穆心愿，趙霞，谷利敏，冀保毅，丁勇，張鳳啟，張君，齊建雙，馬智艷，夏來坤，唐保軍

秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米產(chǎn)量及干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

穆心愿1，趙霞1，谷利敏1，冀保毅2，丁勇1，張鳳啟1，張君1，齊建雙1，馬智艷1，夏來坤1，唐保軍1

（1河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/河南省玉米生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450002；2信陽農(nóng)林學(xué)院，河南信陽 464000）

【】科學(xué)客觀評(píng)價(jià)秸稈直接還田的綜合效應(yīng)，對(duì)提高秸稈資源利用率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展意義重大。本研究在黃淮海冬小麥-夏玉米一年兩熟區(qū)設(shè)置大田定位試驗(yàn)，探究不同基因型夏玉米對(duì)秸稈還田量的響應(yīng)，為該區(qū)秸稈還田技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)和秸稈還田量的優(yōu)化提供依據(jù)。試驗(yàn)于2017年10月至2018年10月在河南原陽進(jìn)行，采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置秸稈還田量和基因型兩個(gè)因素。秸稈還田因素為主區(qū)，設(shè)置4個(gè)秸稈還田量處理，分別為秸稈不還田（S0）、半量秸稈還田（S1）、全量秸稈還田（S2）和倍量秸稈還田（S3）；基因型為副區(qū)，供試品種分別為浚單20（XD20）和鄭單958（ZD958）。分析2個(gè)品種在不同秸稈還田量處理下葉面積指數(shù)（LAI）、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)量性狀的差異。與秸稈不還田處理相比，秸稈還田能維持玉米花后較高的葉面積指數(shù)，且基因型與秸稈還田量間存在顯著的交互作用。玉米開花期，XD20和ZD958的LAI均隨秸稈還田量的增加而增加，在S3處理下最高。玉米成熟期，XD20和ZD958的LAI降幅隨秸稈還田量增加而呈先降后升的趨勢(shì)，XD20在S1處理下最低，ZD958在S2處理下最低；且2個(gè)品種成熟期LAI隨秸稈還田量增加呈先升后降的趨勢(shì)，XD20在S1處理下最高，ZD958在S2處理下最高?；ê筝^高的葉面積指數(shù)有利于玉米花后維持較高的干物質(zhì)生產(chǎn)能力，從而顯著提高花后干物質(zhì)積累量，優(yōu)化干物質(zhì)積累與分配特性。基因型和秸稈還田量互作顯著影響花前營養(yǎng)器官的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（DMR）和轉(zhuǎn)運(yùn)率（DMRE）、花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率（DMRCG）、花后干物質(zhì)積累量（DMAA）及其對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率（DMAACG）。隨秸稈還田量增加，XD20花前營養(yǎng)器官（莖鞘+葉片）的DMR、DMRE和DMRCG呈先降后升趨勢(shì)，均在S1處理下最低，而花后DMAA和DMAACG則呈先升后降趨勢(shì)，均在S1處理下達(dá)到最高值；ZD958花前營養(yǎng)器官（莖鞘+葉片）的DMR、DMRE和DMRCG以及花后DMAA均呈先升后降趨勢(shì)，均在S2處理最高。玉米花后干物質(zhì)積累量的增加，有利于增加粒重，進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量。與S0處理相比，S1、S2和S3處理均提高了玉米籽粒產(chǎn)量，但玉米籽粒產(chǎn)量并未隨著還田量的增加而持續(xù)增加；XD20在S1處理下2年籽粒產(chǎn)量最高，2年平均高于其他處理3.5%—17.7%，ZD958在S2處理下2年籽粒產(chǎn)量最高，2年平均高于其他處理0.4%—16.8%。在黃淮海冬小麥-夏玉米一年兩熟潮土區(qū)，適量秸稈還田可延緩玉米生育后期葉片衰老進(jìn)程，優(yōu)化玉米干物質(zhì)積累與分配特性，提高花后干物質(zhì)積累量，增加粒重，進(jìn)而提高玉米籽粒產(chǎn)量。但不同基因型玉米對(duì)秸稈還田量的響應(yīng)有很大差異，在推廣秸稈還田時(shí)，不僅要考慮秸稈還田量，還要考慮作物遺傳因素對(duì)秸稈還田效應(yīng)的影響。

秸稈還田量；夏玉米；基因型；干物質(zhì)；轉(zhuǎn)運(yùn)

