顾 鑫 任翠梅 杨 丽 王丽娜 张宏宇 姜泽宇

黑龙江省农业科学院大庆分院 大庆 163316

根系是作物重要的器官[1]，它的发育影响地上部分的生长，健壮的根系是作物生长和高产的基础。促使根系发达是获得高产的关键，有机物料的施用影响作物根系的生长发育。玉米是禾本科一年生须根系草本植物，是我国主要的粮食作物之一。良好的根系不仅让玉米植株从土壤中吸取足够的水分和各种营养物质输送到其他器官参与生命代谢[2]，而且将玉米植株牢牢固定在土壤中以抵抗倒伏。研究表明，土壤中添加棉秆炭有效改善了玉米根系的生长环境，促进了其根系生长[3]，秸秆还田改变了玉米根系的空间分布，显著增加了土壤深层根长密度和根表面积[4]，有机肥无机肥配施显著提高了玉米根系的干物质量和碳氮磷钾养分的累积[5]，添加菌糠明显缓解了四环素类抗生素污染对玉米根系生长的抑制作用，促进了根系的发育[6，7]。添加风化煤腐植酸明显增强了玉米根系的活力，提高了根冠比，改善了根系形态，有效增加了玉米根系主要化学组分的含量[8]。泥炭和褐煤是天然的富含腐植酸的有机物料，均是很好的土壤改良剂，可以改善耕层土壤结构，在我国储量极其丰富，是非常宝贵的资源[9]。泥炭是成煤的初始阶段，质地轻且纤维含量丰富，具有持水、透气的独特性质[10]；褐煤是成煤的第二阶段，木质纤维结构逐渐消失，颜色较深，有机碳含量增加[11]。基于此，本文以泥炭和褐煤组合配施作为有机物料，探索泥炭与褐煤组合配施对玉米根系生长、籽粒产量及根际土壤氮硫的影响，以期为玉米的高产栽培提供技术支撑，也为有机物料资源在农业生产上科学有效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点位于黑龙江省农业科学院大庆分院安达科研基地（北纬46°24′9.73″，东经125°22′38.88″），海拔147～150 m，春季多大风少雨干旱，年平均降水量440 mm，蒸发量1733.1 mm，有效积温2800 ℃，年平均日照时数2863 h，是典型的西部干旱地区。

土壤类型为黑土，其基础理化性质为pH 8.7、电导率47.9 μs/cm、容重1.07 g/cm3、粗砂粒25.54%、细砂粒39.20%、粉粒35.22%、粘粒0.04%。

施用的有机物料为泥炭和褐煤，泥炭pH 6.13、电导率212.20 μs/cm，褐煤pH 5.88、电导率85.00 μs/cm。

玉米品种为“先玉335”。

1.2 试验设计

试验为田间小区设计，共设置2个处理，分别为对照组：不施泥炭也不施褐煤；试验组：泥炭与褐煤组合配施，组合有机物料总量按耕层（深度20 cm）土壤重量的0.8%设定，施量5700 kg/hm2+ 11400 kg/hm2（m泥炭∶m褐煤= 1∶2）。采用完全随机排列方式，每个处理均重复3次。单粒单行播种，株距25 cm、行距65 cm。在行间靠近作物种子两侧开沟，沟深10 cm，将泥炭与褐煤混合均匀后施入沟中，再覆盖一层薄土。各处理采用一致底肥、灌溉和除草防虫等常规管理措施。

1.3 测定指标与方法

在作物成熟期采集植株根系和玉米穗，用直尺测量植株根系长度和玉米穗长，用排水法测量根系体积，用烘干称重法测量根系干重，用游标卡尺测量穗粗和秃尖长，用百粒板和天平测量百粒重和籽粒产量。同时，采集根际土壤与非根际土壤。土壤样品采集采用抖土法[12]：用锹将作物的完整根部挖出，先轻轻抖落不含根系的大块土壤为非根际土壤，然后用刷子轻轻刷下附着在根毛上的土壤为根际土壤，每个小区按五点取样法采集土壤样品，剔除作物凋落物等杂物，混匀后按四分法留取。土壤性质的测定依据《土壤农化分析（第三版）》[13]：土壤碱解氮采用碱解扩散法；土壤有效硫采用氯化钙浸提-硫酸钡比浊法。

1.4 数据整理与统计

采用Microsoft Excel 2019软件整理数据，利用IBM SPSS Statistics 25.0软件进行方差分析，运用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 泥炭与褐煤组合配施对玉米植株根系生长的影响

表1为不同处理下玉米植株根系性状。由表中可以看出，试验组的玉米植株根系长度、根系体积和根系干重分别平均为33.18 cm、62.76 cm3和31.25 g，均与对照组差异显著。与对照组相比，试验组的根系长度、根系体积和根系干重分别提高了15.25%、43.42%和75.56%。可见，有机物料泥炭与褐煤组合配施有效地促进了玉米植株根系的生长。

