耕作方式對松嫩平原半干旱區(qū)玉米子粒灌漿特性及產(chǎn)量的影響

張繼衛(wèi)，王玉鳳，張翼飛，李 慶，楊克軍，唐子淳

（黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

松嫩平原作為東北三大平原之一，是中國重要的玉米（Zea maysL.）主產(chǎn)區(qū)，總面積15.3萬km2，但是年降水分布不均，土壤肥力差［1］。松嫩平原半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長期以來普遍采用傳統(tǒng)壟作方式，導(dǎo)致農(nóng)田土壤耕層變淺、犁底層加厚變硬、土壤養(yǎng)分不均衡，限制作物產(chǎn)量提高［2］。因此，傳統(tǒng)的耕作方式已經(jīng)成為松嫩平原半干旱區(qū)玉米產(chǎn)量提高的主要限制因素之一。玉米產(chǎn)量形成過程實(shí)際是子粒的灌漿過程，子粒灌漿除受遺傳因子控制外，還受栽培因子調(diào)控［3，4］。前人從水、肥、密度、播期等不同側(cè)面對玉米子粒灌漿特性進(jìn)行了大量研究［5-10］。如李紹長等［7］采用生長分析法和細(xì)胞計數(shù)法研究證明，同一品種粒重差異是由灌漿速度決定的，而不同品種粒重差異則是由灌漿持續(xù)時間造成的；李玉玲等［8］對粒重不同的2個純合穩(wěn)定普通玉米自交系子粒的灌漿進(jìn)程研究表明，子粒灌漿速率高低和有效灌漿期長短是導(dǎo)致不同品種及不同部位子粒百粒重差異的主要原因；張海艷等［9］研究表明粒重與灌漿速率呈極顯著正相關(guān)，與灌漿時間和灌漿起始勢關(guān)系不大；蔡麗君［10］認(rèn)為合理的耕作可以提高玉米的灌漿速率，增加玉米的粒重，有利于玉米的高產(chǎn)。本試驗(yàn)通過設(shè)置秋季深翻壟作、秋季深翻平作、秋季旋耕壟作、秋季旋耕平作、春季旋耕壟作和春季旋耕平作這6種耕作方式來探討耕作方式對玉米灌漿期光合作用、子粒灌漿特性和產(chǎn)量的影響，以期從玉米子粒灌漿的角度為松嫩平原半干旱區(qū)玉米栽培探索一種玉米高產(chǎn)的栽培方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)基地（46°37′N、125°11′E）進(jìn)行，平均海拔146 m，該區(qū)位于松嫩平原半干旱區(qū)，屬于典型的北溫帶亞干旱季風(fēng)氣候區(qū)。該區(qū)多年平均降水量427 mm，年蒸發(fā)量1 635 mm，年平均氣溫4.2℃，無霜期143 d。土壤為鹽化草甸土，0～20 cm耕層土壤基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)29.24 g/kg，堿解氮118.74 mg/kg，速效磷15.20 mg/kg，速效鉀118.65 mg/kg。玉米生育期內(nèi)平均溫度、降雨量、降雨分布、蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)由當(dāng)?shù)貧庀笳咎峁?，如圖1所示。

圖1 玉米生育期間降雨量、蒸發(fā)量和日平均氣溫

1.2 供試品種

供試玉米品種為先玉335，為美國先鋒公司選育的玉米雜交種。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計，播種時間為2018年4月28日。試驗(yàn)設(shè)6種耕作方式，分別為秋季深翻壟作（QSL）、秋季深翻平作（QSP）、秋季旋耕壟作（QXL）、秋季旋耕平作（QXP）、常規(guī)春季整地壟作（CKL）和常規(guī)春季整地平作（CKP），詳見表1。每個處理3次重復(fù)，每小區(qū)8壟，行長25 m，壟距0.65 m，小區(qū)面積為130 m2。本試驗(yàn)田已連續(xù)2年采用此耕作方式。氮（純N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）施用量分別為235、120、90 kg/hm2，所用肥料為尿素（N46%）、磷酸二銨（P2O546%，N18%）和硫酸鉀（K2O50%）。其中70%氮肥和全部磷肥、鉀肥作為基肥隨播種一次性施入，剩余30%氮肥在拔節(jié)期追施。種植密度為7.5萬株/hm2。管理同大田。

