冷涼區(qū)不同地膜覆蓋對(duì)玉米干物質(zhì)和氮素積累與分配的影響

歷艷璐 王俊鵬 于欣志 魏宏磊 陳麒宇趙洪祥 徐 晨 邊少鋒 張治安

（1吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，130118，吉林長(zhǎng)春；2吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，130124，吉林長(zhǎng)春）

玉米（Zea maysL.）是全世界分布最廣的農(nóng)作物之一，是我國(guó)和世界重要的糧食作物，我國(guó)總產(chǎn)量約占全球玉米產(chǎn)量的20%，僅次于美國(guó)，居世界第2位[1]。吉林省地處世界三大黃金玉米帶之一，玉米種植面積是所有糧食作物中面積最大的，占吉林省總種植面積的72.8%，產(chǎn)量占比高達(dá)76.2%[2]。在吉林省東部的冷涼區(qū)，由于氣候條件限制玉米的產(chǎn)量形成和提高受到影響。低溫會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，植株的生理功能也會(huì)受到影響，地膜覆蓋是我國(guó)冷涼地區(qū)促進(jìn)作物高產(chǎn)增收的重要技術(shù)措施[3-5]。作物干物質(zhì)積累和分配與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量關(guān)系密切，干物質(zhì)積累受許多因素的影響，范龍秋等[6]研究表明，玉米產(chǎn)量和干物質(zhì)在一定范圍內(nèi)與種植密度成正比，密度越大，產(chǎn)量與干物質(zhì)越大。研究[7-8]表明，適量灌水與施氮肥可以提高作物的干物質(zhì)積累，但過度施肥反而會(huì)造成作物減產(chǎn)以及肥料浪費(fèi)[9]。研究[10-11]還表明，玉米氮素與干物質(zhì)積累趨勢(shì)基本一致，玉米植株氮素積累隨生育期進(jìn)程而增加，前期積累較慢，中期積累量增加迅速，后期玉米氮素積累由于氮養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)和分配而減緩。人們一直探尋通過明確干物質(zhì)的積累和分配及氮素積累的規(guī)律來尋求高產(chǎn)的栽培模式，系統(tǒng)研究不同覆膜對(duì)玉米全生育期的生長(zhǎng)發(fā)育、物質(zhì)積累、運(yùn)轉(zhuǎn)和分配規(guī)律影響的報(bào)道并不是很多。本研究系統(tǒng)分析了冷涼區(qū)不同地膜覆蓋方式對(duì)玉米干物質(zhì)與氮素積累、分配、運(yùn)轉(zhuǎn)及產(chǎn)量的影響，為冷涼區(qū)玉米栽培管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為大德216。透明可降解地膜（寬×厚：110cm×0.008mm）、透明不可降解地膜（寬×厚：110cm×0.008mm）和黑色不可降解地膜（寬×厚：110cm×0.008mm）皆由吉林地富肥業(yè)科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年在吉林省延邊州安圖縣松江鎮(zhèn)南道村（128°24′E，42°32′N）進(jìn)行，年無霜期125～130d，年均降水量669.7mm，年均溫度2.2℃。采用大壟雙行種植模式，大壟行寬1.2m，大壟上2行距離0.4m；裸地處理為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)均勻壟種植模式，壟寬0.6m。設(shè)置處理：透明可降解地膜（T1）、透明不可降解地膜（T2）、黑色不可降解地膜（T3）和無膜（TCK）處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。根據(jù)測(cè)土進(jìn)行配方施肥，氮肥150kg/hm2、磷肥90kg/hm2、鉀肥75kg/hm2，70%氮肥、全部磷肥和鉀肥作底肥與種肥施用，剩余30%氮肥在拔節(jié)中期作追肥施用。膜下除草劑用量為常規(guī)用量的50%。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

于2019年播種后50、65、90、105和140d分別取各處理3株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，分為莖、葉、鞘、雄穗和雌穗，放入烘箱105℃殺青1h后，恒溫85℃進(jìn)行烘干至恒重并稱重。

