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        不同耕作措施對夏玉米生長及產量的影響

        2021-10-15 13:33:18蔣飛李印峰郝福庭薛法新曾蘇明宋春林吳秋平
        山東農業(yè)科學 2021年9期
        關鍵詞:開花期拔節(jié)期土壤溫度

        蔣飛,李印峰,郝福庭,薛法新,曾蘇明,宋春林,吳秋平

        (濟寧市農業(yè)科學研究院/國家玉米產業(yè)技術體系濟寧綜合試驗站,山東 濟寧 272031)

        玉米生產對我國糧食安全具有非常重要的作用,而玉米生產全程機械化是保障糧食安全和推進現(xiàn)代化農業(yè)發(fā)展的重要手段。耕整地是玉米全程機械化生產各環(huán)節(jié)中需要高度重視的一環(huán),良好的土壤耕作有利于改善其理化性質和微生態(tài)環(huán)境,提高蓄水保肥能力,為作物生長發(fā)育創(chuàng)造適宜的耕層結構,保證作物持續(xù)高產穩(wěn)產[1,2]。

        魯西南地區(qū)玉米種植長期沿用以小型農機具為主的連年旋耕方式,導致耕層淺、土壤養(yǎng)分水分庫容減少、抗逆緩沖能力變差,容易發(fā)生倒伏,不利于穩(wěn)產高產。不同耕作方式可以引起土壤固體、液體和氣體三相物質的變化,從而改變土壤微環(huán)境[3,4]。研究表明,深耕能打破犁底層,加深耕層厚度,改善土壤結構和通透性,利于玉米根系生長和水肥吸收利用,從而實現(xiàn)高產高效[5-8]。本團隊以國家玉米產業(yè)技術體系設立的不同耕作方式下機械化精播保苗定位試驗為內容,研究不同耕作措施對玉米植株生長、干物質積累、產量形成及其土壤含水量、土壤溫度變化的影響,以明確本區(qū)域適宜的玉米耕作和秸稈還田關鍵技術,為大面積高效綠色生產提供技術支持。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地概況

        試驗在濟寧市農業(yè)科學研究院長期定位基地(35°27′15″N,116°35′11″E)進行,始于2015年。該地年均降水量597~820 mm,年均氣溫13.3~14.1℃,無霜期199 d。試驗田土壤為褐土,耕層土壤主要理化性質:有機質含量15.1 g/kg、堿解氮58.6 mg/kg、速效磷48.3 mg/kg、速效鉀128.5 mg/kg,pH值6.98。前茬作物為小麥。

        1.2 試驗材料與設計

        供試玉米品種登海605,2020年6月9日播種,10月6日收獲。

        試驗設3個不同耕作加秸稈處理。其中,①秸稈全層深翻(30 cm):小麥收獲后進行秸稈全量深翻處理作業(yè)(以下簡稱深翻);②常規(guī)旋耕混拌(15 cm):小麥秸稈粉碎還田后兩次旋耕作業(yè)再機播(以下簡稱旋耕);③免耕(對照):小麥收獲后夏玉米貼茬精量播種。小區(qū)面積120 m2,12行區(qū)60 cm等行距種植,密度75 000株/hm2。隨機區(qū)組排列,重復3次。

        播種前基施復合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15,總養(yǎng)分≥45%)300 kg/hm2,大喇叭口期追施尿素450 kg/hm2。其它管理措施同一般高產田。

        1.3 測定項目與方法

        1.3.1 生育期 記載各處理玉米出苗、拔節(jié)、大喇叭口、抽雄、開花、成熟、收獲等生育期的具體日期。出苗期為小區(qū)內50%的幼苗出土高度2~3 cm的日期,并調查出苗整齊度;其它生育期的判定標準均為群體有1/2植株達到某個生育期的標準。

        1.3.2 株高、穗位高和莖粗 拔節(jié)期在各小區(qū)統(tǒng)一標記出生長一致的植株進行定位觀測。吐絲期測量株高、穗位高和莖粗,每小區(qū)連續(xù)測量20株。穗位高為地面到穗柄下節(jié)間的距離,莖粗為莖基部第三節(jié)間扁圓面的直徑,采用數字游標卡尺測量。

