耕作深度对红壤坡耕地花生根系生长及活力的影响

黄尚书，武 琳，叶 川，黄欠如，成艳红，张 昆，吴昌强，周琦娜，杨小华，钟义军*

(1.江西省红壤研究所，江西 进贤 331717；2.江西省进贤县农业局，江西 进贤 331717)

红壤坡耕地是我国重要的土地资源，其面积占南方红壤区旱地面积的70%以上[1]。丰富的水热资源使得该区农业生产和经济发展潜力巨大，在我国农业可持续发展中发挥着重要作用。

根系作为植物重要的器官之一，其大小、分布及活力的高低与作物对土壤水分和矿质元素的吸收能力密切相关[2-4]。不同的耕作深度通过影响土壤结构、土壤蓄水保墒能力，进而影响根系生长与发育[5]。相关文献围绕耕作深度对作物生长发育、作物产量及土壤理化性质等的影响进行了深入系统的研究[6-8]，而耕作深度对红壤坡耕地作物根系生长及活力的影响尚不清楚。因此，本文依托2015年设置的红壤坡耕地耕作深度试验，通过分析耕作深度对花生根系生长及活力的影响，从作物根系角度探讨合理的耕作深度，以期为红壤坡耕地合理耕层构建提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于江西省进贤县温圳镇东岗村(N 28°19′29.7″，E 116°08′4.8″)，该区属亚热带季风湿润气候，雨量充沛，四季分明；年均降雨量1537 mm，年蒸发量1100～1200 mm；年均气温17.7～18.5 ℃，最冷月(1月)平均气温为4.6 ℃；最热月(7月)平均气温一般在28.0～29.8 ℃。地形为典型低丘，海拔在25～30 m，坡度5°左右。土壤类型为第四纪红黏土母质发育的红壤，耕层土壤物理性质见表1。

表1 试验前耕层土壤基本理化性质

注：有效磷的测定采用钼锑抗比色法；机械组成采用俄罗斯制分级标准。

1.2 试验设计

试验始于2015年，选择基础肥力、地形条件一致的红壤坡耕地作为试验地，设置不同耕作深度：免耕(NT)、机械翻耕10 cm(P10)、机械翻耕20 cm(P20)、机械翻耕30 cm(P30)，各处理重复4次，共计16个试验小区，小区面积为88 m2(22 m×4 m)，并在试验地四周设立保护行。试验种植制度为花生(粤油933)/红薯(苏薯8号)周年轮作，试验至2017年已持续3年，种植作物为花生，种植规格为33 cm×15 cm，于2017年4月10日播种，8月15日收获。试验各处理化肥施用量均为当地常规施肥水平(总氮118.3 kg/hm2、P2O545 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2)，并按基追比7∶3施肥，追肥在花生苗期始花前进行。另外各处理增施石灰2250 kg/hm2。

1.3 指标的测定与方法

于花生苗期(5月22日)、开花下针期(6月21日)、荚果成熟期(8月5日)在各小区选取长势均匀的花生5株，采取其完整植株根系，及时用水冲洗，用于根长和根系活力的观测。其中：花生根长以观测主根长为主，采用直接测量法；根系活力采用TTC法测定[10]。以5株平均值作为各小区指标计算依据。

1.4 数据处理

利用Excel 2007对试验数据进行初步统计分析，并用Origin 8.1软件作图，用SPSS 18.0软件进行Pearson方差分析及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 耕作深度对花生根长的影响

由表2可知，苗期、开花下针期、饱果成熟期花生的平均根长分别为10.75、14.98、16.49 cm，符合花生根系生长的一般规律。但是，不同耕作深度对花生根系生长的影响比较明显，苗期：不同耕作深度下花生根长表现为P10≈P20≈P30，均显著高于NT处理(P<0.05)；开花下针期：P20与P30处理花生根长没有显著差异(P>0.05)，NT和P10处理花生根长没有显著差异(P>0.05)，但P20与P30处理则显著高于NT和P10处理(P<0.05)；饱果成熟期：呈现出P20≈P30>P10>NT的趋势。通过分析花生根长的增长率发现，不同耕作深度花生根长增长率表现为NT>P30>P20>P10，平均为54.05%。可见，耕作处理(P10、P20、P30)在根系生长方面均明显优于NT处理，尤其以P20、P30处理的效果更佳，但在根系生长潜力上却以NT处理的最大。