花后干物質(zhì)積累量（kg/hm2）=成熟期地上部分干物質(zhì)積累-吐絲期地上干物質(zhì)積累，干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量（kg/hm2）=吐絲期地上干物質(zhì)-成熟期地上部分營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率（%）=干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/開花期營(yíng)養(yǎng)器官干重×100，干物質(zhì)轉(zhuǎn)移對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率（%）=干物質(zhì)轉(zhuǎn)移總量/完熟期籽粒干物質(zhì)質(zhì)量×100。

植株全氮：將各取樣期植株的莖、葉、鞘、雄穗和雌穗的干物質(zhì)用磨樣機(jī)器進(jìn)行粉碎，采用凱氏定氮方法對(duì)各時(shí)期的樣品進(jìn)行測(cè)定。

成熟期各小區(qū)測(cè)產(chǎn)及測(cè)定含水量（轉(zhuǎn)換成14%水分的產(chǎn)量）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007與SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)（3次重復(fù)平均值）處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜覆蓋處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

如圖1所示，T1和T2處理的產(chǎn)量顯著高于T3處理，T1和T2處理的產(chǎn)量分別較T3處理提高15.30%和12.49%，3種覆膜處理的產(chǎn)量均顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理的產(chǎn)量分別較TCK處理提高35.92%、32.60%和17.88%，可知透明膜對(duì)玉米增產(chǎn)效果優(yōu)于黑膜。

圖1 不同地膜覆蓋條件下玉米產(chǎn)量Fig.1 Maize yield under different mulching conditions

2.2 不同地膜覆蓋條件下玉米干物質(zhì)積累、分配、運(yùn)轉(zhuǎn)的比較

2.2.1 不同地膜覆蓋條件下玉米干物質(zhì)積累 由表1可知，播種后50d，T1、T2和T3處理之間的干物質(zhì)積累無差異，但均顯著高于TCK處理，分別是TCK處理的3.13、2.35和1.95倍。播種后65d，2種透明膜的干物質(zhì)積累顯著高于黑膜，T1和T2處理分別較T3處理高出30.89%和19.15%，3種覆膜處理均顯著高于TCK處理，T1、T2和T3較TCK處理分別提高40.37%、50.45%和16.50%。播種后90d，不同覆膜條件下的干物質(zhì)積累表現(xiàn)為透明膜＞黑膜＞無膜，且存在顯著差異，T1、T2和T3處理的干物質(zhì)積累較TCK處理分別高出42.45%、46.35%和31.76%。播種后105d，T1和T2處理的干物質(zhì)積累顯著高于T3和TCK處理，T3處理顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理的干物質(zhì)積累較TCK處理分別高出48.93%、46.35%和15.09%。播種后140d，不同覆膜的干物質(zhì)積累表現(xiàn)為透明膜顯著高于黑膜，T1、T2和T3處理的干物質(zhì)積累顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理分別較TCK處理提高24.19%、22.32%和 18.95%。T1 在播種后 50～65、65～90、90～105和105～140d干物質(zhì)積累量分別為23.61、119.56、78.43和109.24g/株，可以看出地膜覆蓋在玉米生育前期可以大大增加玉米的干物質(zhì)積累，后期也有增加干物質(zhì)的效果，但前期提高量大于后期。T1處理不同時(shí)期干物質(zhì)平均積累速率分別為3.68、3.63、3.53 和 2.98g/d。

表1 不同地膜覆蓋條件下玉米干物質(zhì)積累Table 1 Dry matter accumulation in maize under different mulching conditions g/株g/plant

2.2.2 不同地膜覆蓋條件下成熟期各器官干物質(zhì)積累分布 由圖2可知，成熟期T1、T2和T3處理莖鞘的干物質(zhì)積累量無顯著差異，但均顯著高于TCK處理，且分別較TCK處理提高22.05%、17.17%和10.60%。不同處理葉的干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為T2處理顯著高于T1和T3處理，T2與TCK處理之間存在差異但不顯著。3種覆膜條件下籽粒的干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為透明膜顯著高于黑膜，具體表現(xiàn)為T1和T2處理較T3處理分別提高3.39%和2.43%，覆膜處理?xiàng)l件下籽粒的干物質(zhì)積累量均顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理籽粒干物質(zhì)積累量分別較TCK處理提高35.46%、34.19%和31.01%，籽粒干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量的表現(xiàn)一致。

