
(Received Dec. 12, 2011; accepted Mar. 6, 2012)
全世界玉米产量必须快速增长才能满足人民日
益增长的需求[1]。玉米总产量的增加, 取决于种植面
积与单产的增加, 增加种植面积要么会直接导致原
有土地自然生态系统的破坏, 造成一系列的环境问
题[2], 要么压缩其他作物的种植面积。我国自 1949
年以来, 玉米总产量大幅度提高, 其中单产增加的
贡献占 68%, 种植面积扩大的贡献占 32%[3]。但统计
资料表明, 2004 年以来我国玉米总产量的增加中种
植面积扩大的贡献占 87%, 而单产增加的贡献仅占
13%(http://zzys.agri.gov.cn/)。在我国耕地面积持续刚
性减少的情况下, 未来玉米生产的发展必须着力于
提高单位面积产量。
挖掘玉米产量潜力、提高玉米单产是发展玉米
生产与解决粮食问题的重要途径[4]。近年来, 我国很
多地区实现了玉米高产超高产[5−7]。据统计, 我国 43
个高产试验的玉米平均产量达到 15.2 t·hm−2[6], 而中
国玉米的平均产量只有 5.1 t·hm−2 (FAO, 2010), 高产
记录与大面积生产田的产量差巨大。造成这一玉米
产量差的原因一方面是品种、播期、密度、灌溉、
施肥等管理措施不当, 使玉米的群体发育与产量形
成未能充分利用好当地的光温资源; 另一方面, 土
壤条件也可能起着关键作用[2,8−10]。
直接影响玉米生长的土壤条件主要包括土壤结
构与土壤肥力两个方面。土壤结构尤其是土壤容重(紧
实度)影响作物根系的生长, 进而影响根系对水分和
养分的吸收及土壤生物平衡从而影响作物产量[11−13],
土壤有机质在维持土壤肥力、作物产量及环境质量
方面起着重要作用[14−16]。美国的一些研究表明,土壤
结构影响玉米的根系构型, 从而影响玉米对养分和
水分的有效吸收利用[17−18]。美国的玉米高产田, 大
多数拥有肥沃的土壤及良好的土壤构型, 土壤有机
质含量 40~50 g·kg−1 [7,17−19]。另一方面, 国内学者在
对我国 2006—2007 年以来玉米单产超 15 t·hm−2的
39 块高产田进行分析后认为, 土壤肥力未必是玉米
创高产的必备条件, 理由是有机质含量仅 10 g·kg−1
左右的陕西榆林与山东莱州也获得了超高产[7]。
我国幅员辽阔, 土壤类型多样, 土壤条件是否、
或在多大程度上限制了玉米产量潜力的实现尚不明
确。为此, 本文在玉米主产区选取具有代表性的土
壤类型开展研究, 分析土壤条件对玉米产量潜力实
现的影响及其原因, 为进一步在大面积生产中提高
玉米单产, 充分实现玉米产量潜力提供理论指导。
1 材料与方法
1.1 试验地点及气象条件
试验于 2009年在 4个中国典型玉米主产区进行,
分别是: 东北(黑龙江农垦总局 852农场, 124.48° E,
46.33°Ｎ)、华北(河南省温县, 112.99° E, 34.92°Ｎ)、
西北(陕西省长武县, 107.88° E, 35.28° N)和西南(四
川省简阳市, 104.56° E, 30.41° N), 4个地点的土壤类
型分别为黑土、黑垆土、潮土和紫色土。4 个地点
的玉米生育期内气象数据见表 1, 包括玉米生育期
内长期气象数据(1999—2008)及 2009 年玉米生育期
内的气象数据。
1.2 玉米高产体系的创建
根据各试验点长期气象数据所表征的光温水条
件, 设计适合当地气候的高产栽培管理模式。总体
原则是应用模型通过品种、播期及密度设计高产群
体和目标产量, 以最大限度利用当地光温资源, 通
过测试土壤养分状况及当地高产栽培条件下的产量
目标 , 确定施肥量 , 保证充足的养分供应 , 同时保
证完善的植保措施使病虫草害不成为高产的限制因
素, 以充分展示不同土壤条件对玉米产量潜力实现
的影响。黑龙江 852农场产量目标为 11.0 t·hm−2, 雨
养春玉米 , 为使玉米生长与当地光温条件相匹配 ,
选用当地主栽中早熟品种“绥玉 7 号”, 该品种生育
期内需要的有效生长积温(GDD)[20−21]为 1 386 ℃,
密度 70 000株·hm−2, 5月 1日播种, 为满足玉米养分
876 中国生态农业学报 2012 第 20卷