表2 耕作深度对花生主根长的影响 cm

注：同列数据后的大、小写字母分别表示在0.01、0.05水平上差异显著性，字母相同则差异不显著，字母不同则显著。下同。

2.2 耕作深度对花生根系活力的影响

由表3可知，随着花生生育期的推进，花生根系活力呈下降趋势，其中苗期根系活力最高，为108.40 μg/(g·h)，比开花下针期、饱果成熟期分别高25.95%、259.29%。不同耕作深度下花生根系活力均表现为P20相对较高，其中：花生苗期、开花下针期不同耕作深度下根系活力均表现为P10≈P20>NT≈P30(P<0.05)；饱果成熟期表现为P10、P20、P30处理显著高于NT处理(P<0.05)。以花生苗期根系活力为对照，通过分析根系活力的下降率发现，不同处理根系活力下降率以NT处理最高(75.69%)，P20处理最低(70.05%)。说明P20处理有利于提高花生各生育期的根系活力，并减缓花生根系的衰老。

表3 不同耕作深度对花生根系活力的影响 μg/(g·h)

2.3 耕作深度对花生产量的影响

方差分析表明，不同耕作深度下花生产量差异显著(P<0.05)，以P20处理最高(254.27 kg/667 m2)，分别比NT、P10、P30处理高67.50%、39.91%、9.91%。说明P20处理对花生的增产效果最好(图1)。

图1 不同耕作深度处理对花生产量的影响

2.4 花生根长及根系活力与产量的关系

通过分析花生根长与产量的相关性发现(图2)，花生苗期根长与产量呈显著正相关(P<0.05)，开花下针期与饱果成熟期根长与产量呈极显著正相关(P<0.01)，说明花生根系生长好坏直接影响产量的高低。

花生苗期和开花下针期根系活力与产量呈不显著正相关(P>0.05)，饱果成熟期根系活力与产量呈极显著相关性(P<0.01)。可见，花生生育后期的根系活力水平对产量至关重要。

图2 花生根长及根系活力与产量的关系

3 讨论与结论

土壤容重是土壤紧实状况、水、气、热等理化性状的重要影响因素。目前研究普遍认为，一定范围内土壤容重过高会导致根系变短、变粗，不利于根系生长发育[10-11]。本研究中花生各生育期根长均表现为免耕低于耕作处理(P10、P20、P30)，这与耕作处理可降低土壤容重、改善土壤结构有关。需要特别说明的是，花生苗期根长还表现为P10、P20、P30处理间差异不显著，而开花下针期和饱果成熟期仅表现为P20、P30处理间差异不显著，这与随着花生生育期的推进满足根系正常生长的适宜耕层深度不同有关。根系活力是根系吸收性能的重要指标[12]，主要受土壤紧实度、通气状况及持水性、肥力水平、土壤微环境等的影响[13-15]。本研究中P10、P20处理的花生各生育期的根系活力均显著高于NT处理，这与耕作改善了土壤结构等物理性质有关。但P30处理各生育期花生根系活力均显著低于P10、P20处理，原因可能是P30处理耕作深度超过耕作层，将底部熟化程度低的土壤耕翻到表层，在一定程度上恶化了土壤物理性状并稀释了耕层土壤肥力，有待于进一步深入研究。

根系是作物吸收水分和养分的主要器官，也是作物接触土壤中营养物质的关键部位之一，其生长发育状况直接影响作物的生长与产量的形成[16]。本研究中花生的根长与产量呈显著或极显著正相关，表明花生根系的生长发育对其产量有直接影响，证实了前人研究结论。本研究通过分析花生根系活力与产量相关性还发现，花生苗期和开花下针期根系活力与产量呈不显著正相关，饱果成熟期根系活力与产量呈极显著相关性，说明花生生育后期的根系活力水平是产量形成的关键环节，这与花生生育后期较高的根系活力可以防止叶片等器官早衰而增加产量有关。

综上所述，不同耕作深度通过影响花生根系生长及生育后期根系活力高低，进而影响花生产量的形成；相比其他处理，P20处理在满足花生根系正常生长发育的基础上，更有利于提高根系活力和减缓根系的衰老，使花生产量相对较高。本研究结论可为红壤坡耕地合理耕层构建提供科学支撑。