土壤耕作和施肥方式對夏玉米干物質(zhì)積累與產(chǎn)量的影響

周寶元，孫雪芳，丁在松，馬瑋，趙明

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土壤耕作和施肥方式對夏玉米干物質(zhì)積累與產(chǎn)量的影響

周寶元，孫雪芳，丁在松，馬瑋，趙明

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與栽培重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

【目的】改善土壤耕作方式和氮肥施用技術(shù)是進(jìn)一步提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率的重要措施。本研究擬通過分析淺旋、免耕和條帶深松3種耕作方式下緩釋肥和常規(guī)施肥對夏玉米干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及光合特性的影響，闡明其產(chǎn)量及氮肥效率差異形成的生理過程?！痉椒ā吭囼?yàn)于2013—2014年在河南新鄉(xiāng)進(jìn)行。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，耕作方式為主區(qū)，設(shè)淺旋耕作（rotary tillage，R），免耕直播（no-tillage，N）和條帶深松（sub-soiling，S）3種耕作方式；肥料類型為副區(qū)，設(shè)緩釋肥（slow release fertilizer，SRF）和常規(guī)施肥（conventional compound fertilizer，CCF）2個處理。【結(jié)果】與傳統(tǒng)施肥和土壤耕作方式比，施用緩釋肥與條帶深松耕作均能維持植株開花后較高的葉面積指數(shù)和光合速率，且條帶深松與緩釋肥耦合處理的值最大。成熟期，3種耕作方式下，緩釋肥處理葉面積指數(shù)降幅兩年平均分別低于常規(guī)施肥處理7.5%（N）、9.7%（R）和11.8%（S）；緩釋肥處理凈光合速率降幅兩年平均分別低于常規(guī)施肥處理7.3%（N）、11.5%（R）和16.8%（S）。條帶深松耕作下緩釋肥處理LAI高于其他處理16.0%—47.9%，穗位葉光合速率較其他處理高14.5%—52.3%?；ê筝^高的葉面積指數(shù)和光合速率可促進(jìn)玉米中后期干物質(zhì)積累速率及積累持續(xù)期的增加，從而顯著提高花后光合產(chǎn)物的積累量及同化量。3種耕作方式下，緩釋肥處理花后干物質(zhì)同化量較常規(guī)施肥處理兩年平均分別提高1.5%（N）、21.4%（R）和24.4%（S）；緩釋肥處理花后干物質(zhì)積累量較常規(guī)施肥處理兩年平均分別提高11.0%（N）、12.2%（R）和17.0%（S）。其中條帶深松耕作與緩釋肥耦合處理花后干物質(zhì)積累量和同化量顯著高于其他處理，兩年平均增幅分別為13.4%—28.9%和17.4%—39.6%。玉米花后干物質(zhì)積累及同化量的增加是玉米籽粒產(chǎn)量提高的主要原因。因此，施用緩釋肥通過增加千粒重，條帶深松耕作通過增加收獲穗數(shù)分別顯著提高夏玉米產(chǎn)量；條帶深松與緩釋肥耦合處理產(chǎn)量顯著高于其他處理，增幅為9.2%—23.2%?！窘Y(jié)論】條帶深松滿足了作物對氮素的空間要求，緩釋肥滿足了作物對氮素的時間要求，施用緩釋肥并結(jié)合條帶深松，可有效調(diào)控土壤的養(yǎng)分供應(yīng)狀況，提高土壤氮素供應(yīng)與作物需氮的時空吻合度，有利于實(shí)現(xiàn)黃淮海區(qū)夏玉米高產(chǎn)高效及生態(tài)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

