探墑溝壟種植對(duì)土壤水分與春玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

馮瑞云，侯雅靜，李海燕，左靜靜，王慧杰，郝保平，閆貴云，李廣信

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030031）

探墑溝壟種植對(duì)土壤水分與春玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

馮瑞云1，侯雅靜1，李海燕1，左靜靜1，王慧杰1，郝保平2，閆貴云1，李廣信1

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030031）

為了探索探墑溝壟種植方式在山西中部旱區(qū)的應(yīng)用效果，以旋耕為對(duì)照，研究了免耕、探墑淺溝壟種植和探墑深溝壟種植對(duì)土壤含水量動(dòng)態(tài)變化、玉米出苗率、農(nóng)藝性狀以及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，玉米生長(zhǎng)不同時(shí)期2種探墑溝壟種植土壤含水量均較免耕和旋耕高，旋耕土壤含水量最低；探墑深溝壟種植玉米出苗率最好，比旋耕種植出苗率平均提高15.7百分點(diǎn)，玉米株高、莖粗、葉面積和穗位高均有明顯提高，有助于生長(zhǎng)中后期干物質(zhì)積累，提高產(chǎn)量。探墑溝壟種植是山西省中部旱地一種比較適宜的御旱抗逆種植方法。

溝壟種植；土壤含水量；春玉米；生長(zhǎng)；產(chǎn)量

目前，我國(guó)北方旱區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展存在著干旱少雨、季節(jié)性降雨不均以及長(zhǎng)期水土流失導(dǎo)致的土壤貧瘠問(wèn)題[1-2]。土壤貧瘠加上干旱經(jīng)常導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致絕產(chǎn)。山西大部分為旱地，作物生長(zhǎng)所需水分幾乎全部來(lái)自降水，作物生長(zhǎng)季降水不均，對(duì)其生長(zhǎng)造成了很大的影響[3-5]。隨著全球氣候變暖，干旱加劇，降雨減少，作物有效生育期延長(zhǎng)[6]，改變傳統(tǒng)的以翻耕為主的耕作制度，采取既能提高產(chǎn)量又保土保水的耕作技術(shù)是解決這些問(wèn)題的重要途徑，也是適應(yīng)全球氣候變化的必要措施[7-11]。

為解決這一問(wèn)題，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所針對(duì)山西中部旱區(qū)，將傳統(tǒng)耕作觀念與壟溝種植的優(yōu)點(diǎn)加以融合，研制出旱地玉米淺旋覆蓋微壟溝種植方法，并形成比較完善的機(jī)械化作業(yè)體系。該技術(shù)吸取了起壟種植、溝穴播種、深松耕、探墑播種和秸稈覆蓋等幾種典型的抗旱耕作方法優(yōu)點(diǎn)[12-16]，又兼有保護(hù)性耕作技術(shù)的特點(diǎn)。它采用復(fù)式作業(yè)機(jī)一次完成開(kāi)溝、起壟、施肥、點(diǎn)播、覆土、鎮(zhèn)壓等工序，有效地利用了水、肥、光、熱等生態(tài)條件，是應(yīng)對(duì)全球氣候變暖情況下抗逆御旱的新種植方式。

本研究是探討旱地探墑壟溝種植模式下土壤水分的變化情況，以及對(duì)春玉米出苗、生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，以期為該模式的大面積推廣提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013，2014年在山西省陽(yáng)曲縣宋莊村（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所旱作試驗(yàn)基地試驗(yàn)田）進(jìn)行（38°3′N(xiāo)，112°39′E）。該區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，為典型半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)，海拔為835 m，多年平均降雨量441.2 mm，且主要集中在7，8，9月（占年降水量的60%以上），年蒸發(fā)量達(dá)1 400 mm，極易發(fā)生春旱，年均氣溫為8.9℃，≥10℃積溫為2 985℃，晝夜溫差較大，無(wú)霜期158d。2013，2014年玉米生長(zhǎng)期降雨量分別為298.3，312.8 mm，2 a玉米生長(zhǎng)期降雨量均值比10 a平均生育期降雨量減少13.3 mm，年降雨變率較大。

