不同播种方式对陇东旱塬区全膜双垄沟玉米播种质量和生长发育的影响

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(甘肃省农业科学院旱地农业研究所，甘肃 兰州 730070)

全国玉米(Zeamays)播种面积为3811.9万hm2[1]，成为我国第一大粮食作物，玉米增产对粮食增产的贡献率近60%[2]，我国旱作区耕地面积占全国耕地面积的57%左右，解决干旱问题的方法就是地膜覆盖[3]，全膜双垄沟技术能有效改善土壤水分状况，解决了该区春季干旱低温问题，提高了黄土旱作区玉米产量[4-5]。旱作区玉米生长状况与产量高低很大程度上受玉米出苗率和苗期的制约[6]，如何提高保苗率是玉米产量增加的基础；玉米出苗状况受其土壤水分、品种特性、低温、播种质量等诸多因素的影响[7-10]，在保证玉米产量不降低的情况下，高产高效协同与技术简化成为玉米栽培的主要目的[11]，但是，全膜双垄沟玉米播种从出苗到保苗成功，经过放苗、破苗、定苗操作繁杂，播种机械缺乏，农机农艺结合不紧密，因此，结合以往的试验和生产中存在问题，在全膜双垄沟覆盖方式下，采用不同的播种方式，研究玉米出苗情况和生长发育过程，以期为农艺农机融合提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在农业农村部西北旱作营养与施肥科学观测实验站(35°30′ N，107°29′ E)甘肃省镇原县上肖乡进行，海拔1297 m，年均降水量540 mm，降雨季节短而集中，主要分布在7、8、9月，年平均温度8.3 ℃，年辐射量554.3～565.2 kJ·cm-2。≥0 ℃年积温3435 ℃，持续253 d；≥10℃年积温2722 ℃，持续153 d；无霜期165 d，干燥度1.17，土壤为黑垆土，土层深厚，有机质含量在1.2%左右，土壤耕层容重1.35 g·cm-3，pH值7.4左右，田间最大持水量21.8%。属完全依靠自然降水的西北半湿润偏旱区，长期盛行以冬小麦为主的一年一熟制或填闲复种的两年三熟轮作制。

1.2 试验设计

于2012-2016年连续5年在甘肃镇原上肖进行；试验采用随机区组设计，设5个播种方式处理，每处理重复3次，小区为全膜双垄沟栽培(大垄70 cm+小垄40 cm、平均行距55 cm)，面积为3.3 m×6.0 m=19.8 m2，共计15个小区。播种采用定株距播种，保苗目标密度为75000株·hm-2，供试品种为先玉335。施肥为纯氮225 kg·hm-2，其中氮肥50%施作底肥，50%为拔节期追肥，纯磷为120 kg·hm-2，其他管理同机械操作大田。

具体处理为T1：全株距精密(单粒)播种，株距24.2 cm、每穴1粒；T2：半株距或缩距精密(单粒)播种，株距24.2 cm，播种时每隔12.1 cm播1穴、每穴1粒，间苗后仍为株距24.2 cm；T3：双粒等株距播种，常用播种方式CK，株距24.2 cm，播种时每穴种2粒，间苗后株距仍为24.2 cm；T4：3粒倍株距播种，株距48.4 cm，每穴播种3粒，间苗后保苗两株；T5：2、3粒间隔播种，株距36.4 cm，一穴播2粒，另一穴播3粒，一穴保苗1株，另一穴保苗2株。

1.3 测定项目与方法

出苗率和保苗率：玉米出苗3叶期后，统计出苗数计算出苗率；5叶期开始定苗，定苗原则使尽可能高地达到保苗率，相邻缺苗后，在临近穴位留苗。

出苗率=(出苗数/播种总数)×100%

保苗率=(实际留苗数/播种总数)×100%

干物质：在玉米不同生育期[苗期(出苗后15 d)、拔节期(出苗后52 d)、抽雄期(出苗后76 d)、灌浆期(出苗后106 d)和成熟期(出苗后132 d)],选择小区长势一致植株，每次取3株，然后105 ℃杀青10 min，80 ℃下烘干至恒重后称重。

