平作寬窄行技術對春玉米產量調控效應研究

史 磊,王大為,隋陽輝,常 程,張書萍,肖萬欣

(遼寧省農業科學院玉米研究所,遼寧 沈陽 110161)

現階段遼寧玉米主要栽培模式還是旋耕壟作[1],玉米壟作栽培從整地到秋收,農機具作業至少7 ～8 次,整個生長季節平均耗油70 ～90 L/hm2。 研發玉米低碳高產耕作栽培技術對保障糧食安全、發展低碳農業具有重要的現實意義[2]。 玉米少免耕平作技術比常規壟作可減少作業環節和機具作業次數, 可節約柴油22.2 L/hm2,推廣應用平作技術是應對氣候變化、發展低碳農業的一項有效技術措施[2]。 深松是區別于犁翻、旋耕的一種機械整地技術,它的最大好處是既疏松土壤,又不破壞土壤的團粒結構,且對土壤的自我修復起到保護作用。 改壟作為平作,秋季深松結合少免耕利于春季土壤保墑,土地平整適合機械化作業[3]。 通過調配種植株距、行距改變玉米種植的空間布局,有助于改善田間微環境,提高光、熱等資源的利用效率,寬窄行種植是調整空間布局的方法之一[4]。 平作寬窄行技術又稱寬窄行倒茬平作,就是在秋季滅茬時,總面積內行數不變的情況下,將均勻行距改為寬窄行。寬行視為休耕帶,窄行視為種植帶。 以后每年寬窄行交替耕作[5～6]。 此項技術實現了寬窄行間輪休作業,種養結合提升土壤綜合利用率;寬窄行創造了邊行,更有利于作物光合作用和通風,無形中提升玉米畝產量。 有報道證實:吉林部分地區采用此項技術,有效節約生產成本20%,提升畝產量在10%左右[7]。

本試驗以鄭單958 為材料,探討平作寬窄行與秋季深松少免耕技術相結合對春玉米產量形成的調控效應,旨在為遼寧春玉米區推廣平作寬窄行技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2020 年在遼寧省沈陽市沈北新區小洋河村進行,品種為鄭單958(ZD958),播種密度為6.75×104株/hm2,采用大區試驗對比法,試驗設5 個種植模式,分別為:平作勻行(滅茬平作,等行距60 cm 種植,A)、平作寬窄行(滅茬平作,寬窄行種植:寬行距80 cm,窄行距40 cm,B)、平作寬窄行+深松(在B 模式的基礎上增加秋季深松35 cm,C)、常規壟作(春季旋耕起壟,等行距60 cm 種植,CK)、常規壟作+深松(在CK 模式基礎上加秋季深松35 cm,D)。 每種模式種植20行,占地0.1 hm2,不設重復。 試驗春季隨機械播種1 次性施入玉米專用緩控釋肥,總養分量為純N 234 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2,田間管理略高于大田生產水平。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 土壤物理性質

環刀法調查播種行0 ～15、15 ～25 和25 ～35 cm 土壤容重。

1.2.2 葉面積指數

于拔節期(6 月下旬)、吐絲期(7 月下旬)和收獲期(9 月下旬)各處理選取5 個代表性樣點,每點取代表性植株5 株,測定整株綠葉的葉長和葉寬,采用長寬系數法計算單株葉面積及換算葉面積指數。

1.2.3 干物質積累與分配

在拔節期、吐絲期和收獲期,將測定綠葉面積的樣株,105 ℃殺青30 min,85 ℃烘干至恒重后稱重;其中收獲期需分解為莖鞘、葉片、苞葉、穗軸和子粒5 部分后再分別烘干稱重,收獲指數= 籽粒干重/總重×100。

1.2.4 凈同化率

前一次平均葉面積記為LA1,前一次植株平均干重記為W1,時間記為T1;若干天后重復上述測定得LA2 和W2,時間記為T2。

計算凈同化率的公式為:

1.2.5 測產與考種

每個處理3 點取樣,每點 20 m2,記錄實收株數、穗數、總穗重,按均值法取代表性20 個果穗考種,測定穗長、穗粗、禿尖長、穗行數、行粒數、穗粒數、含水率、百粒重、出籽率等指標,實際產量(14%含水量)按照實收的玉米穗重、收獲面積、出籽率與籽粒含水率進行折算。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2019 進行數據處理,用DPS 9.5 進行Duncan 法差異顯著性分析與方差分析。

