播种深浅差异对玉米种子发芽出苗、幼苗特性及根系特征的影响

许海涛,王勤俭,王友华,许波,王成业

（1.驻马店市农业科学院河南玉米产业技术体系驻马店综合试验站,河南驻马店463000；2.遂平县槐树乡农业服务中心,河南遂平463100）

玉米（Zea mays L.）是我国重要的饲料与粮食作物,产量提升潜力高,应用较范围较广,对于保障国内粮食安全具有重要意义,全球谷物到2050 年时需求增长大约为56%,其中玉米占45%[1].大壮苗、强苗、全苗、齐苗是保障玉米获得较高产量的重要基础,整地不佳、墒情不好、播种深浅不一致均可影响到玉米出苗,造成缺苗断垄、苗势不整齐,导致群体整齐度下降,进而对产量提高产生一定影响[2].种子发芽、出苗质量高低与种子遗传特性及环境因素有关,播种深度是种子出苗影响要素之一[3].适宜深度播种一致能够增加群体的整齐度,宜于群体产量提升优势得到均衡发挥[4].播种深浅对种子发芽、出苗、长势产生直接影响,播种过浅时土壤表层易于失水产生干旱,难以达到发芽出苗需要的环境条件,勉强发芽易由于高温被灼伤,根系无法生长伸展,入土不深,不易形成壮苗全苗,幼苗活力较弱；播种过深虽土壤墒情相对好些,能够满足种子充分吸水产生萌动,但过深不易得到足够氧气或养分消耗过多,种子发芽后难以出土,种子萌发过程中也易受到土壤中害虫及病原菌侵害,致使种子产生腐烂,最终影响出苗,即使出苗由于养分过度消耗,叶片发黄,长势也弱[5-6].河南省一般5 月底至6 月初降雨较少,玉米出苗期常遇到干旱天气,致其出苗能力降低,难以保证品种所需的群体株数,产量潜力难以发挥.适当深播可以有效避开表层土壤水分含量低的现象,满足玉米种子发芽水分需求,通过有效利用深层土壤中的水分抵御土壤表层干旱对种子发芽出苗的影响,使根系伸展较深,有利于提高抗倒及抗旱的能力[7-9].Alessi 等[10]研究了播种深度对玉米出苗及幼苗活力的影响,发现种植深度每增加2.6 cm,出苗时间就要推迟1 d,适宜种植深度因土壤和天气条件而异.Knappenberger 等[11]认为在非均质土壤中,最有利的播种深度在空间上是不同的,播种深度与玉米出苗具有显著相关性,深植玉米（8 cm 或9 cm）的出苗率高于浅植玉米.Palamarchu 等[12]研究了播种深度从4 cm 增加到11 cm 时玉米产量结构因素的变化,小粒种子随播种深度的增加玉米产量降低,大粒种子反而不会导致产量急剧下降,最佳播种深度4～7 cm,可以确保玉米杂交种产量构成因素达最优值,行粒数增加,并且播种深度越小,行粒数越多.而李英[13]研究表明播种深度2～7 cm 范围内,播深为5 cm时出苗整齐,均匀度较高,玉米产量潜力最佳.目前有关播种深浅差异对玉米种子发芽出苗、幼苗特性及根系特征的影响研究甚少,本文旨在通过播种深浅差异对玉米种子发芽出苗、幼苗特性及根系特征的变化,进一步研究玉米播种质量对产量的贡献机制,为河南省玉米生产中播种质量的提升提供理论依据和参考.

1 材料与方法

1.1 供试品种

供试玉米品种为驻玉216,由驻马店市农业科学院玉米研究所选育并提供.

1.2 供试肥料

供试肥料为N 含量46%的驿马尿素；N 含量27%、P2O5含量9%、K2O 含量9%的沃夫特复合肥.

