苗帶少耕對黃淮海夏玉米產(chǎn)量形成與根冠特征的影響

畢香君，李升東，馮波，王宗帥，李華偉，王法宏，石軍萍

（山東省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所，山東濟南 250100）

黃淮海地區(qū)是我國第二大玉米主產(chǎn)區(qū)，區(qū)域內(nèi)小麥玉米一年兩熟。為最大限度節(jié)省農(nóng)時，貼茬直播是黃淮海夏玉米的主要播種技術［1］。貼茬直播玉米雖然可節(jié)約農(nóng)時和播種成本，但連年免耕極易導致耕層變淺、犁底層堅硬、土壤通氣性差等問題，產(chǎn)生的堅硬地表造成降雨徑流，土壤和養(yǎng)分流失嚴重，影響玉米根系下扎和對水分、礦質營養(yǎng)元素的吸收，導致生育后期地上部早衰，影響產(chǎn)量水平發(fā)揮［2，3］。播種方式對土壤理化性狀、根系生長、植株發(fā)育、籽粒產(chǎn)量都有較大影響。彭文英［4］認為，免耕直播使土壤穿透阻力加大，影響作物出苗，降低土壤導水性。因此，尋求一種既有利于保持土壤結構穩(wěn)定又能促進根系下扎生長的播種方式，尤其重要［5］。Gupta等［7］認為，少耕能增加土壤濕度，使土壤在長時間內(nèi)保持較高的生產(chǎn)水平。趙久然［6］、周文河［8］等研究發(fā)現(xiàn)，少耕覆蓋具有保墑蓄水、抑制蒸發(fā)、減少徑流、保持水土繼而提高農(nóng)田水分利用效率的功能，同時還有改善土壤結構、調節(jié)地溫、增加產(chǎn)量等作用［9］。因此，本試驗對貼茬直播（stubble sowing，簡稱：CK）與苗帶少耕（minimum belt tillage，簡稱：MT，小麥收獲后少耕播種玉米）兩種耕作方式下的玉米產(chǎn)量和根冠性狀指標進行對比，研究苗帶少耕播種對夏玉米產(chǎn)量的影響，以期為黃淮海地區(qū)夏玉米生產(chǎn)技術的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018—2019年玉米季在泰安市馬莊鎮(zhèn)岳洋農(nóng)業(yè)合作社和德州市農(nóng)業(yè)科學院試驗田同時進行。兩地同屬半干旱半濕潤暖溫帶大陸性季風氣候，雨熱同季。典型棕壤高產(chǎn)田，有灌溉條件。前茬作物為冬小麥。試驗田土壤基礎肥力狀況見表1。

表1 試驗田基礎土壤肥力狀況

1.2 試驗材料

供試玉米品種：登海605。

1.3 試驗設計

試驗設置貼茬直播（CK）和苗帶少耕（MT）兩種處理（表2），重復3次。播種后劃區(qū)，小區(qū)面積80 m2（16 m×5 m）。玉米種植密度 75 000株／hm2。整個生育期各處理病蟲害防治和灌溉均按照大田管理措施進行。

表2 兩種處理的作業(yè)流程比較

1.4 測定指標與方法

1.4.1 根干重 于吐絲期和灌漿中期，每小區(qū)選取3點，用根鉆（半徑 r＝0.05 m，高度 h＝0.15 m）分層取0～60 cm土層的帶根土樣，每20 cm為1層，共3層土樣。土樣取出后，放入網(wǎng)袋，清水沖洗出根系，去掉雜質后置于105℃殺青30 min，然后放入75℃烘箱中烘至恒重，測定根干重。

1.4.2 根長和根表面積 采用根系圖像分析儀對根系掃描并保存為JPG文件，然后用Win-Rhizo軟件進行分析，得出0～20、21～40、41～60 cm土層的總根長和根表面積。