光合速率：2014年6月20日和22日，采用Li-6400便携式光合仪，选择红蓝光源的2 cm×3 cm标准叶室，于8:00-11:00测定光合参数。每次选取3株完全展开叶测定。

透光率：2014年7月20日，采用ZDS-10型照度计测定光强，选取玉米雄穗顶部、穗位部和底部分别测定，每区连续读取20个光强数据，计算透光率。

透光率=(测定部位光强/雄穗顶部光强)×100%

农艺性状：玉米成熟后选取代表该区长势的玉米20株，分别测定株高、穗位高、穗长、秃顶长、穗粒数、百粒重。

产量：在玉米成熟后，剔除边行，在小区中间连续取25株测产，收获后自然风干，考种后脱粒记产(按14%含水量折合产量)。

土壤水分和玉米水分利用效率(WUE)测定：播种前和收获时分别用土钻法测定每个小区2 m土层(每20 cm为一个层次)的土壤含水率，转化为播前和收获时的土壤贮水量(mm)。生育期降水量通过MM-950自动气象站获得。试验地在旱塬地带，降水不产生径流，所以在本研究中地表径流可忽略不计，利用土壤水分平衡方程计算作物耗水量(ET，土壤水分蒸发与作物蒸腾量)。各指标计算公式：

玉米耗水量(ET，mm)=播前2 m土壤贮水量-收获时2 m土壤贮水量+生育期降水量(mm)

玉米水分利用效率(WUE，kg·hm-2·mm-1)=籽粒产量/生育期耗水量

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2003软件处理数据和制图，采用SPSS Statistics 17.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理出苗保苗率分析

旱塬区春季干旱频发，玉米播种后干旱少雨，影响了玉米出苗，全膜双垄沟栽培模式解决了春季干旱引起的玉米出苗问题，不同的播种方式影响了玉米的出苗率和保苗率(表1)，5年平均出苗率差异不显著，变幅为83.74%～86.52%，出苗率最高的为T1，T3平均出苗率最低；2012-2016年连续5年出苗率变异系数处理间差异较大，T4变异系数达到了10.46%，单粒播种的T1和T2处理出苗率年际间变异系数为4.74%和5.52%，变异系数显示单粒播种出苗率稳定，受年降水影响较小；T1保苗率为83.36%，T2达到了99.52%，T3、T4和T5差异不显著，均在92.7%以上，单粒播种不足85%；播种方式保苗率变异系数为0.75%～5.34%，年际间稳定性好，尤其T2基本达到了保全苗。

不同播种方式和年型间二因素方差分析结果显示，出苗率年型和播种方式差异均达到显著水平(P<0.05)，二因素互作也达到显著水平(P<0.05)(表2)，2016年出苗率为92.48%，高于其他年份，2012年出苗率最低为80%左右；保苗率年型间差异不显著(P=0.0628)，播种方式和二因素互作达到极显著水平(P<0.01)。年份对出苗率影响较大，对保苗率影响不大，播种方式对出苗率和保苗率均有影响，说明在不同的年型选择不同的播种方式对保苗率均有影响。

表1 不同处理出苗率和保苗率变化 (平均值±标准差)Table 1 Change of emergence rate and survival rate of seedlings under the interaction of different agronomic measures (Mean±SD,%)

T1：等株距单粒播种 24.2 cm plant spacing，single grain sowing；T2：半株距单粒播种 12.1 cm plant spacing，single grain sowing；T3：双粒等株距播种(CK) 24.2 cm plant spacing，2 grain sowing；T4：3粒倍株距播种 48.4 cm plant spacing，3 grain sowing；T5：2、3粒间隔播种 36.4 cm plant spacing，2-3 grain interval sowing。同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。Different small letters in the same column indicate significant differences at theP<0.05 level. The same below.

