寬窄行配置一穴多株種植對膜下滴灌玉米產(chǎn)量和群體質(zhì)量的影響

連彩云，馬忠明

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院 土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院，蘭州 730070）

0 引 言

河西走廊是甘肅省的主要商品糧生產(chǎn)基地，種植業(yè)以小麥、玉米為主，自然生態(tài)類型、農(nóng)業(yè)灌溉方式和社會經(jīng)濟發(fā)展狀況在該區(qū)具有很強的代表性。隨著種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，玉米已成為河西走廊第一大糧食作物，也是種植面積最廣泛的糧飼兼用作物，在保障全省糧食安全、增加農(nóng)民收入等方面發(fā)揮了重要作用[1]。河西走廊屬于沒有灌溉就沒有農(nóng)業(yè)的典型干旱內(nèi)陸效蒸發(fā)，灌溉水浪費超過50%，平均農(nóng)田水分損失達到2 250 m3/hm2[2]。膜下滴灌是滴灌和地膜覆蓋種植的高效結(jié)合技術(shù)，可有效減少深層滲漏損失和田間無效水分蒸發(fā)，和傳統(tǒng)地面灌溉相比節(jié)水70%～80%[3]。另一方面在節(jié)水灌溉條件下，提高作物產(chǎn)量依靠增加種植密度來實現(xiàn)[4-5]，但密度過高會影響作物對光的利用，從而影響作物產(chǎn)量的提高[6-8]。因此，為了提高作物的產(chǎn)量，前人對不同的株行距的配置做了大量研究工作[9-11]。也對玉米的雙株栽培和一穴多株栽培等種植方式進行了研究[12-13]。本研究以提高水肥利用效率和作物產(chǎn)量為目標，改變傳統(tǒng)種植模式，通過采用玉米膜下滴灌“一穴多株”種植規(guī)格，在一定的密度下選擇科學合理的寬行距和每穴的種植株數(shù)，以利于將機械化設(shè)備應用到田間操作中，減少農(nóng)民的工作強度，進而實現(xiàn)水肥一體、作物增產(chǎn)、提高水肥利用效率和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)整體機械化的目標，為河西走廊玉米高效安全利用水肥和整體機械化提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2016－2017年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院張掖節(jié)水試驗站（100°26′E，38°56′N）進行。試驗區(qū)海拔1 570 m，地下水位在地表100 m以下，年降水量129 mm，蒸發(fā)量2 048 mm，年平均日照時間3 085 h，干旱指數(shù)達10.3，年均氣溫7 ℃，（≥0 ℃積溫3 388 ℃，≥10 ℃積溫2 600～3 300 ℃），光熱資源豐富，水資源不足和利用率不高是制約農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。試驗區(qū)土壤質(zhì)地為壤土，0～160 cm土層平均體積質(zhì)量為1.43 g/cm3。其氣候特征和農(nóng)作制度具有典型的西北綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)的特征。試驗區(qū)土壤速效氮量為128.8 mg/kg，速效磷量為19.3 mg/kg，速效鉀量為148.0 mg/kg，有機質(zhì)量為18.1 g/kg，pH值為8.6。2016－2017年2 a平均氣溫和平均降雨量的變化過程見圖1。

圖1 試驗區(qū)2016年和2017年2 a平均氣溫與平均降雨量Fig.1 The average temperature and precipitation during the maize growing season in 2016 and 2017

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，在同一種植密度（9 900株/hm2），等行距（30 cm）、等株距（30 cm）下，共設(shè) 3 個處理（圖 2），分別為 H1 (傳統(tǒng)種植)：1 株/穴(寬行37 cm）、H2：2株/穴（寬行104 cm）、H3：3株/穴（寬行172 cm）。每個處理重復3次，H1處理小區(qū)面積100.5 m2（30 m×3.35 m），H2處理小區(qū)面積156 m2（30 m×5.20 m），H3處理小區(qū)面積258 m2（30 m×8.6 m）。種植模式：玉米寬窄行覆膜種植，行距30 cm，株距30 cm（與滴灌帶滴頭間距一致），播種深度4 cm。2 a的供試品種均為“先玉335”。2016年于4月18日播種，9月28日收獲；2017年于4月23日播種，10月2日收獲。

圖2 一穴多株田間布置模式示意圖Fig.2 Diagram of field layout under more plants per hole

灌溉與施肥：全生育期灌溉定額為3 600 m3/hm2，每個小區(qū)都有水表控制水量。于玉米拔節(jié)期灌溉頭水，全生育期灌溉8次，收獲前20 d停水。灌水量分別為灌溉定額的10%、10%、15%、15%、15%、15%、10%、10%。

