粉垄耕作后效对夏玉米群体微环境的影响

聂胜委，张玉亭，汤丰收，张巧萍，3，何宁，郭庆，王洪庆，韦本辉

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.河南省农业科学院经济作物研究所，河南郑州450002；

3.河南农业大学农学院，河南省粮食作物协同创新中心，河南郑州450002；4.西华县农业科学研究所，河南西华466600；5.广西农业科学院经济作物研究所，广西南宁530007）

粉垄耕作后效对夏玉米群体微环境的影响

聂胜委1，张玉亭1，汤丰收2，张巧萍1，3，何宁1，郭庆4，王洪庆4，韦本辉5

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.河南省农业科学院经济作物研究所，河南郑州450002；

3.河南农业大学农学院，河南省粮食作物协同创新中心，河南郑州450002；4.西华县农业科学研究所，河南西华466600；5.广西农业科学院经济作物研究所，广西南宁530007）

为了探究耕作方式对小麦—玉米轮作系统中玉米群体内微环境因子的改善情况，研究了小麦季粉垄深松对小麦—玉米轮作种植制度下玉米群体内微环境的影响。结果表明，在玉米生长季，与旋耕（CK，小麦季）相比，粉垄耕作（FL1：20～30 cm，FL2：30～40 cm，小麦季）能够有效降低土壤温度，FL1和FL2处理的土壤温度比CK低1～2℃（P≤0.05或P≤0.01），FL1显著低于FL2；能提高土壤湿度，FL1，FL2处理高于CK（P≤0.01），FL1极显著高于FL2；能降低群体内温度，大喇叭口期，FL1（29.94℃），FL2（30.73℃）均低于CK（33.41℃）（P≤0.01），分别低3.47，2.68℃，FL1＜FL2（P≤0.01），灌浆期，FL1（30.30℃）和FL2（30.64℃）显著或极显著低于CK（30.89℃），分别低0.59，0.25℃，FL1＜FL2（P≤0.05）。粉垄耕作（FL1，FL2，小麦季）能提高玉米大喇叭口期、灌浆期群体内相对湿度，大喇叭口期，FL1（58.76%）和FL2（56.06%）均极显著高于CK（51.95%），FL1＞FL2（P≤0.01）；灌浆期，FL1（62.96%）显著高于FL2（61.82%），CK（61.73%）。改善群体内CO2浓度，玉米大喇叭口期，FL1和FL2处理均高于CK（P≤0.01），分别高出81.33，52.50 mg/kg，FL1＞FL2（P≤0.05）；灌浆期，FL1和FL2均低于CK，分别低15.67，18.33 mg/kg，FL1＞FL2。粉垄耕作（小麦季）能够提高下茬玉米的籽粒产量。

粉垄耕作；后效；夏玉米；微环境

在小麦、玉米一年两熟区，由于连年旋耕作业，致使耕层（15 cm左右）变浅，犁底层变厚上移，土壤通透性变差，土地生产力和可持续生产能力下降[1]。土壤耕作是调节和改善土壤水、肥、气、热最有效的方式，通过改进耕作方式能够快速实现土壤物理、化学性质的改善，提高作物对养分的吸收利用效率。粉垄耕作作为一种新型的耕作方式，完全不同于犁翻耕、旋耕机旋耕等整地方式，既有犁翻耕的深松作用，同时具有旋耕后土壤疏松、土粒粉碎均匀的特点。相关研究表明，粉垄耕作能够显著提高水稻[2-3]、马铃薯[4]、甘蔗[5]、玉米[6-7]、花生[6]、桑树[8]、小麦[9]等作物的产量；改善水稻、甘蔗等作物的品质[5]。此外，粉垄耕作不仅对当季作物（小麦）有较好的增产作用，同时其后效对下茬作物（玉米）也有一定的增产作用[10]，粉垄耕作措施能有效地改善小麦生育中后期田间微环境，提高抗逆能力，增加产量[11]。说明改变耕作方式能够改变土壤的环境和功能（土壤含水量、温度等），同时影响地上部作物的生长和功能（旗叶生理活性和增加产量等）。作物群体微环境与作物自身的抗性密切相关，通过耕作方式的改变，调节和改善作物生长的土壤环境，进而影响地上部的生长，增强地上部群体抵御外界不良因子的能力，提高作物对环境的适应性。玉米是我国三大主要粮食作物之一，在小麦、玉米两熟区研究粉垄耕作后效对玉米群体微环境的报道较少。

