秸稈還田和耕作方式對玉米光合特性及產量的影響

關鍵詞：玉米；秸稈還田；耕作方式；光合特性；產量

中圖分類號：S513 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）06-0030-10

秸稈是一種富含多種有機物質的農業(yè)副產品，也是重要的可再生生物資源。我國每年的秸稈產量居世界首位，充分、合理利用秸稈對溫室氣體減排和發(fā)展綠色農業(yè)具有重大意義。利用秸稈還田進行玉米高產栽培已有一些研究，但是關于其對玉米光合特性影響方面的研究鮮見報道。因此，探究秸稈還田和耕作方式對玉米光合特性及產量的影響，對合理利用秸稈資源、優(yōu)化耕作方式提高玉米產量具有重要意義。研究表明，秸稈肥料化可減少農田化肥的施入量。秸稈還田有利于改善土壤的物理和化學性質，有助于保持水分，并改變農田的碳氮平衡，從而成為提高作物產量和品質的重要因素。光合作用對產量有著至關重要的影響。但是，光合速率提高的關鍵目的并不是延緩葉片衰老，而是在保持較高葉綠素含量的同時延緩衰老而獲得較高產量，特別是在灌漿期保證較高的光合效率是高產的先決條件。研究表明，秸稈還田可以減少地表徑流，改善土壤微生物和酶活性，提升葉片光合作用，促進作物生長發(fā)育。徐萌等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田提高了玉米葉片光合能力，且玉米葉片凈光合速率提高幅度取決于秸稈粉碎程度；此外，秸稈還田還提高了玉米開花期的干物質積累，并最終提高產量。Lin等研究發(fā)現(xiàn)，在降水量600 mm以內的地區(qū)，秸稈還田的玉米平均產量較傳統(tǒng)種植提高7.5%。Pan等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田顯著提高玉米凈光合速率、蒸騰速率、葉綠素相對含量、葉面積指數(shù)。

玉米耕作方式主要有深松、旋耕、免耕、深松耕等。谷思玉等研究發(fā)現(xiàn)，深松處理的玉米根系長度、體積、表面積以及干物質重較深翻、旋耕和免耕有顯著提高，從而促進根系對土壤養(yǎng)分的吸收利用。王維等通過多年研究發(fā)現(xiàn)，深松處理提高了小麥葉片光合能力。翟振等指出，不同耕作深度會影響植株葉片葉綠素相對含量，深旋松30 cm處理較深松20cm的顯著提高，這可能與深旋松影響土壤結構、水肥和氣熱有關。呂巨智等研究發(fā)現(xiàn)，深松35 cm+免耕處理的玉米株高和葉面積指數(shù)最大，且單株干物質重及產量較傳統(tǒng)種植顯著提高。趙亞麗等發(fā)現(xiàn)秸稈還田配合深松、深耕等方式可顯著提高玉米產量。

由上看出，玉米生長發(fā)育對秸稈還田及耕作方式的響應已有部分研究，但廣西地區(qū)秸稈還田結合耕作方式對玉米光合特性及產量構成影響的研究鮮見報道。本試驗通過分析秸稈還田結合不同耕作方式對玉米光合特性.干物質積累以及產量的影響，找出合理的耕作方式，以期為該地區(qū)玉米增產提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況及試驗材料

試驗地位于廣西壯族自治區(qū)南寧市吳圩鎮(zhèn)明陽村廣西農業(yè)科學院玉米研究所基地內（22°36′34″N，108°14′33″E）。該地年均降水量1065～1389mm。試驗地土壤為黏土，播前基礎地力見表1。

供試玉米品種為桂單162。

1.2試驗設計及方法

試驗采用裂區(qū)設計，主區(qū)為秸稈還田（SR，將上季玉米收獲后的地上部分全部粉碎還田）和傳統(tǒng)種植（TP，將上季玉米收獲后的地上部分全部移出地塊）兩種種植模式；副區(qū)為免耕（ NT）、旋耕（RT，深度為25 cm）、深松（SS，深度為35 cm）、深松后旋耕（SS-RT，深松35 cm后旋耕25 cm）4種耕作方式。每處理重復3次。長期定位多年重復實施，大區(qū)面積800m²。小區(qū)面積233m²，播種行距65 cm，株距28 cm。前茬為玉米，于2022年3月20日進行春玉米播種，2022年8月25日進行秋玉米播種，機播調節(jié)種植密度為52500株／hm²。三至四葉期間苗留單株。肥料為恩泰克硫酸鉀型緩釋肥（N：P₂O₅：K₂O=21：7：11），采用一次性基施900 kg／hm²。玉米生育期內不培土，也不再增施肥料。試驗田四周設保護行。病蟲草害防治同當?shù)卮筇锷a。

