張玉芹 楊恒山,* 李從鋒 趙 明 羅 方 張瑞富

條帶耕作錯位種植對灌區(qū)春玉米產(chǎn)量形成與冠根特征的影響

張玉芹1楊恒山1,*李從鋒2趙 明2羅 方1張瑞富1

1內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 內(nèi)蒙古通遼 028042;2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所, 北京 100081

2017年和2018年在內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)農(nóng)業(yè)高新科技示范園區(qū), 以農(nóng)華101為供試材料, 采用條帶耕作錯位種植(苗帶耕作, 15 cm+45 cm小雙行錯位播種, TGCW)和等行常規(guī)種植(旋耕, 60 cm等行距, CK)兩種模式, 6.75萬株 hm–2、8.25萬株 hm–2、9.75萬株 hm–23個種植密度, 研究條帶耕作錯位種植模式對西遼河平原灌區(qū)春玉米冠根協(xié)調(diào)特征及產(chǎn)量形成的調(diào)控效應(yīng)。結(jié)果表明, 相比于等行距常規(guī)種植, 條帶耕作錯位種植的產(chǎn)量顯著提高, 其中8.25萬株 hm–2增幅最明顯, 2017年和2018年分別提高13.1%和13.8%, 該模式吐絲后干物質(zhì)積累量及積累率具有明顯優(yōu)勢, 較強(qiáng)的物質(zhì)積累明顯延緩了生育后期葉片衰老, 同時穗位上和穗位層透光率顯著提高, 生育后期葉面積指數(shù)、凈光合速率和群體光合勢均顯著高于CK。該模式生育后期各土層植株根干重顯著高于CK, 高密度下更為明顯, 且20~60 cm根系占比高, 吐絲期單位根重獲得的籽粒產(chǎn)量和成熟期根冠比均具有明顯優(yōu)勢。該模式的這些優(yōu)點(diǎn)是促成西遼河平原灌區(qū)春玉米增產(chǎn)的主要原因之一。

春玉米; 苗帶條耕錯位種植; 產(chǎn)量; 根冠特征

實(shí)現(xiàn)密植群體資源的高效利用已成為玉米穩(wěn)產(chǎn)增效的主要途徑[1-2]。密植高效群體的構(gòu)建是地上部光合與地下部根群吸收水分、養(yǎng)分相統(tǒng)一的反饋過程, 強(qiáng)大的根系吸收促進(jìn)地上部的光合作用, 而充足的光合產(chǎn)物又會為根系的生長提供必需的營養(yǎng)物質(zhì), 二者共同組成了一個完整的光合生產(chǎn)系統(tǒng)[3]。根系結(jié)構(gòu)和吸收水分、養(yǎng)分功能與葉冠建成和光合作用相互協(xié)調(diào), 就會有高的資源利用效率[4]。目前西遼河平原灌區(qū)玉米種植密度為6.0×104~6.5×104株 hm–2, 還有較大增密空間, 增密后如何構(gòu)建冠-根協(xié)調(diào)群體,令生育后期維持較高的物質(zhì)生產(chǎn)和根系活力, 減緩植株倒伏早衰, 實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效, 是生產(chǎn)中亟待解決的問題[5]。