        1.3.3 葉面積 拔節(jié)期、開花期與成熟期在每小區(qū)選取代表性植株2行,每行連續(xù)測10株,用刻度尺測量每株玉米全部展開綠葉的葉長和最大葉寬,乘以0.75,求出每片葉的面積,后累加得到全株葉面積。

        1.3.4 干物質積累 拔節(jié)期、開花期與成熟期在每小區(qū)選取代表性植株2行,每行連續(xù)選取3株,并將其分為葉片、莖稈和穗,采用烘干法烘至恒重后稱重。

        1.3.5 土壤溫度和水分 于播種、出苗、拔節(jié)、開花、成熟期分別取0~5、5~10、10~20 cm 3個層次土壤,每小區(qū)對角線選擇3個點取樣,后用烘干法測定土壤含水量。采用WST數字溫度計測量不同土層的溫度。

        1.3.6 籽粒產量及其構成因素 成熟期每處理選取對角線3個點,每個點量取10 m行長,人工收獲中間2行果穗,自然風干、脫粒計產(按14%標準含水量折算產量)。各小區(qū)選擇有代表性的20個果穗進行考種,分別調查穗長、穗粗、禿尖長、穗行數、行粒數、百粒重等穗部性狀。

        1.4 數據處理與分析

        采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05軟件進行數據整理與統(tǒng)計分析。

        2 結果與分析

        2.1 不同耕作措施對生育期的影響

        由表1可以看出,不同耕作措施對玉米生長發(fā)育進程的影響較小,較免耕和常規(guī)旋耕,深翻處理抽雄期推遲1天,成熟期則推遲2天。不同處理對出苗整齊度的影響表現(xiàn)為:深翻>旋耕>免耕,傳統(tǒng)免耕直播出苗整齊度相對要差一些。

        表1 不同耕作措施下玉米生育期的差異

        2.2 不同耕作措施對植株農藝性狀的影響

        由表2可以看出,與免耕相比,深翻、旋耕處理對玉米株高和莖粗影響較小,穗位高略降低,分別較免耕降低11.0%、5.7%,但各處理之間差異不顯著。

        表2 不同耕作措施下植株性狀的差異 (cm)

        2.3 不同耕作措施對玉米葉面積動態(tài)的影響

        由表3可以看出,拔節(jié)期、開花期不同耕作處理玉米的單株葉面積差異較小,成熟期深翻、旋耕處理較免耕均有所增加,其中深翻處理達到顯著水平。

        表3 不同耕作措施下玉米植株的葉面積動態(tài)(cm2/株)

        2.4 不同耕作措施對玉米植株干重的影響

        由圖1可以看出,拔節(jié)期,不同耕作處理對玉米單株干重及葉片、莖稈干重的影響較小。開花期,玉米單株干重大小依次為:深翻>旋耕>免耕,深翻、旋耕處理較免耕分別增加14.9%和11.0%;葉片干重以深翻處理最高,與免耕差異顯著;莖稈干重各處理間差異較??;穗干重深翻和常規(guī)旋耕處理間差異較小,但均顯著高于免耕。成熟期,單株干重、穗干重深翻處理均顯著高于免耕,其余處理間差異較??;葉片干重和莖稈干重各處理間差異較小。

        圖1 不同耕作處理單株各器官和整株干重

        2.5 不同耕作措施對土壤含水量變化的影響

        由表4可以看出,不同耕作措施對土壤含水量的影響存在時空差異。各處理間以出苗期0~5 cm土層土壤含水量差異最大,深翻和旋耕處理較免耕土壤含水量差4.3、6.9個百分點,拔節(jié)期差3.0、2.8個百分點,開花期差2.4、3.8個百分點,成熟期差2.7、2.6個百分點。

        表4 各生育期不同耕作處理土壤含水量的動態(tài)差異 (%)

        播種時,由于深翻和旋耕對土壤的擾動程度較大,0~5 cm土層土壤含水量相比免耕(CK)分別降低1.4、1.8個百分點,5~10 cm土層分別降低1.1、1.3個百分點。拔節(jié)期,0~5 cm土層土壤含水量免耕顯著高于深翻和旋耕,但5~20 cm土層則以深翻顯著高于其它處理。開花期,不同耕作處理對各土層土壤含水量的影響表現(xiàn)與拔節(jié)期趨勢一致。成熟期,由于各土層土壤含水量均較吐絲期明顯下降,僅0~5 cm土層土壤含水量以免耕最高,5~20 cm土層土壤含水量差異較小。

