深松耕作下增密對(duì)夏玉米根葉衰老及籽粒產(chǎn)量的影響

摘要：為探明黃淮海地區(qū)深松耕作下增密對(duì)夏玉米根葉衰老及籽粒產(chǎn)量的影響，以期為該地區(qū)提密抗衰增產(chǎn)提供理論參考，試驗(yàn)采用大田裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)置常規(guī)旋耕和深松耕作2種耕作方式，副區(qū)設(shè)置4.5萬～10.5萬株/hm25個(gè)密度梯度，研究了2種耕作方式不同種植密度下根系干重、根系長(zhǎng)度、葉面積指數(shù)、葉綠素相對(duì)含量、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量和籽粒產(chǎn)量的變化。結(jié)果顯示，深松耕作后，15～45 cm 土壤緊實(shí)度下降了13.6%，0～100 cm土壤含水量增加了5.8%，根系干重增加了21.3%，根系長(zhǎng)度增加了19.7%，葉面積指數(shù)增加了7.9%，葉綠素相對(duì)含量增加了4.7%，凈光合速率增加了9.4%，蒸騰速率增加了4.7%，氣孔導(dǎo)度增加了13.9%，過氧化物酶活性增加了11.0%，超氧化物歧化酶活性增加了4.8%，丙二醛含量下降了11.4%；開花期至乳熟期根系干重由15.5%變?yōu)?3.1%，根系長(zhǎng)度由32.4%變?yōu)?7.8%，葉面積指數(shù)由10.5%變?yōu)?.1%，葉綠素相對(duì)含量由11.0%變?yōu)?.5%，凈光合速率由20.5%變?yōu)?9.9%，蒸騰速率由26.4%變?yōu)?5.1%，氣孔導(dǎo)度由27.1%變?yōu)?5.6%，過氧化物酶活性由49.2%變?yōu)?7.1%%，超氧化物歧化酶活性由17.3%變?yōu)?5.7%，丙二醛含量開花期至乳熟期的上升幅度由56.0%變?yōu)?2.2%。2種耕作方式下，籽粒產(chǎn)量隨種植密度的提升表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，呈現(xiàn)二次曲線關(guān)系，常規(guī)旋耕在8.28萬株/hm2種植密度下獲得最大籽粒產(chǎn)量，深松耕作在 9.09萬株/hm2 種植密度下籽粒產(chǎn)量最佳，最適種植密度增加了9.7%，5個(gè)種植密度平均增產(chǎn)8.4%。因此黃淮海地區(qū)可以通過深松耕作緩解增密帶來的衰老負(fù)效應(yīng)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，延長(zhǎng)植株根系和葉片的功能期，實(shí)現(xiàn)增密進(jìn)一步增產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：夏玉米；種植密度；深松耕作；衰老；籽粒產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S513.04" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）13-0098-10

玉米當(dāng)前是我國(guó)第一大糧食作物，其產(chǎn)量占我國(guó)糧食總產(chǎn)1/5以上，穩(wěn)定和提升玉米產(chǎn)量對(duì)于保障國(guó)家糧食安全和促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定具有戰(zhàn)略意義［1］。近年由于國(guó)家政策的調(diào)整，大力實(shí)施大豆和油料產(chǎn)能提升工程，導(dǎo)致玉米種植面積有所下降，因而玉米的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)及可持續(xù)生產(chǎn)需要依賴玉米單產(chǎn)的進(jìn)一步提升。提升種植密度是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高玉米單產(chǎn)的一項(xiàng)重要栽培措施［2］。光合作用是玉米籽粒產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，葉片是植物利用光能合成同化物的重要部位，因此塑造高效的葉片光合性能是保持玉米高產(chǎn)的有效手段［3］。根系是玉米植株從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分并響應(yīng)耕層土壤質(zhì)量變化的重要器官，其功能及在耕層中的分布直接影響地上部葉片光合能力的高低和持續(xù)時(shí)間［4-7］。目前國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中多使用小型農(nóng)機(jī)具旋耕整地，導(dǎo)致犁地層上移，耕層變淺，土壤緊實(shí)，水肥利用率低下，根系生長(zhǎng)發(fā)育受到不良土壤限制［8-9］。提升種植密度會(huì)使得根系橫向生長(zhǎng)空間被壓縮，縱向生長(zhǎng)空間被堅(jiān)硬的犁地層所阻擋，造成大量根系擁擠在土壤表層，根系對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育所需的資源競(jìng)爭(zhēng)加劇，導(dǎo)致根系過早進(jìn)入衰老，根系功能降低，地上部葉片所需營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足，引起葉片早衰，致使群體的受光面積減少，光合能力下降，光合時(shí)間縮短，光合產(chǎn)物減少，出現(xiàn)增密減產(chǎn)現(xiàn)象。因此，通過構(gòu)建良好的耕層，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，延長(zhǎng)根系功能，能夠有效減緩葉片衰老，進(jìn)一步提密增產(chǎn)［10-13］。研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作通過增加耕作深度，打破了堅(jiān)實(shí)的犁地層，擴(kuò)大了耕層縱向空間，改善了土壤通透性，提高了土壤水肥等資源含量，為根系的生長(zhǎng)發(fā)育擴(kuò)展了生長(zhǎng)空間及水肥利用空間，提升了根系的活力和功能持續(xù)時(shí)間，有效延緩了葉片的衰老，維持了地上部較大的綠色葉面積和較高的光合能力，保證了群體光合生產(chǎn)能力和光合時(shí)間，從而增強(qiáng)了玉米群體的耐密性，籽粒產(chǎn)量得到進(jìn)一步提升［14-17］。

