玉米作为重要的粮食作物之一，其根系起着支撑、吸收水分和养分等作用，根系的发育情况直接影响到地上部分的生长状况，并影响玉米的生长发育和产量；良好的根系能保证植物从土壤中吸收更多的水分和营养物质，从而实现高产目标[1-2]。滴灌施肥是一种将灌溉与施肥相结合的现代农业技术，能够为作物生长发育提供所需的水分和养分，有效改善土壤的理化性质，促进根系的生长和发育。其作用表现在提高作物对土壤中水分和养分的利用效率，有效增加玉米根系的总数量和重量，同时一定程度上提高玉米根系的抗逆性[3-4]。贾浩南等[5]在研究滴灌施肥对玉米根系形态特征及水肥利用效率的影响中发现，滴灌施肥提高了其总根长、根表面积、根体积和平均直径。张明达等[6]研究发现，高密植滴灌条件下的玉米产量明显高于低密植常规施肥模式。目前在滴灌栽培方面积累了一定的经验，而在玉米滴灌条件下种植密度对其根系的影响研究相对较少。本试验探究了在滴灌和常规施肥条件下，种植密度对玉米根系生长的影响，为掌握玉米根系发育规律，促进根系健壮生长，提高其产量和品质提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验区基本情况
试验点设在安徽阜阳颍州区三塔集镇（海拔16.0～22.5 m），位于安徽北部，属暖温带半湿润季风气候，四季分明，地势平坦，光照充足。年平均气温15.7 ℃，年均无霜期222 d，年均降水量890 mm，降水时期主要分布在玉米生长季。0～20 cm土层土壤基本理化性质：pH 7.3，容重1.2 g/cm3，有机质17.5 g/kg，全氮1.08 g/kg，速效磷30.6 mg/kg，速效钾62.7 mg/kg。
1.2 供试品种
供试玉米品种为耐密品种黄金粮MY73（MY73）、紧凑型品种安科985（AK985）和半紧凑型郑单958（ZD958）。
1.3 试验设计
采用完全随机区组试验设计，每个处理重复3次，小区面积30 m2（5 m × 6 m）。设置2种施肥方式，分别为滴灌施肥（SF）和常规施肥（CF）；密度水平5个，分别为6.75万、8.25万、9.00万、9.75万和10.50万株/hm2，依次标记为P0、P1、P2、P3和P4，其中以6.75万株/hm2作为对照。其他管理与当地一般生产田保持一致。各品种均在6月13日播种，ZD958于9月20日收获，AK985和MY73均于9月23日收获。各时期肥料施用方案如表1所示。
表1 供试玉米品种不同生育时期肥料施用方案 (kg/hm2) |
| 施肥时间 | 肥料配方 | 施用方法 | 养分供应量 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SF | CF | |||||||
| N | P | K | N | P | K | |||
| 底肥 | 磷酸二铵 | 土壤条施 | 40.5 | 103.5 | 40.5 | 103.5 | 225 | |
| 出苗—拔节 | 硫酸铵氯化钾 | 土壤条施 | 264.0 | 49.5 | ||||
| 分3次滴灌 | 63.0 | 45 | ||||||
| 拔节—抽雄 | 硫酸铵氯化钾 | 分5次滴灌 | 184.5 | 49.5 | 162 | |||
| 授粉—乳熟 | 硫酸铵氯化钾 | 1次滴灌 | 16.5 | 18 | ||||
| 全生育期总量 | 304.5 | 153.0 | 225 | 304.5 | 153.0 | 225 | ||
1.4 测定项目及方法
在玉米吐丝期，采用Monolith 3D空间取样法，选取一种植行上长势相对一致的连续3株为中心，以体积10 cm × 10 cm × 株距（按密度计算）大小的土体为取样单位，将取出的各土样分别手工挑选出根系，将根系清洗干净后放入自封袋内，统计气生根和总根数量；将植株的根系样品在105 ℃下杀青，再经80 ℃烘干至恒重后称重，获得根系样品的干重。分别计算单株气生根数量（根）、单株地下根数（根）以及单株根系干重（g）。
1.5 数据统计分析
采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行统计和整理；采用DPS 7.05软件进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 对根干重的影响
表2 各处理对玉米根系生长的影响 |
| 品种 | 施肥方式 | 密度 | 单株气生根 数量/根 | 单株地下 根数量/根 | 单株根系干重/g |
|---|---|---|---|---|---|
| AK985 | CF | P0 | 27.90±0.30 ef | 74.20±0.95 e | 77.80±1.60 c |