1.3 试验设计

2019 年6 月5 日进行桶栽试验,采用高30 cm,直径35 cm 的统一规格的塑料桶,试用土壤质地为黏壤,用TPY-6A 智能土壤养分测试仪对0～20 cm 土壤基本理化性状进行测定[14]：土壤有机质为19.50 g/kg,全氮为1.95 g/kg,碱解氮为57.62 mg/kg,速效钾（K2O）为58.48 mg/kg,速效磷（P2O5）为15.09 mg/kg,pH 值为6.7.试验采用完全随机区组排列,播深分别为3 cm（D3）、5 cm（D5）、7 cm（D7）、9 cm（D9）、11 cm（D11）5 个处理,用岳丽杰等[15]提供的方法,把收集到的试验田0～20 cm 耕层供试土壤经风干后过5 mm 筛,每桶均装风干土壤30.6 kg,桶内土壤容质量均匀一致为1.18 g/cm3,装桶时采取边装干土边浇水方式,同一浇水量,播种前相对含水量统一达到75%,托盘垫于桶底以防水分流失.把精选饱满成熟没有损伤、自然干燥、外形基本一致、大小均匀的玉米种子,均匀撒播到3、5、7、9、11 cm 相应播深的土壤表面,立刻分层覆盖土壤,直到桶内土壤达到27 cm 深度时为止.每处理共5 盆,每盆播种20 粒,3 次重复,共75 盆.自然条件下进行萌发出苗,以D3 播深3 cm 为对照.播种前桶施含N46%尿素3 g,含N 27%、P2O59%、K2O 9%复合肥10 g.

1.4 测定项目与方法

胚芽鞘出土长度达2 cm 时即为发芽,自发芽之日起逐日记载发芽数,直到发芽基本停止,1 心1 叶达到50%以上时即为出苗,出苗结束调查出苗时间、幼苗整齐度[16-17],计算发芽率、发芽势.发芽率为正常发芽种子数占播种种子数的百分比,发芽势为3 d 内正常发芽种子数占播种种子数的百分比[14].幼苗整齐度即把幼苗苗长平均值与其标准差的比值作为评价标准[18].

50%玉米苗达3 叶期,随机选取20 株,植株根部泥土冲洗干净后用吸水纸把残余水分完全吸收为止,用毫米刻度直尺测量幼苗苗长（中胚轴与胚芽鞘结合点至叶片最高点的长度）、胚芽鞘长度（胚芽鞘节至其顶端间的长度）、中胚轴长度（子叶节至胚芽鞘节基部的长度）；测量幼苗茎粗（分辨率0.01 mm,Guanglu 电子数显卡尺）；调查次生胚根条数、测量次生胚根总长；幼苗全株称取鲜质量（广州深华BSA224S 电子天平）后分成地上、地下两部分, 再于105 ℃杀青0.5 h, 电热恒温鼓风干燥箱（新苗DHG-9243BS-Ⅲ）内80 ℃烘干至恒质量,称取干质量（广州深华BSA224S 电子天平）,计算鲜质量增加比[19]、壮苗指数[20]、及根冠比[21].

1.5 数据分析与处理

采用Excel 2003 对数据进行统计与分析.

2 结果与分析

2.1 播种深浅差异对玉米种子发芽出苗的影响

发芽率、发芽势是种子发芽出苗整齐度进行鉴别的重要指标之一,能够判别田间出苗率的高低,发芽势为初期发芽较为集中的发芽率,对出苗整齐度起决定作用[14],整齐度对产量可产生直接或间接的影响[22],在栽培技术研究中常用作衡量群体生长发育均衡性的主要指标[23].播种深浅差异对玉米发芽率、发芽势及幼苗整齐度的影响见图1.

图1 播种深浅差异对玉米种子发芽出苗的影响Fig.1 Effect of sowing depth difference on maize seed germination and seedling emergence

由图1 可知,播种深浅差异对玉米发芽率、发芽势及幼苗整齐度产生较大影响.随着播种深度增加,抑制作用明显,发芽率、发芽势及幼苗整齐度均有逐渐降低趋势.播种深度D5、D7、D9、D11 处理比对照D3 发芽率降低分别为8.9、42.1、70.5、79.7 个百分点,降低分别为9.41%、44.50%、74.52%、84.25%,播种深度D3～D5 每增加1 cm,发芽率降低4.45 个百分点,播种深度D7～D11 每增加1 cm,发芽率平均降低9.40 个百分点；不同播种深浅差异对发芽势的影响明显大于发芽率,播种深度D5、D7、D9、D11 处理比对照D3 发芽势降低分别为10.5、40.7、65.1、73.3 个百分点, 降低分别为12.76%、49.45%、79.10%、89.06%,播种深度D3～D5 每增加1 cm,发芽势降低5.25 个百分点,播种深度D7～D11 每增加1 cm,发芽势降低8.15 个百分点.播种深度深浅差异导致幼苗整齐度存在明显差异,播种深度D5、D7、D9、D11 幼苗整齐度比对照D3 分别降低2.5、4.3、5.6、7.4 个百分点, 分别降低了21.37%、36.75%、47.86%、63.25%,播种深度D3～D5 幼苗整齐度较好,播种深度大于D5 时幼苗整齐度则大幅下降.播种深浅差异对出苗时间的影响见图2.