試驗(yàn)田土壤為碳酸鹽褐土，試驗(yàn)開(kāi)始前表層土壤（0～20 cm）養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)16.79 g/kg，全氮0.56 g/kg，堿解氮63.45 mg/kg，速效鉀128.57 mg/kg，速效磷17.54 mg/kg，pH值8.2，容重1.16 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)種植玉米品種為金蘋(píng)618號(hào)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，分別設(shè)4個(gè)耕作處理。2013年只進(jìn)行玉米出苗率試驗(yàn)，設(shè)3個(gè)重復(fù)，于4月25日直接播種。2014年出苗率試驗(yàn)和其他試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，設(shè)6個(gè)重復(fù)，于4月23日播種。由于土壤干旱不適宜平播，2014年各處理前3個(gè)重復(fù)為保證全苗，采用坐水播種，以利后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)行；剩下3個(gè)重復(fù)直接播種，測(cè)量不同耕作措施對(duì)出苗的影響。各小區(qū)面積60 m2（6 m×10 m），種植密度為6萬(wàn)株/hm2。

4種耕作措施分別為：（1）CK，旋耕種植（玉米收獲后進(jìn)行旋耕10 cm，春季利用玉米施肥播種機(jī)直接播種，該種植方式為當(dāng)?shù)刂饕N植模式）；（2）NT，免耕種植（收獲后留茬不進(jìn)行翻耕，直接在上一季玉米留茬地2個(gè)種植行間免耕播種）；（3）FT-8，旋耕探墑淺溝壟種植（上一年秋季玉米收獲后，將秸稈粉碎于地面，再混旋耕層土壤與秸稈10 cm，春季利用改進(jìn)的探墑施肥玉米播種機(jī)直接播種，壟溝深5～8 cm，秸稈和多余土壤排到兩側(cè)，種植播種于壟溝底部）；（4）FT-15，旋耕探墑深溝壟種植（上一年秋季玉米收獲后，將秸稈粉碎于地面，再混旋耕層土壤與秸稈10 cm，春季利用改進(jìn)的探墑施肥玉米播種機(jī)直接播種，壟溝深10～15 cm，秸稈和多余土壤排到兩側(cè)，種植播種于壟溝底部，每2 a深松一次）。

各處理均施氮肥（尿素，N含量46%）225kg/hm2、磷肥（磷酸二銨，P2O5含量44%）175 kg/hm2及農(nóng)家肥10 t/hm2，尿素按1∶1基施和追施（拔節(jié)期），其余肥料全部追施。播種后噴施苗前玉米除草劑“玉農(nóng)思”一次，在玉米拔節(jié)后（除草劑效果降低后）利用中耕除草機(jī)進(jìn)行中耕除草。FT-8處理壟溝與地面齊平，F(xiàn)T-15處理土壤回填后形成5 cm左右深淺壟溝。試驗(yàn)于每年的10月2日進(jìn)行收獲，以小區(qū)計(jì)產(chǎn)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤含水量測(cè)定 在玉米生育期的苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期和收獲期用烘干法測(cè)定0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm土層的土壤含水量。

1.4.2 玉米生長(zhǎng)發(fā)育形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 在玉米果穗灌漿中期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取5株，分別測(cè)定株高、莖粗和穗位葉面積。

在玉米拔節(jié)時(shí)，各個(gè)小區(qū)選取有代表性植株5株，取根基地上部切斷，室內(nèi)將各器官分開(kāi)測(cè)定鮮質(zhì)量，然后以（105±1）℃高溫殺青30 min，在（80± 1）℃下烘干至恒質(zhì)量，記錄稱(chēng)量結(jié)果。

