深松与分期施氮对玉米水分利用效率及产量的影响

耿明杰+朱海燕+刘明+李雪霏+齐华

摘要：以“郑单958”为试材，研究深松及分期施氮对春玉米灌浆速率、水分利用效率和产量的影响。结果表明，深松后玉米最大灌浆速率明显提高，追施氮肥及深松最大灌浆速率出现的时期提早；深松与分期施氮均提高了玉米水分利用效率、增加籽粒产量；施氮方式间产量差异显著，等量氮肥3次施用>2次施用>1次施用。

关键词：玉米；深松；分期施氮；水分利用效率

中图分类号： S513.06文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0075-03

收稿日期：2013-12-18

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2011BAD16B14、2012BAD04B03）；公益性行业（农业）科研专项（编号：201303130、201103001）。

作者简介：耿明杰（1986—），男，黑龙江七台河人，硕士，主要从事玉米高产理论与技术研究。E-mail：287849057@qq.com。

通信作者：齐华，博士，教授，博士生导师，从事作物逆境生理生态与调控、超高产理论与实践等研究。E-mail：qihua10@163.com。科学的耕作方式和合理的氮素运筹是调控作物肥水利用、提高产量的重要措施[1-2]。目前，东北玉米产区普遍存在耕层浅、犁底层结构紧实等问题，限制了玉米对水、氮的利用，导致玉米早衰，最终限制玉米产量的进一步提高。通过土壤耕作来协调水肥时空分布，使养分供应与玉米生长发育协调一致，实现水肥高效利用，对提高玉米产量与资源高效利用具有重要意义。深松可以有效打破犁底层，提高土壤蓄水保墒能力，与其他耕作方式相比显著提高作物的产量和水分利用率[2]。深松耕法提高了土壤通透性，既可积存雨水，又可减少土壤中水分的蒸发，形成土壤水库、减轻土壤干旱程度[3]。已有研究表明，作物水分利用能力对养分吸收有正向调控作用[4-6]。在一定土壤水分条件下，配合适量的养分，能够使水分得到更有效地利用[7-8]；在缺肥条件下，也可通过肥水耦合实现肥水高效利用和作物高产[9-11]。氮肥后移对玉米生育期内的氮素平衡尤为重要，均有利于产量的提高并且减少污染[12]。现有作物肥水耦合利用的研究中，灌溉与氮素的耦合效应研究较多，土壤耕作与氮素互作对玉米水分利用及产量影响报道较少。构建合理耕层应该注重提高土壤耕作和氮肥对土壤互作能力及其对作物肥水利用效率的影响。本试验研究深松与分期施氮对玉米水分利用效率、产量的影响，为玉米节本增效、高产栽培及合理耕层构建提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验于2011年在辽宁省沈阳市于洪区造化镇进行，地理位置为41°54′N、123°54′E，海拔46 m，属温带半湿润大陆性气候，全年平均气温8.3 ℃，平均年降水量630 mm，全年无霜期183 d。供试农田为棕壤土，前茬作物为玉米，0～20 cm土层含有机质11.23 g/kg、碱解氮140 mg/kg、速效磷17.94 mg/kg、速效钾118.8 mg/kg。

1.2试验设计

试验设深松、等量氮肥施用次数2个因素。耕法2个水平分别为（1）隔行深松（S），春季灭茬起垄后利用深松犁隔行垄下深松作业，深松深度均为35 cm；（2）不深松（C），作为对照，春季灭茬旋耕起垄，玉米拔节期追氮并进行趟地。等量氮肥施用次数3个水平分别为（1）N（3-0-0），1次性基施纯氮 225 kg/hm2；（2）N（1-2-0），基施纯氮75 kg/hm2，拔节期追施纯氮150 kg/hm2；（3）N（1-1-1），基施纯氮75 kg/hm2，拔节期追施纯氮75 kg/hm2，灌浆初期追施纯氮75 kg/hm2。田间采用裂区设计，主区为深松，副区为等量氮肥施用次数。小区行长10 m、行距60 cm，10行区，3次重复。供试材料选用郑单958，种植密度67 500株/hm2。各小区于播种时作种肥1次施入磷肥（P2O5）75 kg/hm2，钾肥（K2O）150 kg/hm2，磷肥与钾肥分别为过磷酸钙和氯化钾。其他管理与一般生产田相同。

1.3测定项目与方法

1.3.1土壤含水量于玉米小喇叭口期、开花期和收获期，在各小区中间行上选取3个样点，采用北京核安核子仪器有限公司生产的CNC503DR型中子仪，分别距地表5、15、25、35、50、70、90、110 cm分层观测土壤含水率，土壤体积含水率与中子仪计数值线性关系如下：Q=AR+B。式中：Q为体积含水率（%）； R为中子仪计数值；A、B为方程参数。将同一地点体积含水率（烘干法）与中子仪对应土层计数值带入上式，计算出参数A、B。

