辽西褐土作为辽宁主要地带性土壤之一,其土地和光热资源十分丰富,广泛种植玉米等粮食作物。但其降水变率较大,旱灾频繁;且由于长期旋耕、有机质含量下即缺少有机物料投入引起耕层变薄、犁地层变浅、土壤板结、容重增大等物理性质的恶化,严重制约玉米生长的问题已经受到人们广泛的关注。然而土壤物理性质之间的相互影响,对玉米不同生育期生长发育的影响及合理的耕层结构仍缺乏系统、定量的研究。本文利用根箱模拟研究了褐土容重、紧实度和水分的动态变化,三者相互关系及对玉米生长的影响,并通过深翻、秸秆还田、施用有机肥及覆膜对三种土壤物理性质进行改善,以促进玉米生长发育。该研究结果可为建立褐土合理耕层评价指标体系和选择合理耕层构造技术提供理论依据。研究结论如下:(1)不同耕翻深度其容重随生育期推近及深度增加逐渐增大。0～25 cm 土层容重主要受耕作深度影响,深翻能显著降低旋耕土壤15～25 cm 土层容重。25～45 cm 土层容重由于拔节期根系生长及灌浆期土壤含水量>23%呈降低趋势。(2)在玉米生育期内,不同耕翻深度土壤紧实度主要受土壤含水量影响。耕作对土壤紧实度的影响在0～25 cm 土层大于含水量影响,在25～45 cm 土层小于含水量的影响。深翻能显著降低15～25 cm 土层紧实度,在玉米拔节和抽雄期最为明显,较旋耕紧实度最大值出现深度可降低7.5～12.5 cm。(3)施入有机物料及覆膜均能降低各时期各土层容重和紧实度,其中覆膜处理下的容重及紧实度变化最小最稳定,容重变化幅度平均为0.11g·cm-3,较不覆膜处理变幅至少减小0.04 g·cm-3;紧实度变幅平均为0.064 MPa,较不覆膜处理至少降低0.05 MPa。(4)无作物生长影响时,通过对褐土设定不同含水量、容重对紧实度的影响研究发现:容重和含水量对紧实度均有影响,其关系式为P=0.03070-0.5229ρ6.9739(P为紧实度、θ为含水量、ρ为容重)当含水量低于5%时,紧实度受容重影响大于含水量;当容重高于1.3 g.cm-3时,紧实度受含水量影响大于容重;且当容重高于1.3 g.cm-3或者含水量低于5%时,土壤紧实度≥2MPa,限制作物根系生长。(5)有作物生长影响时,通过对不同耕作及改良措施下土壤紧实度与含水量和容重的关系拟合出指数方程如下:翻耕 15 cm 耕层 0～15 cm P=0.04274θ(-1.049)ρ20.79 R2=0.9201下层15～45 cm P=0.019860(-1.328)ρ21.77 R2=0.6547翻耕25 cm 耕层 0～25 cm P=0.09702θ(-1.523)ρ18.73 R2=0.8652下层25～45 cm P=1.605θ(-2.593)ρ19.54 R2=0.8134其拟合优度均在0.65以上,上述方程均能定量地拟合出褐土地区不同耕作深度及措施下紧实度与土壤含水量和容重的关系。与无作物生长影响的方程对比,水分动态变化过程是导致二者差异的主要因素。(6)深翻其根总长和根总表面积在0～15 cm 土层与旋耕处理无差异,在15～25 cm土层显著高于旋耕处理;玉米株高茎粗及叶绿素含量则均表现为深翻处理更高,说明深翻有利于玉米根系在15～25 cm 土层生长及玉米地上部的生长。三种改良措施均能促进根系及地上部生长,主要表现为覆膜>有机肥配施秸秆>秸秆。(7)紧实度主要影响15～25 cm根系生长。在抽雄期紧实度增大至2 MPa,玉米根总长增加显著缓慢及根总表面积增长加快,根径变粗。当紧实度达到2 MPa时,土壤容重达到1.4 g·cm-3,此时玉米根系生长受到严重限制;且紧实度增加对玉米生长速率影响显著,主要表现为玉米株高茎粗长势减缓,叶绿素含量增加缓慢。(8)深翻其玉米产量显著高于旋耕,说明耕层深厚能促进玉米增产。各改良措施(秸秆、有机肥及覆膜)均对产量有显著贡献,除单施秸秆外其余措施对产量均达到极显著贡献,但交互作用不显著。(9)通过通径分析证实土壤物理性质对产量的影响主要表现为紧实度>含水量>容重/总孔隙度。在玉米生育期除播种期应注意翻耕后水分易流失的问题;其他时期均表现为紧实度对产量有显著影响,因此应重视土壤紧实度的变化,尤其是干旱季节应加重防范作物既受水分胁迫又受紧实胁迫。综上可知,辽西褐土区由于气候少雨,耕作方式单一等问题均导致耕层浅、容重及紧实度增大,通过对耕作及改良措施对容重、紧实度、水分的动态变化及其相互关系研究,找出三者关系的数学模型,探究通过措施对紧实度改良对玉米地上地下部生长发育影响,为建立褐土合理耕层评价指标体系和选择合理耕层构造技术提供理论依据。