圖2 不同地膜覆蓋條件下成熟期各器官干物質(zhì)積累分布Fig.2 Distribution of dry matter accumulation in mature organs under different mulching conditions

2.2.3 不同地膜覆蓋條件下的花后干物質(zhì)積累分配及運(yùn)轉(zhuǎn) 如表2所示，T1處理的花后干物質(zhì)積累、干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、干物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)率和干物質(zhì)轉(zhuǎn)移對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率均高于其他處理。3種覆膜處理之間的花后干物質(zhì)積累無差異，但均顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理的花后干物質(zhì)積累較TCK處理分別提高35.17%、20.52%和23.94%。3種覆膜處理在干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量和干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率上均表現(xiàn)為透明膜顯著高于黑膜，其中透明膜在干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量上平均較黑膜提高15.73%，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率透明膜較黑膜平均高出33.32%。T1、T2和T3處理的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量分別是TCK處理的2.40、2.29和2.10倍。在干物質(zhì)轉(zhuǎn)移對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率上，T1與T2處理、T2與T3處理之間均表現(xiàn)為有差異但不顯著，T1處理顯著高于T3處理，覆膜處理的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率均顯著高于TCK處理。

表2 不同地膜覆蓋條件下的花后干物質(zhì)積累分配及轉(zhuǎn)運(yùn)Table 2 Cumulative distribution and transport of dry matter accumulation after flower under different mulching conditions

2.3 不同覆膜條件下玉米植株氮素積累的變化

2.3.1 玉米氮素積累動(dòng)態(tài)變化 如表3所示，在播種后50d，3種覆膜處理的氮素積累均顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理的氮素積累分別是TCK處理的4.63、3.65和2.25倍。播種后65d，3種覆膜處理之間氮素處理表現(xiàn)為T1和T2處理顯著高于T3處理，T1和T2處理的氮素積累分別較T3處理高出26.77%和18.26%；3種覆膜處理的氮素積累均顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理的氮素積累分別是TCK處理的2.62、2.45和2.07倍。播種后90d，3種覆膜處理的氮素積累量均顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理的氮素積累量分別是TCK處理的1.86、1.52和1.39倍。播種后105d，3種覆膜處理的氮素積累量均顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理的氮素積累量分別較TCK處理提高51.15%、39.60%和19.36%。播種后140d，3種覆膜處理之間的氮素積累表現(xiàn)為透明膜處理顯著高于黑膜，T1和T2處理的氮素積累量平均較T3處理提高20.11%，T1、T2和T3處理分別較TCK處理的氮素積累量提高46.87%、40.47%和19.62%。

表3 不同地膜覆蓋條件下玉米氮素積累動(dòng)態(tài)變化Table 3 Dynamic changes of nitrogen accumulation in maize under different mulching conditions kg/hm2

2.3.2 成熟期各器官氮素積累與分配 由表4可知，莖的氮素積累表現(xiàn)為3種覆膜處理均顯著高于TCK處理，具體表現(xiàn)為T2＞T1＞T3＞TCK，T2處理莖的氮素積累量是TCK處理的2.64倍，覆膜可以極大提高莖的氮素積累量。葉、雌穗、苞葉和籽粒的氮素累積量大小表現(xiàn)一致，均為T1＞T2＞T3＞TCK，其中籽粒的氮素積累量表現(xiàn)為透明膜顯著高于黑膜，3種覆膜條件下的籽粒氮素積累量均顯著高于TCK處理，T1、T2和T3處理籽粒的氮素積累量分別較TCK處理提高43.12%、36.97%和17.45%，葉的氮素積累量T1、T2和T3處理分別較TCK處理提高51.22%、34.02%和8.70%。

表4 不同地膜覆蓋條件下玉米成熟期各器官氮素積累與分配Table 4 Nitrogen accumulation and distribution of various organs in maize mature period under different mulching conditions kg/hm2