1.3.2灌浆速率在抽雄散粉前，选取生长整齐一致的30株玉米进行挂牌标记、雌穗套袋；吐丝期统一进行授粉；授粉后14 d开始取样，每7 d取样1次。每小区取样3穗，用手术刀和镊子取果穗中下部籽粒100粒，并在105 ℃进行杀青 30 min，再在75 ℃烘干至恒重，冷却至室温后用1/1 000天平分别称量，然后计算籽粒的平均灌浆速率。

V=（m2-m1）/（t2 -t1）。

式中：V为玉米籽粒平均灌浆速率（mg/d）；m2为本次取样时籽粒平均质量（mg）；m1上次取样时籽粒平均质量（mg）；t2为本次取样时花后时间（d）；t1为上次取样时花后时间（d）。

1.3.3产量玉米果穗完熟期测产，各小区收获3行果穗计算出单穗质量，选取有代表性的10个果穗，待风干后于室内考种，测定穗部性状并计算其籽粒产量。

1.3.4水分利用效率试验田地下水位超过5 m，可忽略地下水对玉米耗水量的影响。试验期间没有强降雨，地表径流也可忽略不计。耗水量由农田水量平衡方程求得[13-14]：

ETα = P+I-ΔW。

式中：ETα为玉米生育期间耗水量（mm）；P为玉米生育期间降水量（mm）；I为灌溉量（mm），本试验未进行灌溉，I为 0 mm；ΔW为玉米收获与播种时土壤蓄存水变化量（mm）。玉米生育期间降水量P来自试验田气象站（图1）。水分利用效率指作物单位耗水量产出的籽粒产量[15]，采用下式计算：

WUE=Y/ETα

式中：WUE为作物水分利用效率[kg/（hm2·mm）]；Y为作物的籽粒产量（kg/hm2）。

1.4数据分析与处理

试验数据采用统计分析软件SPSS 17.0和Excel 2003等软件进行统计分析与作图。

2结果与分析

2.1玉米不同生育期土壤含水量变化

小喇叭口期土壤含水量观测结果（图2）显示，各处理0～110 cm 土壤剖面含水量随深度的变化趋势基本一致。0～35 cm呈升高态势，且土壤水分变化波动不明显；35～50 cm土层趋于平缓，变化处理间差异也不明显；除SN（0-0-0）处理外，随着氮肥追施次数增加，0～50 cm土层水分含量逐渐降低；在相同施肥次数条件下，深松可以显著提高土壤含水量，SN（3-0-0）和SN（1-2-0）处理分别较CN（3-0-0）和CN（1-2-0）处理提高2.04%和1.76%。

开花期是玉米植株生长旺盛的生育阶段，玉米植株对土壤水分消耗增大。从开花期土壤含水量变化（图2）可以看出，处理间各层次土壤含水量差异明显，从30 cm土层向下深松处理土壤含水量明显提高； 深松条件下0～30 cm土层施氮处理间平均含水量表现为N（0-0-0）> N（3-0-0）> N（1-2-0）处理，而不深松处理施氮处理间表现的变化趋势与深松处理相同，但处理间差异小于深松处理，表明在水分充足条件下分期施氮增强玉米对土壤水分的吸收。

由于灌浆期降水量较大，收获期深松各处理在0～30 cm 土层含水量差异不明显，在30～110 cm土层含水量比开花期有明显提高，不深松处理各土层含水量与开花期相比变化不大，表明深松能有效增加土壤入渗度。在 0～30 cm 土层处理SN（1-1-1）、SN（1-2-0）、SN（3-0-0）土壤含水量差别不明显，在不深松处理下CN（1-1-1）比其他施氮方式含水量高，说明不深松情况下氮肥后移会抑制玉米水分吸收能力。

2.2玉米籽粒灌浆速率

不同处理的籽粒灌浆速率均表现为在花后迅速上升，花后32～38 d达到最大，而后降低，呈单峰曲线变化，分期施氮和深松处理均能提高玉米花后平均灌浆速率。最大灌浆速率随着追氮次数的增加而增加，深松处理最大灌浆速率大于不深松处理，追氮处理最大灌浆时期均早于不追氮处理，N（1-2-0）早于N（1-1-1）；深松处理最大灌浆时期早于不深松处理。与1次施氮比，分期施氮后期较强的供氮能力利于玉米维持较高的籽粒灌浆速率。

2.3玉米籽粒产量和水分利用效率

行粒数、穗粒数、千粒质量深松处理分别较对照增加10.69%、1.23%、946%，籽粒产量提高了1124%，表明通过深松可以显著提高玉米产量，在产量构成因素中，行粒数提高是增产的关键。不同施氮方式间穗行数、行粒数及穗粒数的差异均不显著，不同施氮方式间千粒质量差异达到了显著水平，表明深松与分期施氮是通过增加相同的产量构成因素实现增产，在总籽粒产量形成上有明显的交互效应。