黃淮海平原是我國(guó)夏玉米的優(yōu)勢(shì)主產(chǎn)區(qū)之一，夏玉米平均種植密度僅為6.22萬株/hm2，提密增產(chǎn)潛力巨大［18］。但是，由于該區(qū)域多年不合理的耕作方式，造成耕層淺，犁地層厚實(shí)，水肥流失嚴(yán)重，土壤耕層質(zhì)量差是限制種植密度進(jìn)一步提升的重要障礙［19］。目前有關(guān)深松耕作和種植密度相結(jié)合的研究多集中在北方春玉米區(qū)［9，15］，而在黃淮海夏播玉米區(qū)鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)通過研究深松增密后夏玉米根葉衰老特征及產(chǎn)量變化，以期為黃淮海地區(qū)提密抗衰增產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及供試材料

試驗(yàn)于2021年、2022年在河南省駐馬店市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地服務(wù)中心（33°01′N，114°05′E，海拔 74 m）進(jìn)行，處于黃淮海平原西南部。該地區(qū)年平均氣溫、年平均降水量和年平均日照時(shí)數(shù)分別為14.8 ℃、1 004.4 mm和2 104.8 h，無霜期220 d。2021、2022年試驗(yàn)進(jìn)行期間氣象數(shù)據(jù)見表1。試驗(yàn)地土壤屬于砂姜黑土，2021年玉米播前土壤耕層有機(jī)質(zhì)、全氮含量分別為12.36、0.96 g/kg，有效磷和速效鉀含量分別為20.06、92.60 mg/kg；2022年玉米播前分別為1.41、1.02 g/kg和21.13、94.08 mg/kg。供試玉米品種為駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所選育的駐玉216。供試肥料為北京金六豐貴福牌復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量分別為29%、5%、6%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用大田裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)置2種耕作方式，分別為常規(guī)旋耕（CT）、深松耕作（ST），耕作處理在冬小麥播種前進(jìn)行，常規(guī)旋耕作業(yè)深度為15 cm，深松耕作作業(yè)深度為35 cm，夏玉米貼茬直播，耕作處理小區(qū)長(zhǎng)108 m，寬6 m，面積648 m2；副區(qū)設(shè)置5個(gè)種植密度，分別為4.5萬株/hm2（D1）、6.0萬株/hm2（D2）、7.5萬株/hm2（D3）、9.0萬株/hm2（D4）、10.5萬株/hm2（D5），每個(gè)密度小區(qū)重復(fù)3次，行距為60 cm，株距分別為37.0、27.8、22.2、18.5、15.9 cm，密度小區(qū)長(zhǎng)7.2 m，寬6.0 m，面積43.2 m2。施肥量為750 kg/hm2，在玉米播種前一次性施入，其他管理措施參照當(dāng)?shù)匾话愦筇锕芾怼?/p>