1.4.3 葉面積指數(shù)（LAI） 每小區(qū)選擇3點，每點選擇長勢一致、葉片完好植株5株，分別于大喇叭口期、吐絲期、灌漿中期和成熟期測定葉面積。

單株葉面積（展開葉）＝長×寬×校正系數(shù)（0.75）；

單株葉面積（未展開葉）＝長×寬×校正系數(shù)（0.50）；

葉面積指數(shù)（LAI）＝單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)／單位土地面積［10］。

1.4.4 植株干物質量 每小區(qū)選擇3點，每點選擇長勢一致植株5株，于大喇叭口期、吐絲期、灌漿中期和成熟期取樣，將葉、莖稈、苞葉（苞葉和穗軸）、籽粒分別稱量鮮重，然后105℃殺青、75℃恒溫烘至恒重，測定玉米地上干物質重［11］。

1.4.5 測產(chǎn)及考種 玉米完熟時，去除邊行，每小區(qū)選取2行各5 m進行測產(chǎn)，所有鮮果穗稱重。同時選取20個代表性樣穗，風干考種，記錄穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重，最后折算出籽粒產(chǎn)量（含水量按14%計算）。

1.5 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel作圖、SAS 8.2軟件分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，顯著性測驗在0.05水平上進行。

2 結果與分析

2.1 苗帶少耕播種對玉米根系垂直分布的影響

由表3可以看出，播種方式顯著影響吐絲期和灌漿中期的單株玉米根系總干重，泰安點和德州點均表現(xiàn)為MT＞CK，吐絲期MT較CK分別增加8.92%、7.38%，灌漿中期分別灌漿中期分別增加5.40%、5.44%，兩種播種方式下，玉米根系干重隨著土層加深逐漸減小，吐絲期、灌漿中期兩種播種方式0～20 cm土層的根系干重最大，且CK顯著高于MT，表明與苗帶少耕相比，貼茬直播根系更多集中于上層土壤，不利于根系下扎；21～40 cm和41～60 cm土層，根系干重均表現(xiàn)為MT＞CK，且差異達顯著水平，表明苗帶少耕增加土壤中下層根系比例，有利于玉米根系吸收更多水分和養(yǎng)分。

表3 兩個處理的玉米根系垂直分布 （g）

2.2 苗帶少耕播種對玉米根長和根表面積的影響

圖1可見，灌漿中期，兩種播種方式下各土層的玉米植株總根長和總根表面積分布、變化趨勢和根系垂直分布變化趨勢相似，MT相比CK，泰安、德州兩試點總根長分別增加3.03%和1.78%，總根表面積分別增加9.15%和7.94%。兩個處理的總根長未達到顯著差異，總根表面積差異顯著。兩試點，21～40 cm土層MT根長比CK分別增加7.16%、9.95%，根表面積分別增加9.66%、10.94%；41～60 cm土層MT根長比CK分別增加17.79%、6.76%，根表面積分別增加26.54%、33.07%，表明苗帶少耕能促進土壤中下層根長和根表面積的增加。

圖1 灌漿中期兩種處理的單株根長及根表面積

2.3 苗帶少耕播種對葉面積指數(shù)的影響

圖2顯示，隨著玉米生育進程的推進，兩種處理的葉面積指數(shù)（LAI）變化規(guī)律一致，即大喇叭口期表現(xiàn)為CK＞MT，此后呈現(xiàn)線性遞增趨勢，灌漿中期達到最高值，泰安、德州兩試點比CK分別提升5.15%、10.23%，此后開始下降。整體上MT的LAI要高于CK，說明苗帶少耕比貼茬直播更加利于生育中期葉面積增加。

2.4 苗帶少耕播種對玉米干物質量的影響

圖3顯示，兩處理生育期內(nèi)單株干物質積累量均呈先慢后快的發(fā)展規(guī)律。生育前期，干物質積累增加緩慢，灌漿中期到成熟期增加較快。泰安、德州兩試點MT處理大喇叭口期單株干物質積累量比CK分別增加44.0%、32.8%，吐絲期分別增加 5.78%、8.21%，灌漿中期分別增加24.96%、16.15%，成熟期分別增加 11.64%、15.02%。這說明苗帶少耕播種可以促進玉米植株干物質積累。