1.3測定指標及方法

1.3.1葉面積指數(shù) 在玉米苗期（V3）、拔節(jié)期（V6）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（R1）和成熟期（R6），各處理分別選擇長勢一致的玉米9株，測量所有完全展開葉的面積并計算葉面積指數(shù)（LAI）。

1.3.2葉綠素相對含量 每處理選取長勢一致的玉米12株，由日產SPAD-502型葉綠素儀測定葉片葉綠素相對含量（SPAD值）。測定時期同1.3.1，其中.V3測定從下往上數(shù)第3片完全展開葉；V6測定從下往上數(shù)第6片完全展開葉；V12測定從下往上數(shù)第10片完全展開葉：R1和R6測定穗位葉。

1.3.3光合特性指標 將LI-6400型便攜式光合系統(tǒng)開機預熱自檢后，設置人工光源為1500μmol／（m²·S），待其參數(shù)穩(wěn)定后，每個處理選取受光方向及長勢一致的玉米15株，于9：30—11：30測定葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO₂濃度（Ci），測定時期及葉片位置同1.3.2。

1.3.4干物質積累量 R1和R6兩個時期，每處理分別取3株玉米，分為莖、葉、穗，放人烘箱，105℃殺青1h后75℃烘至恒重，稱重。

1.3.5產量及其構成要素 在R6時期，每個小區(qū)隨機選取20m²的區(qū)域測產，按14%含水率折算籽粒產量：每個區(qū)域選取20穗玉米考種，調查統(tǒng)計穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2010和SPSS21.0軟件進行分析，用Origin 2021軟件作圖。

2結果與分析

2.1

秸稈還田和耕作方式對玉米LAI的影響

由圖1可知，各處理玉米LAI隨生育進程推進呈先升后降趨勢，且均于R1時期達到最大值。春季，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下各處理玉米生育期內的LAI均值分別為3.81、3.55；SS-RT、RT、SS、NT處理的平均值分別為4.29、3.78、3.66、3.51（秸稈還田）和3.88、3.63、3.46、3.24（傳統(tǒng)種植）。秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理玉米生育期內LAI均值較傳統(tǒng)種植分別提高10.57%、4.13%、5.78%、8.33%。秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下SS-RT處理的LAI均顯著高于NT（Plt;0.05，下同），分別提高22.22%、19.75%。

秋季，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下各處理玉米生育期內的LAI平均值分別為3.02、2.74，秸稈還田明顯高于傳統(tǒng)種植。SS-RT、RT、SS、NT處理R6時期的LAI較Rl時期分別下降4.43%、8.72%、11.72%、8.25%（秸稈還田）和13.74%、22.09%、23.45%、23.66%（傳統(tǒng)種植），表明從Rl到R6，秸稈還田各處理玉米LAI下降幅度較傳統(tǒng)種植明顯變緩。

周年試驗結果顯示，秸稈還田模式下的LAI較傳統(tǒng)種植提高8.57%，秸稈還田模式下SS-RT處理的LAI較RT、SS和NT分別提高13.14%、16.89%、23.43%，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理的LAI較傳統(tǒng)種植分別提高11.01%、6.48%、8.24%、8.75%.

2.2秸稈還田和耕作方式對玉米葉片SPAD值的影響

由圖2可知，春秋兩季玉米葉片SPAD值隨生育進程推進整體均呈先升高后下降趨勢，除春季秸稈還田的SS處理外，其余處理的葉片SPAD值均在R1時期最高。

春季，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下各處理玉米生育期內葉片SPAD均值分別為50.51、47.98。秸稈還田模式下R1、R6時期各處理葉片SPAD均值分別為55.67、53.83，傳統(tǒng)種植模式下分別為53.27、51.12。秸稈還田、傳統(tǒng)種植模式下SS-RT處理R6時期葉片SPAD值較R1時期分別下降4.71%、6.74%。