夏玉米；緩釋肥；耕作方式；干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】改善土壤耕作方式和氮肥施用技術(shù)是同步提高作物產(chǎn)量和氮肥利用效率的重要措施[1-2]。研究耕作方式和肥料類型對玉米干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，可更好地協(xié)調(diào)作物生長發(fā)育對肥料的需求與土壤氮肥供應(yīng)，高效利用氮肥，增加產(chǎn)量，并實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】黃淮海平原夏玉米生長季高溫多雨，農(nóng)民習(xí)慣采用的傳統(tǒng)施肥方式常將大部分的氮肥（60%）在玉米播種或生育前期施用，而多半常規(guī)速效化肥由淋失、揮發(fā)等途徑損失掉，不僅造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[3]，也常常使玉米生長發(fā)育后期發(fā)生脫肥早衰，導(dǎo)致不同程度的減產(chǎn)[4-5]。與常規(guī)化學(xué)肥料比，緩/控釋肥具有肥效期長且穩(wěn)定的特點(diǎn)，能源源不斷地供給養(yǎng)分，一次施用能滿足玉米在整個生育期對養(yǎng)分的需求，減少營養(yǎng)元素的損失，提高作物產(chǎn)量和肥料利用效率[5-7]。前人研究表明，施用玉米緩/控釋肥比相應(yīng)等養(yǎng)分含量的普通肥料處理增產(chǎn)7.6%—21.1%，土壤剖面硝態(tài)氮累積量降低20%—70%，降低了地下水硝態(tài)氮污染的生態(tài)風(fēng)險[6, 8-9]。除了肥料類型，土壤耕作等栽培措施對作物生長發(fā)育及肥料利用效率也存在較大影響[2, 10-11]。在黃淮海平原，由于傳統(tǒng)的耕作措施常采用機(jī)械滅茬加旋耕或免耕直播，常年機(jī)械壓實(shí)導(dǎo)致土壤耕層變淺，容重增加，產(chǎn)生堅(jiān)硬的犁底層，限制土壤水分、養(yǎng)分、氣體的運(yùn)動，抑制作物根系的生長[12-13]，進(jìn)而造成玉米的倒伏及產(chǎn)量降低[13-14]。深松耕作可以有效打破土壤犁底層，降低容重，增加孔隙度，提高土壤蓄水能力[15-16]，為玉米生長創(chuàng)造適宜的土壤環(huán)境，增強(qiáng)植株根系從土壤中吸收水分和養(yǎng)分的能力，從而提高作物產(chǎn)量[17-18]。玉米產(chǎn)量是由植株干物質(zhì)的積累分配與轉(zhuǎn)移特性所決定的，提高干物質(zhì)的生產(chǎn)能力及花后干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移能力是提高玉米籽粒產(chǎn)量的有效途徑[19-21]。【本研究切入點(diǎn)】目前，關(guān)于耕作方式與緩/控釋肥耦合對玉米水氮吸收利用及產(chǎn)量的影響已有部分報(bào)道[2,22]，但缺乏從整個生育期干物質(zhì)積累動態(tài)及花后物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與同化角度系統(tǒng)分析耕作方式與緩/控釋肥耦合影響玉米產(chǎn)量的研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究通過田間試驗(yàn)比較了在滅茬旋耕、免耕直播和條帶深松3種耕作方式下施用緩釋肥對玉米干物質(zhì)積累過程及花前、花后物質(zhì)生產(chǎn)與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，并結(jié)合分析玉米葉面積指數(shù)動態(tài)及光合速率的差異進(jìn)一步闡明耕作方式與緩釋肥耦合的作用效果與增產(chǎn)機(jī)理，旨在為黃淮海區(qū)夏玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013—2014年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院河南新鄉(xiāng)（37°41′02″N，116°37′23″E）試驗(yàn)基地進(jìn)行。該區(qū)位于黃淮海平原區(qū)，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫14℃，全年≥10℃積溫4 647.2℃。年降水量573.4 mm，多在7、8月間，年日照時數(shù)2 323.9 h。試驗(yàn)地土壤為黏質(zhì)壤土，0—20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量12.6 g·kg-1，速效氮61.2 mg·kg-1，速效磷16.2 mg·kg-1，速效鉀110.0 mg·kg-1，pH 8.2。圖1為2013年和2014年夏玉米生長季降雨量及溫度狀況。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以耕作方式為主區(qū)，設(shè)免耕直播（N），淺旋耕作（R）和條帶深松（S）3個處理；以肥料類型為副區(qū)，設(shè)緩釋肥270 kg N·hm-2一次性基施（slow release fertilizer，SRF），常規(guī)施肥270 kg N·hm-2分次施用（conventional compound fertilizer，CCF，60%基施，40%拔節(jié)期追施）2個處理。免耕處理使用當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)哈哈免耕播種機(jī)進(jìn)行播種，一次作業(yè)同時完成播種及施種肥作業(yè)；淺旋處理利用臥式旋耕耙進(jìn)行10—15 cm旋耕，后同免耕處理一樣，使用農(nóng)哈哈播種機(jī)進(jìn)行播種、施種肥作業(yè)；條帶深松處理采用中國農(nóng)科院作物所與北京禾惠農(nóng)科技有限公司共同研制的玉米推茬清壟精量播種機(jī)進(jìn)行條帶深松、精量播種及深施肥一體化作業(yè)，深松深度為25—30 cm，施肥深度為10 cm。試驗(yàn)用緩釋肥由河南省心連心化肥有限公司生產(chǎn)，其N、P2O5、K2O 含量分別為30%、5%、5%，該肥料采用高分子網(wǎng)捕技術(shù)，控失率高，為作物持續(xù)不斷提供養(yǎng)分；常規(guī)施肥處理由普通復(fù)合肥和尿素混合配制出與緩釋肥處理等養(yǎng)分量的肥料。各處理磷、鉀肥施用量相同，均為45 kg P2O5·hm-2和45 kg K2O·hm-2。

