GPS土壤紧实度测定仪检测土壤紧实对玉米苗期的影响.doc

1、GPS 土壤紧实度测定仪检测土壤紧实对玉米苗期的影响【摘要】 为揭示玉米对不同土壤紧实胁迫的响应程度与机理，采用浙江托普仪器的 TJSD-750-III 型 GPS 土壤紧实度测定仪以钙素为依据，设置土壤容重分别为 11、12、13、14 和 15 gcm3 等 5 个水平玉米盆栽试验，以探讨土壤紧实度对玉米苗期生长及对钙素吸收的影响。试验结果表明；玉米从播种到生长 15 d 期间，其生长对土壤紧实并不敏感，而 15 d 之后，地上部分生长速度随土壤容重增加而受到抑制；而根系生长也由于土壤的紧实胁迫而受阻，根系干物质质量下降，根系活力减小，影响钙素养分的吸收；玉米苗中全钙含量最高值(167)出

2、现在容重 12 scm3 处理中，土壤紧实的增加会导致根系活性减小，从而使作物根系对钙素的吸收减少、作物抗性下降，导致作物提前衰老。因此，土壤容重影响土壤中养分的有效性，土壤过松或过紧均不利于作物的生长。关键词：玉米 GPS 土壤紧实度测定仪 土壤容重 钙素引言土壤紧实化的危害是多方面的，表现为：土壤容重增大，土壤渗透率减小，水土流失的风险增大；土壤结构变劣，机械阻力增大，影响作物对养分的吸收，影响作物出苗、株高、叶面积以及产量等。土壤紧实与肥力变化对水稻、小麦、棉花作物生长发育的影响已有不少研究“，这些研究多数集中在对大量元素的影响方面，而土壤紧实化对土壤中微量元素的有效性影响研究鲜见报道。

3、钙是植物生长必需营养元素，普遍认为，一般情况下土壤中含钙量能满足植物需要，大田作物缺钙现象并不多见。1“。土壤缺钙问题只可能发生在强淋溶土壤上，生产中可利用深根性植物将淋溶到土壤深层的钙素转运到土壤上层，以满足浅根性植物的需求。石灰性土壤中富含钙元素，作物一般很少出现缺钙问题。然而，因土壤表层逐年使用氮肥，脱钙作用明显，表层土壤钙离子饱和度下降；多年耕作又不可能将覆盖到较深土层的钙复转到上层，伴随着土壤亚表层的紧实化问题日趋严重，作物根系延伸受到抑制，浅根性植物缺钙，作物抗性下降的现象已经频现，给作物生产带来了一定的损失。关中地区多年实行的轮作制度为小麦一玉米年两熟制，受生育期制约，每年在小麦

4、收获后施行玉米硬茬播种，紧实的土壤影响着玉米根系对养分的吸收。因此，本文以陕西填土为研究对象，以玉米为指示作物，模拟不同容重土壤对作物苗期的生长以及对土壤钙吸收的影响，揭示作物苗期对不同容重土壤紧实胁迫的响应机理，旨在揭示人为管理(大型农机旋耕、施肥、收获等)生产活动对土壤质量演变和作物生长过程的影响。11 试验材料供试土壤样品采自陕西省杨凌区头道塬的农田，土壤母质黄土，土壤类型为填土，仪器采用浙江托普仪器的 TJSD-750-III 型 GPS 土壤紧实度测定仪。采集了该土壤 020cm 表层样品，土壤有机质含量 1574 gkg，碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为 8651、1298、141

5、52 mgkg，阳离子交换量、交换性钙含量分别为 2182、1567 cmolkg。GPS 土壤紧实度测定仪简介GPS 土壤紧实度测定仪也被称作土壤坚实度和硬度测量仪，该仪器由托普仪器研制而成，主要型号为 TJSD-750 和 TJSD-750-II 型两种。它内置 GPS 定位深度测量系统，可同时显示土壤紧实度，测量深度及地理位置，与计算机相连后可自动生成每个测量点的土壤紧实度曲线。目前该仪器可用于野外测量土壤的紧实度。紧实的土壤可阻止水份的渗入，降低化肥的利用率，影响植物根系生长，导致作物的减产。因此得知土壤的紧实度显得尤为重要，此仪器可以更好的指导农业生产和公路建设。功能特点1. 大屏幕

6、中文液晶显示，薄膜式键盘。2.可同时按次自动记录最大值和最终测定点的数值并存储到主机内。3.可同时显示 kg 和 kpa 两个单位。4.全不锈钢测量杆，并在杆上有不同深度的刻度标识。5.便携式，无需外部供电，4 节 5 号电池即可，特别适用于野外测量。6.TJSD-750-II 型可以实时显示测量点的位置信息（经纬度） 。技术参数1、测量深度：0-450mm。2、测量范围：0-100kg；0-7000kpa(0-1000psi)。3、测量精度：以公斤为单位：0.05kg。4、压强为单位：5k。5、储数量：1000 个 6、温度：-10-60。7、供电：4 节 5 号电池。12 试验方法本研究于

