李金鳳

摘要：針對東北地區(qū)長期淺耕導(dǎo)致的一些土壤問題，通過分析玉米葉片光合特性，以春季滅茬旋耕起壟的耕作方式為對照，探討隔行深松與行行深松兩種深松方式對光合作用的影響及調(diào)節(jié)方式。結(jié)果表明：隔行深松處理能夠顯著提高玉米葉片光合能力。

關(guān)鍵詞：玉米；光合作用；深松；旋耕；影響

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）04-0032-03

常年淺耕操作導(dǎo)致土壤耕層變淺、犁底層加厚等諸多不良后果出現(xiàn)，產(chǎn)生土壤肥水流失、玉米產(chǎn)量降低等問題。光合作用是作物生長發(fā)育中的關(guān)鍵生理過程，是衡量作物生產(chǎn)能力的重要指標，與作物產(chǎn)量密切相關(guān)。本研究通過分析玉米葉片光合特性，以春季滅茬旋耕起壟的耕作方式為對照，探討隔行深松與行行深松兩種深松方式對光合作用的影響及調(diào)節(jié)方式。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年在沈陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗地進行。試驗區(qū)屬于受季風影響的半濕潤大陸性氣候，2015年5—9月平均氣溫21.3 ℃，平均降水量85.3 mm，平均日照時數(shù)231.8 h。試驗區(qū)土壤為棕壤土，多年種植玉米。通常采用春季滅茬旋耕起壟方式，耕層較淺。0～20 cm耕層含速效氮172.1 mg/kg、速效鉀126.1 mg/kg、速效磷72.5 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

供試玉米品種為鄭單958。試驗設(shè)3個處理，分別為：春季滅茬旋耕起壟（CK），采用旋耕機滅茬旋耕起壟作業(yè)方式，深度17～25 cm；隔行深松（T1），采用深松犁加起壟的壟下隔行深松作業(yè)方式，深度35 cm；行行深松（T2），采用深松犁加起壟的壟下行行深松作業(yè)，深度35 cm。每個處理3次重復(fù)，共9個小區(qū)。田間上茬作物為玉米，小區(qū)設(shè)置為10行區(qū)，長度10 m，行距60 cm，密度均為67 500株/hm2。5月3日播種，9月25日收獲。肥料采用洋豐復(fù)合肥，氮磷鉀比例為28∶11∶11，用量為750 kg/hm2，旋耕時一次性撒入。除草、控制病蟲害等管理同常規(guī)玉米田管理。

1.3 調(diào)查項目與測定方法

1.3.1 光合特性測定 葉片光合特性采用6 400型光合儀（美國LI-COR公司）測定。調(diào)整葉室溫度25 ℃、空氣相對濕度60%、葉室CO2流速400 μmol/s。測定時期為灌漿期，測定時間為上午9∶00—15∶00（光強超過2 000 Lux時）。每個小區(qū)選定5株代表植株，測定穗位葉中部數(shù)據(jù)。測定指標包括：凈光合速率（Pn），μmol CO2/m2·s；胞間CO2濃度（Ci），μmol CO2/mol；氣孔導(dǎo)度（Cond），mol H2O/m2·s；蒸騰速率（Trmmol），mmol H2O/m2·s。

1.3.2 光響應(yīng)曲線繪制 利用光響應(yīng)曲線可以計算一些光合特性參數(shù)：最大光合速率（Pmax）、表觀量子效率（α）、暗呼吸速率（Rd）、光補償點（LCP）、光飽和點（LSP），以及葉片水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）。安裝紅藍光源，光強輻射（PPED）范圍為0～2 000 μmol/m2·s。以光強輻射（PPED）為橫坐標，光合速率（Pn）為縱坐標，用Michaelis-Menten模型進行擬合，得到光響應(yīng)曲線公式。

Pn=■ （1）

式中：PPFD為入射到葉片上的光量子通量密度；α為弱光下光響應(yīng)曲線的斜率，表示弱光下光量子利用效率（即表觀量子效率）；Pmax為最大凈光合速率；Rd為表觀暗呼吸速率。

光補償點（LCP）可通過下式計算：

LCP=■ （2）

不同作物的光飽和點（LSP）不同。根據(jù)玉米作物特點，假定用達到最大凈光合速率（Pmax）75%的光合有效輻射（PAR）來估計光飽和點（LSP）：

LSP=■ （3）

2 結(jié)果與分析

利用Michaelis-Menten模型描述光合速率與光強的關(guān)系，列出直角雙曲線方程，即光響應(yīng)曲線方程。通過擬合出的特征曲線（如圖1所示），計算出各處理下玉米光合特性參數(shù)（見表1）。圖1顯示各處理間光響應(yīng)過程不同；通過表1中的R2值可判斷獲得的光響應(yīng)曲線擬合良好。

1） 圖1中橫坐標為光照強度，縱坐標為光合速率，曲線表示隨著光強增大，光合速率呈上升趨勢。在0～400 μmol/m2·s的光強范圍內(nèi)，光合速率隨著光強的增加而快速升高；光強超過400 μmol/m2·s后，光合速率增加的速度降低，逐漸趨于平緩，最后達到光飽和點。

2） 在0～200 μmol/m2·s光強范圍內(nèi)，各處理間的光合速率（Pn）無顯著差異；光強超過200 μmol/m2·s后，各處理間光合速率（Pn）出現(xiàn)差異。隔行處理（T1）的曲線始終在上面，說明該處理能夠顯著提高光合能力；行行深松（T2）與對照（CK）在1 200 μmol/m2·s光強下曲線重合，此前CK>T2，此后T2>CK。

