粉壟耕作后效對夏玉米群體微環(huán)境的影響

聶勝委，張玉亭，湯豐收，張巧萍，3，何寧，郭慶，王洪慶，韋本輝

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，河南鄭州450002；

3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，河南鄭州450002；4.西華縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，河南西華466600；5.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，廣西南寧530007）

粉壟耕作后效對夏玉米群體微環(huán)境的影響

聶勝委1，張玉亭1，湯豐收2，張巧萍1，3，何寧1，郭慶4，王洪慶4，韋本輝5

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，河南鄭州450002；

3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南省糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，河南鄭州450002；4.西華縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，河南西華466600；5.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，廣西南寧530007）

為了探究耕作方式對小麥—玉米輪作系統(tǒng)中玉米群體內(nèi)微環(huán)境因子的改善情況，研究了小麥季粉壟深松對小麥—玉米輪作種植制度下玉米群體內(nèi)微環(huán)境的影響。結(jié)果表明，在玉米生長季，與旋耕（CK，小麥季）相比，粉壟耕作（FL1：20～30 cm，F(xiàn)L2：30～40 cm，小麥季）能夠有效降低土壤溫度，F(xiàn)L1和FL2處理的土壤溫度比CK低1～2℃（P≤0.05或P≤0.01），F(xiàn)L1顯著低于FL2；能提高土壤濕度，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理高于CK（P≤0.01），F(xiàn)L1極顯著高于FL2；能降低群體內(nèi)溫度，大喇叭口期，F(xiàn)L1（29.94℃），F(xiàn)L2（30.73℃）均低于CK（33.41℃）（P≤0.01），分別低3.47，2.68℃，F(xiàn)L1＜FL2（P≤0.01），灌漿期，F(xiàn)L1（30.30℃）和FL2（30.64℃）顯著或極顯著低于CK（30.89℃），分別低0.59，0.25℃，F(xiàn)L1＜FL2（P≤0.05）。粉壟耕作（FL1，F(xiàn)L2，小麥季）能提高玉米大喇叭口期、灌漿期群體內(nèi)相對濕度，大喇叭口期，F(xiàn)L1（58.76%）和FL2（56.06%）均極顯著高于CK（51.95%），F(xiàn)L1＞FL2（P≤0.01）；灌漿期，F(xiàn)L1（62.96%）顯著高于FL2（61.82%），CK（61.73%）。改善群體內(nèi)CO2濃度，玉米大喇叭口期，F(xiàn)L1和FL2處理均高于CK（P≤0.01），分別高出81.33，52.50 mg/kg，F(xiàn)L1＞FL2（P≤0.05）；灌漿期，F(xiàn)L1和FL2均低于CK，分別低15.67，18.33 mg/kg，F(xiàn)L1＞FL2。粉壟耕作（小麥季）能夠提高下茬玉米的籽粒產(chǎn)量。

粉壟耕作；后效；夏玉米；微環(huán)境

在小麥、玉米一年兩熟區(qū)，由于連年旋耕作業(yè)，致使耕層（15 cm左右）變淺，犁底層變厚上移，土壤通透性變差，土地生產(chǎn)力和可持續(xù)生產(chǎn)能力下降[1]。土壤耕作是調(diào)節(jié)和改善土壤水、肥、氣、熱最有效的方式，通過改進耕作方式能夠快速實現(xiàn)土壤物理、化學(xué)性質(zhì)的改善，提高作物對養(yǎng)分的吸收利用效率。粉壟耕作作為一種新型的耕作方式，完全不同于犁翻耕、旋耕機旋耕等整地方式，既有犁翻耕的深松作用，同時具有旋耕后土壤疏松、土粒粉碎均勻的特點。相關(guān)研究表明，粉壟耕作能夠顯著提高水稻[2-3]、馬鈴薯[4]、甘蔗[5]、玉米[6-7]、花生[6]、桑樹[8]、小麥[9]等作物的產(chǎn)量；改善水稻、甘蔗等作物的品質(zhì)[5]。此外，粉壟耕作不僅對當(dāng)季作物（小麥）有較好的增產(chǎn)作用，同時其后效對下茬作物（玉米）也有一定的增產(chǎn)作用[10]，粉壟耕作措施能有效地改善小麥生育中后期田間微環(huán)境，提高抗逆能力，增加產(chǎn)量[11]。說明改變耕作方式能夠改變土壤的環(huán)境和功能（土壤含水量、溫度等），同時影響地上部作物的生長和功能（旗葉生理活性和增加產(chǎn)量等）。作物群體微環(huán)境與作物自身的抗性密切相關(guān)，通過耕作方式的改變，調(diào)節(jié)和改善作物生長的土壤環(huán)境，進而影響地上部的生長，增強地上部群體抵御外界不良因子的能力，提高作物對環(huán)境的適應(yīng)性。玉米是我國三大主要糧食作物之一，在小麥、玉米兩熟區(qū)研究粉壟耕作后效對玉米群體微環(huán)境的報道較少。