研究表明, 作物根系下扎, 深層根系比例較高有效緩解了增密后生育后期葉面積指數(shù)的下降速度,提高生育后期光合勢, 延緩生育后期衰老, 增加產(chǎn)量[6-7]; 根系太小, 吸收能力受限, 地上部充足的水分和養(yǎng)分的供應(yīng)會受到影響; 同樣, 地上部分對根系生長也有促進(jìn)作用, 根系所需的部分物質(zhì), 要靠地上部分的合成來供給, 因此, 玉米對水分和養(yǎng)分的高效利用可歸功于根、冠結(jié)構(gòu)功能的匹配。前人研究表明, 不同種植方式和株行距配置對玉米群體冠層特性和產(chǎn)量具有顯著影響[8-11], 寬窄行種植能優(yōu)化不同葉層結(jié)構(gòu), 且增加深層土壤根系所占比例及活力。不同耕作方式及密度對根系有明顯影響, 高密度下具有較窄的根伸長寬度、較陡的根角和較大的行間根系分布[12-13]。宋日等[14]等研究表明, 增加種植密度可抑制玉米根系下扎, 導(dǎo)致過多根系在表層土壤聚集, 張玉芹等[15]研究表明, 合理的耕作和優(yōu)化施肥等措施改善了根系環(huán)境條件和養(yǎng)分供應(yīng)水平, 高密度條件下促進(jìn)了下層根系的發(fā)生。栽培技術(shù)通過優(yōu)化冠根特性對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)達(dá)30%~ 50%[16], 但利用單項(xiàng)栽培技術(shù)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)變得日益艱難。楊哲等[17]提出, 縮小玉米產(chǎn)量差需要在選用耐密品種和優(yōu)化養(yǎng)分管理的基礎(chǔ)上, 綜合優(yōu)化栽培措施并發(fā)揮措施的互作效應(yīng), 實(shí)現(xiàn)冠-根協(xié)調(diào)密植高產(chǎn)。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院趙明研究員等提出的條帶耕作小雙行錯位種植模式, 具有密植高產(chǎn)、節(jié)本增效的效果, 在東北、黃淮海等玉米主產(chǎn)區(qū)試驗(yàn)示范, 比當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植增產(chǎn)10.0%~14.7%[18], 在內(nèi)蒙古通遼連續(xù)3年試驗(yàn), 高密度下表現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)效果。該新型模式下玉米生長發(fā)育過程及其根冠特征與產(chǎn)量的關(guān)系尚不清楚。本研究以常規(guī)種植模式為對照, 探索條帶耕作錯位種植下春玉米產(chǎn)量變化、葉源特性及根系分布特征, 比較分析不同種植模式下密植群體冠根特性的差異性及其與產(chǎn)量的關(guān)系, 為西遼河平原灌區(qū)玉米密植高產(chǎn)高效栽培提供理論參考和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地區(qū)與試驗(yàn)地自然概況

通遼市科爾沁區(qū)農(nóng)牧業(yè)高新科技示范園區(qū)(43°36′N, 122°22′E)海拔180 m, 年平均氣溫6.8℃, ≥10℃的活動積溫3200℃, 平均無霜凍期154 d, 年均降水量390 mm, 試驗(yàn)地土壤為灰色草甸土; 播前試驗(yàn)地耕層(0~20 cm)土壤: 2017年含有機(jī)質(zhì)18.52 g kg–1、堿解氮52.26 mg kg–1、有效磷11.35 mg kg–1、速效鉀110.83 mg kg–1, 2018年含有機(jī)質(zhì)19.63 g kg–1、堿解氮50.81 mg kg–1、有效磷13.20 mg kg–1、速效鉀118.69 mg kg–1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為農(nóng)華101, 株型緊湊, 株高290~ 300 cm, 穗位高98~105 cm, 成株葉片數(shù)20~21片; 試驗(yàn)設(shè)置苗帶耕作錯位種植(TGCW)和等行常規(guī)(CK)2種種植模式和3個密度水平(6.75萬株 hm–2、8.25萬株 hm–2、9.75萬株 hm–2), 每個處理3次重復(fù), 共計(jì)18個小區(qū), 小區(qū)長30 m, 寬3.6 m, 小區(qū)面積108 m2。各處理均基施“澳特爾”緩控釋肥(N-P2O5- K2O, 28-11-13) 750 kg hm–2。生育期間灌水同當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn), 共灌4次, 每次約50 m3。2017年5月1日播種, 9月28日收獲; 2018年5月2日播種, 10月3日收獲。

條帶耕作錯位種植: 玉米收獲后直接還田, 第2年采用玉米推茬清壟精播技術(shù)及條帶深旋小雙行精量播種機(jī)(國家實(shí)用新型專利: ZL200920160482.1)播種, 將前茬的秸稈切斷、粉碎, 推至非播種帶行間, 實(shí)現(xiàn)苗帶清壟, 同時在播種帶進(jìn)行12~15 cm 寬度的淺旋, 將原來的一個播種帶一個單行直線播種, 改為一個播種帶15 cm寬度的小雙行交錯種植, 播種帶的植株呈對角狀折線分布(圖1)。