2 結果與分析

2.1 種植模式對土壤容重的影響

由表1 可知,在0 ～15 cm 土層,平作各處理平均土壤容重大于壟作各處理12.4%(P＜0.05);在15～25 cm 土層,平作各處理和壟作各處理的土壤容重基本一致,無顯著差異;在25 ～35 cm 土層,常規壟作處理土壤容重最大,略大于平作勻行和平作寬窄行處理4.1%,顯著大于平作和壟作的深松處理,達10.7%;在15 ～25 cm 和25 ～35 cm 土層,深松各處理土壤容重分別低于未深松處理4.4%和8.0%(P＜0.05)。

表1 種植模式對土壤容重的影響 (g/cm3)

2.2 種植模式對玉米葉面積指數的影響

如圖1 所示,拔節期平作3 個處理葉面積指數較高,但各處理間相差不大;吐絲期平作寬窄行+深松處理葉面積指數顯著高于壟作2 個處理,分別比常規壟作+深松和常規壟作高24.5%和46.8%,壟作+深松比常規壟作高18.0%;成熟期平作寬窄行+深松處理葉面積指數仍然較高,分別高于平作勻行、常規壟作和常規壟作+深松處理25.3%、38.7%和46.4%,其他4 個處理間差異不顯著。

圖1 種植模式對玉米葉面積指數的影響

2.3 種植模式對干物質積累與分配的影響

如圖2 所示,拔節期平作各處理干物質量顯著高于壟作各處理;吐絲期平作寬窄行各處理干物質量顯著高于常規壟作處理,其中平作寬窄行+深松比常規壟作高4.4%;成熟期平作寬窄行各處理干物質量顯著高于其他處理,其中平作寬窄行處理較平作勻行、常規壟作和常規壟作+深松處理高9.4%、8.5%和6.4%。 由表2 可知,常規壟作處理葉片和穗軸占比略高于其他處理;壟作各處理莖鞘占比平均為19.7%,比平作各處理平均高2.2 個百分點(P＜0.05);平作寬窄行處理苞葉占比略高于其他處理(P＜0.05);平作寬窄行+深松收獲指數為54.6%,分別比平作勻行、常規壟作+深松和常規壟作高2.1、3.4 和4.1 個百分點(P＜0.05)。

圖2 種植模式對玉米干物質積累量的影響

表2 種植模式對玉米干物質分配的影響

2.4 種植模式對凈同化率的影響

如圖3 所示,出苗—拔節期,平作各處理凈同化率顯著高于壟作各處理, 前者平均為3.77 g/m2·d,比后者平均高34.5%;拔節—吐絲期,平作寬窄行2 個處理和壟作+深松處理的凈同化率顯著高于常規壟作和平作勻行處理,其中平作寬窄行+深松凈同化率為13.6 g/m2·d 比常規壟作高10.6%;吐絲—成熟期,平作寬窄行2 個處理和壟作+深松處理的凈同化率依舊保持較高的生理水平,平均為13.4 g/m2·d,而平作勻行和常規壟作下降的較快,平均為11.2 g/m2·d 顯著低于其他處理。

圖3 種植模式對玉米凈同化率的影響

2.5 種植模式對考種指標的影響

如表3 可知,平作各處理和壟作深松處理的穗行數與行粒數均大于常規壟作,其中平作寬窄行+深松處理穗行數與行粒數最多,分別比常規壟作高6.5%和11.1%(P＜0.05);平作寬窄行+深松處理的穗粒數顯著大于其他處理,平作勻行、平作寬窄行和壟作深松處理間差異不顯著,常規壟作最低;各處理中平作寬窄行+深松處理穗長和穗粗最大,分別比常規壟作大9.2%和5.8%;不同種植模式對果穗禿尖長影響較大,與壟作模式比,平作模式禿尖長度更短,平均降低14.0%;不同種植模式中,深松各處理籽粒百粒重較高,平作寬窄行+深松處理和常規壟作+深松處理分別比常規壟作增加6.2%和4.2%(P＜0.05)。