本試驗研究粉壟耕作后效對玉米群體微環(huán)境的影響，進一步研究耕作措施與作物群體微環(huán)境的關(guān)系，旨在構(gòu)建適宜農(nóng)作制度，篩選適合本地區(qū)的粉壟耕作技術(shù)，為促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河南省焦作市溫縣黃莊鎮(zhèn)（34°52′N，112°51′E），屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，年平均氣溫14～15℃，年積溫4 500℃以上，年日照2 484 h，年降水量550～700 mm，無霜期210 d。土壤類型為潮土，偏堿性，土地肥沃。試驗地基礎(chǔ)土樣有機質(zhì)12.5 g/kg、全氮0.88 g/kg、速效鉀325.6 mg/kg、速效磷23.8 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用單因素完全隨機設(shè)計，設(shè)置3個處理，即夏玉米播種前小麥季各處理的耕作方式分別為：粉壟1（FL1）.直接用粉壟機械深旋耕作業(yè)1遍，粉壟深度為20～30 cm，然后用旋耕機輕度（入土2～3 cm）旋耕平整1遍，施肥，播種；粉壟2（FL2）.用粉壟機械深旋耕作業(yè)1遍，粉壟深度為30～40cm，然后用旋耕機輕度（入土2～3 cm）旋耕平整1遍，施肥，播種；對照（CK）.用旋耕機旋耕2遍（12～16 cm），施肥，播種。種植制度為小麥、玉米一年兩熟輪作。每個小區(qū)占地0.2 hm2，重復(fù)3次，共計9個小區(qū)。小麥于2014年5月30日收獲，6月12日播種夏玉米，品種為先玉335，密度為6.25萬株/hm2；選用的肥料類型為沃夫特控釋肥（總養(yǎng)分含量≥45%，15%（N），15%（P2O5），15%（K2O）），施用量為600 kg/hm2，苗期至大喇叭口期（7月20日）一次性施入。各處理間除耕作方式不同外，其他試驗條件如品種、施肥、灌溉、除草等均保持一致。

1.3 測定項目及方法

在玉米的大喇叭口期、灌漿期測定土壤耕層溫度（℃）、濕度（%）、葉片SPAD；田間群體的冠層溫度（℃）、群體內(nèi)地表溫度（℃）；群體內(nèi)二氧化碳濃度（mg/kg）、空氣相對濕度（%）、空氣溫度（℃）；成熟期各處理實收測產(chǎn)。土壤溫度、濕度用Aquameterr（Made in USA）計直接測定，葉片SPAD用SPAD計直接測定，其中，玉米大喇叭口期測定植株最上部完全展開葉，灌漿期測定穗位葉；冠層和群體內(nèi)地表溫度用紅外線測溫儀（Made in HONGKONG）測定；群體內(nèi)二氧化碳濃度、濕度、溫度用CO2Meter計（Made in USA）測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel，SPSS等軟件進行整理分析，用LSD法進行顯著性分析（小、大寫字母分別表示P≤0.05和P≤0.01差異水平）。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉壟耕作后效對夏玉米群體冠層溫度、土壤耕層溫度及濕度的影響

從圖1可以看出，小麥季粉壟耕作對玉米季土壤pH值及玉米葉片SPAD值有一定的影響，其中，玉米大喇叭口期FL1，F(xiàn)L2處理的土壤pH值均稍低于CK，F(xiàn)L2處理稍高于FL1；在灌漿期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2，CK處理土壤pH值雖有一定的差異，但沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，各處理土壤pH值在玉米大喇叭口期、灌漿期差異不顯著。FL1，F(xiàn)L2，CK處理的葉片SPAD值在玉米大喇叭口期、灌漿期分別為46.22，43.62，44.87和61.58，57.52，57.15，F(xiàn)L1處理的葉片SPAD值高于FL2和CK處理，2個時期各處理的SPAD值差異不顯著；灌漿期FL1和FL2處理的葉片SPAD值均高于CK。