| P1 | 26.63±0.55 fg | 68.73±0.93 g | 65.07±0.64 e | ||
| P2 | 25.40±0.50 g | 56.60±1.04 h | 56.60±2.52 f | ||
| P3 | 22.33±1.05 h | 53.80±0.35 i | 39.70±0.90 g | ||
| P4 | 21.27±0.58 h | 45.77±0.95 j | 31.20±0.46 h | ||
| SF | P0 | 35.87±0.50 a | 102.23±1.20 a | 98.77±0.50 a | |
| P1 | 33.73±1.80 b | 94.73±0.70 b | 89.10±0.46 b | ||
| P2 | 31.63±0.95 c | 89.27±1.12 c | 77.63±0.65 c | ||
| P3 | 30.63±0.67 cd | 79.70±1.08 d | 73.63±0.85 d | ||
| P4 | 29.67±0.70 de | 70.53±0.76 f | 64.77±0.94 e | ||
| MY73 | CF | P0 | 29.37±0.95 d | 69.17±0.67 f | 73.17±1.26 d |
| P1 | 28.80±0.72 d | 65.70±0.61 g | 61.20±1.15 f | ||
| P2 | 27.43±0.76 e | 57.03±0.68 h | 51.63±0.78 g | ||
| P3 | 24.50±0.85 f | 53.30±0.85 i | 46.00±0.70 h | ||
| P4 | 21.17±1.01 g | 49.90±0.36 j | 32.03±1.00 i | ||
| SF | P0 | 37.67±0.95 a | 97.43±1.36 a | 95.47±1.20 a | |
| P1 | 35.30±0.60 b | 91.77±1.54 b | 86.53±1.57 b | ||
| P2 | 33.07±0.68 c | 85.70±0.89 c | 75.90±1.23 c | ||
| P3 | 31.97±0.57 c | 79.30±0.89 d | 72.13±0.15 d | ||
| P4 | 29.47±0.69 d | 75.37±1.40 e | 67.43±1.31 e | ||
| ZD958 | CF | P0 | 31.37±0.86 ef | 71.20±0.96 f | 74.30±0.10 d |
| P1 | 28.03±1.00 fg | 63.77±0.31 g | 60.83±0.87 f | ||
| P2 | 27.10±0.61 g | 56.70±0.61 h | 53.20±1.10 g | ||
| P3 | 25.53±0.55 h | 52.77±0.35 i | 41.73±0.86 h | ||
| P4 | 24.60±0.55 h | 50.63±0.78 j | 32.97±0.85 i | ||
| SF | P0 | 32.40±1.00 b | 98.47±1.17 a | 96.90±0.78 a | |
| P1 | 31.10±1.00 c | 91.27±0.75 b | 88.03±0.45 b | ||
| P2 | 29.20±0.75 cd | 86.23±0.97 c | 81.30±1.25 c | ||
| P3 | 27.70±0.44 de | 79.30±1.08 d | 75.13±1.47 d | ||
| P4 | 27.58±0.62 de | 72.63±0.71 e | 68.63±0.71 e | ||
|
在不同密度处理间，玉米单株根系干重均以对照（P0）处理最大，随着种植密度增加，根系干重逐渐减小。品种AK985在CF处理时，P1、P2、P3和P4处理的根系干重较P0处理明显降低了16.4%、27.2%、49.0%和59.9%（P<0.05）；在SF处理时，P1、P2、P3和P4处理的根系干重较P0处理明显降低了9.8%、21.4%、25.5%和34.4%（P<0.05）。MY73在CF处理时，P1、P2、P3和P4处理的根系干重较P0处理明显降低了16.4%、29.4%、37.1%和56.2%（P<0.05）；在SF处理时，P1、P2、P3和P4处理的根系干重较P0处理明显降低了9.4%、20.5%、24.4%和29.4%（P<0.05）。ZD958在CF处理时，P1、P2、P3和P4处理的根系干重较P0处理明显降低了18.1%、28.4%、43.8%和55.6%（P<0.05）；在SF处理时，P1、P2、P3和P4处理的根系干重较P0处理明显降低了9.2%、16.1%、22.5%和29.2%（P<0.05）。
