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辽西褐土区高产土壤物理化学性质及玉米产量主要影响因素

李嵩 韩巍 张凯 依艳丽

引用本文:
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辽西褐土区高产土壤物理化学性质及玉米产量主要影响因素

    作者简介: 李嵩E-mail:swulisong@hotmail.com;
    通讯作者: 依艳丽, E-mail:yiyanli@126.com
  • 基金项目: 公益性行业(农业)科研专项(201503116);国家自然科学基金项目(41501235)。

Physical and chemical properties of high yield cinnamon soils and the main soil factors deciding maize yield in western Liaoning

    Corresponding author: YI Yan-li, E-mail:yiyanli@126.com
  • 摘要: 【目的】土壤耕层结构与肥力水平是影响玉米生长及其产量的重要因素。本文试图厘清辽西褐土区不同产量玉米田的土壤结构与肥力水平及其与玉米产量之间的关系,进而提出土壤合理耕层构建的评价指标,最终为该地区玉米产量提高提供理论基础。【方法】本研究在辽西褐土区选取不同产量玉米田共56块。按产量将其分为 < 6000、6000~9000和 > 9000 kg/hm2三个水平,分析调查土壤耕层与犁底层厚度、紧实度、容重、孔隙度、有机质、速效磷、速效钾、碱解氮含量和玉米根系生长情况,采用预测变量重要性分析方法明确土壤结构特征和养分状况及影响玉米产量的主要因素,提出辽西褐土区玉米高产所需的土壤耕层结构与肥力特征。【结果】玉米产量随土壤耕层厚度增加而增加,随犁底层厚度增加而减小。不同产量玉米田的紧实度、容重和孔隙度在0—10 cm土层差异不大,而在10 cm—犁底层和犁底层差异较大,即 > 9000 kg/hm2玉米田的各项结构指标均优于 < 9000 kg/hm2玉米田。土壤有机质、速效磷、速效钾和碱解氮等肥力状况在 > 9000 kg/hm2玉米田同样优于 < 9000 kg/hm2玉米田。不同产量地块的玉米根系生长情况出现明显差异。> 9000 kg/hm2玉米田的根干重和根长均要显著高于 < 9000 kg/hm2玉米田。分土层来看,所有玉米田的根系都主要分布在0—20 cm土层,< 6000、6000–9000和 > 9000 kg/hm2玉米田在0—20 cm土层的根干重分别占0—40 cm总量的83.3%、79.8%和81.1%,根长分别占83.0%、74.6%和71.7%。这不但说明根系对水分和养分的吸收主要集中在0—20 cm土层,同时也表明 > 9000 kg/hm2玉米田在20—40 cm土层的根系分布仍然比 < 9000 kg/hm2玉米田要丰富。所有结构性质与肥力因素中,耕层厚度和速效磷是影响辽西玉米高产的最重要因素。【结论】辽西褐土区高产玉米田具有以下特征:耕层厚度18~26 cm,平均23 cm;紧实度低于1000 kPa;耕层容重处于1.14~1.39 g/cm3,平均1.27 g/cm3;耕层总孔隙度47.4%~58.5%,平均52.2%;毛管孔隙度27.5%~38.4%,平均33.5%;通气孔隙度10.3%~27.3%,平均18.7%;有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量为6.0~20.0 g/kg、17.5~58.2 mg/kg、13.3~34.6 mg/kg、107~225 mg/kg,平均含量分别为14.8 g/kg、34.7 mg/kg、21.2 mg/kg、160 mg/kg。提高土壤有效磷含量、增加耕层厚度是培肥中低产田最迫切的任务。
  • 图 1  不同产量玉米田土壤耕层和犁底层厚度

    Figure 1.  Thickness of top-soil and subsoil in different maize fields

    图 2  不同产量玉米田土壤紧实度

    Figure 2.  Soil compaction of maize fields with different yields

    图 3  不同产量玉米田耕层与犁底层土壤容重

    Figure 3.  Comparison of soil bulk density between maize fields with different yields