3） 光能利用效率（LUE）對光強的響應(yīng)呈單峰曲線，即隨著光強增大，LUE呈先升高后降低的變化趨勢，且升高很快，之后逐漸下降。3個處理的最高點均出現(xiàn)在200 μmol/m2·s左右；光強小于200 μmol/m2·s時，3個處理差異不明顯；光強超過200 μmol/m2·s后，隔行深松（T1）最高、對照（CK）其次、行行深松（T2）最低。

4） 最大凈光合速率（Pmax）是衡量作物光合能力的重要指標。由表1可知，深松處理能夠提高Pmax，但不同深松方式下Pmax升高幅度有所不同，隔行深松（T1）與行行深松（T2）分別比對照（CK）高9.92%和2.11%，其中隔行深松（T1）對Pmax影響最大。這說明深松處理能夠調(diào)節(jié)作物光合作用潛力，使之得到更好發(fā)揮。

5） 兩種深松處理的光飽和點（LSP）均大于對照，隔行深松（T1）與行行深松（T2）分別比對照（CK）高16.24%和8.57%。這可能是由于深松耕作使土壤環(huán)境得到改善，促進了玉米根系的生長及對水肥的調(diào)節(jié)作用，降低了光抑制與光呼吸，提高了作物對強光的利用能力，維持了較高的光合效率，提高了玉米葉片的光合能力。

6） 表觀量子利用效率（α）與葉片利用光能性狀有關(guān)，并能反映葉片對弱光的響應(yīng)。α值越大，光響應(yīng)曲線在弱光強范圍內(nèi)的光合速率升高就越快，光響應(yīng)曲線的斜率就越大（如圖1所示），這說明葉片高效利用了光量子和CO2。在室內(nèi)適宜的條件下，葉片對光量子的需要量在0.080～0.125之間，而在自然條件下α值遠小于此。一般情況下，對于長勢良好的作物，光量子在0.040～0.070范圍內(nèi)。本試驗得到的α值約為0.060，恰好在此范圍內(nèi)。從數(shù)據(jù)來看，深松處理與對照間α值差異較小，隔行深松（T1）比對照增加1.22%，行行深松（T2）卻比對照降低3.67%。這說明隔行深松（T1）能夠提高作物對CO2和光量子的利用效率，而行行深松（T2）則阻礙了該作用，究其原因，可能是行行深松條件下作物互相遮蔭情況嚴重所導(dǎo)致。

7） 光補償點（LCP）為表觀光合速率等于0時的光強值，該指標也能體現(xiàn)出玉米葉片對弱光的利用率。由表1可知，3種耕作方式下光補償點數(shù)值差異較小，從平均值來看T1>T2>CK，隔行深松（T1）和行行深松（T2）分別比對照（CK）高11.27%和10.48%。這說明深松處理導(dǎo)致呼吸作用加強，需要較高的光強才能實現(xiàn)碳源積累。因此，深松處理有時也會起到負面影響，需配合氮肥施用、合理密植等其他技術(shù)措施，才能實現(xiàn)栽培模式的最佳化和效益最大化。

8） 表觀暗呼吸速率（Rd）表示葉片消耗能量代謝狀態(tài)。由圖1可以看出，3種耕作方式下表觀暗呼吸速率與表觀量子利用效率表現(xiàn)類似，即隔行深松（T1）數(shù)值比對照（CK）高，而行行深松（T2）比對照（CK）低。這說明隔行深松（T1）的化物合成能力和消耗能力均有所增強，代謝水平較為旺盛；而行行深松（T2）的合成與消耗能力均有所降低，代謝水平相對較弱，但差異不明顯。

3 結(jié)論與討論

采用的耕作方式直接作用于土壤，這首先會影響根際環(huán)境，而調(diào)節(jié)根系生長可以進一步影響地上部分生長發(fā)育。光合作用作為作物生長發(fā)育過程中的關(guān)鍵代謝過程，是衡量作物生產(chǎn)能力的重要指標，與作物產(chǎn)量密切相關(guān)。通過試驗數(shù)據(jù)分析，表明隔行深松處理能夠顯著提高玉米葉片光合能力。

參考文獻

[1] 李雪霏，劉明，張衛(wèi)建，等.不同深松方式與氮肥運籌對玉米生長發(fā)育及光合特性的影響[J].玉米科學(xué)，2013，21（1）：120-124.

[2] 韓明月，劉選偉，王景立.機械化深松技術(shù)的應(yīng)用及推廣[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2014，34（8）：48-49.

[3] 何進，李洪文，高煥文.中國北方保護性耕作條件下深松效應(yīng)與經(jīng)濟效益研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2006，22（10）：62-67.

[4] 呂東山.機械化深松技術(shù)的實施要點[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012，10（220）：75-79.

[5] 李傳友，楊立國，趙麗霞，等.土壤深松對春玉米生長特性的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30（18）：233-237.

[6] 李海洋，萬麗君，李彥.不同深松時間和深度對玉米生育進程及產(chǎn)量的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（1）：64，70.

[7] 盧青，陳雷，張飛.機械化深松技術(shù)試驗研究[J].江蘇農(nóng)機化，2014（3）：19-21.

[8] 齊華，劉明，張衛(wèi)建，等.深松方式對土壤物理性狀及玉米根系分布的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2012，27（4）：191-196.

[9] 王福亮.玉米田不同深松方式的效果比較研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（9）：127-129.

[10] 楊志忠.機械深松深耕增產(chǎn)技術(shù)及機理探討[J].當代農(nóng)機，2014（6）：65-66.

[11] 姚立民.玉米保護性耕種與機械深松技術(shù)[J].農(nóng)技推廣，2014（11）：35.

[12] 王哲，王崇生，張俊寶.關(guān)于深松整地對農(nóng)作物生長影響調(diào)查研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（4）：33-35.