图2 播种深浅差异对玉米出苗时间的影响Fig.2 Effect of sowing depth difference on maize seedling emergence time

由图2 可知,随着播种深度的增加玉米出苗时间有逐渐延后的趋势.播种深度D3～D11 玉米出苗时间为5～9 d,播种深度D3 即表播出苗历时最短为5 d,播深D11 即深播出苗历时最长为9 d,播种深度超过D7,每增加1 cm 出苗历时平均延后0.75 d.

2.2 播种深浅差异对玉米幼苗形态特性的影响

玉米形态特性中的株高是其相对稳定的指标之一,主要受自身遗传性状表现决定的,但外界环境因素对其也能产生明显影响[24].播种深浅差异对玉米幼苗苗长、茎粗的影响见图3.

图3 播种深浅差异对玉米幼苗形态特性的影响Fig.3 Effect of sowing depth difference on morphological characteristics of maize seedling

由图3 可知,播种深浅差异对玉米幼苗苗长、茎粗产生明显变化.随着播种深度增加,幼苗苗长、茎粗均表现出持续上升趋势,在播种深度D9、D7 分别达到最大值21.6 cm、4.16 mm,之后随播种深度的增加而有所降低.播种深度D3～D9 幼苗苗长为15.3～21.6 cm,播种深度D5、D7、D9、D11 比对照D3 分别增加了11.76%、25.49%、41.18%、20.26%,播深每增加1 cm 幼苗苗长平均增加1.05 cm,之后每增加1 cm 幼苗苗长平均降低1.60 cm；播种深度D5～D9 幼苗茎粗比对照D3 分别增加了2.34%、8.05%、5.71%,播种深度D11 幼苗茎粗比对照D3 降低3.90%.

2.3 播种深浅差异对玉米幼苗鲜质量增加比及壮苗指数的影响

鲜质量增加比和壮苗指数一定程度上能够作为衡量玉米幼苗素质与生长发育、幼苗健壮程度的指标[21].播种深浅差异对玉米幼苗鲜质量增加比及壮苗指数的影响见图4.

图4 播种深浅差异对玉米幼苗鲜质量增加比及壮苗指数的影响Fig.4 Effects of sowing depth difference on fresh mass gain ratio of maize seedling and seedling healthy index

由图4 可知,播种深浅差异对幼苗鲜质量增加比、壮苗指数均产生一定影响.随着播种深度增加,玉米幼苗鲜质量增加比呈现先增加后逐渐降低最终又升高的趋势, 而壮苗指数呈现先增加后逐渐降低趋势.幼苗鲜质量增加比播种深度D5 时最大,为0.075 2 g/cm,播种深度D9 时最低,为0.057 8 g/cm,播种深度D5、D7、D9、D11 幼苗鲜质量增加比比对照D3 分别增加了18.80%、2.53%、-8.69%、-2.53%；壮苗指数以播种深度D5 时最大,为1.308 4,比对照D3 增加了31.74%,播种深度为D7、D9、D11 时壮苗指数比对照D3 分别增加了27.63%、27.68%、16.26%,播种深度D3 时壮苗指数最低,浅播可能因土壤水分蒸发较快不利于幼苗生长,根系生长受到一定影响,进一步影响到幼苗健壮程度,播种深度D11 时壮苗指数相对也较低,深播导致出苗时间延后,营养过度消耗,幼苗生长健壮程度不高.

2.4 播种深浅差异对玉米幼苗表型特性的影响

播种深浅差异对玉米幼苗表型特性的影响见图5.