表 1 长期(1999—2008)及 2009年玉米生育期内不同试验地点的气象数据
Table 1 Long-term (1999—2008) and 2009 weather conditions during maize growing season in different experimental sites
平均气温Mean temperature (℃)
试验地点
Experimental site
时期
Period
总辐射
Total solar radiation
(MJ·m−2)
平均气温
Mean temperature
(℃)
营养生长期
Vegetative stage
生殖生长期
Reproductive stage
降雨量
Total precipitation
(mm)
长期 Long-term 2 526 19.2 19.8 18.5 313 黑龙江 852农场
852-farm, Heilongjiang 2009 2 657 17.3 19.0 15.6 454
长期 Long-term 2 718 18.7 19.8 17.5 465 陕西长武
Changwu, Shaanxi 2009 3 082 17.7 19.8 15.8 395
长期 Long-term 1 613 25.7 27.2 24.4 465 河南温县
Wenxian, Henan 2009 1 593 26.5 28.8 24.4 503
长期 Long-term 1 565 24.5 23.0 26.9 432 四川简阳
Jianyang, Sichuan 2009 1 478 24.9 23.6 26.8 414

需求, 每公顷 N、P2O5、K2O施用量分别为 166 kg、
99 kg和 48 kg, 小区面积 65 m2(6.5 m×10 m); 陕西
长武产量目标为 13.2 t·hm−2, 选用品种“先玉 335”,
该品种生育期内所需 GDD为 1 518 , ℃ 密度为 85 000
株·hm−2, 播种期为 4 月 21 日, 雨养春玉米, 每公顷
N、P2O5、K2O施用量分别为 250 kg、40 kg和 80 kg, 小
区面积 56 m2(7 m×8 m); 河南温县产量目标 12.4 t·hm−2,
品种为当地主栽品种“丰玉 4 号”, 该品种生育期内
所需 GDD为 1 780 , ℃ 密度为 75 000株·hm−2, 6月 7
日播种, 充分灌溉, 每公顷 N、P2O5、K2O施用量分
别为 263 kg、113 kg和 143 kg, 小区面积 50 m2(5 m×
10 m); 四川简阳产量目标 8.7 t·hm−2 , 密度为 60 000
株·hm−2, 品种为当地主栽品种“川单 418”, 该品种
生育期内所需 GDD为 1 706 , ℃ 采用育苗移栽, 移
栽期为 4月 19日, 雨养, 玉米红苕间作, 每公顷 N、
P2O5、K2O施用量分别为 225 kg、78 kg和 150 kg, 小
区面积 20 m2(4 m×5 m)。所有试验点均为 3次重复。
1.3 根系取样及测试方法
各试验点在玉米根系最发达期(吐丝期)取根样,
取样方法为分层取根法[22], 选择临近的两株进行取
样, 0~60 cm土壤层次分层划分成小长方体, 小长方
体高分别为 10 cm(0~10 cm)、10 cm(10~20 cm)、20 cm
(20~40 cm)、20 cm(40~60 cm), 长为株距的 1/2, 即
黑龙江 852 农场、陕西长武、河南温县与四川简阳
4个试验点小长方体长分别为 11 cm、12 cm、11 cm
和 8.5 cm, 宽度依据玉米行距而有所变化, 4个试验
点分别为 10.8 cm、10 cm、10 cm和 10 cm。用直径
0.5 mm孔径的尼龙网对每个土块进行过滤洗出根系,
去掉气生根及延伸至土壤中的茎, 各土块中的根在
75 ℃烘干称重。
1.4 土壤剖面及土壤取样与分析
在每个试验点挖掘典型土壤剖面, 采集土壤剖
面照片, 记录土壤剖面特性。分 0~10 cm、10~20 cm、
20~40 cm、40~60 cm及 60~100 cm 5个土壤层次进
行土壤容重测定, 同时取各个土层的土壤样品, 带
回实验室风干测土壤有机质含量[23]。