表1 試驗(yàn)處理

1.4 測定項(xiàng)目

1）光合速率。在玉米吐絲期、吐絲20 d、吐絲40 d和成熟期，選擇10：00—11：00（晴天無風(fēng)）用Li-6400 XTOPEN6.1型光合測定系統(tǒng)對玉米穗位葉進(jìn)行光合速率（Pn）的測定，每片葉讀數(shù)3次，取平均值。

2）粒重。在吐絲期選長勢一致的植株掛牌，自抽絲后14 d起，每7 d取標(biāo)記植株3穗，取穗中部100粒，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，稱重。

3）灌漿模擬。以吐絲后天數(shù)（x）為自變量，吐絲14 d后每7 d百粒干重為因變量（y），用Logistic方程y=A/（1+Be-Cx）模擬灌漿，得參數(shù)A、B、C，式中，A為終極生長量參數(shù)，B為初值參數(shù)，C為生長速率參數(shù)。達(dá)到最大灌漿速率的天數(shù)tmax=lnB/C，灌漿速率最大時的生長量Wmax=A/2，最大灌漿速率Gmax=（C×Wmax）/2，灌漿活躍期P（約完成總積累量的90%）=6/C。

4）產(chǎn)量及其相關(guān)因素。每個小區(qū)中間選取2行（長5 m），收獲全部果穗，用PM8818水分測定儀測其含水量折算出實(shí)際產(chǎn)量，并隨機(jī)抽取10穗進(jìn)行考種。主要對植株果穗的穗數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重等指標(biāo)進(jìn)行測定。

1.5 統(tǒng)計分析

用Curve Expert 1.3擬合灌漿方程，SPSS21.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），用Excel 2010制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作方式對玉米灌漿期光合速率的影響

玉米葉片的光合速率反映其光合作用能力，對子粒的形成起決定性作用。由圖2可知，隨著玉米生育期的推進(jìn)，玉米的灌漿速率逐漸降低，耕作方式對玉米的光合速率有顯著的影響（P＜0.05）。在玉米的吐絲期和吐絲20 d時，不同耕作方式下玉米的灌漿速率分別表現(xiàn)為QSP＞QXP＞QSL＞QXL＞CKP＞CKL和QSP＞QXP＞QSL＞CKP＞QXL＞CKL；在玉米吐絲40 d和成熟期時，玉米的光合速率則表現(xiàn)為QSP＞QXP＞QSL＞CKP＞CKL＞QXL。灌漿期玉米的光合速率在耕作方式上表現(xiàn)為平作＞壟作，秋季旋耕平作處理下的玉米灌漿期光合速率大于春季旋耕平作處理，玉米灌漿期的光合速率在整地方式上表現(xiàn)為深翻大于旋耕，因此，QSP處理可以提高灌漿期玉米的光合速率，提高玉米的光能利用效率，有利于玉米的灌漿。