從圖2可以看出，玉米大喇叭口期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2，CK處理群體冠層溫度分別為25.41，26.05，27.13℃，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理均顯著低于CK，分別低1.72，1.08℃；灌漿期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2，CK處理群體冠層溫度分別為25.52，26.18，25.77℃，與大喇叭口期同群體冠層溫度相比，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理分別上升了0.11，0.13℃，而CK群體冠層溫度則下降了1.36℃；大喇叭口期、灌漿期，F(xiàn)L1處理的群體冠層溫度低于FL2。在玉米大喇叭口期、灌漿期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2，CK處理的群體內(nèi)地面溫度分別為24.13，26.20，29.42℃和24.05，24.45，24.67℃，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理均低于CK，其中，大喇叭口期則極顯著低于CK；FL1處理的群體內(nèi)地面溫度2個時期均低于FL2，其中，大喇叭口期達到極顯著水平。

從圖3可以看出，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理在玉米大喇叭口期的土壤溫度分別為23.33，24.00℃，分別比CK（25.00℃）低1.67，1.00℃，達到顯著或極顯著差異水平，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理間的土壤溫度差異也達到顯著水平；玉米灌漿期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2，CK處理的土壤溫度分別為24.00，23.00，23.33℃，處理間差異均不顯著。FL1，F(xiàn)L2處理在玉米大喇叭口期、灌漿期的土壤濕度分別為106.33%，82.67%和117.00%，116.00%，均高于CK（46.33%和113.00%），其中，在大喇叭口期達到極顯著差異；大喇叭口期FL1極顯著高于FL2，而灌漿期二者間差異不顯著。

2.2 粉壟耕作后效對夏玉米田間群體內(nèi)部微環(huán)境的影響

從表1可以看出，玉米大喇叭口期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理的群體內(nèi)CO2濃度分別為417.50，388.67 mg/kg，均極顯著高于CK（336.17 mg/kg），分別高出81.33，52.50 mg/kg；FL1＞FL2，且二者間差異達到顯著水平。灌漿期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理的群體內(nèi)CO2濃度分別為405.83，403.17 mg/kg，均低于CK（421.50 mg/kg），分別低15.67，18.33 mg/kg，其中，F(xiàn)L2顯著低于CK；FL1＞FL2，但二者間差異不顯著。

表1 粉壟耕作對冬小麥群體內(nèi)部CO2濃度、溫度和相對濕度的影響

粉壟耕作后效群體內(nèi)相對濕度，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2，CK處理在玉米大喇叭口期、灌漿期的相對濕度分別為58.76%，56.06%，51.95%和62.96%，61.82%，61.73%，大喇叭口期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2均極顯著高于CK，且FL1和FL2之間差異達到極顯著水平；灌漿期，F(xiàn)L1顯著高于FL2和CK。FL1，F(xiàn)L2，CK處理在玉米大喇叭口期的群體內(nèi)溫度分別為29.94，30.73，33.41℃，其中，F(xiàn)L1極顯著低于FL2，F(xiàn)L1和FL2均極顯著低于CK，分別低3.47，2.68℃；灌漿期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2，CK處理的群體內(nèi)溫度分別為30.30，30.64，30.89℃，且FL1顯著低于FL2，F(xiàn)L1和FL2極顯著或顯著低于CK，分別低0.59，0.25℃。

2.3 粉壟耕作后效對夏玉米產(chǎn)量的影響

從圖4可以看出，小麥季粉壟耕作后效對夏玉米籽粒產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為，F(xiàn)L1處理的籽粒產(chǎn)量最高，達到9 723.3 kg/hm2，F(xiàn)L2處理（8 720.3 kg/hm2）的籽粒產(chǎn)量次之，CK處理（8 273.7 kg/hm2）的最低；其中，F(xiàn)L1處理顯著高于CK，F(xiàn)L2處理籽粒產(chǎn)量雖較高，但與CK，F(xiàn)L1處理間差異未達到顯著水平。

3 結(jié)論與討論

對玉米粒質(zhì)量起重要作用的是灌漿速率、灌漿期及有效灌漿期，同一品種的籽粒粒質(zhì)量則主要受灌漿速率的影響[12-13]。前人在粉壟耕作種植春玉米的研究中得出，與旋耕相比，粉壟耕作是通過提高春玉米的穗粒數(shù)和籽粒質(zhì)量來提高產(chǎn)量[14]；同時，粉壟耕作春玉米的灌漿速率遠高于旋耕，灌漿期則比旋耕略有縮短[14]。在小麥—玉米輪作種植條件下，粉壟耕作的2種處理方式不僅能夠提高小麥季的產(chǎn)量[9，15]；且粉壟耕作后效對下茬玉米有持續(xù)增產(chǎn)作用，與旋耕相比，粉壟耕作能增加玉米株高、穗長、單株干物質(zhì)質(zhì)量等[10]。粉壟耕作措施能夠有效改善小麥生育中后期田間微環(huán)境，提高抗逆能力，增加產(chǎn)量[11]。