表2 不同处理出苗率和保苗率方差分析Table 2 Analysis of variance for emergence rate and survival rate of seedlings under the interaction of different agronomic measures

Y：年份Year;S：播种方式Sowing method.

2.2 不同处理农艺性状分析

2012-2016年不同处理株高、穗长和百粒重差异不显著(表3)，年际间变异系数为1.64%～10.31%，3个基本性状受降水年型影响较小；秃顶长不同处理间差异显著(P<0.05)，年际间变异系数50%以上，2012和2013年穗位高、穗粒数差异显著(P<0.05)，穗粒数T1处理显著高于其他处理，由于2011和2012年玉米生育期降水偏少，2012和2013年播种时底墒偏低，影响了玉米前期长势，同时单粒播种缺苗严重，实际密度偏低，造成穗粒数增加。

表3 不同处理玉米各农艺性状之间的差异Table 3 Change of agronomic characters under the interaction of different agronomic measures

2.3 不同处理透光率分析

图1 不同播种方式下透光率变化Fig.1 Change of transmittance under the interaction of different agronomic measures (2014) 不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。The different small letters mean the significant differences at P<0.05， the same below.

穗部和地面部位透光率差异显著(P<0.05)(图1)，T4株距大，透光性好，穗部透光率较其他处理高1.46%～2.87%，穗部和底部较传统播种(T3)分别提高了1.97%和1.35%，T1与T2差异不显著，T1底部透光率为5.26%。说明，穗部及以下叶片受光面积增加，延缓了叶片衰老，增加光合时期，有利于干物质积累。

2.4 不同处理光合作用分析

不同处理拔节期光合速率影响差异不显著，T2、T4和T5处理主要是对株距进行调整，影响了叶片的空间分布，可以看出，不同处理间净光合速率、气孔导度和蒸腾速率变化差异不显著(表4)，说明单穴双苗在株距达到一定时，不会影响玉米光合作用，对光合产物积累不会消减。

表4 不同处理光合作用的差异Table 4 Change of physiology character under the interaction of different agronomic measures (2014)

2.5 不同处理干物质积累

图2 不同播种方式下干物质积累量Fig.2 Change of dry matter under the interaction of different agronomic measures (2014)

各处理先玉335的单位面积干物质积累量变化随生长时间推移，呈S型变化趋势，即慢-快-慢的积累趋势，各处理变化基本一致(图2)。苗期、拔节期、吐丝期和抽雄期不同处理间差异不显著，单粒半株距播种(T2)苗期-拔节期干物质积累缓慢，抽雄后逐渐与其他处理趋于一致；成熟期T1处理干物质积累量显著低于其他处理，主要是单位面积株数不足，干物质积累量显著降低。单粒播种出苗后苗情较弱，前期长势慢，吐丝期后生长量逐渐达到对照水平；T4收获后干物质积累量高于其他处理，较常规播种(T3)高7.89%。成熟期变幅为2540.0 kg·hm-2，播种方式对干物质积累量影响不显著。

2.6 不同处理干物质分配

播种方式对干物质分配规律影响差异不显著(图3)，到成熟期干物质主要转运到籽粒，籽粒占全株干物质比例即收获指数达54.3%以上，其次为秸秆和叶片，分别为20.0%和11.2%以上，T2、T4收获指数分别为53.2%、55.8%， 叶片和秸秆干物质分配率分别为10.8%和22.0%、 11.2%和17.8%。不同处理收获指数变幅为3.0%，茎秆变幅为4.2%，叶片变幅为0.8%，说明播种方式对干物质分配影响不大。

图3 不同播种方式下干物质分配规律Fig.3 Change of allocation rate of dry matter under the interaction of different agronomic measures (2014)

2.7 不同处理产量和水分利用效率分析

对不同处理产量、耗水量和水分利用效率进行方差分析，玉米产量、耗水量和水分利用效率年际间差异极显著(P<0.01)(表5)，其中产量之间播种方式和两因素互作差异不显著(P=0.3337，0.1480)；耗水量播种方式差异不显著(P=0.7720)，二因素互作差异极显著(P<0.01)；水分利用效率不同播种方式间差异显著(P<0.05)，二因素互作差异不显著(P=0.0595)。

表5 不同处理产量、水分利用效率和耗水量方差分析Table 5 Analysis of variance for yield， WUE and ET of seedlings under the interaction of different agronomic measures

Y：年份Year；S：播种方式Sowing method.

