冷凉区不同地膜覆盖对玉米干物质和氮素积累与分配的影响

历艳璐 王俊鹏 于欣志 魏宏磊 陈麒宇赵洪祥 徐 晨 边少锋 张治安

（1吉林农业大学农学院，130118，吉林长春；2吉林省农业科学院，130124，吉林长春）

玉米（Zea maysL.）是全世界分布最广的农作物之一，是我国和世界重要的粮食作物，我国总产量约占全球玉米产量的20%，仅次于美国，居世界第2位[1]。吉林省地处世界三大黄金玉米带之一，玉米种植面积是所有粮食作物中面积最大的，占吉林省总种植面积的72.8%，产量占比高达76.2%[2]。在吉林省东部的冷凉区，由于气候条件限制玉米的产量形成和提高受到影响。低温会导致农作物生长发育迟缓，植株的生理功能也会受到影响，地膜覆盖是我国冷凉地区促进作物高产增收的重要技术措施[3-5]。作物干物质积累和分配与经济产量关系密切，干物质积累受许多因素的影响，范龙秋等[6]研究表明，玉米产量和干物质在一定范围内与种植密度成正比，密度越大，产量与干物质越大。研究[7-8]表明，适量灌水与施氮肥可以提高作物的干物质积累，但过度施肥反而会造成作物减产以及肥料浪费[9]。研究[10-11]还表明，玉米氮素与干物质积累趋势基本一致，玉米植株氮素积累随生育期进程而增加，前期积累较慢，中期积累量增加迅速，后期玉米氮素积累由于氮养分的转运和分配而减缓。人们一直探寻通过明确干物质的积累和分配及氮素积累的规律来寻求高产的栽培模式，系统研究不同覆膜对玉米全生育期的生长发育、物质积累、运转和分配规律影响的报道并不是很多。本研究系统分析了冷凉区不同地膜覆盖方式对玉米干物质与氮素积累、分配、运转及产量的影响，为冷凉区玉米栽培管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试玉米品种为大德216。透明可降解地膜（宽×厚：110cm×0.008mm）、透明不可降解地膜（宽×厚：110cm×0.008mm）和黑色不可降解地膜（宽×厚：110cm×0.008mm）皆由吉林地富肥业科技有限公司提供。

1.2 试验设计

试验于2019年在吉林省延边州安图县松江镇南道村（128°24′E，42°32′N）进行，年无霜期125～130d，年均降水量669.7mm，年均温度2.2℃。采用大垄双行种植模式，大垄行宽1.2m，大垄上2行距离0.4m；裸地处理为当地常规均匀垄种植模式，垄宽0.6m。设置处理：透明可降解地膜（T1）、透明不可降解地膜（T2）、黑色不可降解地膜（T3）和无膜（TCK）处理，每个处理3次重复。根据测土进行配方施肥，氮肥150kg/hm2、磷肥90kg/hm2、钾肥75kg/hm2，70%氮肥、全部磷肥和钾肥作底肥与种肥施用，剩余30%氮肥在拔节中期作追肥施用。膜下除草剂用量为常规用量的50%。

1.3 测定项目与方法

于2019年播种后50、65、90、105和140d分别取各处理3株长势一致的植株，分为茎、叶、鞘、雄穗和雌穗，放入烘箱105℃杀青1h后，恒温85℃进行烘干至恒重并称重。

花后干物质积累量（kg/hm2）=成熟期地上部分干物质积累-吐丝期地上干物质积累，干物质转移量（kg/hm2）=吐丝期地上干物质-成熟期地上部分营养器官干物质积累，干物质转运率（%）=干物质转移量/开花期营养器官干重×100，干物质转移对籽粒的贡献率（%）=干物质转移总量/完熟期籽粒干物质质量×100。

植株全氮：将各取样期植株的茎、叶、鞘、雄穗和雌穗的干物质用磨样机器进行粉碎，采用凯氏定氮方法对各时期的样品进行测定。

成熟期各小区测产及测定含水量（转换成14%水分的产量）。

1.4 数据处理

用Excel 2007与SPSS进行数据（3次重复平均值）处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同地膜覆盖处理对玉米产量的影响

如图1所示，T1和T2处理的产量显著高于T3处理，T1和T2处理的产量分别较T3处理提高15.30%和12.49%，3种覆膜处理的产量均显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理的产量分别较TCK处理提高35.92%、32.60%和17.88%，可知透明膜对玉米增产效果优于黑膜。