本研究結(jié)果表明，小麥季粉壟耕作后效（FL1，F(xiàn)L2）能夠改善群體內(nèi)環(huán)境，如提高玉米葉片的SPAD值、降低土壤溫度、提高土壤和群體內(nèi)的相對濕度、降低群體內(nèi)溫度等，特別體現(xiàn)在對群體內(nèi)溫度的改變上，如大喇叭口期，F(xiàn)L1（29.94℃），F(xiàn)L2（30.73℃）均極顯著低于CK（33.41℃），分別低3.47，2.68℃，F(xiàn)L1＜FL2（P≤0.01）；灌漿期，F(xiàn)L1（30.30℃），F(xiàn)L2（30.64℃）顯著或極顯著低于CK（30.89℃），分別低0.59，0.25℃，且FL1＜FL2（P≤0.05）。反映出粉壟耕作后效對下茬地上部群體環(huán)境的影響仍然較強，而粉壟耕作后效玉米季的增產(chǎn)說明群體環(huán)境改變與玉米的生長互惠互利，也有利于植物的生理生化反應(yīng)以及光合產(chǎn)物的累積。粉壟深松土壤結(jié)構(gòu)和土壤生態(tài)環(huán)境，經(jīng)過小麥季生長以后，能夠持續(xù)為玉米的生長提供良好的土壤環(huán)境，使玉米植株地上部生長發(fā)育（株高、灌漿及干物質(zhì)積累等）較旋耕耕作的后效更具優(yōu)勢。這就造成了玉米地上部群體葉面積、光合速率、呼吸速率以及與周圍空氣的能量傳遞過程都可能存在差異，進而改善或調(diào)控群體內(nèi)的環(huán)境狀況，增強抗逆能力。因此，粉壟耕作一次對小麥、玉米2季持續(xù)產(chǎn)生的良好效果很有意義，通過粉壟耕作來改善連年旋耕作業(yè)，致使耕層變淺、犁底層上移變厚、土壤的通透性變差、可持續(xù)生產(chǎn)能力下降等問題是可行的。

本研究結(jié)果得出，與旋耕（CK）相比，小麥季粉壟耕作后效（FL1，F(xiàn)L2）能夠改善玉米季（大喇叭口期、灌漿期）土壤的pH值，提高玉米葉片的SPAD值（FL1＞FL2＞CK）；可降低土壤溫度，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理的土壤溫度比CK低1～2℃（P≤0.05），F(xiàn)L1＜FL2（P≤0.05）；可提高土壤濕度，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理極顯著高于CK，F(xiàn)L1＞FL2（P≤0.01）。與旋耕（CK）相比，小麥季粉壟耕作后效能降低群體內(nèi)溫度，大喇叭口期，F(xiàn)L1（29.94℃），F(xiàn)L2（30.73℃）均極顯著低于CK（33.41℃），分別低3.47，2.68℃，F(xiàn)L1＜FL2（P≤0.01）；灌漿期，F(xiàn)L1（30.30℃），F(xiàn)L2（30.64℃）顯著或極顯著低于CK（30.89℃），分別低0.59，0.25℃，F(xiàn)L1＜FL2（P≤0.05）?？山档腿后w內(nèi)地面溫度，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理降低0.1～5.5℃，且在大喇叭口期差異達極顯著水平，F(xiàn)L1＜FL2。可調(diào)控玉米季群體冠層溫度，在大喇叭口期，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2處理均顯著低于CK，分別低1.72，1.08℃，且FL1＞FL2。

