不同灌水量和秸秆还田量对玉米根系特性及产量的影响

向午燕 董智 王美文 蔡倩 冯晨

摘要：通过对玉米根系总根长、根表面积、平均根直径、根干质量及玉米产量分析，以秸秆不还田为对照，研究两种灌水量3个秸秆还田量对玉米根系特性及产量的影响。结果表明，灌水和秸秆还田均利于玉米根系生长与产量形成，成熟期根系总根长、根表面积、根干质量随着秸秆还田量的增加而增长；350 mm灌水量处理下秸秆还田3 000 kg/hm2，450 mm灌水量处理下秸秆还田6 000 kg/hm2玉米产量优势明显。

关键词：玉米；灌水量；秸秆还田；根系特性；产量；影响

中图分类号：S513     文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2023）01-0004-03

农作物秸秆富含氮、磷、钾等元素，作为农作物生产的废弃物，秸秆还田循环是提高土壤有机質的一种有效途径和不可或缺的保护性耕作措施，是一种有效保护土壤的农业管理方式[1]。秸秆还田是提升农田土壤肥力，改善土壤养分含量及有效性的重要措施[2]，是土壤培肥与丰产增效的重要技术途径，对农业可持续发展具有重要的现实意义[3]。2020年我国秸秆直接还田利用率达到39%，成为秸秆主要的利用方式。作物根系生长影响着水分和养分的吸收与输导，因此，研究秸秆还田下根系特性对指导玉米生产具有重要意义。秸秆还田与土壤有机质及氮素有效性关系紧密，能综合改善土壤的结构，提高肥料利用率[4]，促进根系生长效果，增强作物抗倒伏能力，但对不同年型下不同秸秆还田量玉米的根系特性研究鲜见报道。利用辽宁省农业科学院作物抗旱模拟试验场开展盆栽模拟试验，探究不同灌水量和秸秆还田量处理下玉米根系特性和产量，为明确旱作农业区不同降雨条件下的适宜秸秆还田量提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

玉米品种：郑单958。

1.2 试验设计

试验于2019—2020年在辽宁省农业科学院作物抗旱栽培模拟实验场移动式防雨棚下进行，无雨天气时打开防雨棚，降雨时则关闭。采用盆栽试验法，人工模拟补充灌溉，设350 mm（W1）和450 mm（W2） 2个灌溉水平，4个还田处理量水平以秸秆不还田为对照（C0）、11 g（C1，相当于还田量为3 000 kg/hm2）、22 g（C2，相当于还田量为6 000 kg/hm2）、33 g（C3，相当于还田量为9 000 kg/hm2），玉米秸秆长度为5～8 cm，每个处理9次重复。施肥量一致，基肥尿素3.5 g，粒状过磷酸钙13.2 g，颗粒硫酸钾3.2 g，拔节期追肥5.72 g。

1.3 观测指标及方法

1） 玉米根系特性：分别在作物拔节期、开花期、成熟期取样，测定相关根系指标。将取样植株根系从盆中取出，然后用小水流缓慢冲洗，冲洗时下边放置100目筛子，以防止根系丢失。冲洗完毕后用扫描仪（EPSON 12000XL）扫描根系，将得到的图片用Win RHIZO根系形态分析系统（加拿大Regent）进行数字化处理，定量分析植株根系总根长、表面积和根系平均直径等，并将扫描后的根系放入牛皮纸袋中，于105 ℃的烘箱中杀青30 min后，80 ℃烘至恒质量，冷却后用万分之一的电子天平称量干质量。

2） 产量及产量构成因素：在收获期收取剩余盆栽玉米进行测产，用谷物水分仪测定籽粒含水量，折合成含水率14%的产量。

2 结果与分析

2.1 玉米根系特性

如图1所示，W1，W2灌水量处理下，秸秆还田处理后在拔节期总根长不占优势，并且随着秸秆还田量的增加而降低，W1处理下C1，C2，C3水平下平均可分别降低4.72%，18.18%和30.66%，W2处理下分别可降低9.28%，18.25%和30.90%，且C0与C2，C3的差异达到显著；C2，C3处理下总根长在开花期明显高于秸秆不还田处理，W1处理下可分别高出7.99%和17.90%，W2处理下可分别高出10.70%和14.02%；成熟期不同水分水平下均表现出秸秆还田处理的总根长大于秸秆不还田处理，且随着秸秆还田量的增加而增加，这表明秸秆还田处理可以促进作物根系总根长。

