深松與分期施氮對(duì)玉米水分利用效率及產(chǎn)量的影響

耿明杰+朱海燕+劉明+李雪霏+齊華

摘要：以“鄭單958”為試材，研究深松及分期施氮對(duì)春玉米灌漿速率、水分利用效率和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，深松后玉米最大灌漿速率明顯提高，追施氮肥及深松最大灌漿速率出現(xiàn)的時(shí)期提早；深松與分期施氮均提高了玉米水分利用效率、增加籽粒產(chǎn)量；施氮方式間產(chǎn)量差異顯著，等量氮肥3次施用>2次施用>1次施用。

關(guān)鍵詞：玉米；深松；分期施氮；水分利用效率

中圖分類號(hào)： S513.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）06-0075-03

收稿日期：2013-12-18

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2011BAD16B14、2012BAD04B03）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（編號(hào)：201303130、201103001）。

作者簡(jiǎn)介：耿明杰（1986—），男，黑龍江七臺(tái)河人，碩士，主要從事玉米高產(chǎn)理論與技術(shù)研究。E-mail：287849057@qq.com。

通信作者：齊華，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事作物逆境生理生態(tài)與調(diào)控、超高產(chǎn)理論與實(shí)踐等研究。E-mail：qihua10@163.com?？茖W(xué)的耕作方式和合理的氮素運(yùn)籌是調(diào)控作物肥水利用、提高產(chǎn)量的重要措施[1-2]。目前，東北玉米產(chǎn)區(qū)普遍存在耕層淺、犁底層結(jié)構(gòu)緊實(shí)等問題，限制了玉米對(duì)水、氮的利用，導(dǎo)致玉米早衰，最終限制玉米產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。通過土壤耕作來協(xié)調(diào)水肥時(shí)空分布，使養(yǎng)分供應(yīng)與玉米生長(zhǎng)發(fā)育協(xié)調(diào)一致，實(shí)現(xiàn)水肥高效利用，對(duì)提高玉米產(chǎn)量與資源高效利用具有重要意義。深松可以有效打破犁底層，提高土壤蓄水保墑能力，與其他耕作方式相比顯著提高作物的產(chǎn)量和水分利用率[2]。深松耕法提高了土壤通透性，既可積存雨水，又可減少土壤中水分的蒸發(fā)，形成土壤水庫、減輕土壤干旱程度[3]。已有研究表明，作物水分利用能力對(duì)養(yǎng)分吸收有正向調(diào)控作用[4-6]。在一定土壤水分條件下，配合適量的養(yǎng)分，能夠使水分得到更有效地利用[7-8]；在缺肥條件下，也可通過肥水耦合實(shí)現(xiàn)肥水高效利用和作物高產(chǎn)[9-11]。氮肥后移對(duì)玉米生育期內(nèi)的氮素平衡尤為重要，均有利于產(chǎn)量的提高并且減少污染[12]?，F(xiàn)有作物肥水耦合利用的研究中，灌溉與氮素的耦合效應(yīng)研究較多，土壤耕作與氮素互作對(duì)玉米水分利用及產(chǎn)量影響報(bào)道較少。構(gòu)建合理耕層應(yīng)該注重提高土壤耕作和氮肥對(duì)土壤互作能力及其對(duì)作物肥水利用效率的影響。本試驗(yàn)研究深松與分期施氮對(duì)玉米水分利用效率、產(chǎn)量的影響，為玉米節(jié)本增效、高產(chǎn)栽培及合理耕層構(gòu)建提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2011年在遼寧省沈陽市于洪區(qū)造化鎮(zhèn)進(jìn)行，地理位置為41°54′N、123°54′E，海拔46 m，屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，全年平均氣溫8.3 ℃，平均年降水量630 mm，全年無霜期183 d。供試農(nóng)田為棕壤土，前茬作物為玉米，0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)11.23 g/kg、堿解氮140 mg/kg、速效磷17.94 mg/kg、速效鉀118.8 mg/kg。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)深松、等量氮肥施用次數(shù)2個(gè)因素。耕法2個(gè)水平分別為（1）隔行深松（S），春季滅茬起壟后利用深松犁隔行壟下深松作業(yè)，深松深度均為35 cm；（2）不深松（C），作為對(duì)照，春季滅茬旋耕起壟，玉米拔節(jié)期追氮并進(jìn)行趟地。等量氮肥施用次數(shù)3個(gè)水平分別為（1）N（3-0-0），1次性基施純氮 225 kg/hm2；（2）N（1-2-0），基施純氮75 kg/hm2，拔節(jié)期追施純氮150 kg/hm2；（3）N（1-1-1），基施純氮75 kg/hm2，拔節(jié)期追施純氮75 kg/hm2，灌漿初期追施純氮75 kg/hm2。田間采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為深松，副區(qū)為等量氮肥施用次數(shù)。小區(qū)行長(zhǎng)10 m、行距60 cm，10行區(qū)，3次重復(fù)。供試材料選用鄭單958，種植密度67 500株/hm2。各小區(qū)于播種時(shí)作種肥1次施入磷肥（P2O5）75 kg/hm2，鉀肥（K2O）150 kg/hm2，磷肥與鉀肥分別為過磷酸鈣和氯化鉀。其他管理與一般生產(chǎn)田相同。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1土壤含水量于玉米小喇叭口期、開花期和收獲期，在各小區(qū)中間行上選取3個(gè)樣點(diǎn)，采用北京核安核子儀器有限公司生產(chǎn)的CNC503DR型中子儀，分別距地表5、15、25、35、50、70、90、110 cm分層觀測(cè)土壤含水率，土壤體積含水率與中子儀計(jì)數(shù)值線性關(guān)系如下：Q=AR+B。式中：Q為體積含水率（%）； R為中子儀計(jì)數(shù)值；A、B為方程參數(shù)。將同一地點(diǎn)體積含水率（烘干法）與中子儀對(duì)應(yīng)土層計(jì)數(shù)值帶入上式，計(jì)算出參數(shù)A、B。