水肥同步：各處理施肥方式、時間及氮、磷肥施用量均相同，施純氮（N）：225 kg/hm2，施磷肥（P2O5）：120 kg/hm2。氮肥用尿素（含N量46%），磷肥用磷酸脲（含P2O5量44%）。氮肥的30%、磷酸脲的40%作基肥，播種時一次施入。每小區(qū)進口處配備施肥比例泵，追肥通過比例泵分 3次隨水滴施。拔節(jié)期施N30%、施磷酸脲 60%，大喇叭口期施 N30%，吐絲期施N10%。

滴灌帶的鋪設(shè)：滴灌小區(qū)中每2行玉米之間鋪設(shè)1條滴灌帶，滴灌帶敷設(shè)于膜下正中，滴頭間距30 cm，流量2 L/h。

1.3 測定項目與方法

土壤水分。在春玉米播種前、拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿中期、成熟期用傳統(tǒng)土鉆取土，通過烘箱烘干法測定土壤質(zhì)量含水率。測定部位：橫向測量間距10 cm；膜內(nèi)測1個點，膜外測1個點，根區(qū)測1點，測定層次為 0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。

干物質(zhì)及葉面積。分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期、成熟期，選取有代表性的植株 5 株，分別測定每一葉片的葉長、葉寬。葉面積測定之后，將鮮植株稱質(zhì)量然后立即放入烘箱，以 105 ℃高溫殺青 30 min，再將溫度調(diào)至 80 ℃烘干至恒質(zhì)量。

植株樣品采集與測試。玉米收獲后，每區(qū)選取具有代表性的植株 5 株，分別采集籽粒和秸稈樣品放入烘箱，以 105 ℃高溫殺青30 min，再將溫度調(diào)至80 ℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎后用于測試全氮量。植株全氮量采用 H2SO4-H2O2消煮后，用蒸餾法測定。

考種測產(chǎn)。玉米成熟后進行考種：每小區(qū)選取長勢一致的植株樣 10 株，進行玉米的考種測產(chǎn)。測定的主要指標有：穗長、穗粗、單穗行數(shù)、單行粒數(shù)、籽粒干質(zhì)量、千粒質(zhì)量及生物產(chǎn)量。計產(chǎn)：玉米成熟后，去除邊行收獲中間行，各區(qū)單獨脫粒計產(chǎn)。以上指標按上述方法計算。

葉面積（cm2）=葉長（cm）×葉寬（cm）×0.75[14]；

葉面積指數(shù)=（單株葉面積（cm2）×每個小區(qū)的植株數(shù)）/小區(qū)面積（m2）；

光合勢（m2/（hm2·d））=（某階段起始葉面積（cm2/hm2×10 000）+該階段結(jié)束葉面積（cm2/hm2×10 000））×間隔天數(shù)/2[15]；

相對生長率（g/（g·d））=（lnW2-lnW1)/（t2-t1）；

作物生長速率（g/（m2·d））=（W2-W1）/A×（t2-t1）；

水分利用效率（kg/（hm2·mm））=作物產(chǎn)量（kg/hm2）/作物耗水量（mm）；

氮收獲指數(shù)（%）=玉米籽粒吸收氮量/植株地上部總吸氮量×100%，

式中：t1、t2為某測定時期（d）；W1、W2為t1、t2時的干物質(zhì)量（g）；A為取樣面積（m2）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007和SPSS 16.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。采用單因素（one-way ANOVA）和Duncan法進行方差分析和多重比較（α=0.05），利用 Excel 2007軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同株數(shù)對春玉米葉面積及葉面積指數(shù)的影響

通過2016－2017年的測定可知（表1），在相同種植密度下采用1穴2株（H2）和1穴3株（H3）種植規(guī)格可以增加玉米后期綠葉的面積。2016年，拔節(jié)期1穴1株（H1）的葉面積較其他2處理（H2、H3）大；大喇叭口期1穴2株（H2）處理顯著（P<0.05）高于1穴1株（H1）和1穴3株（H3）種植規(guī)格，且H1處理和H3處理之間差異不顯著（P>0.05）；吐絲期葉面積呈先增大而后降低的趨勢，即隨著每穴種植株數(shù)的增加葉面積先增加而后減小，且處理間差異表現(xiàn)為不顯著（P>0.05）；吐絲期后各處理之間差異達顯著水平（P<0.05），呈現(xiàn)出H2處理>H3處理>H1處理的趨勢。2017年，拔節(jié)期各處理間差異不顯著（P>0.05），大喇叭口期后，各處理間差異顯著（P<0.05），總體表現(xiàn)為 1穴 2株處理葉面積顯著（P<0.05）大于其他2處理?？梢?，1穴2株種植由于種植規(guī)格的變化，使寬行增寬，增加了田間的通風透光，對大喇叭口期到灌漿期的葉面積有增加效應，延緩了后期葉面積的下降，有助于后期籽粒灌漿。