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 土壤緊實(shí)度和土壤含水量的測(cè)定

測(cè)定時(shí)期：開花期、乳熟期。使用美國(guó)生產(chǎn)的SC-900數(shù)顯示土壤緊實(shí)度儀測(cè)定0～45 cm土層的土壤緊實(shí)度，每2.5 cm記錄1次數(shù)值。土壤含水量：使用烘干法測(cè)定0～100 cm土層的土壤含水量，每20 cm為1層。土壤含水量=（土壤鮮土重-土壤烘干土重）/土壤烘干土重×100%。

1.3.2 根系干重、根系長(zhǎng)度、過氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量的測(cè)定

取樣時(shí)期：開花期、乳熟期。每個(gè)密度小區(qū)挑選3株均勻一致的玉米植株，將選取的玉米植株作為取樣的中心，以1/2行距、1/2株距為四周邊界，每20 cm為1層，取樣深度為80 cm。將各層土塊做好標(biāo)記放入沙袋中，用流動(dòng)的清水進(jìn)行沖洗，將清理干凈的根系放于根系掃描儀中掃描成圖像，然后使用 WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)分析掃描圖像獲取根系長(zhǎng)度。掃描結(jié)束后將根系樣品置于鋁盒中，放入105 ℃烘箱中殺青，30 min后將烘箱溫度調(diào)至75 ℃烘至恒重，天平稱重，獲得根系干重。同時(shí)將地上部植株的穗位葉取下放入液氮罐中帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定葉片有關(guān)酶活性和MDA含量，其中POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚顯色法，SOD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法（NBT），MDA含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法。

1.3.3 葉面積指數(shù)（LAI）、葉綠素相對(duì)含量（SPAD值）的測(cè)定

分別在開花期、乳熟期，挑選5株生長(zhǎng)一致且葉片無破損的玉米植株，利用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)定單葉葉面積，LAI=單株綠葉面積之和/單株所占土地面積。測(cè)定葉面積的同時(shí)，利用柯尼卡美能達(dá)公司（日本）生產(chǎn)的SPAD-502型手持式葉綠素測(cè)定儀測(cè)定穗位葉的SPAD值，每個(gè)穗位葉的葉脈2側(cè)各測(cè)定5次，取10次平均值。

1.3.4 凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）的測(cè)定

在開花期和乳熟期，利用LI-COR公司（美國(guó)）生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定玉米植株穗位葉的Pn、Tr、Gs。測(cè)定時(shí)間：晴朗無風(fēng)的09：00—12：00，每個(gè)密度小區(qū)測(cè)定3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的玉米植株。

1.3.5 籽粒產(chǎn)量的測(cè)定

成熟后，每個(gè)密度小區(qū)收取中間5行果穗，機(jī)器脫粒后用上海清浦綠洲檢測(cè)儀器有限公司制造的LDS-1G谷物水分測(cè)定儀測(cè)定籽粒含水量，然后按14%含水量計(jì)算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理采用 Microsoft Excel 2007軟件，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0 軟件，繪圖采用SigmaPlot 14.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作方式、種植密度及其互作對(duì)根系生長(zhǎng)、葉片特性和作物產(chǎn)量的影響

由表2可知，耕作方式和種植密度對(duì)所測(cè)指標(biāo)均達(dá)到極顯著影響，耕作方式和種植密度互作除對(duì)POD活性未達(dá)到顯著影響外，對(duì)其他指標(biāo)的影響均達(dá)到顯著水平，其中對(duì)根系干重、根系長(zhǎng)度、LAI、Gs、SOD活性、MDA含量和籽粒產(chǎn)量的影響達(dá)到極顯著水平。

2.2 耕作方式對(duì)土壤緊實(shí)度和土壤含水量的影響

由圖1可以看出，深松耕作顯著降低了土壤緊實(shí)度且主要降低了15～45 cm土層的土壤緊實(shí)度。與常規(guī)旋耕相比，深松耕作開花期15～45 cm土層的土壤緊實(shí)度2年平均降低了15.9%；乳熟期15～45 cm土層的土壤緊實(shí)度2年平均降低了11.3%。由圖2可以看出，深松耕作增加了0～100 cm土層各層的土壤含水量。與常規(guī)旋耕相比，開花期0～100 cm土層的土壤含水量2年平均增加了7.2%；乳熟期 0～100 cm土層的土壤含水量2年平均增加了4.4%。從數(shù)據(jù)分析可以看出，深松耕作對(duì)土壤緊實(shí)度和土壤含水量的改良效果開花期大于乳熟期，說明隨玉米生育時(shí)期的進(jìn)行，深松耕作對(duì)土壤的改良效果減弱。