1.5 测产
收获期在每个小区选择 9 m2面积进行测产, 取
部分籽粒在 75 ℃烘干称重, 计算玉米在 15.5%含水
量下的产量。
1.6 产量潜力的模型计算
利用 Hybrid-Maize 模型进行玉米产量潜力的计
算。Hybrid-Maize模型[20−21]是美国 Nebraska大学开
发的玉米专用模型, 能够模拟玉米在水分限制(雨养)
与无水分限制(灌溉)条件下的长期(多年)与当年的玉
米产量潜力, 在中国玉米主产区得到校验和应用[6,24]。
模型模拟所需要的气象数据包括当年或长期的每日
太阳辐射、最高气温、最低气温、降雨量、平均风
速与平均相对湿度, 气象数据来源为试验点所在地
区气象站, 模拟时需要输入玉米播种日期、播种密
度与品种特性(吐丝与收获所需要的 GDD)。
2 结果与分析
2.1 不同土壤条件下玉米的长期产量潜力、当年产
量潜力与实际产量
图 1为各试验点的实测玉米产量及应用 Hybrid-
Maize 模型及气象资料计算的长期(10 年)产量潜力
及 2009年产量潜力。黑龙江 852农场(雨养)、陕西
长武(雨养)、河南温县(灌溉)与四川简阳(雨养)4 个
试验点在本文设计的高产栽培管理条件下的长期产
量潜力分别为 11.0 t·hm−2、13.2 t·hm−2、12.4 t·hm−2
和 8.7 t·hm−2, 长期玉米产量潜力陕西长武>河南温
县>黑龙江 852 农场>四川简阳, 主要原因是陕西长
武与河南温县可选用生育期较长的品种, 品种所需
GDD分别为 1 518 ℃和 1 780 (℃ 黑龙江 852农场品
种所需GDD只有 1 386 ), ℃ 且气象条件适宜玉米生
长, 陕西长武的气象条件可以承受更高的栽培密度
(85 000株·hm−2)。2009年 4个试验点的产量潜力分
第 7期 侯 鹏等: 4种典型土壤上玉米产量潜力的实现程度及其因素分析 877




图 1 高产栽培体系下不同试验地点的玉米长期产量潜
力(1999—2008年)、2009年产量潜力及实际收获产量
Fig. 1 Long-term yield potential in 1999—2008, yield poten-
tial in 2009 and obtained yield in different experimental sites

别为 11.7 t·hm−2、13.6 t·hm−2、10.9 t·hm−2和 8.5 t·hm−2,
其中黑龙江 852农场与陕西长武 2009年模拟产量高
于长期模拟产量, 主要原因是 2009年黑龙江 852农
场与陕西长武生育期内总辐射高于长期平均, 而生
殖生长期的平均温度低于长期平均使灌浆期延长 ,
因而有利于产量的提高; 河南温县 2009年模拟产量
低于长期模拟产量, 主要原因是 2009年生育期内温
度高于长期平均; 四川简阳 2009年模拟产量与长期
模拟产量之间没有差异。
2009年黑龙江 852农场、陕西长武、河南温县
与四川简阳 4 个试验点实际获得的产量分别为 10.7
t·hm−2、14.1 t·hm−2、9.2 t·hm−2和 6.7 t·hm−2, 分别实
现了当年产量潜力的 92%、104%、84%和 78%, 不
同地点在最佳管理措施下实现产量潜力的程度明显
不同。
2.2 不同土壤条件下的土壤剖面结构、土壤容重和
有机质含量
图 2为不同试验地点不同深度(0~10 cm、10~20 cm、
20~40 cm、40~60 cm、60 cm以下)土壤剖面结构图。
黑龙江 852农场试验点为典型黑土; 0~40 cm为黑土
层, 为壤质黏土, 主要为粒状与团块状结构, 疏松,
多根系; 40~60 cm土层颜色较上层淡, 黏土, 小核块
状, 结构紧实; 60 cm 以下颜色为浊黄色, 黏土, 极
少根系。陕西长武试验点为典型黑垆土; 0~40 cm为
覆盖熟土层, 是长期耕种、施用粪肥和近代黄土沉
积物的产物, 此层又可细分为耕层、犁底层和老表
土层, 为壤土至黏壤土; 40 cm以下为黑垆土层, 黏
壤土至壤质黏土, 暗灰色。河南温县试验点为典型
潮土; 0~20 cm耕作层浅灰棕色至暗灰棕色, 呈屑粒
状、碎块状及团块状结构, 多须根与孔隙; 20~30 cm
为亚耕层, 紧接耕作层之下, 长期受机具挤压作用