秋季，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下各處理玉米生育期內葉片SPAD均值分別為52.06、49.17。秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS和NT處理玉米生育期內葉片SPAD均值分別為56.15、52.51、51.10、48.49，SS-RT較RT、SS、NT分別提高6.93%、9.88%、15.80%；傳統(tǒng)種植模式下SS-RT、RT、SS和NT處理的葉片SPAD均值分別為53.11、49.70、48.90、44.97，SS-RT較RT、SS、NT分別提高6.86%、8.61%、18.10%。秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理玉米生育期內葉片SPAD均值較傳統(tǒng)種植模式分別提高5.72%、5.65%、4.50%、7.83%。

周年試驗結果顯示，秸稈還田模式下葉片SPAD值較傳統(tǒng)種植提高3.47%，秸稈還田模式下SS-RT處理的SPAD值較RT、SS和NT分別提高5.50%、7.06、13.68%，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理的SPAD值較傳統(tǒng)種植分別提高5.96%、5.14%、5.27%、6.49%。

2.3秸稈還田和耕作方式對玉米葉片光合特性的影響

2.3.1對葉片Pn的影響 由圖3可知，春季，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下各處理玉米生育期內葉片Pn均值分別為38.98、36.16μmol／（m²·s），秸稈還田較傳統(tǒng)種植提高7. 80%。秸稈還田模式下，SS-RT處理玉米生育期內葉片Pn均值較RT、SS、NT分別提高5.90%、10.28%、17.03%；傳統(tǒng)種植模式下，SS-RT處理各生育時期葉片Pn均顯著高于RT、SS、NT，RT和NT差異顯著，SS和NT在V6、R6時期差異不顯著，其余時期差異顯著。

秋季.R1時期，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下SS-RT處理葉片Pn均顯著高于RT、SS、NT。其中秸稈還田模式下，SS-RT處理葉片Pn較RT、SS、NT分別提高3.82%、5.46%、18.59%；傳統(tǒng)種植模式下，SS-RT處理葉片Pn較RT、SS、NT分別提高7.67%、9.35%、10.86%。

周年試驗結果顯示，秸稈還田模式下葉片Pn較傳統(tǒng)種植提高8.12%，秸稈還田模式下SS-RT處理葉片Pn較RT、SS和NT分別提高7.08%、10.32%、17.59%，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理葉片Pn較傳統(tǒng)種植分別提高7.57%、9.04%、8.90%、9.39%。

2.3.2對葉片Ci的影響 由圖4可知，春季秸稈還田模式下各處理玉米生育期內葉片Ci均值較傳統(tǒng)種植高出20.04%。

春季，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT各處理玉米生育期內葉片Ci均值分別為165.57、161.49、152.68、124.49μmol/mol，傳統(tǒng)種植模式下分別為138.71、131.77、129.07、103.79μmol/mol，秸稈還田模式下各處理葉片Ci均值分別較傳統(tǒng)種植模式下提高19.36%、22.55%、18.29%、19.94%。

秋季，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下各處理玉米生育期內葉片Ci均值分別為139. 90、118. 88μmol/mol。R6時期，SS-RT、RT、SS、NT各處理葉片Ci分別為140.29、128.57、127.76、99.43μmol/mol（秸稈還田）和102.74、95.77、95.12、63.72μmoL／mol（傳統(tǒng)種植），秸稈還田模式下各處理分別較傳統(tǒng)種植模式提高36.55%、34.25%、34.31%、56.04%，且兩種種植模式下SS-RT處理均顯著高于其余處理。V3～R6時期，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT各處理葉片Ci均值較傳統(tǒng)種植模式分別提高17.49%、17.03%、18.86%、17.31%。

周年試驗結果顯示，秸稈還田模式下葉片Ci較傳統(tǒng)種植提高18.89%，秸稈還田模式下SS-RT處理葉片Ci較RT、SS和NT分別提高4.01%、8.23%、29.81%，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理葉片Ci較傳統(tǒng)種植分別提高18.46%、19.88%、18.57%、18.63%。

2.3.3對葉片Gs的影響 由圖5可知，各處理葉片Gs隨生育進程推進均呈倒“V”型變化趨勢，在R1時期達到最大值。

春季，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下各處理玉米生育期內葉片Gs均值分別為0.31、0.24mol／（m²·s）。R1時期，秸稈還田模式下，SS-RT、RT、SS處理葉片Gs分別較NT顯著提高16.73%、11.69%、10.76%，RT與SS處理間差異不顯著；傳統(tǒng)種植模式下各處理間葉片Gs差異顯著，SS-RT、RT、SS處理分別較NT提高13.04%、8.24%、5.40%。

