Physical and chemical properties of high yield cinnamon soils and the main soil factors deciding maize yield in western Liaoning, China
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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。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的提高提供理论基础。
方法本研究在辽西褐土区选取不同产量玉米田共56块，将其分为产量 < 6000、6000～9000和 > 9000 kg/hm2 3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、有效磷、速效钾、碱解氮含量和玉米根系生长状况。采用预测变量重要性分析方法明确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，即产量 > 9000 kg/hm2玉米田的各项结构指标均优于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。土壤有机质、有效磷、速效钾和碱解氮等肥力状况在产量 > 9000 kg/hm2玉米田同样优于产量 < 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。产量> 9000 kg/hm2玉米田的根干重和根长均明显高于产量 < 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，产量 < 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，同时也表明产量 > 9000 kg/hm2玉米田在20—40 cm土层的根系分布仍然比产量 < 9000 kg/hm2玉米田要丰富。所有结构性质与肥力因素中，耕层厚度和有效磷含量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；耕层土壤容重处于1.14～1.39 g/cm3，平均1.27 g/cm3；耕层土壤总孔隙度为47.4%～58.5%，平均52.2%，毛管孔隙度平均33.5%，通气孔隙度平均18.7%；耕层土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾平均含量分别为14.8 g/kg、34.7 mg/kg、21.2 mg/kg、159.9 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。
Abstract:ObjectivesTopsoil structure and fertility affect the growth and yield of maize. This paper studied the structure and fertility of topsoils under different maize yield levels, so as to clarify the important factors deciding yield, and provide a reference for the cultivation of fertile cinnamon soil in western Liaoning Province.
Methods56 maize fields were selected and divided into 3 categories according to yield levels ( < 6000, 6000–9000 and > 9000 kg/hm2). Soil physical properties (topsoil and subsoil thickness, compaction, bulk density and porosity) and nutrient contents (organic matter, available N, available P and available K) were measured, and the maize root morphology was determined. The importance of the tested items was specified.
ResultsMaize yield increased with the increase of topsoil thickness, but opsite with the increase of subsoil thickness. The soil compaction, bulk density and soil porosity among different maize fields were not significantly different in soil layer of 0–10 cm, but significantly different in soil layer of 10 cm–subsoil. All the indexes of soil structure in fields with yield > 9000 kg/hm2 were superior to those in fields with yield < 9000 kg/hm2. Also, the dry weight and length of maize roots in fields with yield > 9000 kg/hm2 were significantly higher than those in fields with yield < 9000 kg/hm2. Maize roots in all fields were mainly distributed in 0–20 cm soil layer. In maize fields with yield < 6000, 6000–9000 and > 9000 kg/hm2, the dry weight of roots in 0–20 cm soil layer were 83.3%, 79.8% and 81.1%, and the root lengths were 83.0%, 74.6% and 71.7% of the total in 0–40 cm soil layer, respectively. The water and nutrients absorbed by roots were thus mainly from 0–20 cm soil layer. In spite of that, the root distribution in 20–40 cm soil layer in fields with yield > 9000 kg/hm2 were still significantly higher than those in fields with yields ranged from 6000 to 9000 kg/hm2 and < 6000 kg/hm2. According to analysis of predicting the importance of variables, the topsoil thickness and available P content were the top two important factors affecting the yield of maize in western Liaoning.
ConclusionsFor maize yield level of > 9000 kg/hm2 in the tested area, the ideal physical properties of the topsoil are 23 cm in thickness, compaction (0–20 cm) lower than 1000 kPa, bulk density 1.27 g/cm3, with total porosity of 52.2%, capillary porosity of 33.5%, and aeration porosity of 18.7%; The good chemical properties are organic matter 14.8 g/kg, alkali hydrolyzed nitrogen 34.7 mg/kg, available phosphorus 21.2 mg/kg and available potassium 159.9 mg/kg, respectively. Increasing available P content and topsoil sickness are the top two targets for middle and low yield fields in the tested area.