表1 不同处理下玉米植株根系性状Tab.1 Root traits of maize plants under different treatments

2.2 泥炭与褐煤组合配施对玉米穗性状与籽粒产量的影响

表2为不同处理下玉米穗性状与籽粒产量。由表中可以看出，试验组的玉米穗粗、穗长、秃尖长和百粒重分别平均为5.22 cm、22.67 cm、0.81 cm和38.99 g，均与对照组差异显著。与对照组相比，试验组的玉米穗粗、穗长和百粒重分别提高了2.55%、6.18%和10.45%，秃尖长降低了44.14%。试验组的玉米籽粒的产量平均为12649.91 kg/hm2，显著高于对照组，相比对照组增加了19.22%。可见，有机物料泥炭与褐煤组合配施明显改善了玉米穗性状，提高了籽粒产量。

表2 不同处理下玉米穗性状与籽粒产量Tab.2 Ear traits and grain yield of maize under different treatments

2.3 泥炭与褐煤组合配施对根际土壤氮硫含量的影响

表3为不同处理下根际与非根际土壤碱解氮和有效硫含量。由表中可以看出，试验组的根际与非根际土壤碱解氮含量分别平均为182.96 mg/kg和118.92 mg/kg，均与对照组差异显著。与对照组相比，试验组的根际与非根际土壤碱解氮含量分别升高了51.22%和24.00%。在对照组和试验组中，根际土壤碱解氮含量均极显著高于非根际土壤。试验组的根际土壤有效硫含量平均为10.02 mg/kg，显著高于对照组，相比对照组升高了22.20%；试验组的非根际土壤有效硫含量平均为8.77 mg/kg，与对照组差异不显著。在对照组中，根际土壤有效硫含量与非根际土壤差异不显著；而在试验组中，根际土壤有效硫含量极显著高于非根际土壤。可见，有机物料泥炭与褐煤组合配施显著提高根际土壤碱解氮和有效硫的含量。

表3 不同处理下根际与非根际土壤碱解氮和有效硫含量Tab.3 Contents of alkali-hydrolyzed nitrogen and available sulfur in rhizosphere and non-rhizosphere soils under different treatments mg/kg

2.4 玉米根系性状、籽粒产量、根际土壤氮硫之间的相关性

表4为玉米根系性状、籽粒产量、根际土壤氮硫之间的关系。由表中可以看出，玉米根系长度与玉米籽粒产量、根际土壤碱解氮和有效硫均呈显著正相关，相关系数分别为0.818、0.857和0.901。玉米根系体积与玉米根系干重、玉米籽粒产量、根际土壤有效硫均呈显著正相关，相关系数分别为0.647、0.864和0.866；与根际土壤碱解氮呈极显著正相关，相关系数为0.938。玉米根系干重与玉米籽粒产量、根际土壤碱解氮和有效硫均呈显著正相关，相关系数分别为0.840、0.857和0.887。玉米籽粒产量与根际土壤碱解氮和有效硫均呈极显著正相关，相关系数分别为0.981和0.920。可见，根际土壤碱解氮和有效硫的含量极显著地影响玉米根系的生长和玉米籽粒的产量。

表4 玉米根系性状、籽粒产量、根际土壤氮硫之间的关系Tab.4 Relationship among maize root traits, grain yield, and nitrogen and sulfur in rhizosphere soil

3 结论与讨论

肥沃的土壤是作物生长发育的物质基础，有机物料因自身独特的性能优势可部分代替无机化肥改善土壤性质、培肥地力[14]。本研究通过田间小区对比试验表明，泥炭与褐煤组合配施的处理玉米根系长度、根系体积、根系干重、穗粗、穗长、籽粒产量、根际土壤碱解氮和有效硫含量均高于不施有机物料的处理，差异均达到显著水平。玉米根系性状各个指标与根际土壤碱解氮和有效硫均呈显著正相关。其中，根系体积与根际土壤碱解氮呈极显著正相关。籽粒产量与根际土壤碱解氮和有效硫均呈极显著正相关。

王春玲等[15]研究指出，泥炭中含有未被彻底分解的植物残体，富含大量植物纤维，褐煤中带有大量的能够起到交换与吸附离子作用的活性羧基和酚羟基官能团[16]，二者均含有部分腐殖质和矿物质，具有疏松多孔、通透性良好的特点。作物地上部的生长发育离不开根系源信号的调控[17]，泥炭与褐煤组合配施为根系发育构建了良好的稳定环境，使得土壤碱解氮和有效硫含量显著增加，尤其是根际土壤，有利于玉米根系的形态构建。泥炭与褐煤本身含有在其腐解过程中再次形成的腐殖质等有机胶体，与土壤黏土矿物构成复合体[18]，进而改善土壤结构，使水稳性团聚体和孔隙度增加，土壤容重降低，保水保肥能力提高，缓冲能力增强，盐碱土壤脱盐加快[19]。泥炭与褐煤组合配施到土壤中，不仅能够疏松土壤、提供养分，而且还可能通过离子交换吸附作用延长土壤养分的供应时间，有利于作物根系对养分的吸收利用，促进作物生长发育。综上所述，泥炭与褐煤组合配施有利于促进玉米根系的生长，达到增产与提高根际土壤肥力的效果。

本研究初步探索了泥炭与褐煤组合配施对玉米产量的影响，而对玉米营养品质指标（如蛋白质含量、淀粉、脂肪、维生素等）还需要进一步研究。