0 引言

【研究意義】我國是農(nóng)業(yè)大國，每年可產(chǎn)生約9億多噸的農(nóng)作物秸稈[1]。農(nóng)作物秸稈是一種重要的生物質(zhì)資源，如何科學(xué)、高效地利用該資源已成為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)面臨的緊迫問題。作物秸稈蘊(yùn)藏著大量有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素，將其直接或間接還田后既能改善土壤物理及生物狀況，還可以顯著減少農(nóng)田化肥施用量[2-3]。近年來，秸稈直接還田已成為增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、培肥地力的重要措施而被大面積推廣應(yīng)用。但在實(shí)際生產(chǎn)中，秸稈還田存在配套技術(shù)不完善、量化不合理、操作不當(dāng)?shù)葐栴}，進(jìn)而導(dǎo)致秸稈還田正負(fù)效應(yīng)并存的生產(chǎn)現(xiàn)狀[4-5]。深入了解秸稈還田的生理生態(tài)效應(yīng)，對(duì)優(yōu)化秸稈還田技術(shù)及建立秸稈還田技術(shù)綜合評(píng)價(jià)體系具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】秸稈還田一方面能改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)[6-7]、增強(qiáng)土壤滲水保水能力[8-9]，補(bǔ)充土壤養(yǎng)分[10-11]、增加土壤碳庫[12-13]，改善土壤微生態(tài)環(huán)境[14-16]，起到培肥土壤的作用；另一方面還可以促進(jìn)作物根系生長，提高作物葉片凈光合速率和蒸騰速率，促進(jìn)植株干物質(zhì)積累，有利于作物籽粒產(chǎn)量和水分利用效率的提高[17-20]。前人研究表明，并不是秸稈還田量越高，作物就會(huì)增產(chǎn)越多，因秸稈還田對(duì)產(chǎn)量的影響受土壤類型、氣候條件、還田方式、耕作方式、施肥以及水分管理等的綜合影響，在最適宜秸稈還田量上前人研究結(jié)果并不一致[4-5, 21-23]。殷文等[21, 24]研究表明，在水資源短缺的河西綠洲灌區(qū)，與傳統(tǒng)低茬收割翻耕處理相比，少耕秸稈覆蓋還田具有保墑蓄水、抑制蒸發(fā)、協(xié)調(diào)作物需水矛盾的作用，顯著增加作物產(chǎn)量和水分利用效率。趙亞麗等[20, 25]研究表明，在黃淮海冬小麥-夏玉米一年兩熟區(qū)，小麥季深耕/深松秸稈還田和玉米季免耕秸稈覆蓋還田更有利于改善土壤結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)、增強(qiáng)土壤微生物活性、提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。郭海斌等[26]研究表明，在黃淮海冬小麥-夏玉米一年兩熟區(qū)，深耕加秸稈還田對(duì)壤土物理性狀的改良效果和對(duì)作物的增產(chǎn)效果優(yōu)于黏土。楊晨璐等[27]研究表明，在陜西關(guān)中地區(qū)麥玉復(fù)種體系下，長期秸稈全量還田配減量施氮在保證冬小麥及夏玉米維持較高產(chǎn)量的情況下，還能顯著改善作物水肥利用情況。在半干旱區(qū)，周年高量秸稈粉碎還田處理（小麥秸稈9 000 kg·hm-2+玉米秸稈13 500 kg·hm-2）的土壤蓄水能力、水分利用率較中低量秸稈還田處理高，作物增產(chǎn)幅度大[28]。在稻麥周年兩熟模式下，前人研究結(jié)果顯示50%稻麥秸稈還田處理的土壤培肥效果明顯，小麥的增產(chǎn)效果最好[10]。不同株型夏玉米水分利用效率對(duì)秸稈覆蓋的反應(yīng)也有差異，秸稈覆蓋顯著增加平展型和緊湊型玉米籽粒產(chǎn)量，但對(duì)緊湊型玉米水分利用效率的提高作用要優(yōu)于平展型[29]。不同小麥品種對(duì)秸稈還田的響應(yīng)也有較大差異，秸稈還田對(duì)分蘗成穗率強(qiáng)的小麥品種產(chǎn)量影響不大，卻顯著降低了分蘗力弱的大穗型品種產(chǎn)量，但秸稈還田能顯著提高強(qiáng)筋小麥面粉的蛋白質(zhì)含量，延長弱筋小麥的面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，改善小麥加工品質(zhì)[30]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人的研究多關(guān)注秸稈還田的方式、時(shí)間、數(shù)量、施肥等方面對(duì)秸稈還田效果的影響，雖然已基本明確秸稈還田對(duì)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響以及對(duì)改良土壤的重要作用，但作物遺傳特性對(duì)秸稈還田效果的響應(yīng)，尤其是在黃淮海小麥-玉米一年兩熟區(qū)不同基因型玉米的適宜秸稈還田量是否一致，尚缺乏系統(tǒng)研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在黃淮海小麥-玉米一年兩熟區(qū)，設(shè)置了不同秸稈還田量的定位試驗(yàn)，通過分析不同基因型夏玉米在不同秸稈還田量處理下葉片衰老特性、干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性和產(chǎn)量性狀的差異，研究秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米產(chǎn)量及干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，探討作物遺傳特性對(duì)秸稈還田效果的響應(yīng)，為優(yōu)化秸稈還田技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年10月至2018年10月，在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)示范基地（河南原陽，35°01′ N、113°42′ E，海拔63.40 m）進(jìn)行。該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，多年平均氣溫14.5℃，降雨量549.9 mm，日照時(shí)數(shù)1 925.1 h，無霜期220 d。種植制度為小麥-玉米一年兩熟輪作制，試驗(yàn)地土壤類型為潮土，耕層（0—20 cm）土壤基本化學(xué)性質(zhì)為全氮含量1.17 g·kg-1，全磷含量0.76 g·kg-1，全鉀含量19.36 g·kg-1，堿解氮含量52.35 mg·kg-1，有效磷含量85.99 mg·kg-1，速效鉀含量226.35 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量8.21 g·kg-1。2017和2018年6至9月份玉米生長季總降雨量分別為285.0 mm和321.6 mm，低于歷年（1980—2018年）平均降雨量433.6 mm，生長季內(nèi)自然降水分布不均，需要補(bǔ)充灌溉。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)在小麥玉米輪作制度上，采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置秸稈還田量與玉米基因型兩個(gè)因素。主因素為秸稈還田量處理，對(duì)小麥季和玉米季設(shè)置相當(dāng)?shù)慕斩掃€田量，共4個(gè)處理，分別是無秸稈還田（S0）、半量秸稈還田（S1）、全量秸稈還田（S2）和倍量秸稈還田（S3）。秸稈還田量均按當(dāng)季生產(chǎn)的地上部秸稈干物質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，以當(dāng)季各處理生產(chǎn)秸稈量的平均值作為全量秸稈還田量，并以此為基礎(chǔ)計(jì)算半量秸稈還田量和倍量秸稈還田量。在小麥和玉米成熟后，對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行取樣，測(cè)定每個(gè)小區(qū)當(dāng)季生產(chǎn)的地上部秸稈干物質(zhì)量，用以計(jì)算平均秸稈量，每年度產(chǎn)生平均秸稈量如表1所示。小麥和玉米成熟收獲后，S1處理各小區(qū)根據(jù)計(jì)算的秸稈還田量把小區(qū)內(nèi)多余的秸稈人工移出試驗(yàn)地，S3處理各小區(qū)根據(jù)計(jì)算的秸稈還田量把不足的秸稈量人工均勻撒施進(jìn)去，S2處理各小區(qū)根據(jù)計(jì)算的秸稈還田量多去少補(bǔ)，S0處理則將夏玉米和冬小麥秸稈全部移出試驗(yàn)地。夏玉米秸稈經(jīng)秸稈還田機(jī)粉碎后，在冬小麥播種前結(jié)合土壤耕作翻入土壤進(jìn)行秸稈翻埋還田；冬小麥秸稈經(jīng)秸稈還田機(jī)粉碎后，地表覆蓋還田，夏玉米貼茬播種。副因素為基因型，設(shè)置2個(gè)玉米品種，分別為鄭單958（ZD958）和浚單20（XD20），播種密度為67 500株/hm2，行距60 cm。試驗(yàn)小區(qū)面積為36 m2（3.6 m×10 m），3次重復(fù)。

