苗带少耕对黄淮海夏玉米产量形成与根冠特征的影响
2020-11-13毕香君李升东冯波王宗帅李华伟王法宏石军萍
毕香君，李升东，冯波，王宗帅，李华伟，王法宏，石军萍
（山东省农业科学院作物研究所，山东济南 250100）
黄淮海地区是我国第二大玉米主产区，区域内小麦玉米一年两熟。为最大限度节省农时，贴茬直播是黄淮海夏玉米的主要播种技术［1］。贴茬直播玉米虽然可节约农时和播种成本，但连年免耕极易导致耕层变浅、犁底层坚硬、土壤通气性差等问题，产生的坚硬地表造成降雨径流，土壤和养分流失严重，影响玉米根系下扎和对水分、矿质营养元素的吸收，导致生育后期地上部早衰，影响产量水平发挥［2，3］。播种方式对土壤理化性状、根系生长、植株发育、籽粒产量都有较大影响。彭文英［4］认为，免耕直播使土壤穿透阻力加大，影响作物出苗，降低土壤导水性。因此，寻求一种既有利于保持土壤结构稳定又能促进根系下扎生长的播种方式，尤其重要［5］。Gupta等［7］认为，少耕能增加土壤湿度，使土壤在长时间内保持较高的生产水平。赵久然［6］、周文河［8］等研究发现，少耕覆盖具有保墒蓄水、抑制蒸发、减少径流、保持水土继而提高农田水分利用效率的功能，同时还有改善土壤结构、调节地温、增加产量等作用［9］。因此，本试验对贴茬直播（stubble sowing，简称：CK）与苗带少耕（minimum belt tillage，简称：MT，小麦收获后少耕播种玉米）两种耕作方式下的玉米产量和根冠性状指标进行对比，研究苗带少耕播种对夏玉米产量的影响，以期为黄淮海地区夏玉米生产技术的选择提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于2018—2019年玉米季在泰安市马庄镇岳洋农业合作社和德州市农业科学院试验田同时进行。两地同属半干旱半湿润暖温带大陆性季风气候，雨热同季。典型棕壤高产田，有灌溉条件。前茬作物为冬小麦。试验田土壤基础肥力状况见表1。
表1 试验田基础土壤肥力状况
1.2 试验材料
供试玉米品种：登海605。
1.3 试验设计
试验设置贴茬直播（CK）和苗带少耕（MT）两种处理（表2），重复3次。播种后划区，小区面积80 m2（16 m×5 m）。玉米种植密度 75 000株／hm2。整个生育期各处理病虫害防治和灌溉均按照大田管理措施进行。
表2 两种处理的作业流程比较
1.4 测定指标与方法
1.4.1 根干重 于吐丝期和灌浆中期，每小区选取3点，用根钻（半径 r＝0.05 m，高度 h＝0.15 m）分层取0～60 cm土层的带根土样，每20 cm为1层，共3层土样。土样取出后，放入网袋，清水冲洗出根系，去掉杂质后置于105℃杀青30 min，然后放入75℃烘箱中烘至恒重，测定根干重。
1.4.2 根长和根表面积 采用根系图像分析仪对根系扫描并保存为JPG文件，然后用Win-Rhizo软件进行分析，得出0～20、21～40、41～60 cm土层的总根长和根表面积。
1.4.3 叶面积指数（LAI） 每小区选择3点，每点选择长势一致、叶片完好植株5株，分别于大喇叭口期、吐丝期、灌浆中期和成熟期测定叶面积。
单株叶面积（展开叶）＝长×宽×校正系数（0.75）；
单株叶面积（未展开叶）＝长×宽×校正系数（0.50）；
叶面积指数（LAI）＝单株叶面积×单位土地面积内株数／单位土地面积［10］。
1.4.4 植株干物质量 每小区选择3点，每点选择长势一致植株5株，于大喇叭口期、吐丝期、灌浆中期和成熟期取样，将叶、茎秆、苞叶（苞叶和穗轴）、籽粒分别称量鲜重，然后105℃杀青、75℃恒温烘至恒重，测定玉米地上干物质重［11］。
1.4.5 测产及考种 玉米完熟时，去除边行，每小区选取2行各5 m进行测产，所有鲜果穗称重。同时选取20个代表性样穗，风干考种，记录穗行数、行粒数、千粒重，最后折算出籽粒产量（含水量按14%计算）。
1.5 统计分析
采用Microsoft Excel作图、SAS 8.2软件分析统计数据，显著性测验在0.05水平上进行。
2 结果与分析
2.1 苗带少耕播种对玉米根系垂直分布的影响
由表3可以看出，播种方式显著影响吐丝期和灌浆中期的单株玉米根系总干重，泰安点和德州点均表现为MT＞CK，吐丝期MT较CK分别增加8.92%、7.38%，灌浆中期分别灌浆中期分别增加5.40%、5.44%，两种播种方式下，玉米根系干重随着土层加深逐渐减小，吐丝期、灌浆中期两种播种方式0～20 cm土层的根系干重最大，且CK显著高于MT，表明与苗带少耕相比，贴茬直播根系更多集中于上层土壤，不利于根系下扎；21～40 cm和41～60 cm土层，根系干重均表现为MT＞CK，且差异达显著水平，表明苗带少耕增加土壤中下层根系比例，有利于玉米根系吸收更多水分和养分。