各小區(qū)全部單收單測(cè)考種，記錄穗行、行粒數(shù)、千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量等，測(cè)定產(chǎn)量以水分14%折算。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003和DPS 7.05對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用新復(fù)極差法（Duncan）檢驗(yàn)處理間的差異顯著性水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對(duì)0～100 cm土壤含水量變化的影響

由圖1可知，玉米苗期降雨量較少，免耕處理耕層含水量較高，達(dá)到12.8%，F(xiàn)T-15處理15 cm由于播種土壤較深，下部土壤保墑條件較好，土壤含水量較高，達(dá)13.83%，2種處理能夠減少土壤水分蒸發(fā)，提高土壤含水量，有助于出全苗。旋耕和FT-8處理由于地表耕作措施失墑?shì)^嚴(yán)重，土壤含水量較低，影響玉米播種出苗效果，但FT-8土壤水分含量仍略高于旋耕。從0～100 cm苗期土壤含水量看出，F(xiàn)T-15＞NT＞FT-8＞CK，土壤的水分變化主要發(fā)生在0～50 cm；由于春季降水較少，50～100 cm土壤水分含量各處理之間變化不大。總之，免耕和探墑深溝壟種植在玉米苗期增加了播種位置的土壤水分含量，有利于保證玉米春播出苗效果。

玉米生長(zhǎng)中期（拔節(jié)期和灌漿期），降雨量開(kāi)始增多，各種處理對(duì)雨水的吸納能力明顯不同。拔節(jié)期，2種探墑溝壟種植處理都能夠有效增加雨水入滲，提高耕層土壤水分含量，但耕層以下是免耕和FT-15處理的土壤水分含量較高，說(shuō)明免耕可以減少表層水分蒸發(fā)，提高土壤含水量；而FT-15由于耕作形成的壟溝較深，有利于降水滲入土壤，減少土壤表面水分的無(wú)效蒸發(fā)，增加了土壤深層水分含量。旋耕處理由于耕作過(guò)程翻動(dòng)土壤，空氣和土壤之間流動(dòng)性較大，水分蒸發(fā)較快，導(dǎo)致土壤含水量較低；而FT-8處理由于播種時(shí)耕作深度較淺，土壤水分含量與旋耕差異不大。

玉米生長(zhǎng)后期對(duì)土壤水分消耗較少，F(xiàn)T-15處由于耕作措施形成的壟溝，匯集雨水效果較好，土壤含水量最高；其他處理之間土壤水分含量無(wú)顯著差異。

2.2 不同耕作方式對(duì)玉米出苗率的影響

從圖2可以看出，2 a玉米在不同耕作處理中，F(xiàn)T-15處理的出苗率最好，分別為98.6%和96.8%，比CK出苗率分別提高12.9，18.5百分點(diǎn)；NT處理出苗率也較高，分別為97.6%和93.4%，比旋耕出苗率分別提高11.9，15.1百分點(diǎn)；FT-8處理的出苗率雖然比旋耕分別高10.6，9.9百分點(diǎn)，但是出苗率大大低于NT和FT-15，造成這一原因可能是玉米播種時(shí)壟溝深度不夠，種子不能夠完全接觸10 cm以下濕潤(rùn)的土壤，造成播種位置的土壤含水率達(dá)不到種子發(fā)芽所需的水分，影響種子發(fā)芽。從總體情況來(lái)看，免耕和探墑深溝壟種植可以在春旱情況下，基本解決玉米的出苗問(wèn)題。