2.3 耕作方式和種植密度對(duì)根系干重和根系長(zhǎng)度的影響

由表3可知，常規(guī)旋耕和深松耕作條件下，根系干重和根系長(zhǎng)度均隨種植密度的增加而降低。同一種植密度下深松耕作顯著增加了根系干重和根系長(zhǎng)度。與常規(guī)旋耕相比，深松耕作處理下，開花期在D1～D5種植密度下根系干重分別增加14.7%、16.3%、20.1%、22.8%和24.1%，根系長(zhǎng)度分別增加了11.0%、13.4%、16.6%、18.3%和19.5%；乳熟期在D1～D5種植密度下根系干重分別增加了15.9%、19.9%、25.3%、28.1%和25.9%，根系長(zhǎng)度分別增加了17.5%、24.1%、26.1%、24.9%和25.3%。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，深松耕作對(duì)高密度下的根系干重和根系長(zhǎng)度的提升效果大于低密度，乳熟期根系干重和根系長(zhǎng)度的增長(zhǎng)大于開花期。

常規(guī)旋耕和深松耕作條件下，根系干重和根系長(zhǎng)度開花期至乳熟期的下降幅度有所不同。常規(guī)旋耕處理下，D1～D5種植密度下，根系干重分別下降了7.6%、13.1%、21.4%、19.8%、15.4%，根系長(zhǎng)度分別下降了21.6%、30.4%、36.4%、34.5%、39.0%。深松耕作處理下， D1～D5種植密度下，根系干重分別下降了6.6%、10.5%、18.0%、16.4%、14.2%，根系長(zhǎng)度分別下降了17.0%、23.9%、31.3%、30.8%、36.0%。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，根系干重和根系長(zhǎng)度開花期至乳熟期的下降幅度均表現(xiàn)為高密度大于低密度，深松耕作下降幅度小于常規(guī)旋耕。

2.4 耕作方式和種植密度對(duì)葉面積指數(shù)和葉綠素相對(duì)含量的影響

由表4可知，常規(guī)旋耕和深松耕作處理下，LAI隨種植密度的增加均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，SPAD值隨種植密度的增加均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。深松耕作顯著增加了LAI和SPAD值。與常規(guī)旋耕相比，深松耕作處理下開花期LAI和SPAD值在D1～D5種植密度下分別增加了4.1%、4.9%、9.6%、8.6%、7.8%和2.0%、2.7%、5.3%、4.8%、4.6%；乳熟期LAI和SPAD值在D1～D5種植密度下分別增加了5.1%、5.9%、11.7%、11.1%、10.0%和3.6%、4.5%、7.4%、6.4%、5.9%。數(shù)據(jù)結(jié)果分析可知，深松耕作對(duì)高種植密度下的LAI和SPAD值的提升效果更好，對(duì)乳熟期的影響大于開花期。

常規(guī)旋耕和深松耕作處理下，LAI和SPAD值開花期至乳熟期的下降幅度有所不同。常規(guī)旋耕處理下，LAI和SPAD值在D1～D5種植密度下分別下降了6.7%、7.8%、9.2%、14.1%、14.9%和9.1%、10.4%、11.0%、11.8%、12.8%；深松耕作處理下，LAI和SPAD值在D1～D5種植密度下分別下降了5.8%、6.9%、7.4%、12.1%、13.1%和7.6%、8.8%、9.2%、10.4%、11.7%。從數(shù)據(jù)分析結(jié)果來看，LAI和SPAD值開花期至乳熟期的下降幅度隨種植密度的增加而增大，且深松耕作處理下的降幅小于常規(guī)旋耕。