本试验研究粉垄耕作后效对玉米群体微环境的影响，进一步研究耕作措施与作物群体微环境的关系，旨在构建适宜农作制度，筛选适合本地区的粉垄耕作技术，为促进农业生产的可持续性提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于河南省焦作市温县黄庄镇（34°52′N，112°51′E），属暖温带大陆性季风气候，四季分明，光照充足，年平均气温14～15℃，年积温4 500℃以上，年日照2 484 h，年降水量550～700 mm，无霜期210 d。土壤类型为潮土，偏碱性，土地肥沃。试验地基础土样有机质12.5 g/kg、全氮0.88 g/kg、速效钾325.6 mg/kg、速效磷23.8 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用单因素完全随机设计，设置3个处理，即夏玉米播种前小麦季各处理的耕作方式分别为：粉垄1（FL1）.直接用粉垄机械深旋耕作业1遍，粉垄深度为20～30 cm，然后用旋耕机轻度（入土2～3 cm）旋耕平整1遍，施肥，播种；粉垄2（FL2）.用粉垄机械深旋耕作业1遍，粉垄深度为30～40cm，然后用旋耕机轻度（入土2～3 cm）旋耕平整1遍，施肥，播种；对照（CK）.用旋耕机旋耕2遍（12～16 cm），施肥，播种。种植制度为小麦、玉米一年两熟轮作。每个小区占地0.2 hm2，重复3次，共计9个小区。小麦于2014年5月30日收获，6月12日播种夏玉米，品种为先玉335，密度为6.25万株/hm2；选用的肥料类型为沃夫特控释肥（总养分含量≥45%，15%（N），15%（P2O5），15%（K2O）），施用量为600 kg/hm2，苗期至大喇叭口期（7月20日）一次性施入。各处理间除耕作方式不同外，其他试验条件如品种、施肥、灌溉、除草等均保持一致。

1.3 测定项目及方法

在玉米的大喇叭口期、灌浆期测定土壤耕层温度（℃）、湿度（%）、叶片SPAD；田间群体的冠层温度（℃）、群体内地表温度（℃）；群体内二氧化碳浓度（mg/kg）、空气相对湿度（%）、空气温度（℃）；成熟期各处理实收测产。土壤温度、湿度用Aquameterr（Made in USA）计直接测定，叶片SPAD用SPAD计直接测定，其中，玉米大喇叭口期测定植株最上部完全展开叶，灌浆期测定穗位叶；冠层和群体内地表温度用红外线测温仪（Made in HONGKONG）测定；群体内二氧化碳浓度、湿度、温度用CO2Meter计（Made in USA）测定。

1.4 数据分析

数据用Excel，SPSS等软件进行整理分析，用LSD法进行显著性分析（小、大写字母分别表示P≤0.05和P≤0.01差异水平）。

2 结果与分析

2.1 粉垄耕作后效对夏玉米群体冠层温度、土壤耕层温度及湿度的影响

从图1可以看出，小麦季粉垄耕作对玉米季土壤pH值及玉米叶片SPAD值有一定的影响，其中，玉米大喇叭口期FL1，FL2处理的土壤pH值均稍低于CK，FL2处理稍高于FL1；在灌浆期，FL1，FL2，CK处理土壤pH值虽有一定的差异，但没有表现出明显的规律性，各处理土壤pH值在玉米大喇叭口期、灌浆期差异不显著。FL1，FL2，CK处理的叶片SPAD值在玉米大喇叭口期、灌浆期分别为46.22，43.62，44.87和61.58，57.52，57.15，FL1处理的叶片SPAD值高于FL2和CK处理，2个时期各处理的SPAD值差异不显著；灌浆期FL1和FL2处理的叶片SPAD值均高于CK。