    图 4  不同产量玉米田孔隙度

    Figure 4.  Soil porosity of maize fields with different yields

    图 5  不同产量水平玉米田的养分状况

    Figure 5.  Nutrient contents in maize fields with different yield levels

    图 6  玉米产量影响因素的预测变量重要性分析

    Figure 6.  Predictive variable importance of influencing factor of maize yield

    表 1  不同产量玉米田0—20、20—40 cm土层玉米根系重量和长度及在两层的比例

    Table 1.  Weight and length of corn roots and their percentages distributed in 0–20 and 20–40 cm soil layers

    土层 (cm)
    Soil layer
    产量水平 (kg/hm2)
    Yield level
    根干重 (g)
    Dry weight
    分配比例 (%)
    Percentage
    根长 (cm)
    Root length
    分配比例 (%)
    Percentage
    0—20 < 60008.82 c83.318317 c83.0
    6000~900012.24 b 79.822837 b74.6
    > 900015.97 a 81.128885 a71.7
    20—40 < 60001.77 b16.7 3755 c17.0
    6000~90003.09 a20.2 7757 b25.4
    > 90003.73 a18.911386 a28.3
    注(Note):数据后不同小写字母表示同一土层不同产量水平间在P < 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters mean significantly different among yield levels in same soil leyer (P < 0.05).
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-13
  • 网络出版日期:  2020-02-04

辽西褐土区高产土壤物理化学性质及玉米产量主要影响因素

    作者简介:李嵩E-mail:swulisong@hotmail.com
    通讯作者: 依艳丽, yiyanli@126.com
  • 沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳 110866
  • 基金项目: 公益性行业(农业)科研专项(201503116);国家自然科学基金项目(41501235)。
  • 摘要: 【目的】土壤耕层结构与肥力水平是影响玉米生长及其产量的重要因素。本文试图厘清辽西褐土区不同产量玉米田的土壤结构与肥力水平及其与玉米产量之间的关系,进而提出土壤合理耕层构建的评价指标,最终为该地区玉米产量提高提供理论基础。【方法】本研究在辽西褐土区选取不同产量玉米田共56块。按产量将其分为 < 6000、6000~9000和 > 9000 kg/hm2三个水平,分析调查土壤耕层与犁底层厚度、紧实度、容重、孔隙度、有机质、速效磷、速效钾、碱解氮含量和玉米根系生长情况,采用预测变量重要性分析方法明确土壤结构特征和养分状况及影响玉米产量的主要因素,提出辽西褐土区玉米高产所需的土壤耕层结构与肥力特征。【结果】玉米产量随土壤耕层厚度增加而增加,随犁底层厚度增加而减小。不同产量玉米田的紧实度、容重和孔隙度在0—10 cm土层差异不大,而在10 cm—犁底层和犁底层差异较大,即 > 9000 kg/hm2玉米田的各项结构指标均优于 < 9000 kg/hm2玉米田。土壤有机质、速效磷、速效钾和碱解氮等肥力状况在 > 9000 kg/hm2玉米田同样优于 < 9000 kg/hm2玉米田。不同产量地块的玉米根系生长情况出现明显差异。> 9000 kg/hm2玉米田的根干重和根长均要显著高于 < 9000 kg/hm2玉米田。分土层来看,所有玉米田的根系都主要分布在0—20 cm土层,< 6000、6000–9000和 > 9000 kg/hm2玉米田在0—20 cm土层的根干重分别占0—40 cm总量的83.3%、79.8%和81.1%,根长分别占83.0%、74.6%和71.7%。这不但说明根系对水分和养分的吸收主要集中在0—20 cm土层,同时也表明 > 9000 kg/hm2玉米田在20—40 cm土层的根系分布仍然比 < 9000 kg/hm2玉米田要丰富。所有结构性质与肥力因素中,耕层厚度和速效磷是影响辽西玉米高产的最重要因素。【结论】辽西褐土区高产玉米田具有以下特征:耕层厚度18~26 cm,平均23 cm;紧实度低于1000 kPa;耕层容重处于1.14~1.39 g/cm3,平均1.27 g/cm3;耕层总孔隙度47.4%~58.5%,平均52.2%;毛管孔隙度27.5%~38.4%,平均33.5%;通气孔隙度10.3%~27.3%,平均18.7%;有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量为6.0~20.0 g/kg、17.5~58.2 mg/kg、13.3~34.6 mg/kg、107~225 mg/kg,平均含量分别为14.8 g/kg、34.7 mg/kg、21.2 mg/kg、160 mg/kg。提高土壤有效磷含量、增加耕层厚度是培肥中低产田最迫切的任务。