秋季，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下各處理玉米生育期內葉片Gs均值分別為0.30、0.23mol／（m²·s）。Rl時期，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT各處理葉片Gs較傳統(tǒng)種植模式分別提高18.18%、14，29%、19.18%、13.44%；秸稈還田模式下，SS-RT處理葉片Gs較RT、SS、NT分別提高8.33%、9.08%、15.56%。

周年試驗結果顯示，秸稈還田模式下葉片Gs較傳統(tǒng)種植提高27.24%，秸稈還田模式下SS-RT處理葉片Gs較RT、SS和NT分別提高9.68%、13.33%、30.77%，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理葉片Gs較傳統(tǒng)種植分別提高25.93%、29.17%、30.43%、23.81%。

2.3.4對葉片Tr的影響 由圖6可知，春季，秸稈還田和傳統(tǒng)種植模式下各處理玉米生育期內葉片Tr均值分別為3.16、2.67 mmoL／（m²·s）。秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT各處理玉米生育期內葉片Tr均值分別為3.54、3.26、3.06、2.78 mmoL／（m²·s），SS-RT處理較RT、SS、NT分別顯著提高8.59%、15.69%、27.34%；傳統(tǒng)種植模式下SS-RT、RT、SS、NT各處理玉米生育期內葉片Tr均值分別為3.01、2.68、2.58、2.39mmol（m².s），SS-RT處理較RT、SS、NT分別提高12.31%、16.67%、25.94%。秸稈還田模式下SS -RT、RT、SS、NT各處理玉米生育期內葉片Tr均值較傳統(tǒng)種植模式分別提高17.61%、21.64%、18.60%、16.32%。

秋季，R1時期，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT各處理玉米葉片Tr較傳統(tǒng)種植模式分別提高10.55%、17.20%、17.43%、17.50%。秸稈還田模式下SS-RT處理葉片Tr較RT、SS、NT分別提高5.07%、6.29%、7.54%。

周年試驗結果顯示，秸稈還田模式下葉片Tr較傳統(tǒng)種植提高20.50%，秸稈還田模式下SS-RT處理葉片Tr較RT、SS和NT分別提高10.29%、15.49%、23.83%，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理葉片Tr較傳統(tǒng)種植分別提高17.87%、21.01%、21.72%、21.49%。

2.4秸稈還田和耕作方式對玉米干物質積累的影響

由圖7可知，春季，Rl時期，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT各處理玉米莖干物質積累量較傳統(tǒng)種植模式分別提高4.00%、7.77%、4.37%、11.52%，葉干物質積累量分別提高4. 37%、4.72%、5.51%、9.55%，穗干物質積累量分別提高12.63%、16.88%、10.38%、11.11%；R6時期，莖干物質積累量分別提高9.63%、3.25%、8.90%、3.85%，葉干物質積累量分別提高6.58%、13.00%、7.14%、12.12%，穗干物質積累量分別提高9.80%、3.98%、8.32%、8.96%。

秋季，R6時期，秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT各處理玉米莖干物質積累量較傳統(tǒng)種植模式分別提高6.25%、5.92%、6.27%、6.41%，葉干物質積累量分別提高3.93%、4.38%、10.39%、16.60%，穗干物質積累量分別提高6.12%、4.31%、2.93%、6.52%；秸稈還田模式下SS-RT處理玉米穗干物質積累量較RT、SS、NT分別顯著提高5.29%、11.11%、34.37%。

周年試驗結果顯示，秸稈還田模式下莖、葉、穗干物質積累量較傳統(tǒng)種植分別提高7.09%、7.63%、7.43%。秸稈還田模式下SS-RT處理的莖、葉、穗干物質積累量較RT、SS和NT分別提高5.19%、8.19%、20.90%， 7.41%、12.33%、18.65%，9.53%、13.50%、39.52%。秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理的莖、葉、穗干物質積累量較傳統(tǒng)種植分別提高6.60%、6.67%、7.20%、8.06%，5.83%、7.00%、6.84%、11.54%，9.03%、5.40%、6.73%、8.78%。

2.5秸稈還田和耕作方式對玉米產量及其構成的影響

由表2可知，春秋兩季試驗表明，玉米穗粒數(shù)、千粒重、產量與秸稈處理和耕作方式密切相關。春季，與傳統(tǒng)種植相比，秸稈還田模式下各處理穗粒數(shù)、千粒重和產量的均值分別提高5.11%、4.30%、3.48%；秋季則分別提高2.77%、7.85%、3.26%。