图 2 不同试验地点的土壤剖面图
Fig. 2 Soil profile pictures of different experimental sites

所形成 , 色泽与耕作层相近 , 结持较紧 , 块状或片
状结构, 根系与孔隙显著减少; 30~60 cm 为氧化还
原特征层, 以块状结构为主; 60 cm 以下为母质层,
显示沉积物基质色调, 具明显沉积层理的土层, 基
本无生物活动等成土特征。四川简阳试验点属于四
川典型石灰性紫色土; 0~20 cm为耕作层, 根系较多,
紫色, 质地较轻; 20~50 cm紫色, 土壤较黏重; 50 cm
以下土壤黏重, 颜色灰白色一层为碳酸钙淀积层。
土壤条件主要包括土壤肥力特征及土壤物理、
化学和生物学等特性, 本文选择性地采用了对玉米
生产影响大、在生产中易于调控的土壤物理(容重)
与肥力(有机质)两个重要指标进行研究。图 3 是 4
个试验地点的土壤容重与有机质含量。4 个点容重
随着土壤层次加深逐渐增大, 以四川简阳容重最高,
为 1.5~1.7 g·cm−3; 其次是河南温县与黑龙江 852农
场, 为 1.2~1.5 g·cm−3; 陕西长武容重最小, 为 1.0~
1.3 g·cm−3。其中黑龙江 852农场 0~10 cm土壤容重
较小, 10 cm以下土层土壤容重增大, 耕层(0~20 cm)
容重为 1.37 g·cm−3; 河南温县 10 cm以下土壤容重
增大, 尤其 10~20 cm容重最大, 为 1.53 g·cm−3; 四
川简阳整个土壤剖面容重均较大 , 平均为 1.58
g·cm−3; 陕西长武整个土壤剖面土壤容重较小 , 耕
层(0~20 cm)容重只有 1.15 g·cm−3。4个试验地点有
机质随着土层的加深呈递减趋势, 黑龙江 852 农场
黑土有机质最高, 0~100 cm 土层变化范围为 6.4~
74.6 g·kg−1, 耕层(0~20 cm)有机质为 69.3 g·kg−1; 其
次是四川简阳与河南温县, 变化范围为8.0~30.2 g·kg−1
和 8.0~20.6 g·kg−1, 0~20 cm耕层有机质分别为 23.8
g·kg−1和 18.6 g·kg−1; 陕西长武最小, 为 7.3~13 g·kg−1,
耕层有机质 12.8 g·kg−1。
2.3 不同土壤条件下吐丝期玉米根系特征
4 个试验地点的玉米吐丝期根系(干重)立体分
布见图 4。从图中可以看出, 4个试验地点玉米根系
878 中国生态农业学报 2012 第 20卷




图 3 不同试验点各土层土壤容重和有机质含量
Fig. 3 Soil bulk density and soil organic matter content at each soil depth at different experimental sites



图 4 玉米吐丝期不同试验地点根系分布图(2株)
Fig. 4 Root dry matter spatial distribution of two maize plants at silking stage at different experimental sites

