川西高原藏区不同栽培模式对玉米产量和氮肥利用效率的影响

2021-05-19肖启银张祯勇高明文岳丽杰马松明闫艳红

耕作与栽培 2021年2期

肖启银，张祯勇，高明文，岳丽杰，马松明，张英，韦潇，闫艳红

(1.甘孜藏族自治州农业科学研究所，四川康定 626000；2.四川省农业科学院作物研究所，成都 610066； 3.四川农业大学动物科技学院，成都 611130)

玉米是川西高原藏族人民的主要粮食作物，从海拔1 200 m的低山河谷地带到海拔3 000 m的高山高原区域均有玉米种植，主要分布在大渡河、雅砻江、金沙江流域的高山峡谷地带，地势复杂，生态气候多样。受地理环境、历史、交通、人文、生产条件等众多因素影响，该地区基础研究薄弱、农业生产水平落后，玉米产量低。畜牧业一直以来是甘孜州的主要支柱产业，玉米是各种牲畜的优质饲料来源，随着甘孜州畜牧业的持续稳定发展，对玉米的需求量越来越大。因此，研究与玉米产量相关的指标，探究最佳栽培植模式，对提高该地区玉米的产量具有重要意义。有研究表明，美国玉米增产原因有50%～60%归功于玉米品种的创新[1-2]，40%～50%归功于施肥量、灌溉量、播种密度的增加和机械化程度的提高等栽培手段[3]。合理提高种植密度是目前玉米最有效增产技术[4-5]，过量使用化肥不仅会使玉米产量降低，品质变差、而且会造成大气、土壤和水源的污染[6-8]。因此，在保证产量的同时提高氮肥利用率，才能协调作物高产与生态保护共同发展[9]。本试验以川西高原广泛种植的凉单10号为试验材料，设置4种栽培模式，研究其对春玉米叶面积指数、叶绿素含量、干物质积累、产量等的影响，探索定量栽培措施对产量的贡献，找到玉米获得高产的原因，为高原藏区春玉米的高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验于2018年在四川省甘孜州丹巴县聂呷乡聂呷村(E：101°51′50″， N：30°56′40″)实施，试验地海拔2 550 m，供试玉米品种为凉单10号，土壤类型为棕壤，质地为沙壤土，耕作层(0～20 cm)土壤养分情况如表1所示。

表1 试验地土壤理化性状

1.2 试验设计

采取大区对比设计，设4种不同栽培模式，即超高产模式(SH)、高产高效(HH)、农户水平(FP)、不施肥处理(ck)，每个处理种植66.7 m2。其中，种植密度SH为9 万株·hm-2(行距×窝距=0.65 m×0.33 m，每窝留2 株)，HH为7.5 万株·hm-2(行距×窝距=0.65 m×0.4 m，每窝留2 株)，FP、ck均为6 万株·hm-2(行距×窝距=0.65 m×0.24 m，每窝留1株)。各处理施肥量见表2，施肥比例为：SH氮肥按底肥∶苗肥∶拔节肥∶攻包肥=3∶1∶1∶5的比例施入，P2O5、K2O按底肥∶苗肥∶拔节肥=3∶1∶1的比例施入，有机肥作为底肥一次性施入；HH氮肥按底肥∶拔节肥∶攻包肥=1.5∶1∶2.5的比例施入，P2O5、K2O按底肥∶拔节肥=1.5∶1的比例施入，有机肥(牛粪)作为底肥一次性施入；FP氮肥按底肥∶拔节肥=3∶7的比例施入，P2O5、K2O作为底肥一次性施入。2018年4月15日播种，按常规栽培进行田间管理，适时收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1不同生育时期叶面积指数(LAI)

每个大区选择3个样点，每个样点不少于20 m2，分别于拔节期、吐丝期、成熟期，每个样点取3株代表性植株，计算单叶叶面积及叶面积指数。

叶面积公式=叶长×叶宽×0.75；

叶面积指数=单株叶面积总和/单株所占土地面积(平均行距×株距)。

1.3.2不同生育时期地上部干物重

叶面积测定后，将样株放入烘箱105 ℃杀青30 min，然后80 ℃下烘干至恒重，称地上部干物质积累量。

1.3.3叶绿素相对含量

于吐丝期，每个大区选择3个样点，每个样点取3株代表性植株，采用SPAD叶绿素测量仪测定穗位叶片的叶绿素相对含量值，每叶测定5点后求平均值。

1.3.4玉米产量及产量构成指标

每个处理选择3个样点，每个点面积不少于20 m2，每个点连续调查20株的有效穗数(少于20个籽粒即视为无效穗)，按平均穗重法选取20个样穗，自然风干后进行室内考种，各处理实打实收，统计产量。