图1 不同地膜覆盖条件下玉米产量Fig.1 Maize yield under different mulching conditions

2.2 不同地膜覆盖条件下玉米干物质积累、分配、运转的比较

2.2.1 不同地膜覆盖条件下玉米干物质积累 由表1可知，播种后50d，T1、T2和T3处理之间的干物质积累无差异，但均显著高于TCK处理，分别是TCK处理的3.13、2.35和1.95倍。播种后65d，2种透明膜的干物质积累显著高于黑膜，T1和T2处理分别较T3处理高出30.89%和19.15%，3种覆膜处理均显著高于TCK处理，T1、T2和T3较TCK处理分别提高40.37%、50.45%和16.50%。播种后90d，不同覆膜条件下的干物质积累表现为透明膜＞黑膜＞无膜，且存在显著差异，T1、T2和T3处理的干物质积累较TCK处理分别高出42.45%、46.35%和31.76%。播种后105d，T1和T2处理的干物质积累显著高于T3和TCK处理，T3处理显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理的干物质积累较TCK处理分别高出48.93%、46.35%和15.09%。播种后140d，不同覆膜的干物质积累表现为透明膜显著高于黑膜，T1、T2和T3处理的干物质积累显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理分别较TCK处理提高24.19%、22.32%和 18.95%。T1 在播种后 50～65、65～90、90～105和105～140d干物质积累量分别为23.61、119.56、78.43和109.24g/株，可以看出地膜覆盖在玉米生育前期可以大大增加玉米的干物质积累，后期也有增加干物质的效果，但前期提高量大于后期。T1处理不同时期干物质平均积累速率分别为3.68、3.63、3.53 和 2.98g/d。

表1 不同地膜覆盖条件下玉米干物质积累Table 1 Dry matter accumulation in maize under different mulching conditions g/株g/plant

2.2.2 不同地膜覆盖条件下成熟期各器官干物质积累分布 由图2可知，成熟期T1、T2和T3处理茎鞘的干物质积累量无显著差异，但均显著高于TCK处理，且分别较TCK处理提高22.05%、17.17%和10.60%。不同处理叶的干物质积累量表现为T2处理显著高于T1和T3处理，T2与TCK处理之间存在差异但不显著。3种覆膜条件下籽粒的干物质积累量表现为透明膜显著高于黑膜，具体表现为T1和T2处理较T3处理分别提高3.39%和2.43%，覆膜处理条件下籽粒的干物质积累量均显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理籽粒干物质积累量分别较TCK处理提高35.46%、34.19%和31.01%，籽粒干物质积累量与产量的表现一致。

图2 不同地膜覆盖条件下成熟期各器官干物质积累分布Fig.2 Distribution of dry matter accumulation in mature organs under different mulching conditions

2.2.3 不同地膜覆盖条件下的花后干物质积累分配及运转 如表2所示，T1处理的花后干物质积累、干物质转移量、干物质运转率和干物质转移对籽粒贡献率均高于其他处理。3种覆膜处理之间的花后干物质积累无差异，但均显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理的花后干物质积累较TCK处理分别提高35.17%、20.52%和23.94%。3种覆膜处理在干物质转移量和干物质转运率上均表现为透明膜显著高于黑膜，其中透明膜在干物质转移量上平均较黑膜提高15.73%，干物质转运率透明膜较黑膜平均高出33.32%。T1、T2和T3处理的干物质转移量分别是TCK处理的2.40、2.29和2.10倍。在干物质转移对籽粒贡献率上，T1与T2处理、T2与T3处理之间均表现为有差异但不显著，T1处理显著高于T3处理，覆膜处理的干物质转移对籽粒贡献率均显著高于TCK处理。

表2 不同地膜覆盖条件下的花后干物质积累分配及转运Table 2 Cumulative distribution and transport of dry matter accumulation after flower under different mulching conditions

2.3 不同覆膜条件下玉米植株氮素积累的变化

2.3.1 玉米氮素积累动态变化 如表3所示，在播种后50d，3种覆膜处理的氮素积累均显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理的氮素积累分别是TCK处理的4.63、3.65和2.25倍。播种后65d，3种覆膜处理之间氮素处理表现为T1和T2处理显著高于T3处理，T1和T2处理的氮素积累分别较T3处理高出26.77%和18.26%；3种覆膜处理的氮素积累均显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理的氮素积累分别是TCK处理的2.62、2.45和2.07倍。播种后90d，3种覆膜处理的氮素积累量均显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理的氮素积累量分别是TCK处理的1.86、1.52和1.39倍。播种后105d，3种覆膜处理的氮素积累量均显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理的氮素积累量分别较TCK处理提高51.15%、39.60%和19.36%。播种后140d，3种覆膜处理之间的氮素积累表现为透明膜处理显著高于黑膜，T1和T2处理的氮素积累量平均较T3处理提高20.11%，T1、T2和T3处理分别较TCK处理的氮素积累量提高46.87%、40.47%和19.62%。