主要分布在 0~20 cm 土层, 40 cm 以下根系含量较
少。陕西长武与黑龙江 852 农场的根量较大, 0~40
cm横向分布广泛, 四川简阳与河南温县的根系量少,
主要分布在 0~10 cm。
图 5 是 4 个试验地点不同土壤深度的玉米根干
重密度。由图 5可以看出, 4个试验地点以陕西长武
的根干重密度最大, 以 0~10 cm 与 10~20 cm 最大,
根干重密度分别为 0.81 g·dm−3和 0.35 g·dm−3, 随着
土层加深根干重密度降低, 40 cm以下土层根干重密
度降至 0.04 g·dm−3以下。黑龙江 852农场根干重密
度略低于陕西长武, 0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、
40~60 cm 及 60 cm 以下根干重密度分别为 0.54
g·dm−3、0.14 g·dm−3、0.06 g·dm−3、0.02 g·dm−3和 0.002
g·dm−3。河南温县根干重密度较低, 0~10 cm和 10~20
cm根干重密度分别为 0.41 g·dm−3和 0.05 g·dm−3, 根
系主要集中在 0~10 cm, 40 cm以下根干重密度低于
0.008 g·dm−3。四川简阳根干重密度最低, 0~10 cm和



图 5 不同试验地点玉米吐丝期各土层中玉米根干重密度
Fig. 5 Maize root dry matter density at silking stage at each
soil depth in different experimental sites
第 7期 侯 鹏等: 4种典型土壤上玉米产量潜力的实现程度及其因素分析 879


10~20 cm根干重密度分别为 0.35 g·dm−3和 0.09 g·dm−3,
根系主要集中在 0~10 cm, 40 cm以下根干重密度低
于 0.021 g·dm−3。
由于黑龙江 852农场为典型黑土, 0~40 cm为壤
质黏土 , 主要为粒状与团块状结构 , 比较疏松 , 同
时因为黑土有机质含量高, 适合玉米根系生长, 故
根干重密度较高。陕西长武为典型黄土高原黑垆土,
0~40 cm为长期耕种层, 土壤容重在 4个试验地点中
最低 , 土壤疏松 , 有机质含量低但养分便于调控 ,
根系生长好, 因此, 根干重密度在 4 个试验点中最
高。河南温县为潮土, 有机质含量不高, 容重较高,
不利于根系下扎, 根干重密度低。四川简阳为典型
石灰性紫色土 , 有机质含量较低 , 土壤质地黏重 ,
尤其 50 cm 以下土壤为灰白色黏重土壤, 不利于调
控, 根系生长缓慢, 根干重密度较低。
2.4 产量潜力实现程度与土壤条件、根系生长的关
系分析
由图 6 可知, 土壤容重增加, 玉米产量潜力实



图 6 试验地玉米产量潜力实现程度与土壤容重及吐丝期根干重密度的关系
Fig. 6 Relationship between realization degree of potential of maize yield (actual yield/yield potential) and soil bulk density and
root dry matter density at silking stage at experimental sites
a、b、c、d、e分别代表 0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~100 cm各土层 a, b, c, d and e represent 0~10 cm, 10~20 cm, 20~40
cm, 40~60 cm and 60~100 cm soil depth respectively.