表1 膜下滴灌春玉米葉面積Table 1 Effects of plant number per hole on leaf area of spring maize under drip irrigation cm2

2016年和2017年各處理的葉面積指數(shù)變化相似，均從拔節(jié)期至灌漿期呈逐漸增加的趨勢，灌漿期后急劇下降（圖 3）。而年際間由于光照時間等氣象條件不同而造成作物葉面積有一定的差異，從而使葉面積指數(shù)存在差異。拔節(jié)期至大喇叭口期，H1、H2、H3處理的葉面積指數(shù)差異不顯著（P>0.05），大喇叭口期后至灌漿期，H2、H3處理葉面積指數(shù)持續(xù)增加，而H1處理在吐絲期以后開始下降，灌漿期H2處理的葉面積指數(shù)最大，H1處理的葉面積指數(shù)最小；在成熟期，H2、H3處理的葉面積指數(shù)較H1處理分別高13.8%、7.6%。由此進一步說明，1穴2株種植可延緩后期葉面積下降，和H1處理相比較，為后期的物質(zhì)積累和籽粒灌漿保證了足夠的光合葉面積。

2.2 不同株數(shù)對春玉米干物質(zhì)積累量的影響

春玉米單株干物質(zhì)積累量隨每穴的種植株數(shù)不同而不同。2016－2017年的變化趨勢相同。吐絲前各處理干物質(zhì)積累量保持一致，吐絲期后各處理差異顯著（P<0.05），H2處理顯著高于H1和H3處理，H1處理與H3處理之間差異不顯著（P>0.05）?？梢?，1穴 2株種植可以顯著增加膜下滴灌春玉米各生育時期干物質(zhì)積累量，并且隨1穴內(nèi)種植株數(shù)的增多，干物質(zhì)量的增加效應減弱。

圖3 不同種植株數(shù)對春玉米LAI的影響Fig.3 Effects of plant number per hole on LAI of spring maize

圖4 不同種植株數(shù)對玉米干物質(zhì)積累量的影響Fig.4 Effects of plant number per hole on dry matter accumulation of spring maize

2.3 不同種植株數(shù)對產(chǎn)量與水分生產(chǎn)效率（WUE）的影響

不同種植株數(shù)對產(chǎn)量及產(chǎn)量的構(gòu)成因素的影響是一致的，產(chǎn)量及其構(gòu)成要素均隨單穴種植株數(shù)的增加呈先增加后減小趨勢。在同一密度條件下，不同種植規(guī)格之間產(chǎn)量差異顯著（P<0.05），H2處理的產(chǎn)量顯著（P<0.05）高于H1、H3處理，與H1、H3處理相比較，2 a分別平均增產(chǎn)21.6%、24.6%。這是由于H2處理的穗粒數(shù)多于H1、H3處理，千粒質(zhì)量顯著（P<0.05）高于H1處理，H2與H3處理之間差異不顯著（P>0.05）。由于每年的溫度、光照時間、降水等氣象條件不同，從而造成年際間產(chǎn)量及其穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量之間存在一定的差異，但差異不顯著（P>0.05）?？梢?，1穴2株種植對產(chǎn)量構(gòu)成要素有改善作用，進而顯著提高玉米的產(chǎn)量。這主要是因為在相同種植密度和株距下，采用1穴2株種植時玉米寬行距大于1穴1株種植模式，這樣其通風透光情況都較1穴1株好，而1穴3株種植雖然增加了玉米寬行距，但是由于1穴中種植密度增加，不利于群體生長發(fā)育，因而1穴2株種植改善了群體結(jié)構(gòu)和功能，通過增加后期干物質(zhì)積累，提高了粒質(zhì)量，進而提高了籽粒產(chǎn)量。