表1 每年度產(chǎn)生的平均秸稈量

試驗(yàn)于2015年10月開始定位，共進(jìn)行了6季，本研究為2017年和2018年的夏玉米季。肥料選用小麥和玉米專用復(fù)合肥，冬小麥氮磷鉀施用量為N 187.5 kg·hm-2、P2O597.5 kg·hm-2、K2O 45 kg·hm-2，在小麥播種時(shí)一次性基施；夏玉米氮磷鉀施用量為N 210 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、K2O 45 kg·hm-2，于玉米拔節(jié)期一次性開溝施入。冬小麥于每年10月中旬播種，6月上旬收獲，夏玉米于每年6月中旬播種，10月上旬收獲。試驗(yàn)小區(qū)的其他田間管理同大田生產(chǎn)規(guī)范。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 葉面積指數(shù)（LAI） 于玉米開花期和成熟期，每小區(qū)選取5株有代表性、長勢(shì)均勻一致的植株，在田間采用長寬系數(shù)法測(cè)量活體植株單株綠葉面積，計(jì)算葉面積指數(shù)（LAI）。

1.3.2 干物質(zhì)積累量及轉(zhuǎn)運(yùn) 于玉米開花期和成熟期，各小區(qū)分別選取3株有代表性、長勢(shì)均勻一致植株的地上部分，并將地上部植株進(jìn)行分類。開花期分為莖鞘（莖桿+葉鞘）、葉片和雌穗3個(gè)部分，成熟期分為莖鞘（莖桿+葉鞘）、葉片、苞軸（苞葉+穗軸）和籽粒4個(gè)部分，然后把樣品放入烘箱中105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重，冷卻至室溫后用百分之一天平稱重，計(jì)算開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率[31-32]：

開花期干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（g/plant）=開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量-成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量；

開花期干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率（%）=開花期干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量×100；

開花期干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率（%）=開花期干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干物質(zhì)積累量×100；

花后干物質(zhì)積累量（g/plant）=成熟期干物質(zhì)積累量-開花期干物質(zhì)積累量；

花后干物質(zhì)積累對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率（%）=100-開花期干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率。

1.3.3 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 于玉米成熟期收獲測(cè)產(chǎn)。每小區(qū)選取中間兩行收獲全部果穗，并從中挑選出10穗有代表性的果穗，用于測(cè)定穗粒數(shù)和百粒重，然后全部果穗進(jìn)行脫粒，并按14%含水量折算籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、處理間顯著性檢驗(yàn)（Duncan’s）。