1.3.2灌漿速率在抽雄散粉前，選取生長(zhǎng)整齊一致的30株玉米進(jìn)行掛牌標(biāo)記、雌穗套袋；吐絲期統(tǒng)一進(jìn)行授粉；授粉后14 d開始取樣，每7 d取樣1次。每小區(qū)取樣3穗，用手術(shù)刀和鑷子取果穗中下部籽粒100粒，并在105 ℃進(jìn)行殺青 30 min，再在75 ℃烘干至恒重，冷卻至室溫后用1/1 000天平分別稱量，然后計(jì)算籽粒的平均灌漿速率。

V=（m2-m1）/（t2 -t1）。

式中：V為玉米籽粒平均灌漿速率（mg/d）；m2為本次取樣時(shí)籽粒平均質(zhì)量（mg）；m1上次取樣時(shí)籽粒平均質(zhì)量（mg）；t2為本次取樣時(shí)花后時(shí)間（d）；t1為上次取樣時(shí)花后時(shí)間（d）。

1.3.3產(chǎn)量玉米果穗完熟期測(cè)產(chǎn)，各小區(qū)收獲3行果穗計(jì)算出單穗質(zhì)量，選取有代表性的10個(gè)果穗，待風(fēng)干后于室內(nèi)考種，測(cè)定穗部性狀并計(jì)算其籽粒產(chǎn)量。

1.3.4水分利用效率試驗(yàn)田地下水位超過5 m，可忽略地下水對(duì)玉米耗水量的影響。試驗(yàn)期間沒有強(qiáng)降雨，地表徑流也可忽略不計(jì)。耗水量由農(nóng)田水量平衡方程求得[13-14]：

ETα = P+I-ΔW。

式中：ETα為玉米生育期間耗水量（mm）；P為玉米生育期間降水量（mm）；I為灌溉量（mm），本試驗(yàn)未進(jìn)行灌溉，I為 0 mm；ΔW為玉米收獲與播種時(shí)土壤蓄存水變化量（mm）。玉米生育期間降水量P來自試驗(yàn)田氣象站（圖1）。水分利用效率指作物單位耗水量產(chǎn)出的籽粒產(chǎn)量[15]，采用下式計(jì)算：

WUE=Y/ETα

式中：WUE為作物水分利用效率[kg/（hm2·mm）]；Y為作物的籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）。

1.4數(shù)據(jù)分析與處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 17.0和Excel 2003等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與作圖。