在各處理中，H2處理WUE（34.22 kg/（hm2·mm））顯著（P<0.05）高于H1、H3處理，2 a平均較H1、H3處理的WUE分別提高 25.0%、33.5%；同時 H2處理的氮素收獲指數(shù)分別較 H1、H3處理高 0.2%、32.7%。年際間由于每年的溫度、光照時間、降水等氣象條件不同，從而使水分利用效率存在一定的差異，但差異不顯著（P>0.05）。由此可見，在相同種植密度、相同株距下，采用1穴2株種植對水分和養(yǎng)分利用效率具有顯著的提高效應。

2.4 不同株數(shù)對春玉米光合勢的影響

光合勢是量化作物群體光合速率的重要指標，同時也是反映作物長勢與預測作物產(chǎn)量的重要農(nóng)學參數(shù)[16]。作物生育進程中，后期保持龐大的綠色葉面積是保證作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)[17]。研究發(fā)現(xiàn)，各處理的光合勢從拔節(jié)期至吐絲期呈直線增加趨勢（圖 5），吐絲期至灌漿期呈緩慢增加趨勢，灌漿期到成熟期呈快速增加的趨勢。2016年拔節(jié)期至吐絲期各處理的光合勢基本一致；2017年拔節(jié)期至吐絲期（播種后95 d），可能由于同穴中玉米相互競爭養(yǎng)分的影響，使得 H2與H3處理較H1處理光合勢?。煌陆z期至成熟期呈現(xiàn)出H2、H3、H1處理依次增加的趨勢，H2處理較H1、H3處理分別高4.60%～12.74%、8.97%～9.79%。年際間對光合勢的影響顯著，是由于每年的溫度、光照時間、降水等氣象條件不同，從而造成年際間葉面積存在一定的差異，進而使得各生育階段的光合勢存在差異?？梢?，1穴2株種植對吐絲期以后的光合勢有提高效應，繼續(xù)增加種植株數(shù)，由于同穴中的種植密度增加，相互之間對養(yǎng)分的競爭，導致該光合效應將會降低，而對吐絲期前影響不大。

表3 不同種植株數(shù)對玉米水分利用效率及氮素收獲指數(shù)的影響Table 3 Effects of plant number per hole on WUE and N harvest index of spring maize

圖5 不同種植株數(shù)對光合勢的影響Fig.5 Photosynthetic potential of spring maize under different treatments

2.5 不同株數(shù)對春玉米相對生長率及生長速率的影響

隨著生育期的推移，各處理的相對生長率逐漸降低（圖6）。2016年拔節(jié)期（45 d）至吐絲期（95 d）的相對生長率差異不大；吐絲期（95 d）至灌漿期（115d）表現(xiàn)出1穴2株大于1穴1株和1穴3株種植；成熟期各處理相對生長率趨于一致。2017年相對生長率從大喇叭口期（75 d）直至灌漿期（115 d）1穴2株種植明顯高于其他2處理。試驗結(jié)果表明，1穴2株種植較傳統(tǒng)1穴1株種植對吐絲期以后相對生長率有明顯促進作用。

2016－2017年的測定結(jié)果表明（圖 7），各處理作物生長速率從拔節(jié)期（45 d）到大喇叭口期（75 d）逐漸升高，且處理間保持一致。年際間存在差異是由于2017年大喇叭口期至吐絲期干物質(zhì)積累量較2016年略大，導致此生育階段的生長速率大于2016年的生長速率。2016年大喇叭口期至吐絲期H1、H3、H2處理表現(xiàn)出遞增的趨勢，吐絲期以后，H1處理快速下降，而H2處理持續(xù)增加，灌漿期以后3個處理緩慢下降。2017年大喇叭口期至吐絲期 H3、H1、H2處理呈依次增加的趨勢，吐絲期以后，各處理緩慢下降。由此可見，1穴2株種植可以顯著提高作物生長速率。

通過對2 a的試驗結(jié)果分析表明，玉米群體通過對光合有效輻射的截獲、吸收，不同株數(shù)種植顯著影響玉米的光合生產(chǎn)能力。與傳統(tǒng)的1穴1株相比，1穴2株和1穴3株種植使玉米后期的光合勢明顯提高，且1穴2株種植顯著高于其他2個處理，因而灌漿中后期的作物生長速率和相對生長率均高于1穴1株。

圖6 不同種植株數(shù)對玉米相對生長率的影響Fig.6 Relative growth rate of spring maize under different treatments

圖7 不同種植株數(shù)對玉米生長速率的影響Fig.7 Crop growth rate of spring maize under different treatments

