覆膜對玉米根系分布特性的影響

馬金平 王福星 張岱 王雙喜

摘 要：為了確定覆膜對玉米根系分布和產量的影響，在山西晉中進行了旱作模式與覆膜模式的對比試驗。結果表明，根長的分布，覆膜玉米總根長>對照，在根系徑級的分布中細根長覆膜玉米>對照，而粗根長覆膜玉米<對照，在0～40cm深度土層的垂直分布，淺層根長和根干重，覆膜玉米>對照，而深層覆膜玉米<對照；覆膜產量略低于對照。得出結論在山西晉中玉米覆膜可增加根系的生長，但增產效果不理想，建議在生根生長前去除薄膜覆蓋。

關鍵詞：覆膜；玉米；根系

中圖分類號：S531.5 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180233010

覆膜是生產上經常采用的抗旱栽培措施[1]，眾多學者對大田覆膜玉米[2]進行了研究。文獻[3]指出西北干旱綠洲灌區，采用全膜覆蓋高、中灌水處理或半膜覆蓋條件下采用高灌水處理可顯著提高玉米的經濟產量較高。文獻[4]指出覆膜可提高旱作春玉米產量。以上研究內容主要從覆膜改變葉面積指數方面討論對經濟產量的影響。

根系作為植物生長發育的最先感應器官，分布特性隨土壤水分和環境時刻發生變化，根系又影響植株的生長發育與產量。有研究表明[5，6]，覆膜滴灌條件下，作物根系分布主要集中在土壤上層，而且受土壤濕潤區的限制明顯，土壤濕潤越淺，作物根系扎的越淺。不同施肥深度下，玉米根系及根際土壤肥力垂直分布也不同[7]。然而對于覆膜改變土壤水分和溫度分布，從而引起植物根系變化的研究卻很少。

因此在覆膜條件下，對大田玉米的根系分布特性及產量影響，開展全面系統的研究是十分必要的。本文針對山西省晉中市氣候條件，研究覆膜春玉米根系的分布特性和玉米經濟產量，為制定覆膜玉米合理管理制度提供依據，指導大田覆膜玉米的生產實踐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年的4—9月在山西農業大學林學院苗圃基地內進行。該基地位于E112.57°，N37.43°，屬暖溫帶大陸性氣候。1960—2009年平均降水量458mm，其中4—9月份占全年降水量的73%（約400mm）。1960—2009年全年平均氣溫10℃，4—9月份平均氣溫20.0℃。2016年玉米生育期（4—9月）降雨量531.5mm，平均氣溫20.2℃。根據卡慶斯基制土壤質地分類法，供試土壤質地為壤土。

1.2 試驗設計

試驗設計覆膜（FM），同時將不覆膜的旱作模式作為對照（CK）。3次重復，共6個試驗小區，每個小區面積4m×3 m，每小區種植6行，試驗區周邊的植株為保護行。

供試玉米品種（Zea mays L.）選用山西廣泛種植的“龍生16”。播種前澆底水，并對試驗地塊進行旋耕、翻平耙細和起壟作業，旋耕深度25～30cm，同步進行覆膜。寬窄行種植，寬行60cm為裸露行，窄行鋪膜40cm，內種2行玉米，株距30cm，種植密度8萬株/hm2。4月25日人工穴播玉米，播深5cm左右，9月24日成熟收獲，全生育期153d。其他管理措施按大田栽培模式進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 根長的測定

在玉米收獲后，用挖掘法取根樣，對長勢一致并且位置連續（種植行方向）的3株玉米植株及根系取樣，以植株為中心，體積為40cm×40cm×40cm的土塊為取樣單位，每10cm×10cm×10cm取1個樣本，取樣深度為40cm。用沖洗法將每一整根根系土塊中所有根系分別取出，把根系表面清洗干凈后放入自封袋中，帶回實驗室，用Epson expression 10000XL型根系掃描儀將根系樣品掃描成圖片文件，然后用根系分析軟件（WinRHIZO 軟件）進行數字化處理，定量分析總根長（L），然后根據根系直徑范圍將根系劃分為細根（<0.5mm）、中等根（0.5～1.5mm）和粗根（>1.5mm）3個等級，分析根長結構。

1.3.2 根系質量的測定

將掃描后的各樣本的玉米根系，在105℃殺青30min，80℃下烘干至恒重，計算玉米根系各樣本的干物質量。

1.3.3 考種及測產

收獲前每處理去掉邊行，收獲中間2行，全部脫粒、晾干，測定經濟產量。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2007軟件處理數據，SPSS20.0軟件進行顯著性檢驗（Duncan 法，P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 總根系特性