2012和2013年产量、耗水量和水分利用效率低于其他3年，玉米减产8.2%～15.3%，水分利用效率降低2.3%～24.8%。5年平均不同处理间产量和耗水量平均变幅分别为14317～13698 kg·hm-2和445.6～457.0 mm，水分利用效率T4、T2和T3处理之间差异不显著，但显著高于T5和T1处理(表6)。其中T2产量和水分利用效率分别为14317 kg·hm-2和31.9 kg·mm-1·hm-2，较常规播种(T3)增加2.02%和2.23%，T4产量和水分利用效率分别较常规播种(T3)增加3.94%和2.61%。

2.8 不同处理产量与生长性状的关联度分析

选取主要玉米生长指标，与产量做关联分析(表7)，与产量关联度由高到低依次为：保苗率>穗位部透光率>穗长>底部透光率>穗粒数>出苗率>百粒重。与产量关联度最高的为保苗率和穗位部透光率，其中保苗率直接决定了单位面积成穗数，穗位部透光率反映了玉米穗位部以上叶片的受光面积，是玉米干物质积累“源”的保证。

表6 不同处理玉米产量和水分利用效率之间的差异Table 6 Change of yield and WUE under the interaction of different agronomic measures

表7 产量与生长性状关联度Table 7 The correlated degree (Ri) between yield and growth traits

X1：穗位透光率 Ear position transmittance；X2：底部透光率 Ground transmittance：X3：出苗率Emergence rate；X4：保苗率Survival rate of seedlings；X5：穗长Ear length；X6：穗粒数Rows per ear；X7：百粒重100-grain weight.

3 讨论

玉米出苗受到了外部因素和品种基因双重影响，外部因素主要包括土壤湿度、地温、病虫害、地力、土质、整地等，在全球气候变暖的情况下，农业干旱时常发生[12]，春旱发生频率最高[13]，严重影响玉米出苗和产量，地膜覆盖能够有效改善耕层土壤水分和温度环境，保证了出苗必要的水温条件[14-16]；本研究采用全膜双垄沟栽培技术，4月中下旬玉米播前0～200 cm土壤水分为15%～19%，0～20 cm含水量为16%～22%，达到了玉米出苗的基本含水量，双垄沟显著提高地温[5]，得到了学者的普遍认同，因此，全膜双垄沟栽培技术能够解决玉米出苗的水分和温度问题。本研究选用了同一品种,通过调节株距和播种粒研究玉米出苗率和保苗率，5种播种方式对出苗率和保苗率影响均达到显著水平(P<0.05)，年际间显著影响玉米出苗，对保苗率影响不大；单粒播种(T1和T2)出苗率较双粒播种(T3、T4和T5)平均高1.89%；5种播种方式通过株距和每穴留苗数来达到预期播种密度，等株距单粒播种(T1)出苗率高，但是保苗率为83.36%，达不到目标密度，半株距单粒播种(T2)可以有效解决保苗问题，定苗时可以按照目标密度留苗，保苗率达到了99.52%；双粒播种(T3、T4、T5)出苗率相对较低，但保苗率达到了93.6%，双粒播种可以根据目标密度，在相邻穴位缺苗时，本穴可预留2株，解决相邻穴位缺苗现象；3粒倍株距(T4)播种株距提高1倍，相应播种穴数减少1半，出苗率和保苗率分别达到了84.42%和94.16%，与对照(T3)差异不显著。因此，单粒播种是玉米机械化播种技术主推播种方式，该播种方式主要减少破苗、定苗环节，为了达到预期播种目标密度，单粒播种时增加密度17%左右；在无法采用机械化播种的区域，人工播种可以选用双粒倍株距播种方式，可以减少50%点播穴数，保苗时每穴留2株。