耕作方式相同条件下，分期施氮显著增加了籽粒产量，并提高了玉米的水分利用效率；在不深松时各施氮方式总耗水量差异不显著，但多显著低于隔行深松时各施氮处理。表明分期施氮和深松两者交互作用明显，深松配合氮肥分次施用有利于提高土壤水分利用效率，从而提高产量。

3结论与讨论

深松能增加水分入渗度和土壤含水量， 可将伏雨有效贮

不同处理对玉米产量及产量构成因素的影响

耕作

方式施氮

方式穗行数

（行）行粒数

（粒）穗粒数

（粒）千粒质

量（g）籽粒产量

（kg/hm2）不深松N（0-0-0）14.93a 28.62b427.41c 233.88b7 133.88c N（3-0-0）15.13a 36.71a 555.57a 251.23b9 498.97bN（1-2-0）15.32a 35.31a 540.90a 324.45a 12 504.71a N（1-1-1）15.10a 36.90a 557.36a 307.19a 12 207.23a平均15.1231.89520.21279.1910 336.20深松N（0-0-0）14.53a 32.27a 468.69b254.98b8 170.95cN（3-0-0）14.87a 35.95a 534.49a 294.25b10 946.01bN（1-2-0）14.91a 36.80a 548.65a 332.35a 13 224.37abN（1-1-1）15.33a 36.16a 554.52a 340.82a 13 649.35a平均14.9135.30526.62305.6011 497.67注：同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

不同处理对玉米水分利用效率的影响

耕作

方式施氮

方式土壤贮水量

（mm）总耗水量

（mm）籽粒产量

（kg/hm2）水分利用效率

[kg/（hm2·mm）]不深松N（0-0-0）2.30a466.69d7 133.88c 15.13hN（3-0-0）2.08ab466.92cd9 498.97b20.16fN（1-2-0）1.80ab467.20cd12 504.71a 26.55cN（1-1-1）1.87ab467.13cd12 207.23a 25.91d深松N（0-0-0）0.005d469.00a8 170.95c17.42gN（3-0-0）1.42cd467.58bc10 946.01b23.26eN（1-2-0）0.85c468.15b13 224.37ab28.14bN（1-1-1）0.97c468.02b13 649.35a 29.04a

存在土壤中，减少地面径流，扩大土壤水库容[13]。适宜的水肥条件能增强水分和养分的供给能力，深松提高水分利用效率，进而提高产量[14-16]。土壤水分含量有显著调肥作用，在一定范围内，肥料效应随土壤含水量增加而提高，分期施氮和深松间交互效应的实质是氮素和水分的正耦合效应[17]。

本试验结果表明，深松增强了土壤对水分的缓冲能力，既可满足作物水分需求又及时积蓄雨水以备后用，为中后期（开花期、收获期）作物耗水量大的时期做好准备；在水分充足条件下，分期施氮显著提高玉米对土壤水分的吸收，分期施氮配合深松能更好实现土壤水分高效利用，满足玉米对水分的需要，维持玉米较高的籽粒灌浆速率，实现玉米产量和水分利用效率的同步提高，有助于实现玉米高产，并可节本增效。

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存在土壤中，减少地面径流，扩大土壤水库容[13]。适宜的水肥条件能增强水分和养分的供给能力，深松提高水分利用效率，进而提高产量[14-16]。土壤水分含量有显著调肥作用，在一定范围内，肥料效应随土壤含水量增加而提高，分期施氮和深松间交互效应的实质是氮素和水分的正耦合效应[17]。

本试验结果表明，深松增强了土壤对水分的缓冲能力，既可满足作物水分需求又及时积蓄雨水以备后用，为中后期（开花期、收获期）作物耗水量大的时期做好准备；在水分充足条件下，分期施氮显著提高玉米对土壤水分的吸收，分期施氮配合深松能更好实现土壤水分高效利用，满足玉米对水分的需要，维持玉米较高的籽粒灌浆速率，实现玉米产量和水分利用效率的同步提高，有助于实现玉米高产，并可节本增效。

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存在土壤中，减少地面径流，扩大土壤水库容[13]。适宜的水肥条件能增强水分和养分的供给能力，深松提高水分利用效率，进而提高产量[14-16]。土壤水分含量有显著调肥作用，在一定范围内，肥料效应随土壤含水量增加而提高，分期施氮和深松间交互效应的实质是氮素和水分的正耦合效应[17]。

本试验结果表明，深松增强了土壤对水分的缓冲能力，既可满足作物水分需求又及时积蓄雨水以备后用，为中后期（开花期、收获期）作物耗水量大的时期做好准备；在水分充足条件下，分期施氮显著提高玉米对土壤水分的吸收，分期施氮配合深松能更好实现土壤水分高效利用，满足玉米对水分的需要，维持玉米较高的籽粒灌浆速率，实现玉米产量和水分利用效率的同步提高，有助于实现玉米高产，并可节本增效。

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