圖2 兩種處理各生育期的葉面積指數(shù)（LAI）

圖3 兩種處理對玉米單株干物質積累量的影響

2.5 苗帶少耕播種對夏玉米產(chǎn)量及其構成因素的影響

由表4可知，MT處理能夠增加夏玉米籽粒產(chǎn)量，泰安、德州兩試點MT產(chǎn)量，與CK相比分別增加 8.57%、11.48%，平均增加10.03%。比較作物產(chǎn)量構成三要素發(fā)現(xiàn)，兩試點苗帶少耕播種主要是通過提高穗粒數(shù)（14.92%、14.44%）和千粒重（19.96%、10.46%）來提高產(chǎn)量，而對夏玉米的公頃穗數(shù)并無顯著影響?？梢?，苗帶少耕播種能發(fā)掘夏玉米生育后期的光合潛力，通過提高穗粒數(shù)和千粒重來增加產(chǎn)量。

表4 兩種處理對玉米產(chǎn)量及其構成因素的影響

3 討論與結論

張海林等［12］認為，合理的耕作措施是作物獲得產(chǎn)量的基本保證，每種播種方式都有自己的優(yōu)缺點，生產(chǎn)中可選取一種適合周圍環(huán)境與農(nóng)田作物的播種方式來提高作物的生產(chǎn)效率［13］。本試驗以貼茬直播為對照，研究苗帶少耕播種方式對夏玉米產(chǎn)量形成與根冠特征的影響，結果表明，根系垂直分布上貼茬直播更多集中于0～20 cm土層，苗帶少耕主要集中在21～40 cm和41～60 cm土層，表明苗帶少耕增加土壤中下層根系比例，可以提高作物抗逆能力，對玉米發(fā)育更為有利。這與宋海星等［14］的結論基本一致。泰安、德州兩試點，灌漿中期21～40 cm土層MT根長比CK分別增加7.16%、9.95%，根表面積分別增加 9.66%、10.94%；41～60 cm土層MT根長比CK分別增加17.79%、6.76%，根表面積分別增加 26.54%、33.07%，表明苗帶少耕能促進土壤中下層根長和根表面積的增加。這與李潮海等［15］的結論一致，原因可能是貼茬直播下土質堅硬、玉米根系生長受阻，而苗帶少耕后疏松的土壤環(huán)境有利于作物根系伸展和根量的積累。葉面積指數(shù)整體上表現(xiàn)為MT＞CK，苗帶少耕可以延緩葉綠素的降解，提高葉面積指數(shù)，兩試點葉面積指數(shù)灌漿中期分別提升5.15%、10.23%。兩試點大喇叭口期單株干物質積累量分別增加 44.0%、32.8%，吐絲期分別增加 5.78%、8.21%，灌漿中期分別增加24.96%、16.15%，成熟期分別增加11.64%、15.02%。吳國港等［16］認為少耕是一種簡便易行、經(jīng)濟高效的耕作技術，能提高耕作質量、改善耕層土壤理化性質，對作物產(chǎn)量具有積極作用［17-19］。Ferreras等［20］研究認為少耕能增加土壤容重、打破犁底層、促進犁底層上部根系增多，利于產(chǎn)量形成［21，22］。MT處理籽粒產(chǎn)量較CK平均增加10.03%，表明苗帶少耕播種能充分發(fā)掘夏玉米生育后期的光合潛力，并主要通過提高穗粒數(shù)和千粒重來實現(xiàn)增產(chǎn)。

綜上所述，玉米苗帶少耕播種能夠改善土壤性能，促進中下層土壤根系伸展和根量積累，提升玉米根系活力，為植株提供充足的水分和養(yǎng)分，促進植株葉面積增長和干物質積累，從而增加穗粒數(shù)和千粒重，提高產(chǎn)量。結合黃淮海地區(qū)的氣候條件和生產(chǎn)習慣，推薦夏玉米苗帶少耕播種。該方式既輕簡易行又能改善土壤結構、獲得高產(chǎn)。