7、 2010 年 6 月在陕西省杨凌区二道塬进行，在可控温玻璃温室中采用恒温(25)室内盆栽模拟试验，具体方法如下：在高度 9 em、内径 14 cm 的圆形盆中分别填装过 5 mm 筛孔的土样 152、 166、180、194、208 kg，使盆中土壤容重分别达到 11、12、13、14、15 gem3，每千克土混施尿素 05g、过磷酸钙(含 P：0，质量分数 16)067 g；每盆浇灌200 mL 水后，播入陕单 958 玉米种籽 1 粒，玉米生长过程中未追肥，各处理均重复 10 次；每 35d 依据作物长势浇灌水 200 mL盆左右；从玉米播种到出苗后第 15 天起，每 5 d 测定一次玉

8、米苗株高，30 d 后将盆中玉米苗取出，测定玉米苗生长状况，并测定茎叶中钙素含量。玉米茎叶钙素含量用 EDTA 滴定法测定。结果与分析所得各试验处理的数据求均值后采用 EXCEL 软件处理分析。2 结果与分析21 土壤紧实胁迫对玉米苗期生长的影响211 玉米苗地上部分在不同土壤容重下，玉米苗期株高的变异是对土壤紧实胁迫最宏观的反应与表现，如图 1 所示，图中 R11R15 分别表示土壤容重11、12、13、14、15 gcm 。株高是指从土表到心叶的高度，播种后 015 d 内，不同容重处理间玉米苗株高差异不明显，玉米苗地上部分对土壤紧实胁迫并不敏感。故从播种后第15 天起，测定玉米苗株高变化

9、情况。由图 1 可知，在第 15 天以后，各处理问玉米苗株高差异较为明显，不同土壤容重下株高从大到小依次为R12、R11、R13、R14、R15，且容重为 15 gcm3 处理的玉米株高极显著小于 11、12、13 与 14 gcm3，其玉米生长 30 d 的株高分别是其他容重处理的 3534。同时也表明，玉米苗期生长最适土壤容重为12 gcm3 。其中，玉米苗期株高出现 R12 大于 R11 的反常现象，主要原因在于土壤容重过小，种子与土壤接触面减小，不利于其对水肥的吸收利用；而随着土壤紧实增加，玉米苗地上部分的生长受抑制，这种抑制作用在紧实较大(R15)时表现十分明显。由上述试验可知，土壤

10、容重过小或过大均不利于玉米苗期地上部分的生长。212 玉米苗根系生长土壤紧实化趋势加大，将严重影响水分人渗及土壤水库接纳降水，很大程度上限制了作物根系的延伸，降低了作物的抗旱性。表 1 清楚地显示，伴随着土壤紧实化，容重加大，玉米苗根系在生长发育的过程中受到十分明显的抑制，根系质量减少显著，根冠比(地下部干重与地上部干重的比值)下降，随着土壤容重由 12 gcm3 增加到 15 gcm3，根冠比由最高 044 下降到 029，降幅为 3409，而容重从 11 gcm3 增加到 12 gcnl3，作物根冠比相对增加，可见玉米根系生长的最适容重应当在 12 gcm3 左右。同样地，玉米苗地上部分鲜

11、重与干重均与根系质量变异趋势相同，在土壤容重由 12 gcm3 增大到 15 gcm3 时也呈逐渐下降趋势，其中地上部分鲜重下降趋势明显，降幅达 6541；此外，玉米苗的叶片数在该容重范围内减少，且容重越大黄叶数越多，植株显示出提前衰老的症状。以上结果表明：土壤过于疏松，根系表面与土壤接触较少，养分水分吸收不易，而土壤紧实、通透性降低，作物根系呼吸受影响，从而使得玉米苗地上部分和地下部分的生长都受到了抑制，因此，土壤过于疏松和紧实均严重影响着玉米对土壤中元素的吸收，直接影响作物的产量与品质。22 土壤紧实胁迫对玉米苗期钙吸收的影响土壤紧实，导致了土壤透气性能降低，随着作物根系呼吸增强，土壤中C

