覆膜对玉米根系分布特性的影响

马金平 王福星 张岱 王双喜

摘 要：为了确定覆膜对玉米根系分布和产量的影响，在山西晋中进行了旱作模式与覆膜模式的对比试验。结果表明，根长的分布，覆膜玉米总根长>对照，在根系径级的分布中细根长覆膜玉米>对照，而粗根长覆膜玉米<对照，在0～40cm深度土层的垂直分布，浅层根长和根干重，覆膜玉米>对照，而深层覆膜玉米<对照；覆膜产量略低于对照。得出结论在山西晋中玉米覆膜可增加根系的生长，但增产效果不理想，建议在生根生长前去除薄膜覆盖。

关键词：覆膜；玉米；根系

中图分类号：S531.5 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180233010

覆膜是生产上经常采用的抗旱栽培措施[1]，众多学者对大田覆膜玉米[2]进行了研究。文献[3]指出西北干旱绿洲灌区，采用全膜覆盖高、中灌水处理或半膜覆盖条件下采用高灌水处理可显著提高玉米的经济产量较高。文献[4]指出覆膜可提高旱作春玉米产量。以上研究内容主要从覆膜改变叶面积指数方面讨论对经济产量的影响。

根系作为植物生长发育的最先感应器官，分布特性随土壤水分和环境时刻发生变化，根系又影响植株的生长发育与产量。有研究表明[5，6]，覆膜滴灌条件下，作物根系分布主要集中在土壤上层，而且受土壤湿润区的限制明显，土壤湿润越浅，作物根系扎的越浅。不同施肥深度下，玉米根系及根际土壤肥力垂直分布也不同[7]。然而对于覆膜改变土壤水分和温度分布，从而引起植物根系变化的研究却很少。

因此在覆膜条件下，对大田玉米的根系分布特性及产量影响，开展全面系统的研究是十分必要的。本文针对山西省晋中市气候条件，研究覆膜春玉米根系的分布特性和玉米经济产量，为制定覆膜玉米合理管理制度提供依据，指导大田覆膜玉米的生产实践。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年的4—9月在山西农业大学林学院苗圃基地内进行。该基地位于E112.57°，N37.43°，属暖温带大陆性气候。1960—2009年平均降水量458mm，其中4—9月份占全年降水量的73%（约400mm）。1960—2009年全年平均气温10℃，4—9月份平均气温20.0℃。2016年玉米生育期（4—9月）降雨量531.5mm，平均气温20.2℃。根据卡庆斯基制土壤质地分类法，供试土壤质地为壤土。

1.2 试验设计

试验设计覆膜（FM），同时将不覆膜的旱作模式作为对照（CK）。3次重复，共6个试验小区，每个小区面积4m×3 m，每小区种植6行，试验区周边的植株为保护行。

供试玉米品种（Zea mays L.）选用山西广泛种植的“龙生16”。播种前浇底水，并对试验地块进行旋耕、翻平耙细和起垄作业，旋耕深度25～30cm，同步进行覆膜。宽窄行种植，宽行60cm为裸露行，窄行铺膜40cm，内种2行玉米，株距30cm，种植密度8万株/hm2。4月25日人工穴播玉米，播深5cm左右，9月24日成熟收获，全生育期153d。其他管理措施按大田栽培模式进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 根长的测定

在玉米收获后，用挖掘法取根样，对长势一致并且位置连续（种植行方向）的3株玉米植株及根系取样，以植株为中心，体积为40cm×40cm×40cm的土块为取样单位，每10cm×10cm×10cm取1个样本，取样深度为40cm。用冲洗法将每一整根根系土块中所有根系分别取出，把根系表面清洗干净后放入自封袋中，带回实验室，用Epson expression 10000XL型根系掃描仪将根系样品扫描成图片文件，然后用根系分析软件（WinRHIZO 软件）进行数字化处理，定量分析总根长（L），然后根据根系直径范围将根系划分为细根（<0.5mm）、中等根（0.5～1.5mm）和粗根（>1.5mm）3个等级，分析根长结构。

1.3.2 根系质量的测定

将扫描后的各样本的玉米根系，在105℃杀青30min，80℃下烘干至恒重，计算玉米根系各样本的干物质量。

1.3.3 考种及测产

收获前每处理去掉边行，收获中间2行，全部脱粒、晾干，测定经济产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007软件处理数据，SPSS20.0软件进行显著性检验（Duncan 法，P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 总根系特性

根长反映了根系的延伸范围，根系扩展延伸有利于吸收更大范围土壤的水分。总根长FM为3708.44cm，CK为3570.72cm，总根干重FM为7.23g，CK为5.97g，覆膜比对照略有优势，说明覆膜可以增加根长和根干重，但各处理间差异不显著。