2結(jié)果與分析

2.1玉米不同生育期土壤含水量變化

小喇叭口期土壤含水量觀測(cè)結(jié)果（圖2）顯示，各處理0～110 cm 土壤剖面含水量隨深度的變化趨勢(shì)基本一致。0～35 cm呈升高態(tài)勢(shì)，且土壤水分變化波動(dòng)不明顯；35～50 cm土層趨于平緩，變化處理間差異也不明顯；除SN（0-0-0）處理外，隨著氮肥追施次數(shù)增加，0～50 cm土層水分含量逐漸降低；在相同施肥次數(shù)條件下，深松可以顯著提高土壤含水量，SN（3-0-0）和SN（1-2-0）處理分別較CN（3-0-0）和CN（1-2-0）處理提高2.04%和1.76%。

開花期是玉米植株生長(zhǎng)旺盛的生育階段，玉米植株對(duì)土壤水分消耗增大。從開花期土壤含水量變化（圖2）可以看出，處理間各層次土壤含水量差異明顯，從30 cm土層向下深松處理土壤含水量明顯提高； 深松條件下0～30 cm土層施氮處理間平均含水量表現(xiàn)為N（0-0-0）> N（3-0-0）> N（1-2-0）處理，而不深松處理施氮處理間表現(xiàn)的變化趨勢(shì)與深松處理相同，但處理間差異小于深松處理，表明在水分充足條件下分期施氮增強(qiáng)玉米對(duì)土壤水分的吸收。

由于灌漿期降水量較大，收獲期深松各處理在0～30 cm 土層含水量差異不明顯，在30～110 cm土層含水量比開花期有明顯提高，不深松處理各土層含水量與開花期相比變化不大，表明深松能有效增加土壤入滲度。在 0～30 cm 土層處理SN（1-1-1）、SN（1-2-0）、SN（3-0-0）土壤含水量差別不明顯，在不深松處理下CN（1-1-1）比其他施氮方式含水量高，說明不深松情況下氮肥后移會(huì)抑制玉米水分吸收能力。

2.2玉米籽粒灌漿速率

不同處理的籽粒灌漿速率均表現(xiàn)為在花后迅速上升，花后32～38 d達(dá)到最大，而后降低，呈單峰曲線變化，分期施氮和深松處理均能提高玉米花后平均灌漿速率。最大灌漿速率隨著追氮次數(shù)的增加而增加，深松處理最大灌漿速率大于不深松處理，追氮處理最大灌漿時(shí)期均早于不追氮處理，N（1-2-0）早于N（1-1-1）；深松處理最大灌漿時(shí)期早于不深松處理。與1次施氮比，分期施氮后期較強(qiáng)的供氮能力利于玉米維持較高的籽粒灌漿速率。

2.3玉米籽粒產(chǎn)量和水分利用效率

行粒數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量深松處理分別較對(duì)照增加10.69%、1.23%、946%，籽粒產(chǎn)量提高了1124%，表明通過深松可以顯著提高玉米產(chǎn)量，在產(chǎn)量構(gòu)成因素中，行粒數(shù)提高是增產(chǎn)的關(guān)鍵。不同施氮方式間穗行數(shù)、行粒數(shù)及穗粒數(shù)的差異均不顯著，不同施氮方式間千粒質(zhì)量差異達(dá)到了顯著水平，表明深松與分期施氮是通過增加相同的產(chǎn)量構(gòu)成因素實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，在總籽粒產(chǎn)量形成上有明顯的交互效應(yīng)。

耕作方式相同條件下，分期施氮顯著增加了籽粒產(chǎn)量，并提高了玉米的水分利用效率；在不深松時(shí)各施氮方式總耗水量差異不顯著，但多顯著低于隔行深松時(shí)各施氮處理。表明分期施氮和深松兩者交互作用明顯，深松配合氮肥分次施用有利于提高土壤水分利用效率，從而提高產(chǎn)量。

3結(jié)論與討論

深松能增加水分入滲度和土壤含水量， 可將伏雨有效貯

不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

耕作

方式施氮

方式穗行數(shù)

（行）行粒數(shù)

（粒）穗粒數(shù)

（粒）千粒質(zhì)

量（g）籽粒產(chǎn)量

（kg/hm2）不深松N（0-0-0）14.93a 28.62b427.41c 233.88b7 133.88c N（3-0-0）15.13a 36.71a 555.57a 251.23b9 498.97bN（1-2-0）15.32a 35.31a 540.90a 324.45a 12 504.71a N（1-1-1）15.10a 36.90a 557.36a 307.19a 12 207.23a平均15.1231.89520.21279.1910 336.20深松N（0-0-0）14.53a 32.27a 468.69b254.98b8 170.95cN（3-0-0）14.87a 35.95a 534.49a 294.25b10 946.01bN（1-2-0）14.91a 36.80a 548.65a 332.35a 13 224.37abN（1-1-1）15.33a 36.16a 554.52a 340.82a 13 649.35a平均14.9135.30526.62305.6011 497.67注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05）。