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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。
1. 材料与方法
1.1 采样地点与取样方法
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5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；紧实度测定深度为30 cm，分别以0—10、10—20、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]。
1.2 测定方法
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；有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，用根系专用分析软件 (WinRHIZO) 进行根系指标的检测分析[8]。
1.3 数据处理
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 20.0进行分析。预测变量重要性利用SPSS 20.0的自动线性模型进行回归分析[10]。
2. 结果与分析
2.1 褐土区不同产量玉米田耕层与犁底层厚度特征
如图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。如产量 > 9000 kg/hm2玉米田的耕层厚度分布在18—26 cm，平均厚度23 cm；产量 < 9000 kg/hm2玉米田耕层厚度分布在12—18 cm，平均厚度15 cm，较产量 > 9000 kg/hm2玉米田低8 cm。与耕层厚度相反，产量 > 9000 kg/hm2玉米田的犁底层厚度较薄 (8—15 cm)，平均厚度11 cm；而产量 < 9000 kg/hm2玉米田的犁底层厚度分布在12—18 cm，平均厚度15 cm。
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图 1 不同产量玉米田土壤耕层和犁底层厚度Figure 1. Thickness of topsoil and subsoil in maize fields with different yields2.2 褐土区不同产量玉米田土壤紧实度特征
从图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，产量 > 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。产量6000～9000 kg/hm2玉米田紧实度位于1280～4530 kPa，平均2238 kPa；在产量 < 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，产量 < 9000 kg/hm2玉米田已经进入犁底层 (图1)。其中，绝大部分产量 < 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；产量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。产量> 9000 kg/hm2玉米田的紧实度介于842～2760 kPa，平均1876 kPa。
2.3 褐土区不同产量玉米田耕层、犁底层容重特征
由图3可知，在0—10 cm土层，不同产量玉米田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。产量 > 9000 kg/hm2玉米田在10 cm—犁底层的容重在1.30～1.39 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。大部分产量 < 9000 kg/hm2玉米田的容重在1.32～1.45 g/cm3，平均1.40 g/cm3，较产量 > 9000 kg/hm2玉米田增加了3.7%。在犁底层，产量 > 9000 kg/hm2玉米田土壤容重分布在1.40～1.54 g/cm3，平均1.46 g/cm3；而产量 < 9000 kg/hm2玉米田土壤容重介于1.45～1.53 g/cm3，平均1.50 g/cm3，较产量 > 9000 kg/hm2玉米田增加2.7%。
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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 yields2.4 褐土区不同产量玉米田耕层、犁底层的孔隙度特征
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。产量 > 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%。产量 < 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，通过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%)，但两者均明显大于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明显。产量 > 9000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%，在0—10 cm土层前者略高于后者，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%，且各产量玉米田之间的差异不明显。在10 cm—犁底层，产量 > 9000 kg/hm2玉米田的通气孔隙度 (10.3%～15.8%，平均13.8%) 要明显高于产量 < 9000 kg/hm2玉米田(9.4%～15.3%，平均11.7%)。但在整个耕层产量 > 9000 kg/hm2玉米田的通气孔隙度 (平均18.7%) 仅略高于产量 < 9000 kg/hm2玉米田的通气孔隙度 (平均18.0%)。在犁底层，产量 > 9000 kg/hm2玉米田的通气孔隙度 (8.6%～12.5%，平均10.5%) 要明显高于产量 < 9000 kg/hm2玉米田的通气孔隙度 (6.9%～11.0%，平均8.6%)。
2.5 褐土区不同产量玉米田耕层、犁底层养分状况
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含量上[12]。图5-a表明，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，产量 < 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；而产量 > 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，产量 > 9000 kg/hm2玉米田有机质含量 (平均14.8 g/kg) 要明显高于产量 < 9000 kg/hm2玉米田 (平均11.3 g/kg)。
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图 5 不同产量水平玉米田的养分状况Figure 5. Soil 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。产量 > 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，产量 > 9000 kg/hm2玉米田碱解氮含量 (平均34.7 mg/kg) 仍明显高于产量 < 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，平均含量为21.7 mg/kg。
图5-c所示，上层土壤有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，产量 < 9000 kg/hm2玉米田有效磷含量分别为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；而产量 > 9000 kg/hm2玉米田有效磷含量分别为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，产量 > 9000 kg/hm2玉米田有效磷含量 (平均21.2 mg/kg) 要明显高于产量 < 9000 kg/hm2玉米田 (平均12.6 mg/kg)。