2.5 耕作方式和種植密度對(duì)光合特性的影響

由表5可見，Pn、Tr、Gs在常規(guī)旋耕和深松耕作處理下均隨種植密度的增加而降低。深松耕作處理顯著提高了Pn、Tr、Gs。與常規(guī)旋耕處理相比，深松耕作處理?xiàng)l件下，開花期在D1～D5種植密度下Pn分別增加5.7%、6.3%、7.8%、8.8%和16.4%，Tr分別增加1.3%、2.2%、3.9%、5.2%和5.9%，Gs分別增加4.0%、6.7%、15.3%、17.0%和20.3%；乳熟期在D1～D5種植密度下Pn分別增加6.0%、7.1%、8.6%、9.9%和17.1%，Tr分別增加1.9%、3.2%、5.8%、7.8%和9.6%，Gs分別增加3.8%、9.0%、18.2%、19.6%和25.0%。數(shù)據(jù)分析結(jié)果來看，深松耕作處理對(duì)高密度下葉片的光合特性提升效果更優(yōu)，對(duì)乳熟期的影響較大。

Pn、Tr、Gs開花期至乳熟期的下降幅度在2種耕作方式下有所不同。常規(guī)旋耕條件下，D1～D5種植密度下Pn分別下降了18.4%、19.6%、20.8%、21.6%、21.9%，Tr分別下降了23.9%、25.0%、27.3%、27.9%、28.0%，Gs分別下降了21.2%、24.7%、28.0%、29.8%、31.6%。深松耕作條件下，D1～D5種植密度下Pn分別下降了18.2%、19.0%、20.2%、20.9%、21.4%，Tr分別下降了23.5%、24.3%、26.0%、26.2%、25.7%，Gs分別下降了21.4%、23.2%、26.2%、28.3%、29.0%。

數(shù)據(jù)結(jié)果分析來看，Pn、Tr、Gr開花期至乳熟期的下降幅度均隨種植密度的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且深松耕作處理下的降幅小于常規(guī)旋耕。

2.6 耕作方式和種植密度對(duì)抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響

由表6可見，2種耕作方式下，POD和SOD活性均隨種植密度的增加而下降，MDA含量均隨種植密度的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。耕作方式間比較，深松耕作處理的POD和SOD活性均大于常規(guī)旋耕處理，MDA含量小于常規(guī)旋耕處理。與常規(guī)旋耕相比，深松耕作處理下，開花期在D1～D5種植密度下POD活性分別增加5.6%、7.1%、12.5%、11.2%和9.3%，SOD活性分別增加1.8%、2.7%、5.8%、4.6%和4.2%，MDA含量分別降低6.0%、8.3%、13.5%、12.7%、11.0%。乳熟期在D1～D5種植密度下，POD活性分別增加了8.7%、13.0%、16.0%、14.2%和12.8%，SOD活性分別增加了3.1%、3.8%、8.1%、7.5%和7.0%，MDA含量分別降低了9.8%、10.9%、15.5%、14.1%、12.1%。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，深松耕作處理在高密度下提升葉片抗氧化酶活性和降低MDA含量的效果較優(yōu)，對(duì)乳熟期的影響大于開花期。

常規(guī)旋耕和深松耕作處理下，抗氧化酶活性和MDA含量開花期至乳熟期的變化幅度有所不同。常規(guī)旋耕條件下，D1～D5種植密度下POD活性分別下降了40.2%、43.8%、48.4%、53.9%、59.6%，SOD活性分別下降了13.0%、13.8%、17.6%、20.1%、21.8%，MDA含量分別增加了 55.1%、63.3%、54.0%、55.4%、52.1%。深松耕作條件下，D1～D5種植密度下POD活性分別下降了38.5%、40.7%、46.8%、52.6%、58.3%，SOD活性分別下降了11.9%、12.9%、15.9%、17.9%、19.7%，MDA含量分別增加了 48.8%、58.6%、50.4%、52.8%、50.3%。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，POD和SOD活性開花期至乳熟期的下降幅度均隨種植密度的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，MDA含量開花期至乳熟期的上升幅度隨種植密度變化無明顯規(guī)律，深松耕作處理下葉片POD和SOD活性的降幅和MDA含量的升幅均小于常規(guī)旋耕。