    English Abstract

    • 土壤结构与肥力水平是影响玉米生长及其产量的重要因素。分析土壤质地结构、养分状况和酸碱反应等性质,有利于得出该地区作物高产的理想耕层结构及肥力条件[1-4],进而为土壤合理耕层构建及肥力提升提供有力基础。

      褐土是辽宁两类主要地带性土壤之一,主要分布于辽西的朝阳、阜新和葫芦岛等地区。玉米是该地区的重要粮食作物,其种植面积约占总面积的60%,而产量占粮食总产量的85%[5]。辽西地区降雨少,土壤有机质含量低,结构性差。玉米田长期以小型机械旋耕作业,耕作深度浅,导致耕层变薄,犁底层加厚。在干旱时,浅薄的耕层不利于水分的保持,农作物生长的土壤环境非常恶劣[6]。然而,针对辽西褐土区,影响玉米高产的土壤耕层结构与肥力特征目前尚未十分明确。因此,本研究以辽西褐土区不同产量玉米田为研究对象,通过测定不同层次土壤的结构特征和肥力水平,分析得出辽西地区玉米高产的主要影响因素,为辽西褐土区合理耕层构建和肥力提升提供理论依据。

      • 采样地点位于辽宁省北票市蒙古营镇。该地区属中温带亚湿润区季风性大陆气候,温差大,积温高,年平均日照2861 h,年平均气温8.6℃,年平均降水量509 mm,无霜期153天左右。试验共选取了56块种植相同品种的玉米田,其中产量 > 9000 kg/hm2的28块、6000–9000 kg/hm2的17块、 < 6000 kg/hm2的11块。在玉米收获期,在每个田块选取五个点,并确定耕层和犁底层。容重、孔隙度、养分含量等按0—10 cm、10 cm到犁底层和犁底层分层采样;紧实度测定30 cm深度,分别以0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm土层紧实度的平均值作为该层的紧实度[7];根系生长情况按0—20 cm和20—40 cm分层采样,在垂直于垄的方向距离植株10 cm处挖一纵向剖面,以玉米植株为中心取长宽高分别为20 cm × 20 cm × 20 cm的土体[8]

      • 土壤耕层、犁底层厚度采用实验室常规方法测定;土壤容重、田间持水量采用环刀法测定,进而计算得到土壤总孔隙度、毛管孔隙度和通气孔隙度;土壤有机质采用重铬酸钾氧化–外加热法测定;碱解氮采用碱解–扩散法测定;速效磷采用碳酸氢钠浸提–钼锑抗比色法测定;速效钾采用醋酸铵浸提–火焰光度计法测定[9]。土壤紧实度采用紧实度仪 (SC900) 测定[7]。根系指标包括根干重和根长。将土样冲洗、拣根后,用根系扫描仪 (LC-4800) 扫描,经根系专用分析软件 (WinRHIZO) 进行根系指标的检测分析[8]

      • 利用Excel 2013进行资料初步整理,OriginPro 2018进行资料拟合与图形绘制。根系分布的显著性检验使用SPSS 20分析。预测变量重要性利用SPSS 20的自动线性模型进行回归分析[10]

      • 图1所示,不同产量玉米田的耕层厚度分布在12—26 cm,而犁底层厚度分布在8—18 cm(土层深度在27—37 cm)。耕层厚度对作物生长和产量有很大的影响[11]。将耕层和犁底层厚度与玉米产量分别拟合,发现玉米产量随土壤耕层厚度增加而线性增加,随犁底层厚度增加而线性降低。对比不同产量玉米田的耕层与犁底层厚度,发现其差异较大。具体地,> 9000 kg/hm2玉米田的耕层厚度分布在18~26 cm,平均厚度23 cm;< 9000 kg/hm2玉米田中,耕层厚度分布在12—18 cm,平均厚度15 cm,较 > 9000 kg/hm2玉米田低8 cm。与耕层厚度相反,> 9000 kg/hm2玉米田的犁底层厚度较薄 (8~15 cm),平均厚度11 cm;而 < 9000 kg/hm2玉米田的犁底层厚度分布在12.5—18 cm,平均厚度15 cm。