圖1 2013—2014年夏玉米生長季日降雨量及平均溫度變化

選用鄭單958為供試材料，于6月中旬播種，種植密度為60 000株/hm2，60 cm等行距種植，株距25 cm。小區(qū)面積為96 m2（4.8 m×20 m），每小區(qū)種植8行，3次重復(fù)。其他管理措施同夏玉米高產(chǎn)田。在玉米達(dá)到生理成熟后收獲，2013年收獲期為9月28日，2014年收獲期為9月26日。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù) 于玉米拔節(jié)期（V6）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（VT）、乳熟期（R3）、成熟期（R6），田間活體測量5株葉面積，采用長寬系數(shù)法計(jì)算葉面積（0.75），葉面積指數(shù)（LAI）=該土地面積上的總?cè)~面積/土地面積。

1.3.2 穗位葉凈光合速率 在玉米開花期和成熟期，采用LI-6400光合測定系統(tǒng)（LI-COR，美國），開放式氣路，冠層穗位葉附近CO2濃度360—380 μmol·mol-1，應(yīng)用系統(tǒng)LED光源補(bǔ)光，光量子通量為1 800 μmol·m-2·s-1。選擇天氣晴朗的10：00—12：00測定穗位葉中部上表面凈光合速率，每處理測代表性植株10株。

1.3.3 干物質(zhì)積累 于玉米拔節(jié)期（V6）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（VT）、乳熟期（R3）、成熟期（R6），每個小區(qū)取代表性植株3株，按不同器官（莖鞘、葉片、籽粒和穗軸）分開，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重后測定干物重。

以播種后天數(shù)（t）為自變量，以播種后0、26 d（V6）、55 d（VT）、109 d（R6）（2013年）和0、27 d（V6）、43 d（V12）、53 d（VT）、76 d（R3）、106 d（R6）（2014年）測得單株地上部干重為因變量（W），可用Logistic方程y=a/(1+be-cx)對干物質(zhì)積累過程進(jìn)行模擬[23]。對Logistic方程求一階導(dǎo)數(shù)可得到玉米干物質(zhì)積累速率方程。對Logistic方程求二階導(dǎo)數(shù)，并令其為0，可得兩個拐點(diǎn)在t坐標(biāo)上的值t1和t2，試驗(yàn)結(jié)束時間t3，確定干物質(zhì)積累過程的3個階段，分別為漸增期（0—t1）、快增期（t1—t2）和緩增期（t2—t3）。并求出各階段持續(xù)時間（T）和平均干物質(zhì)積累速率（Gmean）。

1.3.4 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 相關(guān)參數(shù)計(jì)算參照參考文獻(xiàn)[24]。干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（kg·hm-2）=開花期營養(yǎng)器官干重-成熟期營養(yǎng)器官干重；干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率（%）=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期營養(yǎng)器官干重×100；轉(zhuǎn)運(yùn)干物質(zhì)對籽粒的貢獻(xiàn)率（%）=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/粒重×100。

1.3.5 測產(chǎn)、考種 每小區(qū)去掉兩側(cè)邊行和每行兩端各五株后，調(diào)查相應(yīng)的空稈數(shù)、雙穗數(shù)；測定全部收獲穗的穗鮮重、穗數(shù)；選取樣本穗20穗（誤差小于0.1 kg），風(fēng)干后脫粒，稱重，測定含水量，換算成14%含水量的重量，進(jìn)而折合成公頃產(chǎn)量；另外選取20穗進(jìn)行考種。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和多重比較，利用SigmaPlot 10.0軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 土壤耕作與施肥方式對夏玉米葉面積指數(shù)（LAI）的影響

