东北黑土区土地凭证、土壤肥沃,是我国重要的商品粮生产基地。但由于近年来不合理的耕作和秸秆利用方式,导致耕层土壤紧实,犁底层加厚,阻碍玉米根系的生长。为解决东北黑土地深厚耕作层构建和秸秆有效还田的技术难题,通过研究不同耕作与秸秆还田方式对黑土物理性质和玉米根系生长的影响,明确其对不同耕层物理性质和玉米根系生长改善的效果,为东北黑土区深厚熟化耕层构建提供科学依据。利用2015-2018年吉林省公主岭市薄层黑土和黑龙江省克山县深层黑土的定位试验,于2018年采用微根管法探究了不同耕作和秸秆还田方式的根系生长特征,同时测定了影响根系生长的重要土壤物理指标,研究主要结果如下:1.秸秆不还田方式下,相比旋耕处理,深松和深翻耕作处理土壤容重和土壤紧实度显著降低7.8%和6.4%,同时在各生育期土壤温度平均增加0.55%-4.23%;深松、深翻和免耕处理有利于提高田间持水量和拔节期0-30 cm土层土壤含水量,且深松和深翻处理有利于提高土壤饱和导水率和整个生育期30-100 cm土层含水量。2.相比秸秆不还田方式下的单一耕作,耕作+秸秆还田模式各土层土壤容重和土壤紧实度显著降低3.4%-46.3%,增加了田间持水量和土壤饱和导水率以及0-30 cm土层土壤含水量,其中深松秸秆还田和深翻秸秆还田处理的土壤容重、土壤紧实度以及水分状况的改善效果优于免耕秸秆还田和旋耕秸秆还田。相比耕作+秸秆还田模式,耕作+秸秆还田配施有机肥模式各土层土壤容重和土壤紧实度进一步降低2.2%-18.8%,田间持水量和土壤饱和导水率提高3.7%-22.9%,其中由于深松和深翻+秸秆还田配施有机肥处理能够将秸秆和有机肥充分与耕层土壤混合,所以15-45cm土层深松和深翻+秸秆还田配施有机肥处理土壤紧实状况和水分状况的改善效果最好,在土壤水土保持方面起到重要作用。3.秸秆不还田方式下,相比旋耕处理,深松、深翻和免耕处理玉米抽雄期根长密度、根表面积密度、根尖数和根体积均有所增加,且15-45 cm土层深松和深翻增加幅度最大（7.1%-63.6%）,表明深松和深翻有利于根系的下扎。相比秸秆不还田方式下的单一耕作,耕作+秸秆还田模式各土层根长密度、根表面积密度、根尖数以及根体积分别显著增加22.5%、25.4%、30.0%、23.8%,且深松秸秆还田和深翻秸秆还田处理对根系各指标的改善效果最好,各处理0-15 cm土层根平均直径变化不明显,15-45 cm土层有所降低。相比耕作+秸秆还田模式,耕作+秸秆还田配施有机肥模式进一步促进玉米根系的生长,且从不同土层来看,0-15 cm土层免耕秸秆还田配施有机肥处理的改善效果最好,15-45 cm土层深松和深翻+秸秆还田配施有机肥处理的改善效果最好。通过相关性分析表明,土壤容重和土壤紧实度分别与根长密度、根表面积密度,根体积和根尖数呈显著或极显著负相关。当土壤紧实度值超过2000KPa,或土壤容重超过1.4 g·cm^-3时,对玉米根长密度有显著的抑制效果。4.不同耕作及秸秆还田方式下,玉米各生育期的根系生长动态变化情况有所不同。随着生育时期的推进,拔节期到大喇叭口期各土层根长密度和根尖数逐渐增加,到抽雄期达到最大值。从不同耕作方式来看,大喇叭口期到灌浆期深松和深翻处理相比免耕和旋耕明显增加了15-45 cm土层中的根长密度、根尖数以及根净生长速率。相比单一耕作,耕作+秸秆还田模式显著提升了大喇叭口期到灌浆期的根长密度和根尖数,深松秸秆还田、深翻秸秆还田和免耕秸秆还田处理对根长密度和根尖数的提升效果均好于旋耕秸秆还田。相比耕作+秸秆还田模式,耕作+秸秆还田配施有机肥模式后对养分需求较大的抽雄灌浆期的根长密度、根尖数和根净生长速率影响显著,促进根系产生大量径级较小的细根生长,各玉米生育时期深松和深翻+秸秆还田配施有机肥处理的根长密度、根尖数和根净生长速率的提升效果最好,有利于促进根系生长,提高根系生长活力。综合来看,在本实验条件下,深松和深翻+秸秆还田模式或深松和深翻+秸秆还田配施有机肥模式均在短期内有效改善了东北黑土土壤紧实状况和生育期土壤水库状况,缓解了犁底层增厚变硬的问题,较大程度上促进玉米根系的生长,使玉米根系获得了良好的空间分布形态。