2.7 耕作方式和種植密度對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響

如圖3所示，常規(guī)耕作和深松耕作處理下，籽粒產(chǎn)量隨種植密度增加均表現(xiàn)為先增加后下降的變化趨勢(shì)，且產(chǎn)量和種植密度之間的關(guān)系符合二次曲線。深松耕作增加了同等種植密度的籽粒產(chǎn)量，且增產(chǎn)幅度隨種植密度增加而增大。與常規(guī)旋耕相比，深松耕作下的產(chǎn)量在D1～D5種植密度下分別增加了2.5%、2.7%、7.3%、10.7%和18.6%。對(duì)產(chǎn)量與種植密度的二次曲線求導(dǎo)得出，常規(guī)旋耕處理下最適種植密度為8.29萬株/hm2，深松耕作處理下最適種植密度為9.09萬株/hm2。與常規(guī)旋耕相比，深松耕作的最適種植密度分別增加了9.7%。

說明深松耕作提高了玉米群體的最佳種植密度，從而達(dá)到增產(chǎn)的效果。

3 討論與結(jié)論

土壤是作物汲取養(yǎng)分和水分的場(chǎng)所，作物生產(chǎn)潛力的充分發(fā)掘需要優(yōu)良的土壤環(huán)境作為支撐。土壤緊實(shí)度和土壤含水量是反映土壤物理特性的重要參數(shù)［20］。研究表明，長(zhǎng)期的淺旋耕作導(dǎo)致耕層下部不斷被壓緊壓實(shí)，引起耕層厚度下降，犁地層變厚變硬，土壤過度緊實(shí)；同時(shí)厚實(shí)的犁地層阻礙了灌水及雨水的下滲，致使過多的水分滯留在表層土壤，土壤徑流增加，下層土壤嚴(yán)重缺水，土壤持水能力下降，土壤應(yīng)對(duì)干旱的能力下降［21］。深松耕作其作業(yè)深度較深，疏松了硬實(shí)的犁地層，增加了土壤的孔隙度，緩解了土壤緊實(shí)度，重塑了表層土壤和深層土壤的空間連續(xù)通道，土壤疏松通氣，土壤蓄水保墑能力提高［22］。本研究結(jié)果顯示，深松耕作后，15～45 cm土壤緊實(shí)度比常規(guī)旋耕耕作下降13.6%，0～100 cm土壤含水量比常規(guī)旋耕耕作提升5.8%，與前人的研究結(jié)果相似。綜合表明，深松耕作優(yōu)化了作物賴以生存的土壤環(huán)境，為土壤接納更多的作物群體提供了物質(zhì)保障。

玉米根系是玉米植株從耕層中汲取土壤資源的直接通道，根系的生長(zhǎng)狀況直接影響?zhàn)B分和水分吸收利用能力及植株抗倒能力，因此，強(qiáng)壯的根系是植株地上部茂盛生長(zhǎng)并獲得高產(chǎn)的重要保障［23］。研究表明，隨著種植密度的增加，根系在耕層中變得擁擠，單株根系的橫向生長(zhǎng)空間和水肥利用區(qū)域不斷被壓縮，然而常年不合理的小型農(nóng)機(jī)具旋耕形成的厚實(shí)犁地層，阻礙了根系向深層土壤生長(zhǎng)，導(dǎo)致根系生長(zhǎng)發(fā)育受限，引起單株根系干重和根系長(zhǎng)度顯著下降［10］。深松耕作可以打破犁地層，減弱了根系縱向生長(zhǎng)阻力，降低了增密引起的根系表層土壤擁擠，提升了根系深層土壤含量，使得根系合理分布于各層土壤，緩解了根系生長(zhǎng)壓力，根系干重和根長(zhǎng)隨之增加［24-25］。本研究結(jié)果表明，2種耕作方式下，根系干重和長(zhǎng)度隨種植密度的增加均呈下降趨勢(shì)，與前人研究結(jié)果一致。深松耕作明顯增加了根系干重和長(zhǎng)度，與常規(guī)旋耕相比，深松耕作處理下根系干重和長(zhǎng)度在開花期分別增加了19.6%和15.8%，乳熟期分別增加了23.0%和23.6%。另外，深松耕作的根系干重和長(zhǎng)度開花期至乳熟期的下降幅度小于常規(guī)旋耕耕作。常規(guī)旋耕耕作條件下，根系干重和長(zhǎng)度開花期至乳熟期的下降幅度分別為15.5%和32.4%；深松耕作條件下，根系干重和長(zhǎng)度分別開花期至乳熟期的下降幅度分別為13.1%和27.8%。綜合說明，深松耕作通過增加深層土壤根系分布提升了土壤根系群體的容納量，從而減少了根系之間的競(jìng)爭(zhēng)，增加了根系干重和長(zhǎng)度，延緩了根系后期衰老，從而能夠持續(xù)有效地為植株提供營(yíng)養(yǎng)供給，為玉米的密植高產(chǎn)提供強(qiáng)大的根系系統(tǒng)。