3 討 論

葉片是作物進行光合作用的主要器官，葉面積指數(shù)的增加有利于光合物質(zhì)生產(chǎn)能力的改善，促進玉米的生長發(fā)育[18]。本研究表明，在相同種植密度下，春玉米膜下滴灌1穴2株增寬行種植可提高群體葉面積指數(shù)，增加單株葉面積。大喇叭口前各處理的葉面積指數(shù)差異不顯著（P>0.05），大喇叭口后 H2、H3處理葉面積指數(shù)持續(xù)增加至灌漿期，而傳統(tǒng)1穴1株種植在吐絲期以后已開始下降，生育后期是玉米產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期，1穴 2株種植可延緩后期葉面積下降，為后期的物質(zhì)積累和籽粒灌漿保證了足夠的光合葉面積，而且可提高吐絲期后干物質(zhì)積累量。這與王洋等[19]研究的結(jié)果類似，王洋等研究表明寬窄行種植有利于延緩生育后期玉米葉片的衰老。

光合勢反映了葉片的光合能力，綠葉面積大則光合能力強。王靜靜等[20]的研究結(jié)果表明，寬窄行種植方式可使葉片空間分布更合理，提高玉米的光能利用率。楊吉順等[21]通過對種植密度和行距的配置進行研究發(fā)現(xiàn)，在一定的密度下采用寬窄行種植改善了群體冠層結(jié)構(gòu)，提高群體的光合特性。本研究結(jié)果與這些結(jié)論相一致，本試驗2 a的結(jié)果表明，1穴2株種植（寬行104 cm）對吐絲期以后的光合勢有提高效應，較H1、H3處理明顯提高，而且相對生長率、作物生長速率均表明為最優(yōu)。說明在適宜的密度下，采用1穴2株（增加寬行）種植促進了春玉米葉片的光合同化作用，使光合同化生產(chǎn)能力增強，而1穴1株種植減少了群體的光合面積，1穴3株種植雖然群體光合面積增加，但因1穴中植株之間對養(yǎng)分的競爭，因此使得1穴1株和1穴3株種植規(guī)格的相對生長率、作物生長速率受到抑制。

鄧妍等[22]的研究表明，在一定的種植密度下，寬窄行種植可提高籽粒產(chǎn)量達 36%。本試驗結(jié)果表明，在同一密度條件下H2處理的產(chǎn)量顯著（P<0.05）高于H1、H3處理，較H1、H3處理平均增產(chǎn)21.6%和24.6%，這主要是因為在相同種植密度和株距下，采用寬行種植后，增加了寬行的通風透光，使穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量高于H1、H3處理，雖然H3處理增加了寬行，通風透光能力增強，但由于同穴中株間對水分養(yǎng)分的競爭增強，不利于群體生長發(fā)育，從而降低了單株產(chǎn)量。同時還發(fā)現(xiàn)，1穴2株增加寬行種植WUE較傳統(tǒng)種植提高25.0%，劉志等[23]研究了不同行距對夏玉米水分利用的影響，結(jié)果表明適宜的行距結(jié)構(gòu)更有利于提高作物的水分利用效率，本試驗結(jié)果與該結(jié)果一致。因此，1穴2株增加寬行種植改善了群體結(jié)構(gòu)和功能，通過增加后期干物質(zhì)積累，提高了粒質(zhì)量，進而提高了籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。

4 結(jié) 論

1）同1年內(nèi)，在相同的種植密度下，1穴2株種植顯著促進了膜下滴灌春玉米葉面積的增長，延緩后期葉片的衰老，有助于后期干物質(zhì)的積累，提高粒質(zhì)量，最終提高玉米籽粒產(chǎn)量；1穴2株種植下產(chǎn)量達12.03 t/hm2，較其他處理提高約21.6%～24.6%，WUE提高約 25%～33.5%，氮素收獲指數(shù)分別提高0.2%～32.7%，顯著高于其他處理（P<0.05）。

2）和H1、H3處理相比，春玉米1穴2株種植光合能力增強，光合勢分別提高 4.60%～12.74%、8.97%～9.79%，相對生長率分別提高 21.15%～103.06%，吐絲后光合勢顯著高于H1、H3處理，因而灌漿中后期的作物生長速率和相對生長率均最高。

在適宜的密度下，1穴2株增加寬行種植規(guī)格有利于實現(xiàn)作物節(jié)水高產(chǎn)的目標。