由圖2可以看出，相同耕作方式下，施用緩釋肥處理（SRF）和常規(guī)施肥處理（CCF）開花前（V6和V12）葉面積指數(shù)（LAI）差異不顯著，開花至成熟期SRF處理LAI顯著高于CCF處理。開花期各處理LAI達(dá)最大值，3種耕作方式下SRF處理LAI均顯著高于CCF處理，2013年增幅分別為10.3%（R）、12.7%（N）和14.7%（S），2014年增幅分別為8.7%（R）、8.4%（N）和12.1%（S）。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理開花期LAI分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應(yīng)處理，淺旋和免耕條件下各相應(yīng)處理之間差異不顯著。各處理中，以條帶深松耕作下SRF處理開花期LAI最高，顯著高于其他處理，2013年增幅為6.6%—23.2%，2014年增幅為8.6%—21.0%。

A，B：旋耕；C，D：免耕直播；E，F(xiàn)：深松；CCF：常規(guī)肥；SRF：緩釋肥。下同

開花至成熟期，各處理LAI均逐漸降低，同一耕作方式下SRF處理LAI降幅顯著低于CCF處理，條帶深松耕作下二者差異達(dá)最大。2013年，3種耕作方式下，CCF處理LAI降幅分別為51.1%（R）、50.9%（N）和48.6%（S）；SRF處理LAI降幅分別為47.7%（R）、46.4%（N）和41.7%（S）。2014年，3種耕作方式下，CCF處理LAI降幅分別為62.2%（R）、62.6%（N）和57.3%（S）；SRF處理LAI降幅分別為57.6%（R）、57.1%（N）和51.1%（S）。3種耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理成熟期LAI降幅分別顯著低于淺旋和免耕條件下相應(yīng)處理的降幅。各處理中，以條帶深松耕作下緩釋肥處理開花至成熟期LAI降幅最小，LAI值最大，2013年高于其他處理16.0%—46.9%，2014年高于其他處理20.3%—47.9%。

2.2 土壤耕作與施肥方式對夏玉米穗位葉凈光合速率的影響

由圖3可以看出，開花期和成熟期穗位葉光合速率均不同程度受到施肥和耕作方式的影響。開花期，3種耕作方式下，2013年SRF處理光合速率分別比CCF處理高6.2%（R）、8.7%（N）和7.5%（S）；2014年SRF處理光合速率分別比CCF處理高4.4%（R）、5.3%（N）和6.6%（S）。各處理中，以條帶深松耕作下SRF處理開花期穗位葉光合速率最高，2013年比其他處理高3.3%—12.1%，2014年比其他處理高2.4%—8.3%。

開花至成熟期，各處理穗位葉光合速率均顯著下降，而施用緩釋肥可以延緩后期穗位葉光合速率下降，其降幅顯著低于常規(guī)施肥處理，且在條帶深松耕作下二者差異最大。2013年，3種耕作方式下，CCF處理成熟期穗位葉光合速率降幅分別為66.7%（R）、65.9%（N）和62.8%（S）；SRF處理成熟期穗位葉光合速率降幅分別為61.9%（R）、59.2%（N）和54.8%（S）。2014年，3種耕作方式下，CCF處理成熟期穗位葉光合速率降幅分別為65.7%（R）、65.6%（N）和62.1%（S）；SRF處理成熟期穗位葉光合速率降幅分別為61.5%（R）、58.8%（N）和52.2%（S）。各處理中，以條帶深松耕作下SRF處理成熟期穗位葉光合速率降幅最小，光合速率值最高，2013年較其他處理高14.5%—52.3%，2014年較其他處理高18.7%—50.8%。

2.3 土壤耕作與施肥方式對夏玉米干物質(zhì)積累動態(tài)的影響

由圖4可以看出，相同耕作方式下，SRF和CCF處理拔節(jié)（V6）至開花期（VT）干物質(zhì)積累量沒有明顯差異，而開花至成熟期SRF處理干物質(zhì)積累量顯著高于CCF處理。3種耕作方式下，2013年SRF處理花后干物質(zhì)積累量分別比CCF處理高13.0%（R）、12.7%（N）和18.7%（S）；2014年SRF處理花后干物質(zhì)積累量分別比CCF處理高8.9%（R）、11.7%（N）和15.3%（S）。不同耕作方式比較，各處理花前干物質(zhì)積累量沒有明顯差異，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的花后干物質(zhì)積累量分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應(yīng)處理，而淺旋和免耕條件下各相應(yīng)處理之間差異不顯著。各處理中，以條帶深松耕作下緩釋肥處理（S- SRF）花后干物質(zhì)積累量顯著高于其他處理，2013年增幅為12.5%—30.0%，2014年增幅為14.3%—27.8%。