表3 两个处理的玉米根系垂直分布 （g）
2.2 苗带少耕播种对玉米根长和根表面积的影响
图1可见，灌浆中期，两种播种方式下各土层的玉米植株总根长和总根表面积分布、变化趋势和根系垂直分布变化趋势相似，MT相比CK，泰安、德州两试点总根长分别增加3.03%和1.78%，总根表面积分别增加9.15%和7.94%。两个处理的总根长未达到显著差异，总根表面积差异显著。两试点，21～40 cm土层MT根长比CK分别增加7.16%、9.95%，根表面积分别增加9.66%、10.94%；41～60 cm土层MT根长比CK分别增加17.79%、6.76%，根表面积分别增加26.54%、33.07%，表明苗带少耕能促进土壤中下层根长和根表面积的增加。
图1 灌浆中期两种处理的单株根长及根表面积
2.3 苗带少耕播种对叶面积指数的影响
图2显示，随着玉米生育进程的推进，两种处理的叶面积指数（LAI）变化规律一致，即大喇叭口期表现为CK＞MT，此后呈现线性递增趋势，灌浆中期达到最高值，泰安、德州两试点比CK分别提升5.15%、10.23%，此后开始下降。整体上MT的LAI要高于CK，说明苗带少耕比贴茬直播更加利于生育中期叶面积增加。
2.4 苗带少耕播种对玉米干物质量的影响
图3显示，两处理生育期内单株干物质积累量均呈先慢后快的发展规律。生育前期，干物质积累增加缓慢，灌浆中期到成熟期增加较快。泰安、德州两试点MT处理大喇叭口期单株干物质积累量比CK分别增加44.0%、32.8%，吐丝期分别增加 5.78%、8.21%，灌浆中期分别增加24.96%、16.15%，成熟期分别增加 11.64%、15.02%。这说明苗带少耕播种可以促进玉米植株干物质积累。
图2 两种处理各生育期的叶面积指数（LAI）
图3 两种处理对玉米单株干物质积累量的影响
2.5 苗带少耕播种对夏玉米产量及其构成因素的影响
由表4可知，MT处理能够增加夏玉米籽粒产量，泰安、德州两试点MT产量，与CK相比分别增加 8.57%、11.48%，平均增加10.03%。比较作物产量构成三要素发现，两试点苗带少耕播种主要是通过提高穗粒数（14.92%、14.44%）和千粒重（19.96%、10.46%）来提高产量，而对夏玉米的公顷穗数并无显著影响。可见，苗带少耕播种能发掘夏玉米生育后期的光合潜力，通过提高穗粒数和千粒重来增加产量。
表4 两种处理对玉米产量及其构成因素的影响
3 讨论与结论
张海林等［12］认为，合理的耕作措施是作物获得产量的基本保证，每种播种方式都有自己的优缺点，生产中可选取一种适合周围环境与农田作物的播种方式来提高作物的生产效率［13］。本试验以贴茬直播为对照，研究苗带少耕播种方式对夏玉米产量形成与根冠特征的影响，结果表明，根系垂直分布上贴茬直播更多集中于0～20 cm土层，苗带少耕主要集中在21～40 cm和41～60 cm土层，表明苗带少耕增加土壤中下层根系比例，可以提高作物抗逆能力，对玉米发育更为有利。这与宋海星等［14］的结论基本一致。泰安、德州两试点，灌浆中期21～40 cm土层MT根长比CK分别增加7.16%、9.95%，根表面积分别增加 9.66%、10.94%；41～60 cm土层MT根长比CK分别增加17.79%、6.76%，根表面积分别增加 26.54%、33.07%，表明苗带少耕能促进土壤中下层根长和根表面积的增加。这与李潮海等［15］的结论一致，原因可能是贴茬直播下土质坚硬、玉米根系生长受阻，而苗带少耕后疏松的土壤环境有利于作物根系伸展和根量的积累。叶面积指数整体上表现为MT＞CK，苗带少耕可以延缓叶绿素的降解，提高叶面积指数，两试点叶面积指数灌浆中期分别提升5.15%、10.23%。两试点大喇叭口期单株干物质积累量分别增加 44.0%、32.8%，吐丝期分别增加 5.78%、8.21%，灌浆中期分别增加24.96%、16.15%，成熟期分别增加11.64%、15.02%。吴国港等［16］认为少耕是一种简便易行、经济高效的耕作技术，能提高耕作质量、改善耕层土壤理化性质，对作物产量具有积极作用［17-19］。Ferreras等［20］研究认为少耕能增加土壤容重、打破犁底层、促进犁底层上部根系增多，利于产量形成［21，22］。MT处理籽粒产量较CK平均增加10.03%，表明苗带少耕播种能充分发掘夏玉米生育后期的光合潜力，并主要通过提高穗粒数和千粒重来实现增产。
综上所述，玉米苗带少耕播种能够改善土壤性能，促进中下层土壤根系伸展和根量积累，提升玉米根系活力，为植株提供充足的水分和养分，促进植株叶面积增长和干物质积累，从而增加穗粒数和千粒重，提高产量。结合黄淮海地区的气候条件和生产习惯，推荐夏玉米苗带少耕播种。该方式既轻简易行又能改善土壤结构、获得高产。
