泥炭/褐煤配施對玉米根系生長、產量及根際土壤氮硫的影響

顧 鑫 任翠梅 楊 麗 王麗娜 張宏宇 姜澤宇

黑龍江省農業科學院大慶分院 大慶 163316

根系是作物重要的器官[1]，它的發育影響地上部分的生長，健壯的根系是作物生長和高產的基礎。促使根系發達是獲得高產的關鍵，有機物料的施用影響作物根系的生長發育。玉米是禾本科一年生須根系草本植物，是我國主要的糧食作物之一。良好的根系不僅讓玉米植株從土壤中吸取足夠的水分和各種營養物質輸送到其他器官參與生命代謝[2]，而且將玉米植株牢牢固定在土壤中以抵抗倒伏。研究表明，土壤中添加棉稈炭有效改善了玉米根系的生長環境，促進了其根系生長[3]，秸稈還田改變了玉米根系的空間分布，顯著增加了土壤深層根長密度和根表面積[4]，有機肥無機肥配施顯著提高了玉米根系的干物質量和碳氮磷鉀養分的累積[5]，添加菌糠明顯緩解了四環素類抗生素污染對玉米根系生長的抑制作用，促進了根系的發育[6，7]。添加風化煤腐植酸明顯增強了玉米根系的活力，提高了根冠比，改善了根系形態，有效增加了玉米根系主要化學組分的含量[8]。泥炭和褐煤是天然的富含腐植酸的有機物料，均是很好的土壤改良劑，可以改善耕層土壤結構，在我國儲量極其豐富，是非常寶貴的資源[9]。泥炭是成煤的初始階段，質地輕且纖維含量豐富，具有持水、透氣的獨特性質[10]；褐煤是成煤的第二階段，木質纖維結構逐漸消失，顏色較深，有機碳含量增加[11]。基于此，本文以泥炭和褐煤組合配施作為有機物料，探索泥炭與褐煤組合配施對玉米根系生長、籽粒產量及根際土壤氮硫的影響，以期為玉米的高產栽培提供技術支撐，也為有機物料資源在農業生產上科學有效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于黑龍江省農業科學院大慶分院安達科研基地（北緯46°24′9.73″，東經125°22′38.88″），海拔147～150 m，春季多大風少雨干旱，年平均降水量440 mm，蒸發量1733.1 mm，有效積溫2800 ℃，年平均日照時數2863 h，是典型的西部干旱地區。

土壤類型為黑土，其基礎理化性質為pH 8.7、電導率47.9 μs/cm、容重1.07 g/cm3、粗砂粒25.54%、細砂粒39.20%、粉粒35.22%、粘粒0.04%。

施用的有機物料為泥炭和褐煤，泥炭pH 6.13、電導率212.20 μs/cm，褐煤pH 5.88、電導率85.00 μs/cm。

玉米品種為“先玉335”。

1.2 試驗設計

試驗為田間小區設計，共設置2個處理，分別為對照組：不施泥炭也不施褐煤；試驗組：泥炭與褐煤組合配施，組合有機物料總量按耕層（深度20 cm）土壤重量的0.8%設定，施量5700 kg/hm2+ 11400 kg/hm2（m泥炭∶m褐煤= 1∶2）。采用完全隨機排列方式，每個處理均重復3次。單粒單行播種，株距25 cm、行距65 cm。在行間靠近作物種子兩側開溝，溝深10 cm，將泥炭與褐煤混合均勻后施入溝中，再覆蓋一層薄土。各處理采用一致底肥、灌溉和除草防蟲等常規管理措施。

1.3 測定指標與方法

在作物成熟期采集植株根系和玉米穗，用直尺測量植株根系長度和玉米穗長，用排水法測量根系體積，用烘干稱重法測量根系干重，用游標卡尺測量穗粗和禿尖長，用百粒板和天平測量百粒重和籽粒產量。同時，采集根際土壤與非根際土壤。土壤樣品采集采用抖土法[12]：用鍬將作物的完整根部挖出，先輕輕抖落不含根系的大塊土壤為非根際土壤，然后用刷子輕輕刷下附著在根毛上的土壤為根際土壤，每個小區按五點取樣法采集土壤樣品，剔除作物凋落物等雜物，混勻后按四分法留取。土壤性質的測定依據《土壤農化分析（第三版）》[13]：土壤堿解氮采用堿解擴散法；土壤有效硫采用氯化鈣浸提-硫酸鋇比濁法。

1.4 數據整理與統計

采用Microsoft Excel 2019軟件整理數據，利用IBM SPSS Statistics 25.0軟件進行方差分析，運用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 泥炭與褐煤組合配施對玉米植株根系生長的影響

表1為不同處理下玉米植株根系性狀。由表中可以看出，試驗組的玉米植株根系長度、根系體積和根系干重分別平均為33.18 cm、62.76 cm3和31.25 g，均與對照組差異顯著。與對照組相比，試驗組的根系長度、根系體積和根系干重分別提高了15.25%、43.42%和75.56%。可見，有機物料泥炭與褐煤組合配施有效地促進了玉米植株根系的生長。