2 結(jié)果

2.1 秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米葉面積指數(shù)（LAI）的影響

由表2可見，2個(gè)品種成熟期葉面積指數(shù)（LAIm）差異極顯著，秸稈還田量對(duì)開花期葉面積指數(shù)（LAIa）和成熟期葉面積指數(shù)（LAIm）的影響均達(dá)到顯著水平。開花期，相同秸稈還田量下，XD20的LAI與ZD958無顯著差異；成熟期，4個(gè)秸稈還田量處理下，XD20的LAI均顯著低于ZD958，2年平均分別低60.8%（S0）、43.6%（S1）、53.2%（S2）和66.7%（S3）。2017—2018年，XD20和ZD958開花期的LAI均隨秸稈還田量的增加而增加，以S3處理最高。成熟期，隨秸稈還田量的增加，XD20 2年LAI數(shù)據(jù)均呈先升后降的趨勢(shì)，以S1處理最高，2年平均分別比S0、S2、S3處理高出75.2%、8.8%、58.3%。ZD958在2018年成熟期的LAI隨秸稈還田量的增加呈先升后降的趨勢(shì)，以S2處理最高，且與S0處理差異顯著。

開花至成熟期，各處理LAI均逐漸降低，同一秸稈還田量下，XD20的LAI降幅顯著高于ZD958。另外，2個(gè)品種LAI的降幅均隨秸稈還田量的增加呈先降低后上升的趨勢(shì)，其中XD20在S1處理下降幅最小，ZD958在S2處理下降幅最小。2017年，XD20 4個(gè)秸稈還田量處理（S0、S1、S2和S3）LAI降幅分別為80.7%、71.8%、75.1%和82.9%，ZD958分別為44.0%、43.1%、41.1%和44.2%。2018年，XD20 4個(gè)秸稈還田量處理（S0、S1、S2和S3）LAI降幅分別為77.3%、63.4%、65.3%和78.8%，ZD958分別為44.1%、35.0%、26.1%和37.5%。試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈還田有利于玉米葉面積指數(shù)的提高及延緩后期衰老，但不宜過量，特別是XD20，倍量秸稈還田處理（S3）加速了其生育后期葉片衰老進(jìn)程。

表2 秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米葉面積指數(shù)（LAI）的影響

LAIa：開花期葉面積指數(shù)；LAIm：成熟期葉面積指數(shù)；G：基因型主效應(yīng)；S：秸稈還田量主效應(yīng)；G×S：基因型與秸稈還田量的交互效應(yīng)。不同小寫字母表示同一列同一品種下不同秸稈處理間差異顯著（＜0.05）。*，**分別表示在0.05、0.01水平上差異顯著。下同

LAIa: LAI at anthesis stage; LAIm: LAI at maturity stage; G: Main effect of genotypes; S: Main effect of straw returning amount; G×S: Interaction effect of genotypes and straw returning amount. Different letters in the same column mean significant differences among straw treatments under the same cultivar at 0.05 level. *and** represent significant at 0.05 and 0.01 probability levels. The same as below

2.2 秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米干物質(zhì)積累與分配的影響

2個(gè)品種開花期穗重和成熟期葉片重、苞軸重、籽粒重及總干物質(zhì)重差異達(dá)到顯著水平，秸稈還田量則顯著影響除成熟期葉片重外的其他指標(biāo)，基因型和秸稈還田量互作顯著影響成熟期莖鞘重、籽粒重及總干物質(zhì)重（表3）。同一秸稈還田量處理下，2個(gè)品種開花期葉片重、莖鞘重和總干物質(zhì)重?zé)o顯著差異，但XD20成熟期葉片重、苞軸重、籽粒重和總干物質(zhì)重顯著低于ZD958，分別低了27.7%、23.4%、9.5%和13.2%。XD20 4個(gè)秸稈還田量處理（S0、S1、S2和S3）開花期的葉片重和莖鞘重均無顯著差異，但隨還田量增加基本呈逐漸上升趨勢(shì)，而穗重隨還田量增加呈先升后降的趨勢(shì)，其中以S1處理最高；與S0處理相比，XD20在S1、S2和S3處理下的開花期總干物質(zhì)重分別提高了22.5%、17.9%和20.7%。ZD958開花期的葉片重、莖鞘重、穗重和總干物質(zhì)重均隨秸稈還田量的增加而增加；與S0處理相比，ZD958在S1、S2和S3處理下的開花期總干物質(zhì)重分別提高了4.5%、25.5%和33.4%。成熟期2個(gè)品種的葉片重、莖鞘重、苞軸重、籽粒重和總干物質(zhì)重均呈現(xiàn)隨秸稈還田量增加呈先升后降的趨勢(shì)，其中XD20在S1處理下最高，ZD958在S2處理下最高。與S0處理相比，XD20在S1、S2和S3處理下的成熟期總干物質(zhì)重分別高出30.6%、20.6%和0.3%，ZD958則分別高出7.8%、26.1%和20.7%。與花前干物質(zhì)積累量的規(guī)律不同，2個(gè)品種花后干物質(zhì)積累量均隨還田量增加呈先升后降的趨勢(shì)，其中XD20表現(xiàn)為S1＞S2＞S0＞S3，ZD958則表現(xiàn)為S2＞S3＞S1＞S0（表3—4）。試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈還田有利于玉米干物質(zhì)積累量的提高，但不同秸稈還田量處理下花前和花后的干物質(zhì)生產(chǎn)能力差異較大，適宜秸稈還田量不僅提高了花前干物質(zhì)生產(chǎn)能力，而且還增加了花后干物質(zhì)積累量，過量秸稈還田雖能增加花前干物質(zhì)積累量，但降低了花后干物質(zhì)生產(chǎn)能力。