A，B：淺旋耕作；C，D：免耕直播；E，F(xiàn)：條帶深松；DM：干物質(zhì)積累量；DMR：干物質(zhì)積累速率

成熟期（R6），3種耕作方式下，2013年SRF處理成熟期總干物質(zhì)積累量分別為18 875.7 kg·hm-2（R）、19 022.6 kg·hm-2（N）和20 627.7 kg·hm-2（S），分別高于CCF處理9.5%、11.7%和12.3%；2014年SRF處理成熟期干物質(zhì)積累量分別為16 968.1 kg·hm-2（R）、16 666.6 kg·hm-2（N）和18 551.6 kg·hm-2（S），分別高于CCF處理7.8%、10.7%和13.3%。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的總干物質(zhì)積累量分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應(yīng)處理，而淺旋和免耕條件下各相應(yīng)處理之間差異不顯著。各處理中，以條帶深松耕作下SRF處理總干物質(zhì)積累量顯著高于其他處理，2013年增幅為8.4%—21.1%，2014年增幅為9.3%—21.0%。

根據(jù)干物質(zhì)積累速率變化，可將干物質(zhì)積累過程分為3個時期，即漸增期，快增期和緩增期（表1）。由表1可以看出，3種耕作方式下SRF處理和CCF處理的干物質(zhì)積累3個時期的持續(xù)時間均無顯著差異，而SRF處理快增期和緩增期的平均積累速率顯著高于CCF處理?？煸銎?，3種耕作方式下SRF處理平均積累速率兩年分別比CCF處理高7.3%和5.3%，8.6%和15.2%，7.1%和17.8%；緩增期，3種耕作方式下SRF處理平均積累速率兩年比CCF處理高10.5%和33.6%，10.7%和12.1%，19.6.%和21.7%。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的緩增期持續(xù)時間顯著高于免耕和淺旋耕作下的相應(yīng)處理。

2.4 土壤耕作與施肥方式對夏玉米干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表2可知，不同施肥方式和耕作方式處理間花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量差異顯著。淺旋耕作下，SRF處理花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及其對籽粒的貢獻(xiàn)率顯著高于CCF處理，2013年增幅分別為44.9%、23.6%和42.2%，2014年增幅分別為65.3%、51.3%和41.1%。免耕條件下，SRF處理花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量顯著低于CCF處理，2013年分別降低42.3%、48.5%和68.9%，2014年分別降低34.9%、43.6%和30.1%。條帶深松耕作下，SRF處理花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量顯著低于CCF處理，2013分別降低37%、40%和41.7%，2014年分別降低33.9%、49.2%和60.4%。

花后干物質(zhì)同化量也受施肥方式和耕作方式影響較大。淺旋耕作下，SRF處理與CCF處理花后干物質(zhì)同化量無顯著差異。免耕和條帶深松耕作下，SRF處理花后干物質(zhì)同化量顯著高于CCF處理，兩年增幅分別為15.3%和27.5%（N），26.2%和22.6%（S）。

以上結(jié)果表明，淺旋耕作下緩釋肥處理花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對籽粒的貢獻(xiàn)占優(yōu)勢，而在免耕和條帶深松耕作下緩釋肥處理花后干物質(zhì)同化量占優(yōu)勢。

表1 不同處理夏玉米干物質(zhì)積累階段特征

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。下同

Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level. The same as below

表2 不同處理夏玉米營養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)

2.5 土壤耕作與施肥方式對夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，不同耕作方式下，施用緩釋肥處理玉米產(chǎn)量均顯著高于常規(guī)施肥處理。在淺旋、免耕直播和條帶深松耕作下，2013年SRF處理產(chǎn)量比CCF處理分別提高6.3%、7.5%和13.9%，2014年SRF處理產(chǎn)量比CCF分別提高9.1%、12.7%和15.2%。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下各處理的產(chǎn)量分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應(yīng)處理，而淺旋和免耕條件下各相應(yīng)處理之間差異不顯著。各處理中，以條帶深松下SRF處理產(chǎn)量顯著高于其他處理，2013年增幅為10.7%—19.5%，2014年增幅為9.2%—23.2%。