        图  1  不同产量玉米田土壤耕层和犁底层厚度

        Figure 1.  Thickness of top-soil and subsoil in different maize fields

      • 图2可知,随着土壤深度增加,土壤紧实度均呈增大趋势。具体而言,在0—10 cm土壤表层,土壤紧实度分散在119~957 kPa,平均436 kPa,且不同产量玉米田土壤差异不明显。其次,> 9000 kg/hm2玉米田在10—20 cm土层的紧实度都低于2000 kPa,平均1149 kPa,且在整个0–20 cm土层的平均紧实度为764.4 kPa。6000~9000 kg/hm2玉米田紧实度位于1280~4530 kPa,平均2238 kPa;在 < 6000 kg/hm2玉米田中,由于其平均耕层厚度仅为15 cm(图1),处于耕层与犁底层分界线附近,其紧实度位于3295~4759 kPa,平均4046 kPa。在更深的20—30 cm土层中,< 9000 kg/hm2玉米田已经进入犁底层 (图1)。其中,绝大部分 < 6000 kg/hm2玉米田的紧实度超过了5000 kPa,达到了紧实度仪的检测上限;6000~9000 kg/hm2玉米田紧实度介于1991~5000 kPa,其中大部分位于2000~3500 kPa,平均3124 kPa。> 9000 kg/hm2玉米田的紧实度介于842~2760 kPa,平均1876 kPa。

        图  2  不同产量玉米田土壤紧实度

        Figure 2.  Soil compaction of maize fields with different yields

        图  3  不同产量玉米田耕层与犁底层土壤容重

        Figure 3.  Comparison of soil bulk density between maize fields with different yields

        图  4  不同产量玉米田孔隙度

        Figure 4.  Soil porosity of maize fields with different yields

      • 图3可知,在0—10 cm土层,不同产量玉米地的容重没有明显的差异,均分散在1.15~1.25 g/cm3,平均1.19 g/cm3。> 9000 kg/hm2玉米田在10 cm—犁底层的容重在1.3~1.39 g/cm3,平均1.35 g/cm3,而在整个耕层,其容重处于1.14~1.39 g/cm3,平均1.27 g/cm3。大部分 < 9000 kg/hm2玉米田的容重在1.32~1.45 g/cm3,平均1.40 g/cm3,较 > 9000 kg/hm2玉米田增加了3.7%。在犁底层,> 9000 kg/hm2玉米田土壤容重分布在1.4~1.54 g/cm3,平均1.46 g/cm3;而 < 9000 kg/hm2玉米田土壤容重介于1.45~1.53 g/cm3,平均1.50 g/cm3,较 > 9000 kg/hm2玉米田增加2.7%。

      • 土壤孔隙是土壤空气、水分运动和养分传输的通道,直接影响着植物根系生长。由图4(a)可知,不同产量玉米田的土壤总孔隙度随土层深度增加而降低。具体地,在表层0—10 cm,不同产量玉米田土壤总孔隙度无明显差异,均分布在53.1%~58.5%,平均55.0%。但在10 cm以下土层,不同产量玉米田的总孔隙度出现了明显的差异。> 9000 kg/hm2玉米田在10 cm—犁底层的土壤总孔隙度为47.4%~51.0%,平均49.2%,且在整个耕层内的总孔隙度为47.4%~58.5%,平均52.5%。< 9000 kg/hm2玉米田分别为45.5%~50.0%和42.3%~45.4%,平均分别为47.4%和43.3%。从图4(a)还可知10 cm以下土层的总孔隙度与玉米产量呈正相关关系。

        毛管孔隙度表征了土壤的持水能力。如图4(b)所示,比较不同土壤层次的毛管孔隙度发现,10 cm–犁底层的毛管孔隙度分布在33.0%~38.7%,平均35.5%,略大于犁底层 (分布在32.1%~36.7%,平均34.6%),但两者均显著大于10 cm以上的耕层土壤 (分布在26.8%~34.3%,平均31.1%)。在相同土层,不同产量玉米田的毛管孔隙度变化不显著。> 9000 kg/hm2和 < 9000 kg/hm2玉米田在耕层的毛管孔隙度均值分别为33.5%和33.1%。具体地,在0—10 cm前者略高于后者,而在10 cm—犁底层相反。