如图2所示，植株根表面积在不同生育期的变化趋势与总根长有相似规律，均表现为在拔节期之前抑制了根系的表面积形成，并且秸秆不还田与C2，C3秸秆还田量直接差异性显著；开花期秸秆还田量C2，C3处理对根系表面积具有一定的优势，这种优势随着还田量的增加而增加，但总体变化均不显著；成熟期秸秆还田处理下的优势明显高于不还田处理，且随着还田量的增加而增加，W2处理下C2，C3与C0的差异达到显著。

如图 3所示，植株平均根直径的变化与总根长、根表面积均不同，秸秆还田后根系在拔节期、开花期、成熟期与秸秆不还田间均没有显著性差异，且各秸秆还田量之间也不存在显著性差异。可以看出W1灌水处理下的平均根直径明显大于W2灌水处理，可见土壤含水量低促进了根系直径的增加。

如图4所示，根干质量在拔节期、开花期、成熟期的变化趋势与根系总根长、根表面积相似。拔节期秸秆还田抑制了根系干物质的形成，并且干物质量随着秸秆还田量的增加而降低；在开花期，秸秆还田下根系干物质量随着秸秆还田量的增加而增加，但与秸秆不还田相比差异不显著；成熟期总体趋势依然是根系干物质量随着秸秆还田量的增加而增加，但几个处理之间差异并不显著。

2.2 产量及产量构成因素

由表1可见，相同秸秆还田量下，增加灌水量可以显著增加玉米产量，穗长、穗粗、穗粒数、百粒质量也明显增加；相同灌水量下，秸秆还田处理产量比无秸秆还田具有优势，在W1处理下表现为W1C1＞W1C2＞W1C3＞W1C0，在W2处理下表现为W2C2＞W2C3＞W2C1＞W2C0。

3 结论

灌水和秸稈还田均利于玉米根系的生长与产量的形成，成熟期根系总根长、根表面积、根干质量随着秸秆还田量的增加而增大。本试验条件下，350 mm灌水量处理下秸秆还田3 000 kg/hm2、450 mm灌水量处理下秸秆还田6 000 kg/hm2产量优势明显。

参考文献

[1] 马永良，师宏奎，张书奎，等.玉米秸秆整株全量还田土壤理化性状的变化及其对后茬小麦生长的影响[J].中国农业大学学报，2003（1）：42-46.

[2] 张旸，高燕，张延，等.秸秆还田对东北黑土碳氮磷钾化学计量特征及玉米产量的影响[J].植物营养与肥料学报，2023（1）：31-44.

[3] 徐高明，汪小旵，何瑞银，等.基于复合指标与测试技术的旋耕秸秆还田质量评价研究[J].农业机械学报，2022（2）：58-67.

[4] 陈盛，黄达，张力，等.秸秆还田对土壤理化性质及水肥状况影响的研究进展[J].灌溉排水学报，2022（6）：1-11.

Effects of Different Irrigation and Straw Returning Amounts on Root Characteristics and Yield of Maize

XIANG Wuyan1，2，4，DONG Zhi1，2，4，WANG Meiwen3，Cai Qian1，2，4，Feng Chen1，2，4*

（1.Tillage and Cultivation Research Institute， Liaoning Academy of Agricultural Sciences， Shenyang 110161， China; 2. Key Laboratory of Water-saving Agriculture in Northeast China， Shenyang 110100， China; 3. Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China; 4. Liaoning Key Laboratory of Conservation Tillage in Dry Land， Shenyang 110161， China）

Abstract： Based on the analysis of total root length， root surface area， average root diameter， root dry weight and maize yield， the effects of three straw returning amounts on maize root characteristics and yield under two irrigation amounts were studied with straw not returning to the field as the control.The results showed that irrigation and straw returning were beneficial to the growth of maize root system and the formation of maize yield. The total root length， root surface area and root dry weight increased with the increase of straw returning amount in mature stage. The yield advantage of straw returning to the field under 350 mm irrigation was 3 000 kg/hm2， and that under 450 mm irrigation was 6 000 kg/hm2.

Key words： maixe；irrigation amount; straw returning ; root characteristics; yield；effect