產(chǎn)量構(gòu)成因素中，千粒重受肥料和耕作方式處理影響較大。不同耕作方式下，SRF處理千粒重均顯著高于CCF處理。在淺旋、免耕直播和條帶深松耕作下，2013年SRF處理千粒重比CCF處理分別提高4.1%、5.4%和9.6%，2014年SRF處理千粒重比CCF分別提高5.0%、7.8%和10.1%。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的千粒重分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應(yīng)處理，而淺旋和免耕條件下各相應(yīng)處理之間差異不顯著。

穗數(shù)受肥料處理影響較小，受耕作方式影響較大。CCF處理和SRF處理穗數(shù)在各耕作方式下均沒有顯著差異。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的穗數(shù)分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應(yīng)處理，而淺旋和免耕條件下各相應(yīng)處理之間差異不顯著。

表3 不同處理夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

*差異達(dá)0.05顯著水平；**差異達(dá)0.01顯著水平；ns，無顯著性差異

* represents significant at＜0.05; ** represents significant at＜0.01; ns represents non-significant

穗粒數(shù)受肥料和耕作方式處理影響較小，各處理之間穗粒數(shù)均沒有明顯的差異。

3 討論

氮是作物產(chǎn)量形成的重要限制因子[25]，氮肥施用不當(dāng)，不僅導(dǎo)致作物產(chǎn)量和氮肥利用率下降，且會引發(fā)一系列的環(huán)境問題[26-27]。近年來，中國在提高化肥利用率方面取得了一些成果，如氮肥深施、以水帶肥、平衡施肥等技術(shù)[28-29]。然而，在提高肥料利用率的同時，能夠顯著增加玉米產(chǎn)量的能力還有待進(jìn)一步提高[30]。緩/控釋肥料的應(yīng)用既能滿足作物對養(yǎng)分的需求，提高作物產(chǎn)量，也能夠降低肥料損失，顯著提高肥料利用效率[5-6, 8-9]。本研究中，與常規(guī)肥料處理比，施用緩釋肥處理夏玉米的產(chǎn)量顯著提高。除了肥料類型，土壤耕作等栽培措施對作物生長發(fā)育及氮肥利用效率也存在較大影響[2, 10-11]。本研究比較了傳統(tǒng)免耕、淺旋和條帶深松耕作的作用效果，結(jié)果表明條帶深松耕作處理玉米產(chǎn)量顯著高于免耕和淺旋耕作，且在條帶深松耕作下，緩釋肥處理產(chǎn)量增幅最大，其次為免耕耕作，淺旋耕作下增幅最小。耕作方式與施肥方式耦合各處理中，以條帶深松與緩釋肥互作處理產(chǎn)量最高。從產(chǎn)量構(gòu)成因素看，施用緩釋肥通過增加千粒重，條帶深松耕作通過增加收獲穗數(shù)達(dá)到了增加產(chǎn)量的目的。2013年玉米開花期遇到高溫干旱的天氣，玉米授粉受到影響，穗粒數(shù)較低，但由于及時進(jìn)行了灌水補(bǔ)救，保證了較高的千粒重，因此產(chǎn)量沒有顯著降低；而2014年玉米開花期前后遇到陰雨寡照的天氣，影響玉米正常授粉，且沒有良好的補(bǔ)救措施，因此玉米收獲穗數(shù)和千粒重均較低，與2013年比產(chǎn)量下降顯著。