表3 秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米干物質(zhì)積累量的影響

2.3 秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

表4顯示，品種間花前葉片和莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（DMR）和轉(zhuǎn)運(yùn)率（DMRE）、花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率（DMRCG）、花后干物質(zhì)積累量（DMAA）及其對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率（DMAACG）均有顯著差異，秸稈還田量處理間花前莖鞘的DMR、DMRE和DMRCG以及花后的DMAA和DMAACG均存在顯著差異，而基因型和秸稈還田量互作顯著影響花前葉片和莖鞘的DMR、DMRE和DMRCG以及花后的DMAA和DMAACG。XD20花前葉片和莖鞘的DMR、DMRE和DMRCG均顯著高于ZD958，而XD20的DMAA和DMAACG則顯著低于ZD958。2個(gè)品種花前葉片的DMR和DMRE均高于莖鞘，XD20花前葉片的DMR和DMRE分別是莖鞘的3.1倍和4倍，ZD958花前葉片的DMR和DMRE分別是莖鞘的1.1倍和1.6倍。2個(gè)品種花前營養(yǎng)器官（葉片+莖鞘）干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)小于花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率，XD20花前轉(zhuǎn)運(yùn)和花后同化貢獻(xiàn)率占比分別為15.6%和84.4%，ZD958分別為5.0%和95.0%。結(jié)果表明，品種間干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特性有較大差異，XD20營養(yǎng)器官的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率均高于ZD958，特別是XD20葉片干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)率過高，易造成其葉片早衰，不利于其后期葉片光合生產(chǎn)，影響花后干物質(zhì)積累。

XD20花前葉片的DMR、DMRE和DMRCG均隨秸稈還田量的增加呈先降低后上升的趨勢(shì)，其中S1處理最低，且S3處理顯著高于S0、S1和S2處理；莖鞘的DMR、DMRE和DMRCG均隨秸稈還田量的增加而增加，其中S3處理最高。ZD958花前葉片的DMR、DMRE和DMRCG隨秸稈還田量的增加呈先上升后降低的趨勢(shì)，處理間差異不顯著，其中S2處理最高；莖鞘的DMR、DMRE和DMRCG隨秸稈還田量的增加呈逐漸上升的趨勢(shì)，S3處理最高。XD20的DMAA和DMAACG隨秸稈還田量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中S1處理最高；ZD958的DMAA隨秸稈還田量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中S2和S3處理顯著高于S0和S1處理。結(jié)果表明，秸稈還田量對(duì)不同基因型玉米干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響存在顯著差異。與秸稈不還田相比，適量秸稈還田增加了XD20花后干物質(zhì)的積累量而減少了花前葉片干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，但過量秸稈還田卻降低了花后干物質(zhì)積累量，反而刺激了營養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)；對(duì)ZD958來說，適量秸稈還田不僅提高了花后干物質(zhì)積累量，還增加了花前營養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。

表4 秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米開花前后營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

DMR：干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量；DMRE：干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率；DMRCG：干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率；DMAA：花后干物質(zhì)積累量；DMACG：花后干物質(zhì)積累對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率

DMR: Dry matter remobilization; DMRE: Dry matter remobilization efficiency; DMRCG: Contribution of dry matter remobilization to grain; DMAA: Dry matter accumulation after anthesis; DMAACG: Contribution of dry matter accumulation after anthesis to grain

2.4 秸稈還田量對(duì)不同夏玉米品種籽粒產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表5可見，品種間公頃穗數(shù)差異不顯著，而2017年穗粒數(shù)及2年的百粒重和籽粒產(chǎn)量差異顯著。XD20 2年的百粒重和籽粒產(chǎn)量均顯著低于ZD958，2017年分別平均低12.3%和10.4%，2018年分別平均低13.3%和13.2%。秸稈還田量對(duì)公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)無顯著影響，但對(duì)百粒重和籽粒產(chǎn)量的影響達(dá)到顯著水平。隨秸稈還田量的增加，穗粒數(shù)呈逐漸增加趨勢(shì)，而百粒重和籽粒產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢(shì)。與S0處理相比，XD20在S1、S2和S3處理下的籽粒產(chǎn)量2年平均高出17.7%、13.7%和9.0%，ZD958則平均高出5.1%、16.8%和16.3%。表明秸稈還田有利于玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素及籽粒產(chǎn)量的提高，但不宜過量，其中半量秸稈還田處理（S1）更有利于XD20籽粒產(chǎn)量的增加，全量秸稈還田處理（S2）更有利于ZD958籽粒產(chǎn)量的增加。