        2.6 不同耕作措施對土壤溫度變化的影響

        由表5可以看出,不同耕作措施對土壤溫度的影響存在時空差異。各處理以0~5 cm土層土壤溫度差異最大,出苗期深翻、旋耕較免耕分別高5.1、4.4℃,拔節(jié)期分別高1.6、1.2℃,開花期分別高1.3、0.9℃,成熟期分別高0.1、0.4℃。

        表5 不同耕作措施下不同生育期土壤溫度的差異 (℃)

        出苗期,深翻處理各土層土壤溫度最高,其次為旋耕混拌,免耕土壤溫度最低。拔節(jié)期,不同耕作處理對3個土層土壤溫度的影響與出苗期一致,但以0~10 cm土層溫度差異較大。開花期,深翻和旋耕處理3個土層土壤溫度較免耕均顯著增加,深翻處理分別增1.3、1.5℃和1.0℃,旋耕處理則分別增0.9、0.9℃和0.5℃。成熟期,不同耕作處理3個土層的土壤溫度差異較小。

        2.7 不同耕作處理玉米產量及其構成因素表現(xiàn)

        由表6可以看出,深翻處理產量最高,為12 955.5 kg/hm2,較免耕增產10.6%,達顯著水平,其次是旋耕處理,較免耕增產4.3%。從產量構成因素看,與免耕相比,深翻處理穗長增加17.5%,穗粒數增加4.8%,百粒重增加6.8%。各處理在穗行數、穗粗、禿尖長等穗部性狀間差異較小。

        表6 不同耕作措施下玉米產量及其構成因素的差異

        3 討論與結論

        干物質是作物光合作用的產物,作物產量取決于光合產物的積累與分配[9,10]。前人研究表明,改良農藝措施能夠優(yōu)化作物干物質積累與分配,促進作物增產[11]。本研究表明,與免耕(對照)相比,深翻處理開花期葉片干重顯著增加,與深翻促進葉面積增加相一致,說明深翻有利于促進光合葉面積增加和葉片干物質累積,從而整株干物質積累在開花期和成熟期均明顯高于免耕和常規(guī)旋耕處理。干物質生產是形成玉米籽粒產量的重要物質基礎,深翻利于增加葉源供應能力從而增加籽粒灌漿,獲得高產。

        農田土壤水分和溫度對作物生長及產量形成具有重要影響,不同耕作措施產生的作用影響較大[12,13]。玉米產量由單位面積穗數、穗粒數和粒重三要素構成,在穗數和穗粒數一定條件下,粒重對產量有著至關重要的作用。本研究中,不同耕作處理結合秸稈還田對3個土層土壤含水量和土壤溫度產生不同影響:深翻處理在開花期以后能明顯增加5~10、10~20 cm土層土壤含水量,同時增加不同土層的土壤溫度,說明深翻創(chuàng)造的良好土壤環(huán)境有利于改進玉米個體生長狀況,促進干物質生產,同時利于延緩后期葉片衰老,促進各器官干物質向籽粒轉移,從而收獲期穗長、穗粒數和粒重均明顯高于其它處理,產量較免耕增產10.6%。

        免耕種植可以一次性完成播種、施肥、鎮(zhèn)壓等環(huán)節(jié),具有節(jié)能省時等優(yōu)點,在華北平原具有一定發(fā)展?jié)摿?,但常年單一免耕也會產生不利作物生長的條件,影響作物的生長發(fā)育,出苗差、出苗率低是影響免耕產量的主要原因[4,14,15]。秸稈覆蓋后抑制土壤水分蒸發(fā),從而提高土壤濕度[16,17],而土壤含水量高低直接影響熱量的傳遞。本研究中,免耕處理相對提高表層土壤(0~5 cm)水分,但出苗期耕層內土壤溫度的降低影響出苗時間,出苗整齊度降低,使玉米吐絲后干物質積累尤其是葉源減少,不利于產量提高。不同耕作和秸稈還田方式對“源”與“庫”關系的影響還需要進一步研究,以有利于揭示秸稈全層深翻模式提升本區(qū)域玉米機械化密植精播高產高效的機理,為大面積高產高效綠色生產提供理論和技術支撐。

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