葉片是玉米植株利用光能合成有機(jī)物的重要器官，玉米植株90%的干物質(zhì)來源于光合作用，因此維持葉片較高的光合性能，減緩葉片衰老速率，延長(zhǎng)其功能期是玉米持續(xù)獲得高產(chǎn)的重要保障［26］。葉片是捕獲光能的物質(zhì)載體，LAI是玉米群體光合能力的直觀表現(xiàn)［27］。葉綠素含量與葉片光合能力密切相關(guān)，其降解速率是葉片衰老的內(nèi)在表現(xiàn)［28］。堅(jiān)天才等研究發(fā)現(xiàn)，LAI隨種植密度的增加而增加，而光合面積持續(xù)時(shí)間變短，葉綠素相對(duì)含量降低［29］。本研究結(jié)果顯示，LAI和SPAD值隨種植密度的變化規(guī)律與其研究結(jié)果一致。但是深松耕作顯著提高了LAI和SPAD值且延長(zhǎng)了LAI高值時(shí)間和減緩了SPAD值下降速度。與常規(guī)旋耕相比，深松耕作處理開花期LAI和SPAD值分別增加7.0%和3.9%，乳熟期LAI和SPAD值分別增加8.8%和5.6%。常規(guī)旋耕條件下，LAI和SPAD值開花期至乳熟期的下降幅度分別是10.5%和11.0%；深松耕作條件下，LAI和SPAD值開花期至乳熟期的下降幅度分別是9.1%和9.5%。葉片衰老的標(biāo)志事件是光合能力的快速下降［30］。李超等研究發(fā)現(xiàn)，高密度種植會(huì)削弱冠層中下部光照，致使中下部葉片長(zhǎng)期處于弱光脅迫狀態(tài)，葉片光合能力降低［31］。王富貴等研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作可以優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu)，緩解高密度種植帶來的遮擋效應(yīng)，增加冠層中下部透光率，提升葉片光合能力［32］。本研究發(fā)現(xiàn)，2種耕作方式下，Pn、Tr和Gs隨種植密度的增加均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。深松耕作顯著增加了Pn、Tr和Gs，與常規(guī)旋耕相比，開花期Pn、Tr和Gs分別增加9.0%、3.7%和12.7%，乳熟期Pn、Tr和Gs分別增加9.7%、5.6%和15.1%；同時(shí)深松耕作降低了Pn、Tr和Gs開花期至乳熟期的下降幅度。常規(guī)耕作條件下，Pn、Tr和Gs開花期至乳熟期的下降幅度分別為20.5%、26.4%和27.1%；深松耕作條件下，Pn、Tr和Gs開花至乳熟期的下降幅度分別為19.9%、25.1%、25.6%。綜合說明，深松耕作提升了光合作用面積和光合性能，延長(zhǎng)了光合面積和光合能力高值期，擴(kuò)大了冠層容納能力，為增密增產(chǎn)提供光合基礎(chǔ)。