        通气孔隙度表征了土壤通气的能力,与植物根系呼吸和生长速度有密切关系。随土层深度增加,通气孔隙度下降明显。其中,在0—10 cm土层,土壤通气孔隙度分布在20.4%~27.4%,平均23.9%,且各玉米田之间的差异不明显。在10 cm–犁底层,> 9000 kg/hm2玉米田的通气孔隙度 (10.3%~15.8%,平均13.8%) 要明显高于 < 9000 kg/hm2玉米田 (9.4%~15.3%,平均11.7%)。但在整个耕层 > 9000 kg/hm2玉米田的通气孔隙度 (平均18.7%) 仅略高于 < 9000 kg/hm2玉米田 (平均18.0%)。在犁底层,> 9000 kg/hm2玉米田的通气孔隙度 (8.6%~12.5%,平均10.5%) 要明显高于 < 9000 kg/hm2玉米田 (6.9%~11.0%,平均8.6%)。

      • 玉米田养分差异主要体现在土壤有机质和速效养分,尤其是土壤速效氮磷钾[12]图5(a)中,不同产量玉米田耕层有机质含量均比犁底层要高。在同一土层,玉米产量随土壤有机质的增加而增加。其中,在0—10 cm、10 cm—犁底层和犁底层,< 9000 kg/hm2玉米田的有机质含量分别为9.8~15.7、8.4~14.6、5.4~10.2 g/kg,平均含量分别为12.3、10.4、7.9 g/kg;而 > 9000 kg/hm2玉米田的有机质含量分别为13.5~20.0、6.0~19.2、5.2~11.9 g/kg,平均含量17.1、12.6、9.3 g/kg,较前者分别增加了39.0%、21.0%和17.4%。在整个耕层,> 9000 kg/hm2玉米田有机质含量 (平均14.8 g/kg) 要明显高于 < 9000 kg/hm2玉米田 (平均11.3 g/kg)。

        图  5  不同产量水平玉米田的养分状况

        Figure 5.  Nutrient contents in maize fields with different yield levels

        图5(b)显示,不同产量玉米田土壤耕层的碱解氮含量要高于犁底层。在0—10 cm土层,玉米产量随着碱解氮含量的增加而增加。> 9000和 < 9000 kg/hm2玉米田碱解氮含量分别为19.3~59.2、21.5~45.5 mg/kg,平均含量39.8、31.0 mg/kg。在10 cm以下的相同土层,玉米产量增加与碱解氮含量关系不大。因此,在整个耕层,> 9000 kg/hm2玉米田碱解氮含量 (平均34.7 mg/kg) 仍明显高于 < 9000 kg/hm2玉米田 (平均29.1 mg/kg)。犁底层的碱解氮含量为14.8~35.0 mg/kg,平均含量21.7 mg/kg。

        图5(c)所示,上层土壤速效磷含量要高于下层,且在相同土层的含量与玉米产量呈正相关关系,其中,在0—10 cm、10 cm—犁底层和犁底层,< 9000 kg/hm2玉米田速效磷含量分别为7.8~24.5、6.3~19.1、2.1~10.4 mg/kg,平均含量分别为13.8、11.4、5.3 mg/kg;而 > 9000 kg/hm2玉米田速效磷含量分别为14.8~34.6、13.3~25.6、4.7~12.4 mg/kg,平均含量23.5、19.0、8.6 mg/kg,较前者分别增加了70.3%、65.9%和64.1%。在整个耕层,> 9000 kg/hm2玉米田速效磷含量 (平均21.2 mg/kg) 要明显高于 < 9000 kg/hm2玉米田 (平均12.6 mg/kg)。