图5-d显示，在0—10 cm、10 cm—犁底层和犁底层，产量 < 9000 kg/hm2玉米田速效钾含量分别为120～186、78～136、70～122 mg/kg，平均含量分别为148、107、94 mg/kg；而产量 > 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，产量 > 9000 kg/hm2玉米田速效钾含量 (平均159.9 mg/kg) 要明显高于产量 < 9000 kg/hm2玉米田速效钾含量 (平均127.5 mg/kg)。
2.6 不同产量玉米田的根系生长情况
表1显示，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，产量 > 9000 kg/hm2玉米田的根系指标显著高于产量 < 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。产量 < 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，由于产量 > 9000 kg/hm2玉米田的耕层更厚，土壤紧实度、容重、孔隙度等都更易于玉米根系生长，因此在20—40 cm土层，产量 > 9000 kg/hm2玉米田的根系更发达，其根长和根干重较产量 < 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其在两层的比例Table 1. Weight and length of maize 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 (%)
Percentage0—20 < 6000 8.82 c 83.3 18317 c 83.0 6000～9000 12.24 b 79.8 22837 b 74.6 > 9000 15.97 a 81.1 28885 a 71.7 20—40 < 6000 1.77 b 16.7 3755 c 17.0 6000～9000 3.09 a 20.2 7757 b 25.4 > 9000 3.73 a 18.9 11386 a 28.3 注（Note）：数据后不同小写字母表示同一土层不同产量水平间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters mean significantly difference among yield levels in same soil layer (P < 0.05). 2.7 影响因素的预测变量重要性
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标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-a、b)，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%。其它结构指标，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，有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-c、d)，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，有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，耕层厚度和有效磷是影响辽西玉米高产的主要因素。
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图 6 玉米产量影响因素的预测变量重要性分析Figure 6. Analysis on the importance of predictive variables of factors affecting maize yield3. 讨论
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，而犁底层厚度在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–小麦轮作体系产量降低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[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。刘晚苟等[20]发现容重为1.58 g/kg时会阻碍根系增长，而在1.35 g/kg时的影响较小。因此本研究中产量 > 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。马宾等[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中可以看出仅部分产量 > 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含量高于犁底层，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、有效磷和速效钾含量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玉米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)。这同时也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。
4. 结论
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；耕层土壤平均紧实度在1000 kPa以下；耕层土壤容重处于1.14～1.39 g/cm3，平均1.27 g/cm3；耕层土壤总孔隙度47.4%～58.5%，平均52.2%，毛管孔隙度平均33.5%，通气孔隙度平均18.7%；耕层土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾平均含量分别为14.8 g/kg、34.7 mg/kg、21.2 mg/kg、159.9 mg/kg。耕层厚度及土壤有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子。
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图 1 不同产量玉米田土壤耕层和犁底层厚度
Figure 1. Thickness of topsoil and subsoil in maize fields with different yields
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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
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图 5 不同产量水平玉米田的养分状况
Figure 5. Soil nutrient contents in maize fields with different yield levels
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图 6 玉米产量影响因素的预测变量重要性分析
Figure 6. Analysis on the importance of predictive variables of factors affecting 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其在两层的比例
Table 1 Weight and length of maize 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 (%)
Percentage0—20 < 6000 8.82 c 83.3 18317 c 83.0 6000～9000 12.24 b 79.8 22837 b 74.6 > 9000 15.97 a 81.1 28885 a 71.7 20—40 < 6000 1.77 b 16.7 3755 c 17.0 6000～9000 3.09 a 20.2 7757 b 25.4 > 9000 3.73 a 18.9 11386 a 28.3 注（Note）：数据后不同小写字母表示同一土层不同产量水平间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters mean significantly difference among yield levels in same soil layer (P < 0.05). 
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