SOD和POD是植物體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)的關(guān)鍵酶，它們可以保護(hù)膜脂使其避免過氧化，其活性的高低可以反映葉片的衰老程度［33］。MDA是膜脂過氧化過程中最主要的產(chǎn)物之一，能夠反映細(xì)胞膜受損害的程度，其含量在植物體內(nèi)快速大量積累標(biāo)志著葉片功能下降，衰老加劇［34］。楊振芳等研究發(fā)現(xiàn)，在化控劑和清水處理下，玉米植株穗位葉的SOD和POD活性均隨種植密度的提升而顯著下降，而MDA含量隨種植密度的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)［35］。本研究結(jié)果顯示，2種耕作方式下，SOD、POD活性和MDA含量隨種植密度的變化趨勢(shì)與其一致。付國(guó)占等的研究結(jié)果顯示，深松耕作提高了玉米葉片SOD和POD的活性，降低了MDA含量，保持了花后較高的葉片生理功能［36］。本研究結(jié)果與其研究一致。與常規(guī)旋耕相比，深松耕作處理，開花期POD和SOD活性分別增加9.1%和3.8%，MDA含量降低10.3%，乳熟期SOD和POD活性分別增加12.9%和5.9%，MDA含量降低了12.5%。同時(shí)深松耕作降低了開花期至乳熟期POD和SOD活性的下降幅度，減緩了MDA含量的上升幅度。常規(guī)旋耕條件下，POD和SOD活性開花期至乳熟期的下降幅度分別為49.2%和17.3%，MDA含量上升幅度為56.0%；深松耕作條件下，POD和SOD活性開花期至乳熟期的下降幅度分別為47.4%和15.7%，MDA含量上升幅度為52.2%。綜合表明，深松耕作增加了葉片抗氧化酶活性，并延長(zhǎng)了其活性的高值期，使MDA含量維持在較低的水平，降低了細(xì)胞受損程度，為密植高產(chǎn)提供了良好的生理環(huán)境。

挖掘玉米單株生產(chǎn)能力來大幅度提升玉米籽粒產(chǎn)量比較困難，增加種植密度是現(xiàn)代玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展中提升籽粒產(chǎn)量的重要栽培技術(shù)之一［37-38］。然而，隨著種植密度的不斷提升，耕層中的根系變得十分擁擠，根系對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育所需空間和水肥等資源的競(jìng)爭(zhēng)加劇，造成根系功能減弱和衰老加快；根系的過早衰亡，會(huì)引起地上部綠色葉面積下降，葉片的光合能力下降，光合持續(xù)期縮短，群體物質(zhì)生產(chǎn)能力減弱，當(dāng)群體增產(chǎn)效應(yīng)彌補(bǔ)不了單株物質(zhì)生產(chǎn)能力下降時(shí)，玉米籽粒產(chǎn)量隨種植密度的增加呈下降趨勢(shì)［39-41］。因此，玉米籽粒產(chǎn)量隨種植密度的提升不會(huì)一直增加，而是表現(xiàn)為先增加后減小的變化趨勢(shì)，呈“二次曲線”關(guān)系［17］。本研究結(jié)果顯示，2種耕作方式下，玉米籽粒產(chǎn)量隨種植密度的變化規(guī)律與前人研究結(jié)果一致。研究發(fā)現(xiàn)，深松耕作可以打破堅(jiān)實(shí)的犁底層，降低耕層緊實(shí)，提高耕層肥水利用率，破除根系向下生長(zhǎng)壁壘，營(yíng)造了良好的根系生長(zhǎng)土壤環(huán)境，緩解了根系衰老，延長(zhǎng)了根系功能期，能夠?yàn)榈厣喜恐仓晟L(zhǎng)持續(xù)供給營(yíng)養(yǎng)，優(yōu)化了群體冠層結(jié)構(gòu)，增加了群體中下部光能透過率，改善了葉片光合能力，緩解了花后葉片衰老，延長(zhǎng)了光合時(shí)間，增強(qiáng)了群體物質(zhì)生產(chǎn)能力，從而增加了群體的耐密性，實(shí)現(xiàn)提密增產(chǎn)［32，42-43］。本研究結(jié)果顯示，相對(duì)于常規(guī)耕作處理，深松耕作處理下的籽粒產(chǎn)量和種植密度二次曲線的極值明顯后移，最佳種植密度由8.28萬株/hm2提升為9.09萬株/hm2，平均增產(chǎn)8.4%。說明在提升種植密度時(shí)，通過深松耕作可以減輕密度帶來的負(fù)面影響，提高最佳種植密度，增加籽粒產(chǎn)量。

深松耕作緩解了土壤緊實(shí)，增加了土壤含水量，促進(jìn)了根系生長(zhǎng)，維持了地上部高效的光合特性，且延長(zhǎng)了根系和葉片的功能期，提高了最佳種植密度，從而進(jìn)一步提升了籽粒產(chǎn)量。因此，在黃淮海地區(qū)可以通過深松耕作實(shí)現(xiàn)提密抗衰增產(chǎn)。

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