        图5(d)显示,在0—10 cm、10—犁底层和犁底层,< 9000 kg/hm2玉米田速效钾含量分别为120~186、78.5~136、70~122 mg/kg,平均含量分别为148、107、94.4 mg/kg;而 > 9000 kg/hm2玉米田速效钾含量分别为137~225、107~184、79~145 mg/kg,平均含量178、141、108 mg/kg,较前者分别增加了20.3%、32.5%和14.5%。在整个耕层,> 9000 kg/hm2玉米田速效钾含量 (平均159.9 mg/kg) 要明显高于 < 9000 kg/hm2玉米田 (平均127.5 mg/kg)。

      • 表1所示,随土层深度增加,玉米根系的分布量不断降低。而在各土层中,> 9000 kg/hm2玉米田的根系指标显著高于 < 9000 kg/hm2玉米田,即根长和根干重与玉米产量呈正相关关系。其次,所有玉米田的根系都主要分布在0–20 cm土层。表1中,< 6000、6000–9000和 > 9000 kg/hm2玉米田在0—20 cm土层的根干重分别占0—40 cm总量的83.3%、79.8%和81.1%,而0—20 cm土层的根长分别占0—40 cm总量的83.0%、74.6%和71.7%。这间接说明根系对水分和养分的吸收也主要集中在0—20 cm土层范围内。再次,由于 > 9000 kg/hm2玉米田的耕层厚度更深,土壤紧实度、容重和孔隙度等都更易于玉米根系生长,因此在20—40 cm土层,> 9000 kg/hm2玉米田的根系发达,其根长和根干重较 < 9000 kg/hm2玉米田也相对更多。

        表 1  不同产量玉米田0—20、20—40 cm土层玉米根系重量和长度及在两层的比例

        Table 1.  Weight and length of corn roots and their percentages distributed in 0–20 and 20–40 cm soil layers

        土层 (cm)
        Soil layer
        产量水平 (kg/hm2)
        Yield level
        根干重 (g)
        Dry weight
        分配比例 (%)
        Percentage
        根长 (cm)
        Root length
        分配比例 (%)
        Percentage
        0—20 < 60008.82 c83.318317 c83.0
        6000~900012.24 b 79.822837 b74.6
        > 900015.97 a 81.128885 a71.7
        20—40 < 60001.77 b16.7 3755 c17.0
        6000~90003.09 a20.2 7757 b25.4
        > 90003.73 a18.911386 a28.3
        注(Note):数据后不同小写字母表示同一土层不同产量水平间在P < 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters mean significantly different among yield levels in same soil leyer (P < 0.05).
      • 郑存德等[13]在研究棕壤玉米田的结构特征中发现高产玉米田的耕层厚度在20—25 cm,而犁底层在7—10 cm。这与本研究中耕层与犁底层厚度较一致。这表明较厚的土壤耕层有利于提高玉米产量,即随土壤耕层厚度的增加,玉米产量相应增加。相反,耕层较薄而犁底层较厚的土壤,其玉米产量偏低,并随犁底层厚度增加而降低。韩上等[14]发现耕层减少5 cm会导致玉米–小麦轮作产量降低5.61%。而部分破除犁底层将有利于提高水分利用效率,显著增加作物产量[15]。因此,土壤耕层厚度和犁底层厚度是影响辽西褐土区玉米产量的一个重要因素。

        土壤紧实度表征土壤抵抗外力压实和破碎的能力,是影响植物根系穿透难易的重要因素。一般认为,当土壤紧实度大于2000 kPa时,植物根系的生长将受到抑制,从而阻碍养分吸收并影响最终产量[16]。本研究中所有玉米田在0—10 cm土层的紧实度均在1000 kPa以内,因此该层土壤的紧实度不会成为不同玉米田产量差异的原因。但在10 cm以下土层,不同玉米田的紧实度差异随土层深度的增加而增加,并将导致玉米根系穿透难度不一,进而影响玉米对水分和养分的吸收能力,最终导致玉米产量不同。罗敏等人[17]报导红壤阻力每增加1000 kPa,玉米产量就降低119 kg/hm2