3 討論

玉米干物質(zhì)積累是籽粒產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，研究[12-14]表明，干物質(zhì)積累量在一定范圍內(nèi)與產(chǎn)量呈正相關(guān)，群體干物質(zhì)的積累量決定了作物產(chǎn)量，增加植株干物質(zhì)量，并使之盡可能多地多分配到籽粒，是提高產(chǎn)量的基本途徑。有研究[15-17]表明，玉米在生育期內(nèi)干物質(zhì)增長(zhǎng)呈“S”型曲線，這與本研究結(jié)果一致，在播種后50～65d，各處理干物質(zhì)積累較緩慢，為指數(shù)增長(zhǎng)期，此時(shí)期葉片為主要生長(zhǎng)發(fā)育和干物質(zhì)積累器官；在播種后65～90d，各處理干物質(zhì)積累量最多，積累速度最快，為直線增長(zhǎng)期，此時(shí)期莖稈是主要發(fā)育器官；在播種后90～105d，各處理干物質(zhì)積累的速率緩慢下降，此時(shí)期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流向雌穗，籽粒干重迅速增長(zhǎng)，玉米地上部干物質(zhì)階段積累峰值出現(xiàn)在播種后65～90d。前人對(duì)覆膜栽培對(duì)玉米產(chǎn)量的影響已做大量研究，F(xiàn)arias-Larios等[18]研究不同顏色地膜對(duì)土壤溫度的影響，結(jié)果表明白色地膜比黑色地膜對(duì)土壤的熱積累效果更好。本試驗(yàn)設(shè)置3種地膜覆蓋，旨在探究不同地膜覆蓋對(duì)冷涼區(qū)玉米物質(zhì)生產(chǎn)的影響，結(jié)果表明，各取樣觀察時(shí)間玉米干物質(zhì)積累均表現(xiàn)為可降解膜高于不可降解膜，其中可降解膜與無膜處理的干物質(zhì)積累量各時(shí)期均存在顯著差異，白色地膜對(duì)冷涼區(qū)玉米干物質(zhì)積累效果要好于黑色地膜，覆膜可以提高冷涼地玉米的物質(zhì)積累，這符合閆靜琦等[19]對(duì)不同顏色地膜的研究結(jié)果。

玉米產(chǎn)量的形成是通過積累養(yǎng)分來實(shí)現(xiàn)的，養(yǎng)分的吸收、同化和轉(zhuǎn)運(yùn)直接或間接影響了玉米的生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量[4,20]。本試驗(yàn)研究表明，不同生育期玉米氮素積累均表現(xiàn)為可降解透明地膜覆蓋＞不可降解透明地膜覆蓋＞不可降解黑膜地膜覆蓋＞無膜，不同覆膜處理的氮素積累在播種后65～90d最多，成熟期各器官氮素積累分析表明，籽粒占的比例最大，具體各器官氮素積累分配比例表現(xiàn)為籽粒＞葉＞莖＞鞘＞雄穗，這與陳順平[21]研究結(jié)論一致，覆膜可以顯著提高籽粒的氮素積累量，原因是覆膜可以促進(jìn)氮素由營(yíng)養(yǎng)器官向生殖器官轉(zhuǎn)移[22]。本研究表明，T1、T2和T3處理分別較TCK處理的籽粒氮素積累高出43.12%、36.97%和17.45%，可見覆膜可以顯著提高籽粒的氮素積累量，進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量，可為吉林東部冷涼區(qū)增產(chǎn)栽培技術(shù)提供理論指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

不同地膜覆蓋均能顯著提高玉米產(chǎn)量和植株干物質(zhì)積累，其中透明膜的產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量均顯著高于黑膜。不同地膜覆蓋條件下花后干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率和干物質(zhì)轉(zhuǎn)移對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為透明可降解地膜＞透明不可降解地膜＞黑色不可降解地膜＞無膜，且覆膜處理各指標(biāo)均顯著高于無膜。成熟期各器官氮素積累分配比例表現(xiàn)為籽粒＞葉＞莖＞鞘＞雄穗。綜上分析，地膜覆蓋可以提高玉米干物質(zhì)積累量，優(yōu)化物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)分配，促進(jìn)玉米氮素積累，最終提高玉米產(chǎn)量，透明覆膜栽培可有效改善冷涼區(qū)積溫不足、只能種植早熟品種的局限性，拓寬品種選擇范圍?？山到馔该鞯啬榧謻|部冷涼區(qū)玉米最佳抗逆豐產(chǎn)栽培模式。