3 討論

3.1 秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米產(chǎn)量的影響

秸稈還田作為農(nóng)田改土培肥的技術(shù)之一，能改善土壤物理及水肥狀況，有利于作物生長發(fā)育[17, 33, 18]。前人研究表明，秸稈還田有利于促進(jìn)玉米穗粒數(shù)和百粒重的增加，提高產(chǎn)量[27, 24]，但產(chǎn)量并不會(huì)隨著秸稈還田量的增加而一直增加，秸稈還田量過大增產(chǎn)幅度反而下降[34,10,22]，與本文研究結(jié)果一致。這可能是由于作物秸稈中C/N一般較高，秸稈還田會(huì)導(dǎo)致土壤C/N升高，特別是秸稈還田過量后，會(huì)導(dǎo)致土壤C/N失調(diào)，影響土壤微生物數(shù)量和活性，不僅造成秸稈腐解速率降低，還會(huì)導(dǎo)致微生物與作物爭(zhēng)奪氮素，造成土壤供氮不足，影響作物產(chǎn)量的提高[35-36, 23]。不同試驗(yàn)條件下，秸稈還田量對(duì)作物產(chǎn)量影響的結(jié)果存在較大差異。錢鳳魁等[34]研究表明，在東北半干旱區(qū)，秸稈還田量在0—12 000 kg·hm-2時(shí)，玉米產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)，超過18 000 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。折翰非等[37]研究發(fā)現(xiàn)，在降水量偏低的西北旱作區(qū)，雙壟溝播玉米結(jié)合秸稈還田的還田量不應(yīng)過高，還田量在6 000—9 000 kg·hm-2時(shí)為宜，玉米產(chǎn)量及水分利用效率較高。在黃淮海麥玉兩熟區(qū)，郭靜等[38]研究結(jié)果顯示，在砂姜黑土上，2/3秸稈量深耕翻還田的秸稈還田效應(yīng)最好，玉米產(chǎn)量最高；董亮等[39]研究表明，在潮土上，隨秸稈還田量的增加，土壤養(yǎng)分含量和作物產(chǎn)量均呈先升后降的趨勢(shì)，周年100%秸稈還田量下小麥和玉米產(chǎn)量最高。綜合前人研究結(jié)果可以看出，作物適宜秸稈還田量受土壤質(zhì)地、氣候條件、種植制度、具體的還田量等因素的影響。本試驗(yàn)條件下，秸稈還田有利于玉米產(chǎn)量的提高，但增產(chǎn)幅度隨秸稈還田量的增加而先升后降，且不同基因型玉米出現(xiàn)最大增產(chǎn)幅度時(shí)的秸稈還田量存在差異，浚單20在半量秸稈還田下增產(chǎn)幅度最高，而鄭單958在全量秸稈還田下增產(chǎn)幅度較高。由此可見，適宜秸稈還田量也與玉米基因型有關(guān)，不同基因型玉米間適宜作物增產(chǎn)的秸稈還田量有較大差異。這可能與不同基因型玉米碳氮代謝的差異和秸稈腐解過程中土壤氮素的消耗有關(guān)。萇建峰等[40]研究表明，鄭單958的碳氮代謝協(xié)調(diào)性要優(yōu)于浚單20，鄭單958較浚單20耐低氮。而隨著秸稈還田量的增加，秸稈對(duì)土壤全氮消耗的緩沖效果先增后減[10]，使得不同秸稈還田量下土壤氮素可利用性存在差異，這就造成不同氮效率玉米品種對(duì)秸稈還田量的響應(yīng)不一致。

表5 秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

玉米產(chǎn)量水平的高低是產(chǎn)量三要素共同作用的結(jié)果，產(chǎn)量構(gòu)成因素在產(chǎn)量形成中的作用與品種特性和環(huán)境條件有關(guān)[41]。從產(chǎn)量構(gòu)成看，本研究結(jié)果表明玉米公頃穗數(shù)受秸稈還田量的影響相對(duì)較小，而穗粒數(shù)和百粒重則較易受其影響，這與郭靜等[38]的研究結(jié)果保持一致。隨秸稈還田量增加，玉米穗粒數(shù)增加，而百粒重則先增加后下降，浚單20在半量秸稈還田下百粒重最高，鄭單958在全量秸稈還田下百粒重最高。由此可見，適宜秸稈還田量下，百粒重和穗粒數(shù)的協(xié)同增加是玉米增產(chǎn)的主要原因。有研究表明，過量秸稈還田會(huì)影響作物的出苗率和幼苗質(zhì)量，造成有效穗數(shù)下降，如小麥和水稻[22]。而在秸稈還田條件下，影響玉米公頃穗數(shù)的主要原因是秸稈纏繞影響播種和茬口太高影響幼苗生長[42]。本試驗(yàn)條件下，玉米采用貼茬免耕播種方式，秸稈經(jīng)秸稈還田機(jī)粉碎后覆蓋還田，且播后及時(shí)澆蒙頭水，各處理下玉米的出苗率和苗期質(zhì)量無顯著差異。秸稈粉碎覆蓋還田有利于提高土壤含水率、平衡和改善耕層土壤溫度，較好地滿足玉米生長對(duì)土壤溫度和水分的需求[43]。SHEN等[29]研究表明，在旱作區(qū)，秸稈覆蓋可以改善土壤水分供給平衡，提高緊湊型玉米籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。