表3 不同地膜覆盖条件下玉米氮素积累动态变化Table 3 Dynamic changes of nitrogen accumulation in maize under different mulching conditions kg/hm2

2.3.2 成熟期各器官氮素积累与分配 由表4可知，茎的氮素积累表现为3种覆膜处理均显著高于TCK处理，具体表现为T2＞T1＞T3＞TCK，T2处理茎的氮素积累量是TCK处理的2.64倍，覆膜可以极大提高茎的氮素积累量。叶、雌穗、苞叶和籽粒的氮素累积量大小表现一致，均为T1＞T2＞T3＞TCK，其中籽粒的氮素积累量表现为透明膜显著高于黑膜，3种覆膜条件下的籽粒氮素积累量均显著高于TCK处理，T1、T2和T3处理籽粒的氮素积累量分别较TCK处理提高43.12%、36.97%和17.45%，叶的氮素积累量T1、T2和T3处理分别较TCK处理提高51.22%、34.02%和8.70%。

表4 不同地膜覆盖条件下玉米成熟期各器官氮素积累与分配Table 4 Nitrogen accumulation and distribution of various organs in maize mature period under different mulching conditions kg/hm2

3 讨论

玉米干物质积累是籽粒产量形成的物质基础，研究[12-14]表明，干物质积累量在一定范围内与产量呈正相关，群体干物质的积累量决定了作物产量，增加植株干物质量，并使之尽可能多地多分配到籽粒，是提高产量的基本途径。有研究[15-17]表明，玉米在生育期内干物质增长呈“S”型曲线，这与本研究结果一致，在播种后50～65d，各处理干物质积累较缓慢，为指数增长期，此时期叶片为主要生长发育和干物质积累器官；在播种后65～90d，各处理干物质积累量最多，积累速度最快，为直线增长期，此时期茎秆是主要发育器官；在播种后90～105d，各处理干物质积累的速率缓慢下降，此时期营养物质流向雌穗，籽粒干重迅速增长，玉米地上部干物质阶段积累峰值出现在播种后65～90d。前人对覆膜栽培对玉米产量的影响已做大量研究，Farias-Larios等[18]研究不同颜色地膜对土壤温度的影响，结果表明白色地膜比黑色地膜对土壤的热积累效果更好。本试验设置3种地膜覆盖，旨在探究不同地膜覆盖对冷凉区玉米物质生产的影响，结果表明，各取样观察时间玉米干物质积累均表现为可降解膜高于不可降解膜，其中可降解膜与无膜处理的干物质积累量各时期均存在显著差异，白色地膜对冷凉区玉米干物质积累效果要好于黑色地膜，覆膜可以提高冷凉地玉米的物质积累，这符合闫静琦等[19]对不同颜色地膜的研究结果。

玉米产量的形成是通过积累养分来实现的，养分的吸收、同化和转运直接或间接影响了玉米的生长发育与产量[4,20]。本试验研究表明，不同生育期玉米氮素积累均表现为可降解透明地膜覆盖＞不可降解透明地膜覆盖＞不可降解黑膜地膜覆盖＞无膜，不同覆膜处理的氮素积累在播种后65～90d最多，成熟期各器官氮素积累分析表明，籽粒占的比例最大，具体各器官氮素积累分配比例表现为籽粒＞叶＞茎＞鞘＞雄穗，这与陈顺平[21]研究结论一致，覆膜可以显著提高籽粒的氮素积累量，原因是覆膜可以促进氮素由营养器官向生殖器官转移[22]。本研究表明，T1、T2和T3处理分别较TCK处理的籽粒氮素积累高出43.12%、36.97%和17.45%，可见覆膜可以显著提高籽粒的氮素积累量，进而提高玉米产量，可为吉林东部冷凉区增产栽培技术提供理论指导意义。

4 结论

不同地膜覆盖均能显著提高玉米产量和植株干物质积累，其中透明膜的产量和干物质积累量均显著高于黑膜。不同地膜覆盖条件下花后干物质积累量、干物质转移量、干物质转运率和干物质转移对籽粒贡献率均表现为透明可降解地膜＞透明不可降解地膜＞黑色不可降解地膜＞无膜，且覆膜处理各指标均显著高于无膜。成熟期各器官氮素积累分配比例表现为籽粒＞叶＞茎＞鞘＞雄穗。综上分析，地膜覆盖可以提高玉米干物质积累量，优化物质运转分配，促进玉米氮素积累，最终提高玉米产量，透明覆膜栽培可有效改善冷凉区积温不足、只能种植早熟品种的局限性，拓宽品种选择范围。可降解透明地膜为吉林东部冷凉区玉米最佳抗逆丰产栽培模式。