2.3 不同耕作方式對(duì)玉米植株農(nóng)藝性狀的影響

表1 不同耕作方式下玉米植株的農(nóng)藝性狀

從表1可以看出，F(xiàn)T-15處理的穗位葉面積為853.28 cm2，比CK，NT，F(xiàn)T-8處理分別高3.39%，11.81%，2.53%，與其他處理間差異極顯著。穗位葉是給果穗提供光合產(chǎn)物的主要器官，葉面積越大，相應(yīng)的產(chǎn)量也就越高，果穗葉面積對(duì)產(chǎn)量有較大的正效應(yīng)[17]。FT-15與FT-8，F(xiàn)T-8與CK，CK與NT間株高差異不顯著，F(xiàn)T-15處理的株高最高，土壤水分是促進(jìn)植株生長(zhǎng)的主要因素，探墑溝壟種植能夠接納較多雨水，雖前期溫度低，生長(zhǎng)較慢，但后期肥水條件好，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)反而超過(guò)了其他處理。各處理穗位高之間差異極顯著，順序?yàn)镕T-15＞FT-8＞CK＞NT；在莖粗方面，NT和FT-8處理與其他處理間有顯著差異。試驗(yàn)表明，探墑深溝壟種植由于土壤水分條件較好，能夠促進(jìn)玉米穗位葉面積和莖粗?jǐn)U大，植株和穗位增高。

2.4 不同耕作方式對(duì)玉米干物質(zhì)積累的影響

從表2可以看出，玉米的植株干質(zhì)量變化趨勢(shì)與其生長(zhǎng)勢(shì)變化趨勢(shì)一致。拔節(jié)前玉米長(zhǎng)勢(shì)緩慢，干物質(zhì)的積累也緩慢；拔節(jié)后氣溫升高，降雨量增多，葉片增多，葉面積增大，生長(zhǎng)加快，干物質(zhì)積累增多。玉米苗期主要受低溫的影響，出苗較慢，苗期生長(zhǎng)較緩，干物質(zhì)積累也較少。FT-15處理播種溝較深，苗期地溫低，影響了玉米的生長(zhǎng)，干物質(zhì)積累慢；而旋耕、免耕和FT-8處理接受陽(yáng)光照射較多，地溫較高，苗期生長(zhǎng)快，干物質(zhì)積累較多。拔節(jié)期開(kāi)始后，玉米葉片增多，光合作用加強(qiáng)，土壤水分變化對(duì)其生長(zhǎng)影響加大，免耕和FT-15處理由于冬季積蓄水分較多，干物質(zhì)積累量較高，而旋耕和FT-8處理受降雨量影響，拔節(jié)期降雨少，干物質(zhì)積累較緩。灌漿期和成熟期降雨量加大，F(xiàn)T-15處理接收雨水量較多，其干物質(zhì)積累量最大，尤其是灌漿后期，土壤水分含量高直接影響籽粒的灌漿速度和產(chǎn)量，旋耕、免耕、FT-8處理由于吸納降雨量少于FT-15處理，干物質(zhì)積累量也小于FT-15處理。干物質(zhì)積累是玉米籽粒產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，探墑深溝壟種植有利于玉米生長(zhǎng)中、后期干物質(zhì)的積累，為產(chǎn)量形成提供了充足的養(yǎng)分來(lái)源，提高了玉米產(chǎn)量。

表2 不同耕作方式玉米在不同生長(zhǎng)時(shí)期的干物質(zhì)積累與分配

2.5 不同耕作方式對(duì)玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同耕作措施測(cè)產(chǎn)結(jié)果表明，各處理產(chǎn)量及其構(gòu)成因素之間有顯著差異。FT-15處理的穗數(shù)、穗行數(shù)、穗粒數(shù)均最高，籽粒的千粒質(zhì)量也最高，同時(shí)產(chǎn)量最高，其他3個(gè)處理之間各產(chǎn)量因素雖然有差異，但是差異不太明顯。NT處理雖然穗行數(shù)和行粒數(shù)較CK和FT-8處理高，但是其千粒質(zhì)量卻較其他處理低，所以，產(chǎn)量略低于CK，但是差異不顯著，究其原因可能是免耕情況下，中期追肥玉米對(duì)肥料的吸收不如旋耕和壟溝處理，導(dǎo)致千粒質(zhì)量減少，產(chǎn)量降低。FT-15處理與CK，NT，F(xiàn)T-5處理相比，穗行數(shù)分別增加2.62%，2.06%，2.26%；穗粒數(shù)分別增加10.02%，7.23%，10.32%；行粒數(shù)分別增加9.34%，5.08%，7.58%；千粒質(zhì)量分別增加2.05%，4.59%，1.60%；最后產(chǎn)量分別增加7.61%，8.47%，7.08%（表3）。