3.2 秸稈還田量對(duì)不同基因型夏玉米干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

干物質(zhì)積累與分配是玉米籽粒產(chǎn)量形成的重要因素[44]，玉米花后干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[45]。游來勇等[22]研究表明，秸稈還田有利于小麥生育后期干物質(zhì)累積，秸稈還田量與成熟期干物質(zhì)累積量存在正效應(yīng)。在本試驗(yàn)中，不同秸稈還田量顯著影響了玉米干物質(zhì)積累，秸稈還田促進(jìn)玉米整個(gè)生育期的干物質(zhì)積累，隨秸稈還田量增加，花前干物質(zhì)積累量增加，但花后干物質(zhì)積累量卻呈先增加后降低趨勢(shì)。這說明，秸稈還田量與玉米花前干物質(zhì)積累呈正相關(guān)關(guān)系，但過量秸稈還田不利于玉米花后光合產(chǎn)物積累，從而影響產(chǎn)量形成。分析原因可能是開花期前是玉米根莖葉等營養(yǎng)器官旺盛生長的營養(yǎng)生長階段，加上拔節(jié)期施肥和秸稈覆蓋保水效果突出，充足的土壤水肥條件更有利于玉米的生長發(fā)育。玉米生育后期是玉米籽粒灌漿的關(guān)鍵時(shí)期，也是植株生理功能漸進(jìn)衰退時(shí)期，另外，隨著秸稈腐解對(duì)土壤氮素的消耗，過量秸稈還田可能會(huì)造成玉米生育后期脫肥早衰，影響光合產(chǎn)物積累。2年結(jié)果表明，玉米成熟期葉面積指數(shù)隨秸稈還田量增加呈先升后降趨勢(shì)，而葉面積指數(shù)降幅呈先降后升趨勢(shì)，說明適量秸稈還田可以延緩玉米生育后期葉片衰老進(jìn)程，增強(qiáng)花后干物質(zhì)生產(chǎn)能力，有利于增加粒重。鄭偉等[46]研究表明，適量秸稈還田（9 000 kg·hm-2）可顯著抑制冬小麥灌漿中后期旗葉葉綠素降解，提高旗葉超氧化物岐化酶活性和凈光合速率，而過量秸稈還田（15 000 kg·hm-2）則加速了小麥葉片衰老。

相關(guān)研究表明，不同基因型玉米間的光合特性、干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)及灌漿特性均存在顯著差異[47-48]，且不同基因型玉米對(duì)環(huán)境因素的響應(yīng)會(huì)有不同[49-50]。萇建峰等[40]研究表明，在低氮條件下，鄭單958營養(yǎng)器官氮優(yōu)先向葉片轉(zhuǎn)移，能保持較好的持綠性；浚單20在低氮條件下氮的吸收量較低，缺乏優(yōu)先供應(yīng)葉片的機(jī)制，易早衰。這就使得浚單20在不同土壤水肥條件下光合物質(zhì)生產(chǎn)能力差異較大，而鄭單958差異較小。本試驗(yàn)中，浚單20和鄭單958干物質(zhì)積累與分配對(duì)秸稈還田量的響應(yīng)有較大差異，半量秸稈還田最有利于浚單20提高花后干物質(zhì)積累量及其對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率，而降低花前葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)移、延緩葉片衰老進(jìn)程；而全量秸稈還田不僅提高鄭單958花后干物質(zhì)積累量，還促進(jìn)花前干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，增加花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率及其對(duì)籽粒干物質(zhì)積累貢獻(xiàn)率，增加粒重，更有利于籽粒產(chǎn)量的提高。前人研究證明，還田秸稈在改善土壤肥力狀況的同時(shí)，也為病原菌提供能量和營養(yǎng)[51]，隨著秸稈還田量的增加，土壤中病原菌初始菌源量增加，使得作物感染病害的幾率增加[52]。但作物對(duì)病原菌的抗性存在顯著的基因型差異，如鄭單958對(duì)玉米莖基腐病表現(xiàn)出較好的抗性，浚單20為高感品種[53]，這就有可能造成秸稈還田下不同基因型玉米因抗性差異而產(chǎn)量表現(xiàn)不同。這可能是浚單20在倍量秸稈還田下生育后期早衰，花后干物質(zhì)積累量和粒重下降的主要原因之一。

綜上可知，秸稈還田量與玉米基因型間存在互作效應(yīng)，秸稈還田帶來的土壤水肥狀況和微生態(tài)環(huán)境的改變，勢(shì)必會(huì)影響玉米的生長發(fā)育及產(chǎn)量形成。本研究只選擇了黃淮海地區(qū)2個(gè)代表性品種，初步探討了不同基因型夏玉米對(duì)秸稈還田量的響應(yīng)，而更多不同類型夏玉米品種與秸稈還田量之間的關(guān)系還有待進(jìn)一步探討，以便更好指導(dǎo)秸稈還田和品種推廣，為推進(jìn)秸稈資源的高效利用、玉米的綠色生產(chǎn)，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)農(nóng)民增收提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