圖2 耕作方式對玉米灌漿期光合速率的影響

2.2 耕作方式對玉米子粒干重的影響

不同耕作方式對玉米子粒干重的影響如圖3所示。子粒干重在吐絲后14～56 d呈先快后慢的增長趨勢：在秋季整地的各處理下，玉米吐絲后14～35 d，灌漿進(jìn)程加快，進(jìn)入快速增長期，吐絲35 d以后，子粒干重增加減緩至趨于穩(wěn)定；而在春季整地的CKL和CKP處理下，玉米在吐絲后14～42 d均為快速增長期，在吐絲42 d以后子粒干重增加減緩至趨于平穩(wěn)。這表明耕作方式會影響玉米子粒干重的變化過程，秋季整地會加快玉米的灌漿進(jìn)程。玉米子粒的最終干重在不同耕作方式下表現(xiàn)為QSP＞QXP＞QSL＞CKP＞CKL＞QXL；平作較壟作有利于增加玉米子粒的最終干重，如CKP處理下玉米子粒的最終干重比CKL增加5.73%；秋季整地較春季整地有助于玉米最終子粒干重的增加，如QSP處理下玉米子粒的最終干重比CKP增加9.08%，QXP比CKP增加6.94%；深翻整地較旋耕整地方式有利于玉米子粒干重的增加，在QSP處理下玉米的子粒干重最大為26.42 g/100粒。因此，QSP處理可以增加玉米的子粒干重。

圖3 耕作方式對玉米子粒干重的影響

2.3 耕作方式對玉米灌漿速率的影響

如圖4所示，不同耕作方式下玉米子粒灌漿速率均呈單峰曲線。在不同耕作方式下玉米的灌漿速率峰值出現(xiàn)在吐絲后28 d左右。不同耕作方式下玉米的灌漿速率峰值表現(xiàn)為QSP＞QSL＞QXP＞QXL＞CKP＞CKL，總體表現(xiàn)為秋季整地處理大于春季整地、平作大于壟作、深翻整地方式大于旋耕整地方式。在QSP處理下玉米子粒灌漿速率的峰值最大為18.90 mg/d。因此，QSP有助于增加玉米子粒灌漿速率的峰值，提高玉米子粒的灌漿速率。

圖4 耕作方式對玉米子粒灌漿速率的影響

2.4 耕作方式對玉米灌漿參數(shù)的影響

用Logistic方程擬合玉米子粒灌漿過程，決定系數(shù)（R2）均在0.99以上，能較好地描述玉米子粒灌漿過程。如表2所示，耕作方式對玉米子粒的灌漿參數(shù)有一定的影響。玉米子粒達(dá)到最大灌漿速率的天數(shù)（tmax）在不同耕作方式下表現(xiàn)為CKL＞QSL＞QSP＞CKP＞QXP＞QXL；玉米子粒的灌漿速率最大時的生長量（Wmax）表現(xiàn)為QSP＞QXP＞CKP＞QSL＞CKL＞QXL，總體表現(xiàn)為平作處理大于壟作處理、秋季整地大于春季整地、深翻大于旋耕。在QSP處理下玉米子粒灌漿速率最大時的生長量最大，為12.97 g/100粒。玉米的最大灌漿速率（Gmax）在不同耕作方式下表現(xiàn)為QSP＞QXP＞QSL＞QXL＞CKP＞CKL，在QSP處理下玉米子粒的最大灌漿速率最大，為1.82 g/（100粒·d）。玉米子粒的灌漿活躍期（P）在不同耕作方式下表現(xiàn)為CKL＞CKP＞QXL＞＞QSL＞QXP＞QSP。因此，QSP可以增加玉米子粒灌漿速率最大時的生長量和最大灌漿速率，有利于促進(jìn)玉米的灌漿。

表2 耕作方式對玉米子粒灌漿參數(shù)的影響

2.5 耕作方式對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

如表3所示，耕作方式對玉米的產(chǎn)量、百粒重、穗粒數(shù)和有效穗數(shù)均有顯著的影響（P＜0.05）。玉米產(chǎn)量在不同耕作方式下表現(xiàn)為QSP＞QXP＞QSL＞CKP＞CKL＞QXL，大體呈平作處理高于壟作處理，如CKP處理下玉米的產(chǎn)量比CKL高0.73%；秋季整地平作處理下玉米產(chǎn)量高于春季整地處理，如QSP處理比CKP高19.36%，QXP處理下玉米的產(chǎn)量比CKP高18.29%；秋季深翻處理下玉米產(chǎn)量高于秋季旋耕處理下玉米產(chǎn)量。玉米產(chǎn)量在QSP處理下最高，為11 141.93 kg/hm2。玉米的百粒重在不同耕作方式下表現(xiàn)QSP＞QXP＞CKP＞QSL＞CKL＞QXL，在QSP處理下最重，為37.33 g。玉米的穗粒數(shù)和有效穗數(shù)在不同耕作方式下分別表現(xiàn)為QXP＞QSP＞CKP＞QSL＞QXL＞CKL和QSP＞QXP=CKL＞QSL＞CKP=QXL。因此，QSP處理可以增加玉米的百粒重和有效穗數(shù)，進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量。