表3 不同耕作處理下玉米產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素分析

3 討論與結(jié)論

本研究表明，探墑深壟溝種植將傳統(tǒng)的“豁干種濕”方法很好地加以應(yīng)用于玉米生產(chǎn)中，與其他耕作措施進(jìn)行比較，探墑深溝壟種植方法較多地接納了降雨，提高了土壤含水量，促進(jìn)了玉米植株的發(fā)育和生長(zhǎng)，提高了產(chǎn)量。

春季播種時(shí)，探墑深溝壟種植能夠?qū)⒂衩鬃蚜２シN于壟溝內(nèi)，有利于種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)，該種植方式對(duì)于解決山西春季干旱情況下導(dǎo)致的玉米下種困難和出苗不全是非常有效的。

玉米生長(zhǎng)期間，探墑深壟溝種植由于壟溝接納了更多的雨水，使玉米生長(zhǎng)能吸收更多的水分養(yǎng)分，增大了穗位葉的面積，提高了植株的光合能力；有利于果穗粒數(shù)形成，增加行粒數(shù)和穗行數(shù)，促進(jìn)干物質(zhì)積累，加快灌漿速率，延長(zhǎng)灌漿時(shí)間，提高千粒質(zhì)量，改善了籽粒的質(zhì)量和品質(zhì)，能夠保證玉米生長(zhǎng)后期莖葉營(yíng)養(yǎng)成分向果穗的轉(zhuǎn)移。探墑深壟溝種植能夠?yàn)橛衩咨L(zhǎng)提供良好的土壤水分和養(yǎng)分供應(yīng)，從而為實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量的提高打下了基礎(chǔ)。該技術(shù)改善了玉米田土壤生態(tài)條件，水、肥、氣、熱協(xié)調(diào)穩(wěn)定，增強(qiáng)了玉米吸肥吸水和抗旱能力，提高了玉米的千粒質(zhì)量和產(chǎn)量，減少了氣候變化對(duì)農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)生的負(fù)面影響，是一種適宜山西中部旱區(qū)的種植方法。

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Effects of Ridge and Furrow Planting on Soil Moisture Variation，Growth and Yield in Spring Maize

FENGRuiyun1，HOUYajing1，LI Haiyan1，ZUOJingjing1，WANGHuijie1，HAOBaoping2，YANGuiyun1，LI Guangxin1
（1.Institute ofCrop Sciences，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.Institute ofAgricultural Environment and Resources，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Toexplore the effects ofridge and furrowplantingon springmaize production in dryland ofthe middle-Shanxi,the paper took rotary tillage as CK，field experiments of no tillage,shallowridge and furrowplanting and deep ridge and furrow planting were designed toinvestigate soil moisture variation,seedlingemergence rate,growth traits and grain yield ofspringmaize.The results showed that soil moisture oftwo methods ofridge and furrowplanting were higher than that ofrotary tillage and no tillage,rotary tillage had the lowest soil moisture.The average seeding emergence rate of deep ridge and furrow planting were the best,which increased by 15.7 percentage points than rotary tillage.Maize plant height,stem diameter,leaf area and ear height were all improved obviously,which could promote dryweight accumulation and increase yield ofmaize.Ridge and furrowplantingis a better choice on dryland in central Shanxi province.

ridge and furrowplanting;soil moisture;springmaize;growth;yield

S513

A

1002-2481（2016）06-0772-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.06.13

2016-01-18

山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2013011039-1）；山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種業(yè)發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)（晉財(cái)農(nóng)（2015）244號(hào)）；山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士基金項(xiàng)目（YBSJJ1304）

馮瑞云（1970-），男，山西盂縣人，副研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)與作物高產(chǎn)研究工作。郝保平為通信作者。