从图2可以看出，玉米大喇叭口期，FL1，FL2，CK处理群体冠层温度分别为25.41，26.05，27.13℃，FL1，FL2处理均显著低于CK，分别低1.72，1.08℃；灌浆期，FL1，FL2，CK处理群体冠层温度分别为25.52，26.18，25.77℃，与大喇叭口期同群体冠层温度相比，FL1，FL2处理分别上升了0.11，0.13℃，而CK群体冠层温度则下降了1.36℃；大喇叭口期、灌浆期，FL1处理的群体冠层温度低于FL2。在玉米大喇叭口期、灌浆期，FL1，FL2，CK处理的群体内地面温度分别为24.13，26.20，29.42℃和24.05，24.45，24.67℃，FL1，FL2处理均低于CK，其中，大喇叭口期则极显著低于CK；FL1处理的群体内地面温度2个时期均低于FL2，其中，大喇叭口期达到极显著水平。

从图3可以看出，FL1，FL2处理在玉米大喇叭口期的土壤温度分别为23.33，24.00℃，分别比CK（25.00℃）低1.67，1.00℃，达到显著或极显著差异水平，FL1，FL2处理间的土壤温度差异也达到显著水平；玉米灌浆期，FL1，FL2，CK处理的土壤温度分别为24.00，23.00，23.33℃，处理间差异均不显著。FL1，FL2处理在玉米大喇叭口期、灌浆期的土壤湿度分别为106.33%，82.67%和117.00%，116.00%，均高于CK（46.33%和113.00%），其中，在大喇叭口期达到极显著差异；大喇叭口期FL1极显著高于FL2，而灌浆期二者间差异不显著。

2.2 粉垄耕作后效对夏玉米田间群体内部微环境的影响

从表1可以看出，玉米大喇叭口期，FL1，FL2处理的群体内CO2浓度分别为417.50，388.67 mg/kg，均极显著高于CK（336.17 mg/kg），分别高出81.33，52.50 mg/kg；FL1＞FL2，且二者间差异达到显著水平。灌浆期，FL1，FL2处理的群体内CO2浓度分别为405.83，403.17 mg/kg，均低于CK（421.50 mg/kg），分别低15.67，18.33 mg/kg，其中，FL2显著低于CK；FL1＞FL2，但二者间差异不显著。

表1 粉垄耕作对冬小麦群体内部CO2浓度、温度和相对湿度的影响

粉垄耕作后效群体内相对湿度，FL1，FL2，CK处理在玉米大喇叭口期、灌浆期的相对湿度分别为58.76%，56.06%，51.95%和62.96%，61.82%，61.73%，大喇叭口期，FL1，FL2均极显著高于CK，且FL1和FL2之间差异达到极显著水平；灌浆期，FL1显著高于FL2和CK。FL1，FL2，CK处理在玉米大喇叭口期的群体内温度分别为29.94，30.73，33.41℃，其中，FL1极显著低于FL2，FL1和FL2均极显著低于CK，分别低3.47，2.68℃；灌浆期，FL1，FL2，CK处理的群体内温度分别为30.30，30.64，30.89℃，且FL1显著低于FL2，FL1和FL2极显著或显著低于CK，分别低0.59，0.25℃。

2.3 粉垄耕作后效对夏玉米产量的影响

从图4可以看出，小麦季粉垄耕作后效对夏玉米籽粒产量的影响表现为，FL1处理的籽粒产量最高，达到9 723.3 kg/hm2，FL2处理（8 720.3 kg/hm2）的籽粒产量次之，CK处理（8 273.7 kg/hm2）的最低；其中，FL1处理显著高于CK，FL2处理籽粒产量虽较高，但与CK，FL1处理间差异未达到显著水平。

