华北农田耕作变迁对作物根系影响及调控

随着农业机械化水平提高，机械压实及其累积效应对土壤和作物根系产生影响。作物依靠根系吸收土壤水分养分，根系分布变化必将影响根系对不同土壤层次水分养分的有效利用，也影响到田间不同管理措施的实施效果。华北是我国粮食主产区，也是机械化水平较高的区域，近20年耕作措施变迁对根层土壤物理性质产生了显著影响。目前国内对机械作业压实研究多集中于不同耕作措施等对上层土壤和作物影响，且多集中于一个或几个生长季节，对于长期机械耕种下的土壤压实及其累积效应的研究还较少。本申请研究20年来华北典型农田机械化发展带来的大中型机械作业对根层土壤压实的长期累积效应以及这些效应对作物根系和地上部分产生的影响，建立评判土壤压实对作物根系生长产生影响的指标，并探讨耕作和轮作减少土壤压实对作物根系影响的效果和实施途径，为华北粮食生产过程中水土资源高效利用和保护提供依据。

随着农业机械化水平提高，机械压实及其累积效应对土壤和作物根系产生影响。作物依靠根系吸收土壤水分养分，根系分布变化将影响作物对不同土壤层次水分养分的有效利用，也影响到田间不同管理措施的实施效果。华北是我国粮食主产区，也是机械化水平较高区域，近20年耕作措施变迁对根层土壤物理性质产生了显著影响。本课题针对华北典型农田机械化发展带来的大中型机械作业对根层土壤压实的长期累积效应以及这些效应对作物根系和地上部分产生的影响开展研究，并探讨耕作和轮作减少土壤压实对作物根系影响的效果和实施途径，为华北粮食生产过程中水土资源高效利用提供依据。对河北平原区部分市县进行的田间取样调查结果显示，冬小麦夏玉米种植区普遍采用秸秆还田和旋耕耕作方式，与80年代土壤普查结果相比，0-60cm土壤容重增加了18.2%，说明机械化耕作对土壤压实作用明显。不同耕作方式对土壤物理性质产生影响，进而影响作物地下部分根系生长。桶栽和大田实验结果显示不同耕作和灌溉方式对土壤容重和作物生长产生影响，适合作物生长的梨底层容重（壤土类）临界值为：在亏缺灌溉下为1.6 g cm-3，在适中灌溉下为1.5 g cm-3。水分亏缺下最优容重高于适中和水分充足条件下的容重。这可能是由于容重越大，土壤能为作物提供的水分越多，而且根系与土壤接触比较紧密，更利于根系吸收土壤水分。但是当容重增加到一定程度时，根系生长受到限制，作物接触到的土壤空间就较少，土壤水分对作物的有效性就降低。研究发现长期旋耕造成犁底层土壤容重超过1.6 g cm-3,深层根系生长减少，降低作物利用土壤储水能力。深松耕作和亏缺灌溉可以有效削减土壤压实作用，促进作物根系下扎。冬小麦越冬期发生的冻融过程和干湿交替过程使土壤表层或者是深层土壤紧实度降低，能够有效降低土壤压实。而此消减作用大小可能与冻融持续时间和程度有关。充分灌溉对于土壤压实的消减作用是暂时的，与亏缺灌溉相比，充分灌溉反而对深松土壤有很强的压实作用。因此，土壤深松后必须减少灌溉强度从而避免充分灌溉导致的土壤再压实。研究结果显示，通过深耕和土壤干湿过程调控可在一定程度上消减长期机械化耕作对华北土壤的压实作用，利于根系在深层土壤中生长，增强作物利用土壤水分养分能力。