等行常規(guī)種植: 玉米收獲后秸稈直接還田, 第2年旋耕后用當(dāng)?shù)仄胀úシN機(jī)播種, 等行距(60 cm)一個單行直線播種。

圖1 不同種植模式示意圖和苗期田間照片

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 地上生物量 在吐絲期、乳熟期和完熟期于各小區(qū)分別取代表性植株3株, 按莖鞘、葉片、穗軸、苞葉和籽粒分開, 在烘箱內(nèi)105℃殺青30 min, 80℃烘至恒重后, 測定干物質(zhì)重。

1.3.2 葉面積指數(shù) 標(biāo)定好3株具代表性植株, 分別于吐絲期和乳熟期測量葉片長、寬, 單葉葉面積=長×寬×系數(shù)(未展開葉片系數(shù)為0.5, 展開葉片系數(shù)為0.75), 葉面積指數(shù)(LAI) = 單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積。

1.3.3 凈光合速率 在吐絲期、乳熟期分別選取各處理代表性植株5株, 選擇晴朗無云的天氣, 使用LI-6400 XT型便攜式光合測定系統(tǒng), 以人工光源控制光照強(qiáng)度為1600 μmol m–2s–1, 于上午10:00選取葉片長度的50%處, 測定玉米穗位葉凈光合速率(NPR, μmol CO2m–2s–1), 取平均值。

1.3.4 冠層透光率 在吐絲期選擇晴天10:00— 13:00時間段內(nèi), 用SunScan植物冠層分析儀測定各處理冠層頂部(雄穗上方)、穗位上(穗上第4葉)、穗位(穗位葉)、穗位下(距地面20 cm)光合有效輻射量(PAR), 每處理重復(fù)測量 3 次。

1.3.5 根系生物量 在吐絲期、乳熟期和完熟期, 選取各小區(qū)同行內(nèi)3株代表性連續(xù)的植株, 以第1株1/2株距處到第3株1/2株距處為長, 以1/2行距為寬, 挖長方形樣方分層取根, 每層20 cm, 共3層。將各土層內(nèi)的所有根系標(biāo)記分別裝入自封袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室, 用水浸泡沖洗, 洗凈后挑出雜質(zhì)和死根, 于80℃烘干測定干重。

1.3.6 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 測產(chǎn)面積為各小區(qū)30 m2, 計(jì)算各測產(chǎn)區(qū)有效穗數(shù), 人工脫粒后測鮮粒重和含水率, 并折算成含水量為14%產(chǎn)量。分別取10穗風(fēng)干后考種, 測定穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。

1.3.7 相關(guān)參數(shù)

吐絲前干物質(zhì)積累量(kg hm–2)=吐絲期干物質(zhì)積累量

吐絲后干物質(zhì)積累量(kg hm–2)=完熟期干物質(zhì)積累量-吐絲期干物質(zhì)積累量

吐絲前干物質(zhì)積累率(%)=吐絲期干物質(zhì)積累量/成熟期干物質(zhì)積累量×100

吐絲后干物質(zhì)積累率(%)=吐絲后干物質(zhì)積累量/成熟期干物質(zhì)積累量×100

群體光合勢LAD (m2d hm–2)=[(L1+L2)/2]×(t2?t1)

式中, t1和t2為相鄰的生育時期, L1和L2為t1、t2生育時期葉面積。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007整理數(shù)據(jù), SPSS19.0軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表1可知, 兩種模式間同密度下有效穗數(shù)差異均未達(dá)顯著水平, 穗粒數(shù)和千粒重均隨種植密度增加而顯著減小。同密度模式間比較, 穗粒數(shù)均表現(xiàn)為TGCW>CK, 且達(dá)顯著水平; 千粒重兩種模式間均未達(dá)顯著水平; 產(chǎn)量除2017年6.75萬株 hm–2密度外, 其余均表現(xiàn)為TGCW>CK, 其中, 8.25萬株 hm–2密度下增產(chǎn)幅度最高, TGCW較CK分別高13.1% (2017年)和13.8% (2018年)。

由表2可知, 產(chǎn)量和穗粒數(shù)差異種植模式和密度間2年均達(dá)到極顯著水平(<0.01), 千粒重差異在密度間達(dá)到顯著水平(<0.05), 種植方式間差異未達(dá)到極顯著水平(<0.05); 種植方式與密度間交互作用的差異未達(dá)到顯著水平, 說明增加密度可進(jìn)一步增加玉米產(chǎn)量, 同密度下種植模式的改變對產(chǎn)量和穗粒數(shù)影響顯著。

表1 不同種植模式下春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

標(biāo)以不同小寫字母的值在同一年份不同處理間在0.05水平差異顯著; TGCW: 條帶耕作錯位種植模式; CK: 等行常規(guī)種植模式。

In the same year, values within a column followed by different small letters can significantly different among treatments at the 0.05 probab-i-lity level; TGCW: strip-till with staggered cultivation; CK: equal line spacing planting.