表2 试验设计

表3 不同栽培模式对玉米产量及其构成因素的影响

1.3.5数据分析

采用Microsoft Excel 2016软件进行数据统计，采用DPS 13.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式对玉米叶面积指数的影响

叶面积指数直接决定作物光能捕获量以及光的吸收面积，对光合作用有重要的影响。由图1可见，不同栽培模式在各个生育时期的叶面积指数均为SH>HH>FP>ck，其叶面积指数差异在吐丝期达最大。SH和HH模式明显大于FP和ck模式，FP和ck间差异较小。这说明SH、HH 模式能大幅度提高植株叶面积指数。

注：EP为拔节期；SP为吐丝期；MP为成熟期。图1 不同栽培模式下玉米叶面积指数的变化

2.2 不同栽培模式对玉米吐丝期穗位叶SPAD值的影响

SPAD值与叶片叶绿素含量密切相关，SPAD值越高，叶绿素含量越高，叶片光合作用就越旺盛[10]。从吐丝期穗位叶SPAD值来看(图2)，4种栽培模式下SPAD表现为SH>HH>FP>ck。其中，SH模式与HH模式间差异不显著，但显著高于FP和ck模式。

注：图中小写字母表示差异达到0.05显著水平。下同。图2 吐丝期不同栽培模式下SPAD值变化

2.3 不同栽培模式对玉米干物质积累的影响

从图3可看出，不同栽培模式下干物质积累量表现为SH>HH>FP>ck，SH和HH模式显著高于FP和ck模式，SH与HH模式主要是显著增加了花后干物质积累量。

2.4 不同栽培模式对玉米产量及其构成因素的影响

由表3可见，不同栽培模式的产量达到显著差异，表现为SH>HH>FP>ck，其中SH、HH、FP分别较ck增产25.73%、20.78%、11.57%；从产量因素来看，不同栽培模式下有效穗数和千粒重达到显著差异水平，穗粒数差异不显著，其中有效穗数表现为SH>HH>FP>ck，千粒重表现为FP>HH>ck>SH，说明SH和HH模式增产的主要原因是有效穗数显著提高。

注：BS为吐丝前；AS为吐丝后。图3 不同栽培模式下玉米干物质积累的变化

2.5 不同栽培模式对氮肥偏生产力的影响

从图4可以看出，随着施氮量的增加，氮肥偏生产力显著下降。不同栽培模式下氮肥偏生产力表现为FP>SH>HH， SH和HH模式较农户模式氮肥偏生产力分别降低了24.87%和15.46%。

图4 不同栽培模式下氮肥偏生产力的变化

3 讨论

LAI是衡量群体结构的重要指标，是决定群体吸收光能利用效率的重要因素。叶片SPAD值是多种因素综合作用的结果。研究表明，配方施肥有利于增加玉米叶面积指数[11]，提高叶片SPAD值[10]，增强玉米吐丝后光合生产率[12]，高密度条件下SPAD值有所下降[13]。本研究结果表明，凉单10号在不同生育时期LAI和SPAD关系均为SH>HH>FP>ck，说明HH、SH栽培模式下，形成足够的群体光合势，提高玉米叶片的光合生产能力。

干物质是玉米籽粒产量的物质基础[14]，玉米最终的籽粒产量是由生育期内干物质的积累分配与转运规律所决定[15-16]。玉米产量是单位面积生产玉米籽粒的总量表现，由有效穗数、穗粒数和千粒重三个要素构成。研究表明，施氮量[17-19]、种植密度[20]与玉米产量密切相关。本试验条件下，HH与SH栽培模式较FP和ck提高了生育期内干物质积累量，为提高籽粒产量奠定了物质基础。说明氮肥和有机肥有效改善了玉米的生存环境，促进了营养物质的吸收。产量与有效穗数关系密切，说明合理密植，适度提高有效穗数仍是目前决定玉米产量高低的关键因素。在HH、SH模式下进一步缩小千粒重和穗粒数的降幅是提高产量的关键。