作物生育期內(nèi)干物質(zhì)的積累是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，干物質(zhì)積累的水平?jīng)Q定了最終籽粒產(chǎn)量的高低[31-33]。本研究中，緩釋肥處理玉米總干物質(zhì)積累量2013年和2014年均顯著高于常規(guī)施肥處理。另外，條帶深松耕作處理玉米干物質(zhì)積累量顯著高于免耕和淺旋耕作，且條帶深松與緩釋肥互作處理干物質(zhì)積累量顯著高于其他處理。研究表明，禾谷類作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量主要依賴于開花后到成熟期的光合代謝產(chǎn)物積累[34-35]。本研究中，與常規(guī)施肥和土壤耕作方式比，緩釋肥和條帶深松耕作處理拔節(jié)至開花期干物質(zhì)積累量沒有顯著增加，而二者開花至成熟期干物質(zhì)積累量分別顯著高于常規(guī)施肥和其他土壤耕作處理，且條帶深松與緩釋肥互作處理花后干物質(zhì)積累量顯著高于其他處理。說明施用緩釋肥和條帶深松耕作及其二者的有機(jī)結(jié)合均有利于玉米干物質(zhì)的積累，尤其是花后干物質(zhì)積累。進(jìn)一步研究表明，干物質(zhì)積累量取決于其積累速率和積累持續(xù)期的長短[36-37]。本研究中，玉米生育前期（漸增期）緩釋肥處理和常規(guī)施肥處理干物質(zhì)積累速率和持續(xù)期均無明顯差異，而中后期（快增期和緩增期）緩釋肥處理干物質(zhì)積累速率顯著高于常規(guī)施肥處理，二者持續(xù)期無明顯差異。條帶深松耕作顯著提高玉米中期（快增期）干物質(zhì)積累速率和后期（緩增期）持續(xù)時間。條帶深松耕作與緩釋肥耦合通過提高玉米中后期干物質(zhì)積累速率和持續(xù)時間實(shí)現(xiàn)生育期總干物質(zhì)積累量的增加。

作物籽粒中干物質(zhì)積累主要來源于開花前營養(yǎng)器官貯存同化物轉(zhuǎn)移到籽粒中的部分和開花后的同化產(chǎn)物[38]。本研究表明，與常規(guī)施肥處理比，淺旋耕作下緩釋肥處理玉米花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率顯著提高，而在免耕和條帶深松耕作下顯著下降。然而，有研究表明玉米營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對籽粒的貢獻(xiàn)率不易過高，超過20%會導(dǎo)致葉片早衰，影響后期光合生產(chǎn)，進(jìn)而明顯影響產(chǎn)量的提高[39]。本研究中淺旋耕作下緩釋肥處理營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對籽粒的貢獻(xiàn)率大于20%，而免耕和條帶深松耕作下均在20%以下。說明免耕和條帶深松耕作與緩釋肥耦合更利于協(xié)調(diào)玉米籽粒灌漿期源庫平衡，也進(jìn)一步驗(yàn)證了前人的研究結(jié)果。另外，與常規(guī)施肥處理比，免耕和條帶深松耕作下緩釋肥處理花后干物質(zhì)同化量顯著增加，且條帶深松與緩釋肥互作處理花后干物質(zhì)同化量顯著高于其他處理。說明條帶深松與緩釋肥耦合在促進(jìn)花后干物質(zhì)積累的同時，明顯增加了花后干物質(zhì)向籽粒的分配。

玉米干物質(zhì)生產(chǎn)的絕大部分來自葉片的光合作用[20]。生育后期干物質(zhì)積累多，說明花后光合生產(chǎn)能力強(qiáng)[40]。本研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)耕作和施肥處理比，條帶深松和施用緩釋肥明顯改善了玉米的光合性能，使得植株開花后仍然保持較高的葉面積指數(shù)和光合速率，且下降緩慢，有利于生產(chǎn)更多的光合產(chǎn)物。這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)淺旋和免耕耕作常年的機(jī)械壓實(shí)使土壤耕層變淺，產(chǎn)生堅(jiān)硬的犁底層，影響作物根系的正常生長[11-12]，且施用的常規(guī)化學(xué)肥料大量的淋失造成花后氮素不足[5]，植株根系周圍出現(xiàn)氮素虧缺，加速了花后植株衰老[4]，進(jìn)而導(dǎo)致花后光合物質(zhì)生產(chǎn)能力下降[41]。而條帶深松可以打破土壤犁底層，增加耕層深度，提高蓄水保墑能力，促進(jìn)根系生長發(fā)育[11, 22]。同時，緩釋肥根據(jù)玉米生長特性進(jìn)行選擇性釋放，顯著提高花后土壤氮素的供應(yīng)能力[5-6]，從而改善后期光合性能，延緩了葉片衰老[42-43]。條帶深松滿足了作物對氮素的空間要求，緩釋肥滿足了作物對氮素的時間要求，因此，條帶深松與緩釋肥耦合能夠更好地實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分的時空高效管理，滿足玉米對氮素的需求，實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量和氮素利用效率的同步提高。