2.2 径级根长

FM径级根长，细根、中等根和粗根分别为2070.37cm、887.57cm和750.49cm，分别占总根长的56%，中等根占24%，粗根占20%；CK径级根长，细根、中等根和粗根分别为1970.12cm、881.15cm和719.45cm，分别占总根长的55%，中等根占25%，粗根占20%。玉米径级根长表现为细根（直径<0.5mm=>中等根（直径 0.5-1.5mm）>粗根（直径>1.5mm）。

与CK比较，FM的细根、中等根和粗根根长，分别增长5.09%、0.73%和4.32%。FM细根比例较大，说明覆膜可促进侧根的数量和长度的生长，根系吸水能力较强。

2.3 垂直分布特性

2.3.1 根长

FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根长分别为842.53cm、2389.98cm、475.93cm，分别占总根长的23%、64%和13%；CK在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根长分别为679.63cm、2330.27cm、560.82cm，分别占总根长的19%、65%和16%。土层10～20cm深的根长最长，占总根长的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层中的水分和养分。

与CK比较，FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根长，分别增加23.97%、2.56%和-15.14%。覆膜可带来根长分布的差异，增加0～20cm土层的根长，减少深层土层根长。

2.3.2 根干重

FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根干重分别为3.68g、2.27g、1.28g，分别占总根长的51%、31%和18%；CK在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根干重分别为2.23g、2.18g、1.56g，分别占总根长的37%、37%和26%。在0～40cm深度土层范围内，所有处理的根重分布均为“T”型分布，以0～20cm深度土层的根干重最大，占总根干重的82%和74%。

与CK比较，FM在0～10cm、10～20cm和20～40cm的根干重，分别增加65.02%、4.13%和-17.95%。覆膜可带来根干重分布的差异，增加0～20cm土层的根干重，减少深层土层根干重。

2.4 玉米产量

玉米产量FM是9000kg/hm2，CK为9420.8kg/hm2，覆膜产量略低于对照，分析原因可能是玉米生育早期覆膜增加表层土壤的温度和湿度，有利于植株的营养器官的生长，但到玉米生育后期，7、8、9月雨水充足，覆膜阻挡了水分的入渗，而且覆膜提高土壤温度，过早消耗掉土壤中的营养元素，以致后期早衰，造成产量的降低。

3 结论与讨论

本文进行了大田覆膜玉米根系分布特性的试验，目的是确定玉米根系和产量对覆膜的响应特性，结果表明覆膜对玉米根系和产量具有明显的影响，主要表现在：覆膜玉米总根长和根干重大于对照，但差异不显著。

根长径级的分布覆膜和对照均表现为细根（直径<0.5mm=>中等根（直径0.5～1.5mm）>粗根（直径>1.5 mm）。覆膜各径级的根长都大于对照，覆膜有利于侧根的生长，增加根系吸收土壤水分的能力。

在0～40cm深度土层范围内，根长成“介”型分布，根干重成“T”型分布。覆膜可带来根长和根干重分布的差异，在0～20cm土层增加，在深层土层减少。说明覆膜可明显增加浅层土层的根长和根干重，有利于土壤水分养分的吸收，但不利于植株的抗倒性。

覆膜玉米产量略低于对照，但根长和根干重均高于对照，分析原因可能有：玉米生育早期覆膜增加表层土壤的温度和湿度，有利于植株的营养器官的生长，但过早消耗掉土壤中的营养元素，以致后期早衰；到玉米生育后期，7、8、9月雨水充足，覆膜阻挡了水分的入渗，造成产量的降低。

在山西晋中玉米覆膜可增加根系的生长，但增产效果不理想，建议在生根生长前去除薄膜覆盖。

参考文献

[1]陈林，杨新国，翟德苹，等.柠条秸秆和地膜覆盖对土壤水分和玉米产量的影响[J].农业工程学报，2016，31（2）：108-116.

[2]孙扬，郭占全，吴春胜.地膜覆盖对玉米产量及干物质特性的影响[J].灌溉排水学报，2016，35（6）：72-75.

[3]于爱忠.供水与地膜覆盖对玉米农田土壤水热特征及水分利用效率的影响[Z].甘肃农业大学，2013：108.

[4]高翔，龔道枝，顾峰雪，等.覆膜抑制土壤呼吸提高旱作春玉米产量[J].农业工程学报，2014，30（6）：62-70.

[5]徐宝山，贾生海，雒天峰，等.膜下滴灌不同灌水定额对玉米根系生长的影响[J].水土保持研究，2014，21（5）：272-276.

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[7]苏志峰，杨文平，杜天庆，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[J].中国生态农业学报，2016，24（2）：142-153.

作者简介：马金平（1978-），女，山西省翼城县，山西农业大学林学院、讲师，研究方向：水土保持与荒漠化防治，农业水土工程；王双喜（1955-），山西农业大学工学院，教授，博士，研究方向：生物环境与设施农业。