小麥季粉壟耕作后效（FL1，F(xiàn)L2）能夠改善群體內(nèi)CO2濃度，玉米大喇叭口期，F(xiàn)L1（417.50 mg/kg），F(xiàn)L2（388.67mg/kg）均極顯著高于CK（336.17mg/kg），分別高出81.33，52.50 mg/kg，F(xiàn)L1＞FL2（P≤0.05）；灌漿期，F(xiàn)L1（405.83 mg/kg），F(xiàn)L2（403.17 mg/kg）均低于CK（421.50 mg/kg），分別低15.67，18.33 mg/kg，CK＞FL2（P≤0.05），F(xiàn)L1＞FL2?？商岣哂衩状罄瓤谄凇⒐酀{期群體內(nèi)相對濕度，大喇叭口期，F(xiàn)L1（58.76%），F(xiàn)L2（56.06%）均極顯著高于CK（51.95%），F(xiàn)L1極顯著高于FL2；灌漿期，F(xiàn)L1（62.96%）顯著高于FL2（61.82%）和CK（61.73%）?？商岣咦蚜．a(chǎn)量，F(xiàn)L1，F(xiàn)L2，CK處理的籽粒產(chǎn)量分別為9 723.3，8 720.3，8 273.7 kg/hm2，F(xiàn)L1處理顯著高于CK，F(xiàn)L2與CK，F(xiàn)L1處理間差異不顯著。

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Effects of Later Effect of Smashing Ridge Tillage on Summer Maize's Micro Environment

NIE Sheng-wei1，ZHANGYu-ting1，TANGFeng-shou2，ZHANGQiao-ping1，3，HE Ning1，GUOQing4，WANGHong-qing4，WEI Ben-hui5
（1.Institute ofPlant Nutrient and Environmental Resources，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China；2.Institute ofEconomic Crops，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China；3.College of Agronomy，Collaborative Innovation Center ofHenan Grain Crops，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China；4.Institute ofAgricultural Sciences ofXihua County，Xihua 466600，China；5.Institute ofEconomic Crops，Guangxi AcademyofAgricultural Sciences，Nanning530007，China）

To explore the improvement of micro environmental factors in maize population in wheat and maize rotation system.In this paper,later effects ofa newtillage（SmashingRidge Tillage）on summer maize's micro environment were studied.At the beginning of the wheat sowing,there were three treatments as follows:Smashing Ridge Tillage FL1（20-30 cm）,Smashing Ridge Tillage FL2（30-40 cm）,and Rotation Tillage（12-16 cm）,respectively;And then summer maize was planted after wheat harvested.The results showed that Smashing Ridge Tillage（FL1 and FL2 treatments）in wheat season could decrease soil temperature during maize growth seasons; and there was 1-2℃centigrade's lower of FL1 and FL2 treatments than those of CK treatment（P≤0.05 or P≤0.01）,respectively; compared with the temperature of FL2 treatment,FL1's was significantly lower.However,its could increase soil humidity,which the soil humidity ofFL1 and FL2 treatment were extremely significant higher respectively than those ofCK treatment,and FL1＞FL2（P≤0.01）. At maize's belling stages,both FL1（29.94℃）and FL2（30.73℃）group'temperatures were extremely significant lower than that of CK（33.41℃）,and about 3.47（FL1）and 2.68（FL2）centigrade were respectively lower;FL1＜FL2（P≤0.01）.Following maize's filling stages,both FL1（30.30℃）and FL2（30.64℃）group's temperatures were significantly or extremely significant lower than that of CK（30.89℃）,and about 0.59（FL1）and 0.25（FL2）centigrade were respectively lower;FL1＜FL2（P≤0.05）.Also,they could increase relative humidityduringmaize's bellingand fillingstages.For instance,both FL1（58.76%）and FL2（56.06%）group's temperatures wereextremelysignificant higher at bellingstage than that ofCK（51.95%）,FL1＞FL2（P≤0.01）；And FL1（62.96%）was significantlyhigher at filling stage than those of FL2（61.82%）and CK（61.73%）.Additionally,it could also improve carbon dioxide content（CO2mg/kg）within maize's group;there were 81.33 mg/kg（FL1）and 52.50 mg/kg（FL2）higher（P≤0.01）respectively at belling stage than CK; FL1＞FL2（P≤0.05）.On the contrary,there were 15.67 mg/kg（FL1）and 18.33 mg/kg（FL2）lower respectivelyat fillingstage than CK; FL1＞FL2.Finally,theycould obtain higher grain yields.

smashingridge tillage;later effects;Summer maize;microenvironment

S341.1；S513

A

1002-2481（2016）03-0348-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.03.19

2015-11-09

國家自然科學(xué)基金項目（31301284）；“十二五”國家科技支撐計劃循環(huán)農(nóng)業(yè)項目（2012BAD14B08，2012BAD14B04）；河南產(chǎn)糧大省財政支持項目（20150104）；河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)秀青年科技基金項目（2013YQ15）

聶勝委（1979-），男，河南汝州人，副研究員，博士，主要從事農(nóng)作制度、循環(huán)農(nóng)業(yè)、長期定位施肥等方面的研究工作。