        与紧实度类似,土壤容重增加也会导致玉米产量降低;且容重越大,产量的降幅越明显[18]。在0—10 cm土壤,不同产量玉米田的容重并无明显差异,但在10 cm以下土层,产量高的玉米田的容重较低产量玉米田有所降低。这表明在表层容重近似的情况下,下层土壤容重也是玉米产量的影响因素之一。李潮海等[19]研究了下层土壤容重对玉米氮磷钾吸收和分配的影响,发现在表层容重相当的情况下,调控下层土壤容重可促进玉米对营养物质的吸收和玉米生长。刘晚苟[20]发现容重1.58 g/kg时会阻碍根系增长,而在1.35 g/kg时的影响较小。因此本研究中 > 9000 kg/hm2玉米田的玉米根系在近犁底层中也能较好地生长。

        不同产量玉米田在0—10 cm表层的孔隙度无明显差异,但在10 cm土层以下,高产量玉米田的孔隙度均大于低产量玉米田。这表明下层土壤的孔隙状况也是影响玉米产量的因素之一。马宾[21]在调查辽宁地区玉米高产田耕层物理性质时发现土壤总孔隙度需达到50.9%以上。因此,从图4(a)中可以看出仅部分 > 9000 kg/hm2玉米田达到了这一水平。

        有机质不仅含有丰富的矿质养分,而且还可以增加降水入渗,增强土壤蓄水、保水和供水能力,提高水分利用效率,实现作物的高产稳产[22]。辽西褐土区耕层有机质高于犁底层,且同一土层中有机质含量对玉米的产量有很大影响。因此,提高土壤有机质含量在干旱的辽西地区具有很重要的作用。此外,图5中除10 cm以下土层的碱解氮含量变化较小外,其他情况下的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾均呈相似的变化趋势,即高产量玉米田的养分含量要明显高于低产量玉米田。任军等[23]比较高低产田的土壤肥力时,同样发现高产玉米田肥力不仅在0—20 cm土层高于低产田,在20—40 cm土层也是如此。

        以上土壤结构特征与肥力水平将反映在玉米的根系生长情况上。图2图5均表明高产量玉米田各土层的土壤结构及肥力指标均优于低产量玉米田。这有利于高产量玉米田根系生长和吸收养分和水分,因此同样的优势也表现在玉米根系指标上 (表1)。这也同时表明了在辽西地区尤其要注重土壤耕层的构建和肥力培育。

      • 利用自动线性模型,对0—10 cm和10—20 cm/犁底层的土壤结构与肥力指针对玉米产量影响的变量重要性进行回归分析 (图6)。在0—10 cm土层中 (图6-ab),耕层厚度对玉米产量的影响占绝对主导地位,其变量重要性高达92%。其它结构指针,如紧实度、孔隙度等的影响力均较低,其主要原因可能是这些指标在0—10 cm土层差异较小。肥力水平方面,速效磷和有机质对玉米产量影响较大,其变量重要性分别为38%和37%。速效钾和碱解氮影响较小。在10—20 cm/犁底层中 (图6-cd),耕层厚度仍然是玉米产量的主要影响因素,其变量重要性为41%。紧实度、容重、总孔隙度和通气孔隙度对玉米产量的影响加大,其变量重要性分别达到15%、14%、14%和14%。肥力水平方面,速效磷的影响进一步增大,变量重要性达到54%,而速效钾和有机质的重要性分别为26%和16%。因此,从整个土层来看,耕层厚度和速效磷是影响辽西玉米高产的主要因素。

        图  6  玉米产量影响因素的预测变量重要性分析

        Figure 6.  Predictive variable importance of influencing factor of maize yield

      • 土壤耕层厚度与速效磷含量是影响辽西褐土区玉米生长和产量的主要影响因素。辽西褐土区高产玉米田具有以下土壤结构和肥力特征:耕层厚度18~26 cm,平均23 cm;犁底层厚度8~15 cm,平均11 cm;耕层平均紧实度在1000 kPa以下;耕层容重处于1.14~1.39 g/cm3,平均1.27 g/cm3;耕层总孔隙度47.4%~58.5%,平均52.2%,毛管孔隙度27.5%~38.4%,平均33.5%,通气孔隙度10.3%~27.3%,平均18.7%;耕层有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量为6~20 g/kg、17.5~58.2 mg/kg、13.3~34.6 mg/kg、106.6~225.0 mg/kg,平均含量分别为14.8 g/kg、34.7 mg/kg、21.2 mg/kg、159.9 mg/kg。

    参考文献 (23)
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