3 结论与讨论

对玉米粒质量起重要作用的是灌浆速率、灌浆期及有效灌浆期，同一品种的籽粒粒质量则主要受灌浆速率的影响[12-13]。前人在粉垄耕作种植春玉米的研究中得出，与旋耕相比，粉垄耕作是通过提高春玉米的穗粒数和籽粒质量来提高产量[14]；同时，粉垄耕作春玉米的灌浆速率远高于旋耕，灌浆期则比旋耕略有缩短[14]。在小麦—玉米轮作种植条件下，粉垄耕作的2种处理方式不仅能够提高小麦季的产量[9，15]；且粉垄耕作后效对下茬玉米有持续增产作用，与旋耕相比，粉垄耕作能增加玉米株高、穗长、单株干物质质量等[10]。粉垄耕作措施能够有效改善小麦生育中后期田间微环境，提高抗逆能力，增加产量[11]。

本研究结果表明，小麦季粉垄耕作后效（FL1，FL2）能够改善群体内环境，如提高玉米叶片的SPAD值、降低土壤温度、提高土壤和群体内的相对湿度、降低群体内温度等，特别体现在对群体内温度的改变上，如大喇叭口期，FL1（29.94℃），FL2（30.73℃）均极显著低于CK（33.41℃），分别低3.47，2.68℃，FL1＜FL2（P≤0.01）；灌浆期，FL1（30.30℃），FL2（30.64℃）显著或极显著低于CK（30.89℃），分别低0.59，0.25℃，且FL1＜FL2（P≤0.05）。反映出粉垄耕作后效对下茬地上部群体环境的影响仍然较强，而粉垄耕作后效玉米季的增产说明群体环境改变与玉米的生长互惠互利，也有利于植物的生理生化反应以及光合产物的累积。粉垄深松土壤结构和土壤生态环境，经过小麦季生长以后，能够持续为玉米的生长提供良好的土壤环境，使玉米植株地上部生长发育（株高、灌浆及干物质积累等）较旋耕耕作的后效更具优势。这就造成了玉米地上部群体叶面积、光合速率、呼吸速率以及与周围空气的能量传递过程都可能存在差异，进而改善或调控群体内的环境状况，增强抗逆能力。因此，粉垄耕作一次对小麦、玉米2季持续产生的良好效果很有意义，通过粉垄耕作来改善连年旋耕作业，致使耕层变浅、犁底层上移变厚、土壤的通透性变差、可持续生产能力下降等问题是可行的。

本研究结果得出，与旋耕（CK）相比，小麦季粉垄耕作后效（FL1，FL2）能够改善玉米季（大喇叭口期、灌浆期）土壤的pH值，提高玉米叶片的SPAD值（FL1＞FL2＞CK）；可降低土壤温度，FL1，FL2处理的土壤温度比CK低1～2℃（P≤0.05），FL1＜FL2（P≤0.05）；可提高土壤湿度，FL1，FL2处理极显著高于CK，FL1＞FL2（P≤0.01）。与旋耕（CK）相比，小麦季粉垄耕作后效能降低群体内温度，大喇叭口期，FL1（29.94℃），FL2（30.73℃）均极显著低于CK（33.41℃），分别低3.47，2.68℃，FL1＜FL2（P≤0.01）；灌浆期，FL1（30.30℃），FL2（30.64℃）显著或极显著低于CK（30.89℃），分别低0.59，0.25℃，FL1＜FL2（P≤0.05）。可降低群体内地面温度，FL1，FL2处理降低0.1～5.5℃，且在大喇叭口期差异达极显著水平，FL1＜FL2。可调控玉米季群体冠层温度，在大喇叭口期，FL1，FL2处理均显著低于CK，分别低1.72，1.08℃，且FL1＞FL2。

小麦季粉垄耕作后效（FL1，FL2）能够改善群体内CO2浓度，玉米大喇叭口期，FL1（417.50 mg/kg），FL2（388.67mg/kg）均极显著高于CK（336.17mg/kg），分别高出81.33，52.50 mg/kg，FL1＞FL2（P≤0.05）；灌浆期，FL1（405.83 mg/kg），FL2（403.17 mg/kg）均低于CK（421.50 mg/kg），分别低15.67，18.33 mg/kg，CK＞FL2（P≤0.05），FL1＞FL2。可提高玉米大喇叭口期、灌浆期群体内相对湿度，大喇叭口期，FL1（58.76%），FL2（56.06%）均极显著高于CK（51.95%），FL1极显著高于FL2；灌浆期，FL1（62.96%）显著高于FL2（61.82%）和CK（61.73%）。可提高籽粒产量，FL1，FL2，CK处理的籽粒产量分别为9 723.3，8 720.3，8 273.7 kg/hm2，FL1处理显著高于CK，FL2与CK，FL1处理间差异不显著。

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［3］韦本辉，甘秀芹，陆柳英，等.水稻粉垄旱种苗期根系性状研究[J].广东农业科学，2011（7）：28-29.