表1 不同處理下玉米植株根系性狀Tab.1 Root traits of maize plants under different treatments

2.2 泥炭與褐煤組合配施對玉米穗性狀與籽粒產量的影響

表2為不同處理下玉米穗性狀與籽粒產量。由表中可以看出，試驗組的玉米穗粗、穗長、禿尖長和百粒重分別平均為5.22 cm、22.67 cm、0.81 cm和38.99 g，均與對照組差異顯著。與對照組相比，試驗組的玉米穗粗、穗長和百粒重分別提高了2.55%、6.18%和10.45%，禿尖長降低了44.14%。試驗組的玉米籽粒的產量平均為12649.91 kg/hm2，顯著高于對照組，相比對照組增加了19.22%。可見，有機物料泥炭與褐煤組合配施明顯改善了玉米穗性狀，提高了籽粒產量。

表2 不同處理下玉米穗性狀與籽粒產量Tab.2 Ear traits and grain yield of maize under different treatments

2.3 泥炭與褐煤組合配施對根際土壤氮硫含量的影響

表3為不同處理下根際與非根際土壤堿解氮和有效硫含量。由表中可以看出，試驗組的根際與非根際土壤堿解氮含量分別平均為182.96 mg/kg和118.92 mg/kg，均與對照組差異顯著。與對照組相比，試驗組的根際與非根際土壤堿解氮含量分別升高了51.22%和24.00%。在對照組和試驗組中，根際土壤堿解氮含量均極顯著高于非根際土壤。試驗組的根際土壤有效硫含量平均為10.02 mg/kg，顯著高于對照組，相比對照組升高了22.20%；試驗組的非根際土壤有效硫含量平均為8.77 mg/kg，與對照組差異不顯著。在對照組中，根際土壤有效硫含量與非根際土壤差異不顯著；而在試驗組中，根際土壤有效硫含量極顯著高于非根際土壤。可見，有機物料泥炭與褐煤組合配施顯著提高根際土壤堿解氮和有效硫的含量。

表3 不同處理下根際與非根際土壤堿解氮和有效硫含量Tab.3 Contents of alkali-hydrolyzed nitrogen and available sulfur in rhizosphere and non-rhizosphere soils under different treatments mg/kg

2.4 玉米根系性狀、籽粒產量、根際土壤氮硫之間的相關性

表4為玉米根系性狀、籽粒產量、根際土壤氮硫之間的關系。由表中可以看出，玉米根系長度與玉米籽粒產量、根際土壤堿解氮和有效硫均呈顯著正相關，相關系數分別為0.818、0.857和0.901。玉米根系體積與玉米根系干重、玉米籽粒產量、根際土壤有效硫均呈顯著正相關，相關系數分別為0.647、0.864和0.866；與根際土壤堿解氮呈極顯著正相關，相關系數為0.938。玉米根系干重與玉米籽粒產量、根際土壤堿解氮和有效硫均呈顯著正相關，相關系數分別為0.840、0.857和0.887。玉米籽粒產量與根際土壤堿解氮和有效硫均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.981和0.920。可見，根際土壤堿解氮和有效硫的含量極顯著地影響玉米根系的生長和玉米籽粒的產量。

表4 玉米根系性狀、籽粒產量、根際土壤氮硫之間的關系Tab.4 Relationship among maize root traits, grain yield, and nitrogen and sulfur in rhizosphere soil

3 結論與討論

肥沃的土壤是作物生長發育的物質基礎，有機物料因自身獨特的性能優勢可部分代替無機化肥改善土壤性質、培肥地力[14]。本研究通過田間小區對比試驗表明，泥炭與褐煤組合配施的處理玉米根系長度、根系體積、根系干重、穗粗、穗長、籽粒產量、根際土壤堿解氮和有效硫含量均高于不施有機物料的處理，差異均達到顯著水平。玉米根系性狀各個指標與根際土壤堿解氮和有效硫均呈顯著正相關。其中，根系體積與根際土壤堿解氮呈極顯著正相關。籽粒產量與根際土壤堿解氮和有效硫均呈極顯著正相關。

王春玲等[15]研究指出，泥炭中含有未被徹底分解的植物殘體，富含大量植物纖維，褐煤中帶有大量的能夠起到交換與吸附離子作用的活性羧基和酚羥基官能團[16]，二者均含有部分腐殖質和礦物質，具有疏松多孔、通透性良好的特點。作物地上部的生長發育離不開根系源信號的調控[17]，泥炭與褐煤組合配施為根系發育構建了良好的穩定環境，使得土壤堿解氮和有效硫含量顯著增加，尤其是根際土壤，有利于玉米根系的形態構建。泥炭與褐煤本身含有在其腐解過程中再次形成的腐殖質等有機膠體，與土壤黏土礦物構成復合體[18]，進而改善土壤結構，使水穩性團聚體和孔隙度增加，土壤容重降低，保水保肥能力提高，緩沖能力增強，鹽堿土壤脫鹽加快[19]。泥炭與褐煤組合配施到土壤中，不僅能夠疏松土壤、提供養分，而且還可能通過離子交換吸附作用延長土壤養分的供應時間，有利于作物根系對養分的吸收利用，促進作物生長發育。綜上所述，泥炭與褐煤組合配施有利于促進玉米根系的生長，達到增產與提高根際土壤肥力的效果。

本研究初步探索了泥炭與褐煤組合配施對玉米產量的影響，而對玉米營養品質指標（如蛋白質含量、淀粉、脂肪、維生素等）還需要進一步研究。