就春秋季均值比較來看，傳統(tǒng)種植模式下，SS-RT處理的穗粒數(shù)、千粒重、產量分別較RT、SS、NT顯著提高6.34%、13.29%、19.48%，3.15%、10.07%、16.95%，4.19%、11.56%、17.69%；秸稈還田模式下，SS-RT處理的穗粒數(shù)、千粒重、產量分別較RT、SS、NT顯著（RT千粒重除外）提高5.95%、9.09%、17.81%，1.24%、5.24%、7.53%，2.38%、12.26%、17.01%。秸稈還田模式下的穗粒數(shù)、千粒重、產量的均值較傳統(tǒng)種植分別提高3.97%、5.99%、3.37%。

秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS、NT處理的穗粒數(shù)、千粒重、產量春秋季均值較傳統(tǒng)種植分別提高2. 58%、2.96%、6.53%、4.04%，2.29%、4.22%、6.99%、11.25%，2.92%、4.73%、2.28%、3.52%。

3討論

3.1秸稈還田和耕作方式對玉米光合特性的影響

葉面積大小對作物光能利用有直接影響，葉面積指數(shù)越大，光能利用越充分，有機物質合成的越多，增產越多。劉戰(zhàn)東、李友軍等研究發(fā)現(xiàn)，深松處理的玉米葉面積指數(shù)顯著提高，且秋季玉米深松效果更好，水分利用效率得到提高，使葉肉細胞中有充足的葉綠素及水分，延緩葉片衰老。Rashid等研究認為，秸稈還田能提高植物體內光合色素含量，同時促進葉片氣孔開放，進而提高植物的光合作用。本試驗結果表明，秸稈還田結合深松后旋耕處理可顯著提高玉米葉面積指數(shù)和葉綠素相對含量，這與呂巨智等的研究結果一致。

光合作用是作物生長發(fā)育以及產量形成等代謝過程的物質來源。秸稈還田對植物葉片氣孔開放和蒸騰速率有促進作用，植物通過調節(jié)葉片氣孔導度來改變蒸騰和胞間CO₂濃度，進而提高葉片光合速率。許菁等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田下深松、免耕和旋耕處理的玉米功能葉光合強度、氣孔導度、蒸騰速率較常規(guī)耕作明顯提高。本研究中，秸稈還田處理下玉米葉片胞間CO，濃度、凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均優(yōu)于傳統(tǒng)種植，且深松后旋耕處理上述各指標顯著高于旋耕、深松和免耕處理。這與李友軍、羅珠珠等的研究結果一致。

3.2秸稈還田和耕作方式對玉米干物質積累及產量的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田模式下深松后旋耕增加玉米干物質積累量、穗粒數(shù)和千粒重，從而提高產量，且深松后旋耕處理顯著優(yōu)于旋耕、深松和免耕。趙亞麗等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田模式下深松和深耕處理可顯著提高玉米干物質積累量，這與秸稈還田模式下深松和深耕處理疏松土壤、改善其滲透性有關。馮艷春等研究認為，深松耕作可以促進玉米整個生育期植株的干物質積累。秸稈深還田可以促進玉米生長發(fā)育，有效提高玉米產量。李露露等研究認為，秸稈還田結合旋耕+深松能夠有效提高玉米生物量、產量構成要素及籽粒產量。楊帆等通過研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)種植相比，秸稈還田處理的作物產量提高6.8%和4.4%。這可能是因為秸稈還田改良了土壤孔隙度與微生物群落，提高田間持水量，促進葉片生長和光合能力提升以及干物質積累，從而提高玉米產量。

4結論

秸稈還田結合深松后旋耕（ SS-RT）這一耕作技術，可提高玉米葉面積指數(shù)和葉片葉綠素相對含量，有效提高玉米葉片光合效率，增加干物質積累量，提高玉米周年產量。秸稈還田模式下SS-RT、RT、SS和NT處理的周年穗干物質量分別較傳統(tǒng)種植提高9.03%、5.40%、6.73%、8.78%；周年產量分別提高2.92%、4.73%、2.28%、3.52%；且秸稈還田模式下SS-RT處理的周年產量均值較RT、SS和NT分別提高2.38%、12.26%、17.01%。綜上表明，秸稈還田結合深松后旋耕措施的推廣應用對廣西地區(qū)玉米光能高效利用及產量提升具有重要意義。