玉米形态特征和发育特性关系到“源”“库”的协调关系，最终表现到“源”向“库”转移光合产物。本研究采用不同株距和下籽粒数调整玉米目标密度为75000株·hm-2，连续5年结果显示，干物质呈“S”型积累，不同处理干物质积累变化趋势一致，收获指数均在54%左右，在行距不变的情况下，单粒半株距播种(T2)和3粒倍株距播种(T4)单位面积干物质积累量和分配规律与传统耕作(T3)差异不显著，每穴留双株使玉米生长空间发生变化，个体结构优化；有研究表明，密度增加群体内光截获率加大，造成田间郁蔽、通风透光率条件变差[18-19]，本研究显示了穗位部的透光率与产量关联度仅次于保苗率，位居第二，3粒倍株距播种(T4)底部透光率达到了4.6%，显著高于单粒半株距(T2)和2、3粒间隔播种(T5)，光合作用各处理差异不显著，说明在截获光能后光合产物不会受到每穴留苗数的影响，光合面积是光合产物积累的决定因素，T4处理增加了株距，通风性能提升，增加下部叶片光能截获能力，棒三叶下部叶片受光面积增加，保证了充足的“源”，合理解决了增加密度降低通风透光率的问题，为玉米籽粒干物质积累提供基础保障。

玉米出苗情况对产量有明显影响，出苗时间每推迟1 d，玉米减产29%，出苗率每下降10%，玉米减产9.2%[17]，出苗和苗期壮苗是玉米高产的基础，不同播种方式是调节个体通风受光条件、营养状况并最终作用于产量的因素之一[20]，本研究结果显示，保苗率与产量关联度最高，为0.6957，与前人研究结果一致；播种质量均匀一致，在苗期形成壮苗，有利于后期干物质积累、叶面积指数均有所提高[21-22]。本研究表明播种方式对玉米出苗影响显著，苗期保苗也关系到玉米成穗数，增加成穗数是玉米产量提高的主要途径[23-26]，因此，不同播种方式直接影响产量三因素的单位面积成穗数，玉米产量、耗水量和水分利用效率年际间差异显著(P<0.01)，这与课题组多年研究一致[5]，不同处理产量、耗水量之间差异不显著(P=0.3337，0.772)，处理间水分利用效率差异显著(P<0.05)，每穴双株倍株距和每穴单粒耗水基本一致，说明在一定密度条件下，株距和每穴株数均对产量和土壤耗水差异不显著；由于等株距单粒播种(T1)和2、3粒间隔播种(T5)保苗率低，密度达不到预期目标，因此水分利用效率显著低于半株距单粒播种(T2)和3粒倍株距播种(T4)。

4 结论

在黄土旱塬区，全膜双垄沟栽培模式下，不同播种方式显著影响了玉米出苗率和保苗率，单粒半株距显著提高了玉米保苗率，同时增加了点播穴数，3粒倍株距播种方式减少了点播穴数，保苗率与常规播种无差异；合理的下籽量和株距搭配，保证了玉米较高的保苗率，促进了群体结构正常的生长发育，构建了合理的“源”“库”关系，各层次叶片处于较好的光照状态，提高了各部位的干物质积累。保苗率和穗位部透光率与产量关联度极高，单粒半株距播种和3粒倍株距播种较传统播种方式均有优势，机械化播种可以采用半株距播种，为了减少间苗环节，可以在预计密度基础上提高密度17%左右，人工播种可采用倍株距3粒播种，每穴留2株玉米，点播穴数减少50%。