表2 不同種植模式下春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成的方差分析

*和**分別表示同年份不同處理< 0.05和< 0.01。

*and**indicate significance among treatments at same year at< 0.05 and< 0.01, respectively.

2.2 干物質(zhì)積累量及積累率

由表3可知, 同密度模式間干物質(zhì)積累量吐絲前高密度(9.75萬株 hm–2)下表現(xiàn)為TGCW>CK, 達(dá)顯著水平; 吐絲后除2018年6.75萬株 hm–2密度外, 均表現(xiàn)為TGCW>CK, 達(dá)顯著水平, 兩年均以9.75萬株 hm–2密度最高, 分別較CK高9.23% (2017年)和9.78% (2018年)。同密度模式間積累率吐絲前除2018年6.75萬株 hm–2外, 均表現(xiàn)為CK>TGCW; 吐絲后除2018年6.75萬株 hm–2外, 均表現(xiàn)為TGCW>CK。說明TGCW模式在吐絲后物質(zhì)積累能力較CK優(yōu)勢明顯。

2.3 葉源特性

由表4可知, 同密度兩種模式間吐絲期葉面積指數(shù)差異不顯著, 凈光合速率高密度(9.75萬株 hm–2)下TGCW顯著高于CK, 乳熟期二者各密度下均表現(xiàn)為TGCW>CK, 且達(dá)顯著水平。群體光合勢吐絲期至乳熟期9.75萬株 hm–2密度下TGCW顯著高于CK, 乳熟期至完熟期除2018年6.75萬株 hm–2密度外, 均表現(xiàn)為TGCW>CK, 且達(dá)顯著水平, 以9.75萬株 hm–2密度下更明顯, 較CK高13.2% (2017年)和9.0% (2018年)。

標(biāo)以不同小寫字母的值在同一年份不同處理間在0.05水平差異顯著。處理同表1。

In the same year, values within a column followed by different small letters can significantly different among treatments at the 0.05 probab-i-lity level. Treatments correspond to those given in Table 1.

表4 不同種植模式下春玉米葉源特性

(續(xù)表4)

標(biāo)以不同小寫字母的值在同一年份不同處理間在0.05水平差異顯著。處理同表1。

In the same year, values within a column followed by different small letters can significantly different among treatments at the 0.05 probabi-lity level. Treatments correspond to those given in Table 1.

2.4 冠層透光率

由圖2可知, 2年春玉米不同層位的透光率隨密度增加而下降, 且達(dá)顯著水平。同密度兩種模式間, 穗位上和穗位均表現(xiàn)為TGCW>CK, 且達(dá)顯著水平; 穗位下在8.25×104株 hm–2和9.75×104株 hm–2密度下2017年無顯著差異, 2018年表現(xiàn)為TGCW顯著高于CK。

圖2 不同種植模式下春玉米不同層位透光率

圖中不同小寫字母表示同一年份不同處理在0.05水平差異顯著; SWS: 穗位上; SWC: 穗位層; SWX: 穗位下。

Bars superscripted by different small letters indicate significant differences among treatments in the same year at the 0.05 probability level. SWS: upper ear leaf; SWC: ear leaf; SWX: under ear leaf.