在黃淮海冬小麥-夏玉米一年兩熟潮土區(qū)，適量秸稈還田可延緩玉米生育后期葉片衰老進(jìn)程，優(yōu)化玉米干物質(zhì)積累與分配特性，提高花后干物質(zhì)積累量，增加粒重，進(jìn)而提高玉米籽粒產(chǎn)量。不同基因型玉米適宜的秸稈還田量有明顯差異，浚單20在半量秸稈還田（玉米秸稈約為3 840.6 kg·hm-2+小麥秸稈約為4 097.2 kg·hm-2）處理下籽粒產(chǎn)量最高，而鄭單958在全量秸稈還田處理下產(chǎn)量表現(xiàn)最好。

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Effects of straw returning amount on grain yield, dry matter accumulation and transfer in summer maize with different genotypes

MU XinYuan1, ZHAO Xia1, GU LiMin1, JI BaoYi2, DING Yong1, ZHANG FengQi1, ZHANG Jun1, QI JianShuang1, MA ZhiYan1, XIA LaiKun1, TANG BaoJun1

(1Cereal Institute, Henan Academy of Agricultural Sciences/Henan Provincial Key Laboratory of Maize Biology, Zhengzhou 450002;2Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, Henan)

【】Scientific and objective evaluation of the comprehensive effect of straw returning is important to improve the utilization rate of straw resources and to promote the green and sustainable development of agriculture. In this study, a field located experiment was conducted in wheat-maize cropping system on the North China Plain, to clarify the responses of different genotypes summer maize to various straw returning amounts. The purpose of this paper was to provide support for the comprehensive evaluation of the straw returning technology and for the optimization of straw returning amount. 【】The experiment wasconducted from October 2017 to October 2018 at Yuanyang, Henanprovince. The experimental design was a split plot. The main plot was four straw returning amount,no straw returning to field (S0), 50% amount of straw returning to field (S1), 100% amount of straw returning to field (S2) and 200% amount of straw returning to field (S3), and the subplot was genotype, including XD20 and ZD958. The differences in leaf area index (LAI), dry matter accumulation and transfer, and grain yield under different treatments were analyzed.【】Compared with no straw returning to field, the straw returning increased LAI after silking, and there was a significant interaction between genotypes and straw returning amount on LAI. At anthesis stage, the LAI of XD20 and ZD958 increased with the increasing of straw returning amount, and were the highest under S3 treatment. At maturity stage, with the increasing of straw returning amount, the decline in LAI for XD20 and ZD958 showed a trend of first decreasing and then increasing, and was the lowest under S1 for XD20 and S2 for ZD958. In addition, the LAI of XD20 and ZD958 at maturity stage showed a trend of first rising and then falling with the increasing of straw returning amount, and were the highest under S1 for XD20 and S2 for ZD958. Higher post-silking LAI was conducive to maintain higher post-silking dry matter production capacity, eventually significantly increasedpost-silking dry matter accumulation and optimize dry matter accumulation and distribution characteristics.The interaction of genotype and straw returning amount significantly affected the dry matter remobilization (DMR), dry matter remobilization efficiency (DMRE), contribution of dry matter remobilization to grain (DMRCG), dry matter accumulation after anthesis (DMAA) and contribution of dry matter accumulation after anthesis to grain (DMAACG). With the increasing of straw returning amount, DMR, DMRE and DMRCG of the vegetative organs (stem sheath + leaf) in XD20 firstly decreased and then increased, and were the lowest under S1 treatment. Meanwhile, DMAA and DMAACG showed an increasing trend first and then a decreasing trend, which were the highest under S1 treatment. The DMR, DMRE, DMRCG and DMAA of the vegetative organs (stem sheath + leaf) of ZD958 all showed an ascending and then descending trendwith increasing of straw returning amount, and those were the highest under S2 treatment. The increase of dry matter accumulation was beneficial to increase grain weight and grain yield. Compared with S0 treatment, S1, S2 and S3 treatment improved the grain yield, but the grain yield did not increase continuously with the increasing of straw returning amount. For XD20, the highest grain yield was obtained under S1 treatment, which was 3.5% to 17.7% averagely higher than other treatments. For ZD958, the highest grain yield was achieved under S2 treatment, which was 0.4% to 16.8% averagely higher than other treatments. 【】Our results showed that, for wheat-maize cropping system on the North China Plain, appropriate amount of straw to the field coulddelay the leaf senescence process in the later growth stage of maize, optimize the dry matter accumulation and distribution characteristics, improve the post-silking dry matter accumulation and grain weight, and thereby improve the grain yield of maize. However, the responses of different maize cultivars to straw returning amount vary greatly. When promoting straw returning to the field, the effects of crop genetic factors on straw returning should also be considered.

straw returning amount; summer maize; genotypes; dry matter; remobilization

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.003

2019-05-05；

2019-07-03

河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目（YNK201710610）、河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)秀青年科技基金計(jì)劃項(xiàng)目、河南省玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（S2015-02-04）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503130）

穆心愿，E-mail：muxinyuan@163.com。趙霞，E-mail：zhaoxia1007@126.com。穆心愿和趙霞為同等貢獻(xiàn)作者。通信作者夏來坤，E-mail：xialaikun@126.com。通信作者唐保軍，E-mail：henan.maize@163.com

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）