图5 播种深浅差异对玉米幼苗表型特性的影响Fig.5 Effect of sowing depth difference on phenotypic characteristics of maize seedling

由图5 可知,播种深浅差异对玉米幼苗中胚轴及胚芽鞘长度均产生一定影响.随着播种深度增加,中胚轴长和胚芽鞘长均呈现稳步升高的趋势. 播种深度D5、D7、D9、D11 玉米幼苗中胚轴长比对照D3 分别增加了72.22%、100.00%、138.89%、172.22%, 胚芽鞘长比对照D3 分别增加了7.69%、19.23%、30.77%、50.00%,中胚轴长度的变化远远大于胚芽鞘长度的变化,播种深度D5～D11 范围内播深每增加1 cm,中胚轴长平均增加0.30 cm,平均增加了16.67 个百分点,胚芽鞘长平均增加了7.05 个百分点.

2.5 播种深浅差异对玉米幼苗根系特征的影响

土壤中矿质元素及水分主要经过玉米根系来吸收,是玉米主要的吸收合成、固定及支持生物器官,根系发育健壮与否对养分和水分利用将产生直接影响[25],根系大小与玉米对营养与水分的吸收性能相关,根长与根系根干质量是衡量根系吸收能力大小的主要指标[26].根冠比是玉米根系与植株地上部生物量积累数量关系的具体体现,作为衡量玉米地下部分和地上部分生物量的分配是否协调的重要参数,反映了玉米未来获取资源的策略,也是表型植物生育与竞争性能的重要指标[27-28].播种深浅差异对玉米幼苗次生胚根条数及次生胚根总长的影响见图6.

图6 播种深浅差异对玉米幼苗次生胚根条数及次生胚根总长的影响Fig.6 Effects of sowing depth difference on secondary radicle number and total length of secondary radicle of maize seedling

由图6 可知,播种深浅差异对玉米幼苗根系的生长发育速度产生一定影响.次生胚根总长随着播种深度增加呈现逐渐增加趋势,次生胚根条数则呈现先增加后逐渐降低的趋势.深层土壤对玉米幼苗根系生长变化反应更加敏感,播种深度D11 次生胚根总长最长平均为31.6 cm,次生胚根条数最少平均为3.5条.播种深度D5、D7、D9、D11 次生胚根总长比对照D3 分别增加了2.93%、4.03%、13.19%、15.75%,播种深度每增加1 cm,次生胚根总长平均增加2.14 个百分点；.播种深度D5、D7、D9、D11 次生胚根条数比对照D3 分别增加了9.76%、-7.32%、-12.20%、-14.63%,除播种深度D5 比对照D3 增加外,播种深度再增加时均比对照有所降低.播种深浅差异对幼苗根冠比的影响见图7.

图7 播种深浅差异对玉米幼苗根冠比的影响Fig.7 Effect of sowing depth difference on root-shoot ratio of maize seedling

由图7 可知,玉米幼苗根冠比的变化与播种深度有很大的关系.随着播种深度增加有降低趋势,播种深度D3 根冠比最大,播种深度较浅时用于幼苗根系生长生物量相对增多,D11 根冠比最小,播种过深时可能造成亚表层根系死亡或使其吸收性能降低,导致根条数减少,对玉米幼苗地上部及根部的分配可能产生一定影响,根冠比降低,播种深度D5、D7、D9、D11 玉米幼苗根冠比比对照D3 分别降低了12.73%、20.00%、10.91%、36.36%.