2.5 根干重及根分布

2.5.1 不同土層根干重 由表5可知, 密度對不同土層根系干重影響顯著, 2年不同土層根干重均隨密度增加而降低。除吐絲期0~20 cm土層外, 種植方式對根干重影響顯著, 同密度兩種種植模式中, 吐絲期根干重0~20 cm均無顯著差異, 20~40 cm和40~60 cm均表現(xiàn)為TGCW>CK, 達(dá)顯著水平, 且隨密度增加, 二者差異增大, 6.75萬株 hm–2、8.25萬株 hm–2、9.75萬株 hm–2密度下20~40 cm土層2年平均增加了25.4%、35.9%和42.9%, 40~60 cm土層分別增加32.5%、39.1%和41.2%; 乳熟期除0~20 cm的6.75萬株 hm–2密度外, 均表現(xiàn)為TGCW>CK, 且達(dá)顯著水平, 6.75萬株 hm–2、8.25萬株 hm–2、9.75萬株 hm–2密度下20~40 cm土層2年平均增加23.0%、28.8%和35.1%, 40~60 cm土層分別增加19.2%、37.0%和50.4%; 完熟期各土層深度均表現(xiàn)為TGCW>CK, 且達(dá)顯著水平。

2.5.2 不同土層根分布比例 由表6可知, 2年各時期0~20 cm土層深度根系分布比例均表現(xiàn)為CK>TGCW, 20~40 cm和40~60 cm土層深度根系分布比例TGCW>CK, 吐絲期隨密度增加差異增大, 6.75萬株hm–2、8.25萬株 hm–2、9.75萬株 hm–2密度下20~40 cm土層2年平均增加0.95%、1.40%和1.67%, 40~60 cm土層2年平均增加0.64%、0.67%和0.68%; 乳熟期8.25萬株 hm–2下差異最大, 20~40 cm土層2年平均增加0.75%, 40~60 cm土層2年平均增加0.79%, 6.75萬株 hm–2下差異最小。說明TGCW模式有利于根系生長, 且下層根系更為明顯。

表5 不同種植模式下不同土層春玉米根干重

標(biāo)以不同小寫字母的值在同一年份不同處理間在0.05水平差異顯著;*和**分別表示同年份不同處理< 0.05和< 0.01。處理同表1。

In the same year, values within a column followed by different small letters can significantly different among treatments at the 0.05 probabi-lity level.*and**indicate significance among treatments in the same year at< 0.05 and< 0.01, respectively. Treatments correspond to those given in Table 1.

2.6 根冠比及單位根重獲得的籽粒產(chǎn)量

由圖3可知, 兩種模式根冠比和單位根重獲得的籽粒產(chǎn)量吐絲期密度間差異較小, 完熟期隨密度增加而減小。同密度下不同種植模式比較, 吐絲期根冠比高密度下TGCW低于對照, 完熟期高于對照;單位根重獲得的籽粒產(chǎn)量吐絲期TGCW高于CK, 完熟期TGCW低于CK。這可能由吐絲后TGCW干物質(zhì)積累量高于CK, TGCW深層根系占比高, 后期衰老緩慢, 保持較高根系生物量所導(dǎo)致。

2.7 根-冠指標(biāo)與產(chǎn)量的相關(guān)性

由圖4可知, 吐絲前TGCW處理干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量顯著相關(guān), 吐絲后TGCW和CK干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量均極顯著相關(guān), 說明TGCW花前大量莖葉干物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ), 花后較強(qiáng)的干物質(zhì)積累能力是產(chǎn)量增加的主要原因。吐絲期TGCW單位面積根干重與產(chǎn)量達(dá)極顯著(2=0.8747), CK相關(guān)不顯著, 乳熟期TGCW和CK均呈顯著相關(guān), 說明TGCW花前發(fā)達(dá)的根系是產(chǎn)量形成的前提, 花后延緩根系早衰是保證高產(chǎn)的又一重要因素。

表6 不同種植模式下不同土層深度春玉米根分布比例

處理同表1。Treatments correspond to those given in Table 1.

圖3 不同種植模式下春玉米根冠比及單位根重獲得的籽粒產(chǎn)量

圖4 不同種植方式下根冠生物量與籽粒產(chǎn)量的相關(guān)性

a、c為吐絲前, b、d為吐絲后。a, c for before silking; b, d for after silking.*< 0.05;**< 0.01.