不同處理對(duì)玉米水分利用效率的影響

耕作

方式施氮

方式土壤貯水量

（mm）總耗水量

（mm）籽粒產(chǎn)量

（kg/hm2）水分利用效率

[kg/（hm2·mm）]不深松N（0-0-0）2.30a466.69d7 133.88c 15.13hN（3-0-0）2.08ab466.92cd9 498.97b20.16fN（1-2-0）1.80ab467.20cd12 504.71a 26.55cN（1-1-1）1.87ab467.13cd12 207.23a 25.91d深松N（0-0-0）0.005d469.00a8 170.95c17.42gN（3-0-0）1.42cd467.58bc10 946.01b23.26eN（1-2-0）0.85c468.15b13 224.37ab28.14bN（1-1-1）0.97c468.02b13 649.35a 29.04a

存在土壤中，減少地面徑流，擴(kuò)大土壤水庫容[13]。適宜的水肥條件能增強(qiáng)水分和養(yǎng)分的供給能力，深松提高水分利用效率，進(jìn)而提高產(chǎn)量[14-16]。土壤水分含量有顯著調(diào)肥作用，在一定范圍內(nèi)，肥料效應(yīng)隨土壤含水量增加而提高，分期施氮和深松間交互效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氮素和水分的正耦合效應(yīng)[17]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，深松增強(qiáng)了土壤對(duì)水分的緩沖能力，既可滿足作物水分需求又及時(shí)積蓄雨水以備后用，為中后期（開花期、收獲期）作物耗水量大的時(shí)期做好準(zhǔn)備；在水分充足條件下，分期施氮顯著提高玉米對(duì)土壤水分的吸收，分期施氮配合深松能更好實(shí)現(xiàn)土壤水分高效利用，滿足玉米對(duì)水分的需要，維持玉米較高的籽粒灌漿速率，實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量和水分利用效率的同步提高，有助于實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)，并可節(jié)本增效。

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存在土壤中，減少地面徑流，擴(kuò)大土壤水庫容[13]。適宜的水肥條件能增強(qiáng)水分和養(yǎng)分的供給能力，深松提高水分利用效率，進(jìn)而提高產(chǎn)量[14-16]。土壤水分含量有顯著調(diào)肥作用，在一定范圍內(nèi)，肥料效應(yīng)隨土壤含水量增加而提高，分期施氮和深松間交互效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氮素和水分的正耦合效應(yīng)[17]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，深松增強(qiáng)了土壤對(duì)水分的緩沖能力，既可滿足作物水分需求又及時(shí)積蓄雨水以備后用，為中后期（開花期、收獲期）作物耗水量大的時(shí)期做好準(zhǔn)備；在水分充足條件下，分期施氮顯著提高玉米對(duì)土壤水分的吸收，分期施氮配合深松能更好實(shí)現(xiàn)土壤水分高效利用，滿足玉米對(duì)水分的需要，維持玉米較高的籽粒灌漿速率，實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量和水分利用效率的同步提高，有助于實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)，并可節(jié)本增效。

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存在土壤中，減少地面徑流，擴(kuò)大土壤水庫容[13]。適宜的水肥條件能增強(qiáng)水分和養(yǎng)分的供給能力，深松提高水分利用效率，進(jìn)而提高產(chǎn)量[14-16]。土壤水分含量有顯著調(diào)肥作用，在一定范圍內(nèi)，肥料效應(yīng)隨土壤含水量增加而提高，分期施氮和深松間交互效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氮素和水分的正耦合效應(yīng)[17]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，深松增強(qiáng)了土壤對(duì)水分的緩沖能力，既可滿足作物水分需求又及時(shí)積蓄雨水以備后用，為中后期（開花期、收獲期）作物耗水量大的時(shí)期做好準(zhǔn)備；在水分充足條件下，分期施氮顯著提高玉米對(duì)土壤水分的吸收，分期施氮配合深松能更好實(shí)現(xiàn)土壤水分高效利用，滿足玉米對(duì)水分的需要，維持玉米較高的籽粒灌漿速率，實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量和水分利用效率的同步提高，有助于實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)，并可節(jié)本增效。

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