4 結(jié)論

與常規(guī)耕作和施肥處理比，條帶深松耕作和施用緩釋肥明顯改善了玉米的光合性能，使得植株開花后仍然保持較高的葉面積指數(shù)和光合速率，延緩玉米后期衰老，促進(jìn)花后光合產(chǎn)物積累的增加及其向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，最終顯著提高玉米產(chǎn)量。因此，在黃淮海夏玉米種植區(qū)，施用緩釋肥并結(jié)合條帶深松，可以更好地調(diào)控土壤的養(yǎng)分供應(yīng)狀況，實(shí)現(xiàn)土壤氮素供應(yīng)與作物需氮的時空吻合，有助于實(shí)現(xiàn)夏玉米高產(chǎn)高效生態(tài)安全生產(chǎn)。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effect of Tillage Practice and Fertilization on Dry Matter Accumulation and Grain Yield of Summer Maize (L.)

ZHOU Baoyuan, SUN Xuefang, DING Zaisong, MA Wei, ZHAO Ming

(Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Cultivation, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

【Objective】Soil tillage practice and fertilization have remarkable influence on crop yield and nitrogen use efficiency. The objective of this study was to clarify physiological reason for differences of maize yield and nitrogen efficiency by exploring the effects of the slow release fertilizer on dry matter accumulation and transportation, and characteristics of photosynthesis of summer maize under different soil tillages.【Method】A field experiment was conducted at Xinxiang, Henan province from 2013 to 2014. The experimental design was a split plot. The main plot was three soil tillage management, rototilling (R), no-tillage (N) and sub-soiling (S), and the subplot was nitrogen application, N 270 kg·hm-2slow release fertilizer treatment (SRF), and N 270 kg·hm-2conventional compound fertilizer with two applications (CCF) (40% as basal application and 60% at the beginning of male tetrad stage). 【Result】Compared with conventional fertilization and soil tillage practices, the application of slow release fertilizer and the sub-soiling tillage significantly increased post-silking leaf area (LAI) and photosynthetic rate (n) of maize. At maturity, the decrease in LAI for SRF was 7.5% (N), 9.7% (R), and 11.8% (S) lower than those for CCF; the decrease inn for SRF was 7.3% (N), 11.5% (R), and 16.8% (S) lower than those for CCF averaged the two years. The LAI of the slow release fertilizer under the sub-soiling tillage (S-SRF) increased by 16.0%-47.9%, and thenincreased by 14.5%-52.3% than that of other treatments. Higher post-silking LAI andnpromoted the post-silking dry matter accumulation rate and duration increased, eventually increased post-silking dry matter accumulation and its transportation to grain. The averaged dry matter assimilation post-silking of applying the slow release fertilizer across two years were 1.5%, 21.4% and 24.4% higher, and the averaged dry matter accumulation post-silking of applying the slow release fertilizer across two years were 11%, 12.2% and 17% higher, respectively, compared to those in the conventional fertilizer treatment under rototilling, no-tillage, and sub-soiling. The post-silking dry matter accumulation and assimilation of S-SRF were significantly higher than that in other treatments, increased by 13.4%-28.9% and 17.4%-39.6%, respectively. The post-silking dry matter accumulation and assimilation were the main reason for yield increase. As a result, the application of slow release fertilizer and the sub-soiling tillage significantly improved the grain yield of summer maize by increasing 1000-kernel weight and harvest ear numbers, respectively. Among the treatments, the yield of the slow release fertilizer under the sub-soiling tillage (S-SRF) was 9.2%-23.2% higher than that in other treatments.【Conclusion】The sub-soiling tillage improved the spatial distribution of soil nitrogen, and the slow release fertilizer improved the temporal distribution of soil nitrogen. The integrated sub-soiling and slow release fertilizer improved N supply corresponded to maize critical growth stages and matched N uptake, which provided an approach for enhancing the nitrogen fertilizer use efficiency and grain yield in Huang-huai-hai plain.

summer maize; slow-release fertilizer; soil tillage; dry matter accumulation and transportation; grain yield

2016-07-11；

2016-09-23

國家科技支撐計(jì)劃（2013BAD07B00）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0300103）、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CRRS-02）

趙明，E-mail：zhaomingcau@163.net。通信作者馬瑋，E-mail：weiwei_8200@126.com

聯(lián)系方式：周寶元，E-mail：zhoubaoyuan2008@163.com。