表3 耕作方式對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.6 灌漿參數(shù)與產(chǎn)量、百粒重、穗粒數(shù)和有效穗數(shù)的相關(guān)性分析

由表4可知，玉米產(chǎn)量與子粒灌漿速率最大時的生長量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；玉米的百粒重、穗粒數(shù)與子粒灌漿速率最大時的生長量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。提升玉米子粒灌漿速率最大時的生長量可以增加玉米的粒重，有利于玉米產(chǎn)量的提高。QSP處理可以提高玉米子粒灌漿速率最大時的生長量，因此，QSP處理可以增加玉米的粒重，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

表4 灌漿參數(shù)與產(chǎn)量、百粒重、穗粒數(shù)和有效穗數(shù)的相關(guān)性分析

3 小結(jié)與討論

松嫩平原半干旱區(qū)是中國重要的玉米主產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)的氣候特點(diǎn)是春季干旱少雨，風(fēng)大，空氣干燥，夏季氣溫劇烈升高，蒸發(fā)量大［11］。通過合理的土壤耕作，充分挖掘單位面積土地空間對植株個體的供給能力，增加粒數(shù)和粒重，是作物產(chǎn)量潛力實(shí)現(xiàn)的重要途徑。耕作是農(nóng)業(yè)田間管理的一項(xiàng)重要措施［12］。耕作方式通過影響土壤理化性狀來影響土壤中的水、肥、氣、熱等因子來影響作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成［13］。灌漿期是玉米生長發(fā)育過程中極為重要的生育階段［14］，提高玉米灌漿期的光合速率，可以提高玉米的光能利用效率，加快玉米子粒的灌漿過程，增加玉米的產(chǎn)量［15］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，耕作方式會對玉米灌漿期的光合速率產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而影響玉米子粒灌漿過程并最終影響玉米產(chǎn)量的形成。平作較壟作可以提高玉米灌漿期的光合速率，可能是由于平作能夠減少前期土壤水分散失，后期中耕起壟利于截留雨水，增加土壤蓄水量［16］，有利于玉米的生長；秋季整地平作較春季整地平作可以提高玉米灌漿期的光能利用效率，這是由于秋季整地較春季整地可以提高土壤養(yǎng)分含量［17］，有助于玉米生長發(fā)育。最大灌漿速率、灌漿速率最大時的生長量、灌漿速率達(dá)峰值的時間及灌漿持續(xù)期等是反映玉米子粒建成及灌漿特征的重要參數(shù)［18］。粒重與灌漿參數(shù)的關(guān)系有多種觀點(diǎn)［19］。本研究顯示，玉米的粒重與灌漿速率最大時的生長量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），這與陳傳永等［20］的研究觀點(diǎn)一致。QSP處理較其他試驗(yàn)處理可以提高玉米灌漿期的光合速率，提高玉米的光能利用效率，增加玉米子粒灌漿速率最大時的生長量，進(jìn)而增加玉米粒重。玉米產(chǎn)量與玉米子粒灌漿速率最大時的生長量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），由此說明，增加玉米子粒灌漿速率最大時的生長量可以提高玉米產(chǎn)量。

綜上所述，秋季深翻平作可以提高玉米灌漿期的光合速率，增加玉米子粒干重，提高玉米灌漿速率的峰值，增加玉米子粒灌漿速率最大時的生物量，增加玉米粒重并最終提高玉米產(chǎn)量。因此，采取秋季深翻平作處理，可以提高松嫩平原半干旱區(qū)玉米的產(chǎn)量。