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Effects of Later Effect of Smashing Ridge Tillage on Summer Maize's Micro Environment

NIE Sheng-wei1，ZHANGYu-ting1，TANGFeng-shou2，ZHANGQiao-ping1，3，HE Ning1，GUOQing4，WANGHong-qing4，WEI Ben-hui5
（1.Institute ofPlant Nutrient and Environmental Resources，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China；2.Institute ofEconomic Crops，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China；3.College of Agronomy，Collaborative Innovation Center ofHenan Grain Crops，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China；4.Institute ofAgricultural Sciences ofXihua County，Xihua 466600，China；5.Institute ofEconomic Crops，Guangxi AcademyofAgricultural Sciences，Nanning530007，China）

To explore the improvement of micro environmental factors in maize population in wheat and maize rotation system.In this paper,later effects ofa newtillage（SmashingRidge Tillage）on summer maize's micro environment were studied.At the beginning of the wheat sowing,there were three treatments as follows:Smashing Ridge Tillage FL1（20-30 cm）,Smashing Ridge Tillage FL2（30-40 cm）,and Rotation Tillage（12-16 cm）,respectively;And then summer maize was planted after wheat harvested.The results showed that Smashing Ridge Tillage（FL1 and FL2 treatments）in wheat season could decrease soil temperature during maize growth seasons; and there was 1-2℃centigrade's lower of FL1 and FL2 treatments than those of CK treatment（P≤0.05 or P≤0.01）,respectively; compared with the temperature of FL2 treatment,FL1's was significantly lower.However,its could increase soil humidity,which the soil humidity ofFL1 and FL2 treatment were extremely significant higher respectively than those ofCK treatment,and FL1＞FL2（P≤0.01）. At maize's belling stages,both FL1（29.94℃）and FL2（30.73℃）group'temperatures were extremely significant lower than that of CK（33.41℃）,and about 3.47（FL1）and 2.68（FL2）centigrade were respectively lower;FL1＜FL2（P≤0.01）.Following maize's filling stages,both FL1（30.30℃）and FL2（30.64℃）group's temperatures were significantly or extremely significant lower than that of CK（30.89℃）,and about 0.59（FL1）and 0.25（FL2）centigrade were respectively lower;FL1＜FL2（P≤0.05）.Also,they could increase relative humidityduringmaize's bellingand fillingstages.For instance,both FL1（58.76%）and FL2（56.06%）group's temperatures wereextremelysignificant higher at bellingstage than that ofCK（51.95%）,FL1＞FL2（P≤0.01）；And FL1（62.96%）was significantlyhigher at filling stage than those of FL2（61.82%）and CK（61.73%）.Additionally,it could also improve carbon dioxide content（CO2mg/kg）within maize's group;there were 81.33 mg/kg（FL1）and 52.50 mg/kg（FL2）higher（P≤0.01）respectively at belling stage than CK; FL1＞FL2（P≤0.05）.On the contrary,there were 15.67 mg/kg（FL1）and 18.33 mg/kg（FL2）lower respectivelyat fillingstage than CK; FL1＞FL2.Finally,theycould obtain higher grain yields.

smashingridge tillage;later effects;Summer maize;microenvironment

S341.1；S513

A

1002-2481（2016）03-0348-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.03.19

2015-11-09

国家自然科学基金项目（31301284）；“十二五”国家科技支撑计划循环农业项目（2012BAD14B08，2012BAD14B04）；河南产粮大省财政支持项目（20150104）；河南省农业科学院优秀青年科技基金项目（2013YQ15）

聂胜委（1979-），男，河南汝州人，副研究员，博士，主要从事农作制度、循环农业、长期定位施肥等方面的研究工作。