根長反映了根系的延伸范圍，根系擴展延伸有利于吸收更大范圍土壤的水分。總根長FM為3708.44cm，CK為3570.72cm，總根干重FM為7.23g，CK為5.97g，覆膜比對照略有優勢，說明覆膜可以增加根長和根干重，但各處理間差異不顯著。

2.2 徑級根長

FM徑級根長，細根、中等根和粗根分別為2070.37cm、887.57cm和750.49cm，分別占總根長的56%，中等根占24%，粗根占20%；CK徑級根長，細根、中等根和粗根分別為1970.12cm、881.15cm和719.45cm，分別占總根長的55%，中等根占25%，粗根占20%。玉米徑級根長表現為細根（直徑<0.5mm=>中等根（直徑 0.5-1.5mm）>粗根（直徑>1.5mm）。

與CK比較，FM的細根、中等根和粗根根長，分別增長5.09%、0.73%和4.32%。FM細根比例較大，說明覆膜可促進側根的數量和長度的生長，根系吸水能力較強。

2.3 垂直分布特性

2.3.1 根長

FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根長分別為842.53cm、2389.98cm、475.93cm，分別占總根長的23%、64%和13%；CK在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根長分別為679.63cm、2330.27cm、560.82cm，分別占總根長的19%、65%和16%。土層10～20cm深的根長最長，占總根長的64%和65%，成“介”字形，既有利于增加植株的抗倒性，也有利于吸收不同土層中的水分和養分。

與CK比較，FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根長，分別增加23.97%、2.56%和-15.14%。覆膜可帶來根長分布的差異，增加0～20cm土層的根長，減少深層土層根長。

2.3.2 根干重

FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根干重分別為3.68g、2.27g、1.28g，分別占總根長的51%、31%和18%；CK在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根干重分別為2.23g、2.18g、1.56g，分別占總根長的37%、37%和26%。在0～40cm深度土層范圍內，所有處理的根重分布均為“T”型分布，以0～20cm深度土層的根干重最大，占總根干重的82%和74%。

與CK比較，FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根干重，分別增加65.02%、4.13%和-17.95%。覆膜可帶來根干重分布的差異，增加0～20cm土層的根干重，減少深層土層根干重。

2.4 玉米產量

玉米產量FM是9000kg/hm2，CK為9420.8kg/hm2，覆膜產量略低于對照，分析原因可能是玉米生育早期覆膜增加表層土壤的溫度和濕度，有利于植株的營養器官的生長，但到玉米生育后期，7、8、9月雨水充足，覆膜阻擋了水分的入滲，而且覆膜提高土壤溫度，過早消耗掉土壤中的營養元素，以致后期早衰，造成產量的降低。

3 結論與討論

本文進行了大田覆膜玉米根系分布特性的試驗，目的是確定玉米根系和產量對覆膜的響應特性，結果表明覆膜對玉米根系和產量具有明顯的影響，主要表現在：覆膜玉米總根長和根干重大于對照，但差異不顯著。

根長徑級的分布覆膜和對照均表現為細根（直徑<0.5mm=>中等根（直徑0.5～1.5mm）>粗根（直徑>1.5 mm）。覆膜各徑級的根長都大于對照，覆膜有利于側根的生長，增加根系吸收土壤水分的能力。

在0～40cm深度土層范圍內，根長成“介”型分布，根干重成“T”型分布。覆膜可帶來根長和根干重分布的差異，在0～20cm土層增加，在深層土層減少。說明覆膜可明顯增加淺層土層的根長和根干重，有利于土壤水分養分的吸收，但不利于植株的抗倒性。

覆膜玉米產量略低于對照，但根長和根干重均高于對照，分析原因可能有：玉米生育早期覆膜增加表層土壤的溫度和濕度，有利于植株的營養器官的生長，但過早消耗掉土壤中的營養元素，以致后期早衰；到玉米生育后期，7、8、9月雨水充足，覆膜阻擋了水分的入滲，造成產量的降低。

在山西晉中玉米覆膜可增加根系的生長，但增產效果不理想，建議在生根生長前去除薄膜覆蓋。

參考文獻

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作者簡介：馬金平（1978-），女，山西省翼城縣，山西農業大學林學院、講師，研究方向：水土保持與荒漠化防治，農業水土工程；王雙喜（1955-），山西農業大學工學院，教授，博士，研究方向：生物環境與設施農業。