2.2 对气生根数量的影响
由表2可知，滴灌施肥（SF）处理的玉米气生根数量优于常规施肥（CF）处理。与CF处理相比，在SF处理下，品种AK985、MY73和ZD958的单株气生根数量平均增加30.8%、27.6%和8.3%。
各品种单株气生根数量在对照（P0）处理时最多。在6.75万株/hm2（P0）密度条件下，品种AK985的气生根数量在CF处理时为27.90根，在SF处理时为35.87根；品种MY73的气生根数量在CF处理时为29.37根，在SF处理时为37.67根；品种ZD958的气生根数量在CF处理时为31.37根，在SF处理时为32.40根。
随着密度逐渐增加，玉米单株气生根数量逐渐减少。品种AK985在CF处理时，P1、P2、P3和P4处理的气生根数量较P0处理降低了4.6%、9.0%、20.0%和23.8%；在SF处理时，P1、P2、P3和P4处理的气生根数量较P0处理降低了6.0%、11.8%、14.6%和17.3%。品种MY73在CF处理时，P1、P2、P3和P4处理的气生根数量较P0处理降低了1.9%、6.6%、16.6%和27.9%；在SF处理时，P1、P2、P3和P4处理的气生根数量较P0处理降低了6.3%、12.2%、15.1%和21.8%。品种ZD958在CF处理时，P1、P2、P3和P4处理的气生根数量较P0处理降低了10.6%、13.6%、18.6%和21.6%；在SF处理时，P1、P2、P3和P4处理的气生根数量较P0处理降低了4.0%、9.9%、14.5%和14.9%。
2.3 对地下根数量的影响
由表2可知，各玉米品种滴灌施肥处理的单株地下根数量较常规施肥处理明显增加（P<0.05）。与CF处理相比，在SF处理下，品种AK985、MY73和ZD958的单株地下根数量平均增加了45.9%、45.6%和45.0%。
各玉米品种单株地下根数量均在P0处理时最大，品种AK985的地下根数量在CF处理时为74.20根，在SF处理时为102.23根；品种MY73的地下根数量在CF处理时为69.17根，在SF处理时为97.43根；品种ZD958的地下根数量在CF处理时为71.20根，在SF处理时为98.47根。
随着密度逐渐增加，各品种单株地下根数量均呈逐渐减小趋势。品种AK985在CF处理时，P1、P2、P3和P4处理的地下根数较P0处理降低了7.4%、23.7%、27.5%和38.3%；在SF处理时，P1、P2、P3和P4处理的地下根数较P0处理降低了7.3%、12.7%、22.0%和31.0%。品种MY73在CF处理时，P1、P2、P3和P4处理的地下根数较P0处理降低了5.0%、17.5%、22.9%和27.9%；在SF处理时，P1、P2、P3和P4处理的地下根数较P0处理降低了5.8%、12.0%、18.6%和22.6%。品种ZD958在CF处理时，P1、P2、P3和P4处理的地下根数较P0处理降低了10.4%、20.4%、25.9%和28.9%；在SF处理时，P1、P2、P3和P4处理的地下根数较P0处理降低了7.3%、12.4%、19.5%和26.2%。
3 结论与讨论
根系是植物活跃的吸收器官和合成器官，其生长状况、代谢水平、根系活力和生理特性等对作物的健康生长十分重要，直接影响着植株地上部分的生长发育和营养状况[7]。王振西[8]、李国芳等[9]研究表明，随着种植密度的增加，玉米根系的各项性状指标，如根长、根表面积和根体积等均有所下降。本试验结果的趋势与此结果基本一致，随着种植密度增加，玉米根干重、气生根和地下根数量均呈降低趋势。产生这一现象的原因可能是增密种植条件下，植株冠层遮阴加剧，光合作用及光合产物向根系分配下降，一定程度上限制了玉米根系生长，导致其根系生长及构型发生变化[10-11]。不同品种的玉米根系受密植滴灌影响存在较大区别，本试验结果发现，在试验地当年气候及种植管理条件下，品种MY73的根系性状优于AK985和ZD958。较常规施肥，滴灌施肥不仅有效地节约了水资源和肥料，而且有利于调节作物对水分和养分的吸收，对玉米生长发育具有促进作用[12]。本试验发现，与CF处理相比，SF处理有助于玉米气生根数和地下根数以及根系干重的增加，这些性状的改变有利于促进玉米的生长发育和提高其产量。
综上，本试验研究了在滴灌和常规施肥条件下，种植密度对玉米根系生长的影响。随着玉米种植密度的增加，玉米根系干重、气生根和地下根数均呈降低趋势；滴灌施肥技术能够促进玉米根系生长；品种黄金粮MY73的根系性状较好。研究结果为采取措施促进根系生长发育，从而提高玉米产量提供参考。