880 中国生态农业学报 2012 第 20卷


现的程度逐渐下降, 各层土壤容重与产量潜力实现
程度均呈极显著负相关。根干重密度随着玉米产量
潜力实现程度增加而增加, 在各土层中, 根干重密
度变化与玉米产量潜力实现程度呈显著正相关。
3 讨论
3.1 土壤条件对玉米产量潜力实现的影响与机理
本研究发现, 在 4 个典型玉米主产区, 土壤容
重、土壤质地与有机质显著影响玉米根系生长发育
和产量潜力实现。陕西长武根干重密度最大, 主要
原因是土壤容重低, 土壤质地为壤质土, 利于根系
生长, 黑龙江 852 农场与河南温县具有相似的土壤
容重, 但黑龙江 852 农场土壤有机质高, 土壤较疏
松, 更利于玉米根系生长, 河南温县 10~20 cm犁底
层容重高, 严重限制了玉米根系下扎, 四川简阳土
壤容重最大, 并且具有土壤障碍层, 影响玉米根系
发育, 根干重密度低。土壤条件影响玉米产量主要
通过影响玉米根系发育 , 有研究表明 , 土质疏松 ,
砂性土壤利于玉米根系生长, 土壤容重较大的黏重
土壤不利于玉米根系的生长发育[18−19,25]。国内已有
研究也表明[26−27], 随着下层(20~60 cm)土壤容重的增
加, 玉米根条数、根干重、根长和根系活力都呈现减
少的趋势, 且容重越大, 减少的趋势越显著, 且产量
下降。另一方面土壤肥力影响玉米生长, 尤其是土壤
有机质[2,14−16]。土壤有机质含量影响玉米根系生长,
研究表明, 0~20 cm 土层玉米的根系量与土壤有机
质呈显著正相关[28]。本文中土壤容重与产量潜力实
现程度呈显著负相关, 根系生长与产量潜力实现程
度呈显著正相关 , 说明土壤条件限制玉米的生长 ,
从而限制玉米产量潜力的实现程度。当然, 除了土壤
容重和有机质等以外, 土壤结构、土壤的保水保肥
性、土壤的生物肥力等很多因素也对作物产量有很
大影响, 在这些方面前人已做了大量研究[25,28]。
3.2 土壤条件的调控
在本研究中, 比较理想的土壤条件是黑龙江黑
土, 土壤容重适中, 耕层(0~20 cm)土壤容重为 1.37
g·cm−3, 有机质含量高, 耕层有机质含量 69.3 g·kg−1,
虽然是壤质黏土, 但高的有机质含量可改善土壤团
粒结构和水肥供应能力, 利于玉米生长和获得高产,
实现玉米产量潜力 [2,14−16]; 陕西长武黑垆土土壤容
重低, 耕层为 1.15 g·cm−3, 土壤为壤质土, 尽管有机
质含量低, 耕层有机质为 12.8 g·kg−1, 但疏松的土壤
条件利于根系的生长与水肥调控, 从而完全实现了
玉米的产量潜力[7]; 河南温县 10 cm以下土壤容重大,
尤其 10~20 cm犁底层的容重最大, 为 1.53 g·cm−3, 土
壤有机质含量较低, 耕层有机质含量 18.6 g·kg−1, 说
明耕作层浅, 耕层土壤肥力较低, 严重限制了玉米
根系的下扎, 进而限制了玉米产量潜力的实现; 四
川简阳土壤有机质含量较低 , 整个土体容重较高 ,
平均为 1.58 g·cm−3, 并且土壤黏重, 不利于实现玉
米的产量潜力。
针对不同玉米主产区土壤特性采取相应的耕作
措施进行土壤改良, 西北地区应注重秸秆还田、施
用有机肥与发展保护性耕作, 以提高土壤有机质、
培肥土壤地力[25,29−31]; 东北地区在国营农场大型机
械作业的生产条件下, 应注意防止水土流失并持续
进行秸秆还田 [25,29], 而小农户经营条件下的土壤问
题与对策与华北地区较为类似, 当前最为突出的问
题均是由于长期的小型机械作业造成的耕层浅、犁
底层紧实, 国家玉米产业技术体系 2008年进行的大
规模调查结果也充分说明了这一点, 因此, 主要措
施是在进行秸秆还田施用有机肥提高土壤肥力的基
础上 , 重点做好深松深耕改土 , 打破犁底层 , 加深
土壤耕层 [2,25,29,32]; 西南地区土壤较为黏重且贫瘠 ,
应该注意秸秆还田、施用有机肥和合理施肥来提高
土壤肥力 [16,25,29], 创造利于玉米生长的土壤环境 ,
从而尽可能实现玉米的最大产量潜力。
我国幅员辽阔, 土壤类型多元化。本文研究表
明, 各地土壤条件在不同程度上影响了玉米产量潜
力实现的程度, 其中, 玉米主产区的东北和华北由
于土壤条件限制了 10%~15%的产量潜力实现, 而西
南则超过 20%。因此, 根据不同区域的实际情况进
行针对性的土壤改良和培肥, 减少土壤条件对玉米
生长和产量的限制, 是大面积提高我国玉米单产的
重要途径。
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