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耕作措施与干旱水平对红壤玉米根-土水分关系的影响

李萍  
【摘要】:红壤在我国南方分布广泛,是重要的土地生产资料。由于红壤持蓄水能力弱,可利用的有效水含量低,而且夏秋季节温度高,蒸发强,降雨少,易发生季节性干旱。干旱时土壤深层含水量相对较高,但因南方作物根系下扎较浅而无法利用。合理的耕作能提高土壤水分含量,促进作物根系下扎,降低干旱对作物的风险灾害。所以,根-土水分关系是研究耕作缓解干旱胁迫对作物生长影响的关键。本试验通过田间小区试验,研究耕作和干旱对玉米生育期内土壤水分时空动态变化和根系生长形态、空间分布变化,进一步分析根-土水分关系和产量状况,探讨土壤干旱与作物干旱之间的联系,分析不同干旱水平下耕作措施对玉米生长的影响,以期找到合适有效的耕作措施减轻干旱的危害,从而有效地指导农业生产。田间小区试验于2016年6~9月在湖北省贺胜桥镇的华中农业大学红壤试验站进行。试验设置深耕D、常规耕作C、免耕N和压实P共4个耕作处理,每个耕作处理裂分为3个干旱水平,即充分灌水CK、轻度干旱S、中度干旱M,每个处理有2次重复,共24个小区。供试土壤为第四纪红色黏土发育的红壤,玉米品种是郑单958。在玉米8叶期(V8)开始进行干旱处理。轻度干旱小区土壤含水量用自动水分探头(Water Scout SMEC300)监测,其余小区在玉米关键生育期用烘干称重法测定,每个处理重复3次。在V8和VT时期测定玉米生长指标、根系指标,收获后考种计产。得到以下研究结果:土壤含水量在土层中的分布受到耕作和干旱的影响。土壤含水量随着土层深度的增加而增大,不同耕作之间有差异,土层20~30 cm处的水分变化活跃;随着干旱加剧,深耕和常规耕作消耗的土壤贮水量的变化量高于其他处理,尤其是10~30 cm土层;深耕在土层10~30 cm处日累积土壤贮水量的变化量比免耕和压实高11.92和12.42 mm;随着干旱加剧不同耕作的蒸散量减小,深耕和常规耕作的蒸散量比其他处理高;土层0~20 cm蒸散量大于20~40 cm处蒸散量,深耕和常规耕作在10~20 cm处的蒸散量要显著高于其他处理,免耕和压实在表层0~10 cm的蒸散量最大。耕作和干旱处理对根系生长发育及空间构型有影响。微观上,干旱加剧,各耕作下的皮层厚度和皮层细胞个数显著减小,而免耕变化却相反;皮层厚度与根半径比值减小,维管束面积增大;深耕和常规耕作的皮层细胞随着土层深度发生形变,免耕和压实在任何干旱和土层中都发生形变。宏观上,根干重在土层中纵向分布规律呈负指数y=ae曲线“S”型分布,递减率|b|值越小,深层根量就越多;轻度干旱下,根干重增加,根径变粗,而根长和根表面积减少,中度干旱下,根干重、根长、根表面积均减少,根径变粗,根系生长受到抑制;深耕下根系的根长、根表面积和根干重大于其他处理;免耕在中度干旱下的根长和根表面积严重减少,根系受损严重。耕作和干旱处理下玉米根系生长与土壤水分变化有关。耕作处理下根系的根质量密度、根长密度、根表面积与含水量之间有显著关系(P0.01),用二次方程拟合的r值随着干旱加剧减小,说明影响根系生长的除了水分还有其他因素;10~20 cm土层的含水量与该层根系有显著的相关性,该层根系特性与整个土层根系相关;不同耕作在0~40 cm土层中根系的根长密度、根质量密度、根表面积与含水量关系用y=ae曲线拟合;耕作和干旱处理下的整个土层的总根长、总根表面积与耗水量之间有极显著正相关关系(P0.01),而根系平均直径与耗水量是极显著的线性负相关关系(P0.01)。耕作和干旱对玉米产量的影响都达到了极显著水平(P0.01)。不同干旱条件下玉米产量的变化规律是DCN、P,干旱加剧产量减少严重,而免耕受到干旱胁迫减产最严重,分别减少了44.19%和85.40%;10~20 cm处根系的根质量、根长、根表面积与产量之间有显著地相关性;同时,细根比例的根长和根表面积与产量也有极显著的正相关关系(P0.01)。可见,产量的形成、根系生长特性和土壤水分变化之间有着密不可分的关系。耕作和干旱处理显著影响红壤玉米根-土水分关系。根系生长和水分关系复杂,耕作改变土壤水分运移,影响根系生长和产量。深耕改善干旱时土壤水分状况,特别是10~20 cm土层,调整根系构型和深层根系生长,提高产量,增强抗旱性;而红壤免耕对作物根系和产量有妨害作用,不利于缓解作物干旱胁迫。


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