表3 種植模式對考種指標的影響

表4 玉米籽粒產量與相關性狀相關分析

2.6 種植模式對玉米產量的影響

由圖4 可知,不同種植模式下玉米產量差異顯著,產量從高到底依次為平作寬窄行+深松、平作寬窄行、平作勻行、常規壟作+深松和常規壟作;平作寬窄行+深松處理產量略高于平作寬窄行處理,平作寬窄行+深松處理籽粒產量為12.9 t/hm2,分別比平作寬窄行、平作勻行、常規壟作+深松和常規壟作增產1.6%、12.2%、14.2%和19.4%。

圖4 種植模式對玉米產量的影響

2.7 玉米籽粒產量與其他性狀相關分析

通過對不同種植模式下各性狀試驗數據進行相關分析,結果表明,玉米籽粒產量與穗行數、穗長和百粒重呈正相關,與葉面積指數(5%)、收獲指數(1%)、凈同化率(5%)、行粒數(5%)、穗粒數(5%)、穗粗(5%)呈顯著正相關、與禿尖長(5%)呈顯著負相關。

3 結論與討論

種植方式能夠調整株行距配置,使植株獲得合理的空間分布,改善群體的冠層結構,增強田間通風透光能力,從而有利于植物生長[8]。 寬窄行種植通過調控行距配置,改善冠層的光分布,顯著提高了粒數和粒重,較等行距種植可提高產量13%[9]。 本研究表明:與平作勻行相比,平作寬窄行顯著提高了凈同化率(拔節—成熟)、收獲指數和穗粒數,提高產量10.4%;隨著玉米生育時期的推移,不同種植模式下干物質積累量逐漸增加,吐絲后平作寬窄行干物質量顯著高于平作勻行和常規壟作,這與劉欣芳等[10]研究結果一致。

遼寧人均耕地面積少,長年采用小動力農機作業,使耕層變淺,再經機械壓實,土壤容重顯著增加,導致土壤板結,耕地退化,土壤肥力下降[11]。 通過田間機械深松作業,打破犁底層,疏松土壤,降低了容重和緊實度,改善耕層結構[12]。深松通過改善耕層土壤環境,促進深層根系生長,減少表層根系擁擠,緩解了密植群體單株根系對肥水資源的競爭,顯著提高了千粒重,增加產量12%左右[13]。 鄧智惠等研究表明,深松比旋耕處理土壤容重平均下降 3.55%[14]。 本研究表明:秋季深松降低了耕層土壤容重,尤其在較深土層(15～35 cm),土壤容重降低了4.4%～8.0%,促進了根系向下生長,強化了對養分和水分的吸收和對植株的支撐作用,為玉米增產打下堅實的基礎;深松還顯著提高了玉米凈同化率、穗粒數和百粒重,增產4.6%。

當前,利用單項栽培技術實現玉米產量提高變得日益艱難,通過利用多項高產栽培措施形成優化栽培模式,提高玉米群體豐產性,實現對自然資源的高效利用已成為玉米穩產增效的主要途徑[15]。 本研究將平作寬窄行與秋季深松技術有機結合形成一套新的栽培模式,與傳統勻行壟作相比,該模式顯著提高了玉米葉面積指數、干物質量、凈同化率、穗粒數和百粒重等,測產結果表明,籽粒產量提高19.4%。

遼寧的遼西、遼中和遼北地區為本省春玉米主產區,其中遼西地區光熱資源豐富但是水資源匱乏,遼中、遼北雖然常年降雨量在500 mm 以上,但是生長季雨量分布不均,春旱時有發生,傳統的深松多選擇在春季,但無論在播前還是苗期深松都會對土壤過多攪動,使得本就不多的土壤含水量下降更快。 經過多年研究發現,秋季深松結合平作少免耕技術的應用,不但減少了春季對土壤的擾動,還能有效積累冬季降水,有利于春季土壤墑情的改善。 平作寬窄行作為一種非均勻行栽培技術在我國北方地區推廣廣泛,相較于二比空、三比空和偏壟寬窄行等技術,具有農業機具配套率高、播種質量高、減少旋耕起壟作業程序、降低生產成本和碳排放等優點。 此外,還可以與水肥一體化、苗帶深松、秸稈還田、保護性耕作相結合。 因此,平作寬窄行與秋季深松技術的有機結合既在理論上有豐產增效的作用,又在生產上具有良好的發展前景。