3 结论与讨论

播种质量的高低是确保玉米全苗壮苗的基础,玉米播种的深度是衡量播种质量好坏的关键指标[29].播深过浅易散失土壤水分,不能够满足种子发芽、出苗对水分的需求,影响其发芽能力；播深过深则会使种子发芽、出苗消耗过多养分,延长出苗时间[30].本研究表明播种深浅差异对玉米发芽率、发芽势及幼苗整齐度产生较大影响,随着播种深度的增加其抑制作用明显,发芽率、发芽势及幼苗整齐度均有逐渐降低、出苗时间逐渐延后的趋势, 播种深度D5、D7、D9、D11 处理比对照D3 发芽率分别降低9.41%、44.50%、74.52%、84.25%,发芽势分别降低12.76%、49.45%、79.10%、89.06%,幼苗整齐度分别降低21.37%、36.75%、47.86%、63.25%.石达金等[22]认为玉米在实际播种当中需要提升玉米整齐度及产量时,必须结合当时土壤实际墒情及品种种子特性,选择合适播种深度,并且确保播种深浅基本一致,以求增产之目的.播种深度D3～D11 玉米出苗时间为5～9 d,播种深度D3 即表播出苗历时最短为5 d,播深D11 即深播出苗历时最长为9 d,播种深度超过D7,每增加1 cm 出苗历时平均延后0.75 d.播种深浅差异对玉米幼苗苗长、茎粗产生明显变化,随着播种深度增加幼苗苗长、茎粗均表现出持续上升趋势,在播种深度D9、D7 分别达到最大值21.6 cm、4.16 mm,之后随播种深度的增加而有所降低,播种深度D5～D9 幼苗茎粗比对照D3 分别增加了2.34%、8.05%、5.71%,播种深度D11 幼苗茎粗比对照D3 降低3.90%.随着播种深度增加,玉米幼苗鲜质量增加比呈现先增加后逐渐降低最终略有升高的趋势,而壮苗指数呈现先增中后逐渐降低趋势.播种深度D5、D7、D9、D11 幼苗鲜质量增加比比对照D3 分别增加了18.80%、2.53%、-8.69%、-2.53%；播种深度为D7～D11 壮苗指数比对照D3 分别增加了27.63%、27.68%、16.26%,播种深度D3 时壮苗指数最低,可能因浅播土壤水分蒸发较快不利于幼苗生长,根系生长受到一定影响,进一步影响到幼苗健壮程度,播种深度D11 时壮苗指数相对也较低,可能因深播导致出苗时间延后、营养过度消耗、幼苗生长健壮程度不高.玉米萌发出苗时由于子叶不出土,其顶土能力与中胚轴及胚芽鞘的伸长密切相关,出苗率的高低是中胚轴及胚芽鞘协同作用的结果[8,31].本研究表明播种深浅差异对玉米幼苗中胚轴及胚芽鞘长度均发生一定变化,随着播种深度增加,中胚轴长和胚芽鞘长均呈现稳步升高的趋势.播种深度D5、D7、D9、D11 玉米幼苗中胚轴长比对照D3 分别增加了72.22%、100.00%、138.89%、172.22%,胚芽鞘长比对照D3 分别增加了7.69%、19.23%、30.77%、50.00%,中胚轴长度的变化远远大于胚芽鞘长度的变化.管建慧等[32]研究认为次生胚根产生于出苗前,其他节根形成于出苗后,大部分节根形成及生长主要受环境及耕作状况影响.本研究表明播种深浅差异对玉米幼苗根系的生长发育速度产生一定影响,次生胚根总长随着播种深度增加呈现逐渐增加趋势,次生胚根条数则呈现先增加后逐渐降低的趋势,而对玉米幼苗根冠比的影响没有一定规律性,但其变化与播种深度有很大的关系.播种深度D5、D7、D9、D11 次生胚根总长比对照D3 分别增加了2.93%、4.03%、13.19%、15.75%, 次生胚根条数比对照D3 分别增加了9.76%、-7.32%、-12.20%、-14.63%.播种深度D3 根冠比最大,可能因播种深度较浅时用于幼苗根系生长生物量相对增多,D11 根冠比最小,可能因播种过深时可能造成亚表层根系死亡或使其吸收性能降低,导致根条数减少,对玉米幼苗地上部及根部的分配可能产生一定影响,根冠比降低,播种深度D5、D7、D9、D11 玉米幼苗根冠比比对照D3 分别降低了12.73%、20.00%、10.91%、36.36%.

在桶装土壤结构松散试验条件下,播种深度5～7 cm 可有效提高玉米种子发芽率、整齐度,避免断垄缺苗情况的产生,又可充分利用此深度土壤适宜的含水量,抵御干旱对玉米种子的侵袭.应避免播种过深、过浅、深浅不一,过浅不符合玉米生产实际需求,若不及时补足墒情,干旱将使种子不发芽或不易扎根而难以成活,过深则会使出苗时间延迟,出苗率下降[3].玉米实际生产中要结合本地自然环境和实际种植情况,合理选择适宜的玉米播种深度,根据播种时天气条件、土壤墒情合理调整播种深度.雨涝环境应适当浅播减缓积水对根系的抑制作用,干旱环境应适当深播,以降低水分损失,保证足够水分供根系吸收,确保玉米正常生育需求,实现高产目标[22,28].