12、O：浓度势必增加，碳酸根离子与土壤中碳酸钙反应生成易溶解、易移动的重碳酸钙，加速了土壤脱钙过程，导致土壤中钙供给水平下降，抑制了植物对土壤中钙素的吸收，导致作物苗期发育不健康。图 2 为不同容重处理下玉米苗茎叶中钙含量变异情况，图中不同大写字母表示 1水平极显著差异，不同小写字母表示 5水平显著差异。通过显著水平检验分析，土壤容重 12、13 gcm3 极显著高于 11 gcm3，土壤容重14、15 gcm3 显著高于 11 gcm3。由图 2 可知，不同紧实度土壤中玉米苗对钙素的吸收以 R12 处理为最高，其茎叶中钙含量为 167，与R11、R13、R14、R15 各处理相比，玉米植株中钙含

13、量增幅分别为2932、1677、2296、2420，与株高变异趋势是相一致的。R11 为土壤容重最小的处理，所测定的植物钙含量也是最低的，茎叶钙含量仅为 118，出现该情况原因仍然是土壤容重过小，根系与土壤接触面较小，影响了玉米苗对土壤中钙素的吸收与利用，这与土壤紧实胁迫时玉米苗期地上部分株高与根系质量的影响类似。将试验结果进行统计分析得到各处理重复之间变异情况(表 2)。根据变异系数划分等级(C，100为强变异性)，由表 2 可知，玉米苗茎叶中全钙的含量在各不同容重处理中均为弱变异性，即不同处理下各重复之间变异较小。其中，R11 处理下变异相对其他处理较高，变异系数为 324，这与 R11

14、处理为容重最小的处理有关，因此试验中采取滴灌补水措施以减小灌溉过程中土壤下陷对该处理土壤容重的影响。R12 处理变异相对其他处理较小，变异系数为 103，由此可知 R12 处理适合多数玉米苗样品生长发育。通过对不同容重处理下玉米苗茎叶全钙含量进行正态分布检验(图 3)，其结果均服从正态分布，由此可知，数据满足统计学分析的要求。3、讨论有研究认为，玉米株高与土壤容重呈极显著负相关关系1，也有研究认为，较高的土壤容重会导致玉米和葵花叶片扩展速度减小并缩小其最终叶面积“” 。通过本试验可知，玉米从播种到生长 15 d 期间，株高对土壤紧实并不敏感，而 15 d 之后，生长速度因土壤容重不同而受到抑制

15、。玉米苗期根冠比最大值与株高最大值均出现在 R12 处理，这与有关研究有部分差异，这可能与植物的种类有关。据 Passioura 研究。2 叫表明，土壤的机械阻力会引起根部的激素水平发生变化，影响作物根系的生长速度。伴随土壤紧实增加，机械阻力增加，根系分身细胞的分裂速度受到抑制，使得根系质量减小。在本试验中，玉米苗期根系生长由于土壤的紧实胁迫而受阻，根系干物质重下降，根系活力减小。Passioura 研究嵋叫还指出，由于土壤容重增大，根系与土壤接触更加紧密，水分与养分也因此进入根区，使其养分吸收能力有所提高。本试验结果表明，随着土壤紧实化程度增大，玉米苗期根系发育受抑制，但是，玉米苗中全钙含量

16、最高值却并非出现在 R11 处理，而是出现在紧实程度适中的 R12 处理，过紧实(R15)与过疏松(R11)的土壤对作物根系钙素吸收都不利。Ashraf Tubeileh 等。2 引用“C 标记一脉冲技术研究了玉米生长期土壤紧实胁迫对其碳素的同化与光合产物分配的影响，研究结果表明土壤紧实会降低玉米株高、地上与地下部分的干重，主要原因是土壤紧实使碳素同化速度下降，尤其是在玉米苗期。这与本试验的研究结果相吻合。而随着土壤容重的增加，土壤紧实化加大，根系生长受阻，作物根系对钙素的吸收减少，使得作物抗性下降，呈提前衰老迹象。4 结论(1)玉米从播种到生长 15 d 期间，不同容重处理间玉米苗株高差异不

17、明显，说明玉米苗生长对土壤紧实并不敏感；15 d 之后，地上部分生长速度随土壤容重增加而受到抑制，随土壤容重变化株高从大到小依次为R12、R11、R13、R14、R15，其中 R11 由于土壤容重过小，种子与土壤接触面减小，不利于其对水肥的吸收利用，因此其株高反而小于 R12；而玉米根系生长也由于土壤的紧实胁迫而受阻，根系干物质质量下降，根系活力减小，影响钙素养分的吸收。(2)玉米苗中全钙含量最低为 118，最高为 167，其值分别出现在土壤容重 11、12 gcm3 处理中，土壤容重较小，根系与土壤表面接触少，作物对养分的吸收不易，而随着土壤紧实的增加，根系活性减小，同样使作物根系对钙素的吸收减少、作物抗性下降，导致作物提前衰老。因此，土壤容重影响土壤中养分的有效性，土壤过松或过紧均不利于作物的生长。