3 討論

玉米生產(chǎn)過程是一個群體生產(chǎn)過程, 產(chǎn)量提高是單株效應(yīng)和群體效應(yīng)相協(xié)調(diào)的結(jié)果, 生育后期葉片衰老, 葉綠素含量、冠層光合能力下降, 會明顯降低籽粒產(chǎn)量, 而高密度會加劇個體間資源競爭[19-22]。李少昆等[23]認(rèn)為, 種植密度增加, 改善株型、減緩葉片早衰, 延長光合、提高吐絲后物質(zhì)高效生產(chǎn)與轉(zhuǎn)移, 是增產(chǎn)的有效途徑。但密度增大使0~20 cm土層根系擁擠、空間受限而導(dǎo)致單株根系干重與根系長度均顯著降低[24-25], 高密度下促進(jìn)根系向下層土壤的生長, 增加群體根系容納量, 減弱0~20 cm土層根系的擁擠現(xiàn)象, 增加20 cm土層中的單株根系干重與根長[26], 提高灌漿期的光合能力及高值持續(xù)期是玉米高產(chǎn)的潛力所在。劉朝巍等[27]研究表明, 根系垂直分布中, 寬窄行比均勻壟處理顯著增加了根系在深層土壤所占的比例, 本研究表明, 條帶耕作錯位種植模式由于將原來的一個播種帶一個單行直線播種, 改為一個播種帶15 cm寬度的小雙行交錯種植, 播種帶的植株呈對角狀折線分布, 加之條耕作用, 減弱0~20 cm土層根系的擁擠現(xiàn)象, 高密度下吐絲期20 cm以下土層根干重、乳熟期和完熟期各土層根干重顯著提高, 20~40 cm和40~60 cm土層深度根系分布比例TGCW>CK。劉朝巍等[27]也指出, 寬窄行底部透光率高于均勻壟處理, 差異達(dá)顯著水平, 梁熠等[28]研究表明, 寬窄行栽培有效改善了玉米的群體結(jié)構(gòu), 增加了中部冠層的透光率。本研究中, 條帶耕作錯位種植模式高密度條件下葉面積指數(shù)吐絲期差異不顯著, 但穗位上和穗位層透光率及光合勢各密度下均顯著高于等行距常規(guī)種植, 冠層結(jié)構(gòu)更加合理。

根系的主要功能是從土壤中吸收水分、養(yǎng)分, 冠層則在地上合成碳水化合物, 根、冠之間頻繁進(jìn)行著物質(zhì)和能量交換[29], 根、冠生長是通過冠合成的碳水化合物和根系吸收的水分和養(yǎng)分的分配調(diào)節(jié)的, 碳水化合物合成減少, 根系生長則受到抑制, 根對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收減少[4]。隨著根系擴(kuò)展深度的增加, 根系生長空間、可利用土壤養(yǎng)分空間增加, 根生育后期根系活力高, 深層土壤根系比率的增加, 有利于玉米吸收深層土壤的水分和養(yǎng)分, 提高玉米抗逆性, 對延緩生育后期根系衰老、保持根系對地上部營養(yǎng)和水分供應(yīng)是有益的[15]。所以, 地上部光合與地下部根群共同組成了一個完整的光合生產(chǎn)系統(tǒng), 生育后期維持較高水平可促進(jìn)產(chǎn)量的增加。本研究中條帶耕作錯位種植在8.25萬株 hm–2密度下增幅顯著, 2017年和2018年分別高13.1%和13.8%。生育后期衰老緩慢, 冠根比和單位根重獲得的籽粒產(chǎn)量明顯提高。該模式能夠促進(jìn)根系向深層土壤的伸長生長, 吐絲前發(fā)達(dá)的根系, 吐絲后維持較高根系生物量, 促進(jìn)地上部的生長與發(fā)育和冠層結(jié)構(gòu)更加合理、地上地下協(xié)調(diào)。相關(guān)分析表明, 條帶耕作錯位種植產(chǎn)量與吐絲前干物質(zhì)積累量和乳熟期單位面積根干重呈顯著相關(guān), 與吐絲后干物質(zhì)積累量(2=0.8693)和吐絲期單位面積根干重(2=0.8747)呈極顯著相關(guān), 等行距常規(guī)種植產(chǎn)量與吐絲后干物質(zhì)積累和乳熟期單位面積根干重顯著相關(guān), 與吐絲前物質(zhì)積累量和吐絲期單位面積根干重相關(guān)不顯著; 說明條帶耕作錯位種植花前發(fā)達(dá)的根系是產(chǎn)量形成的前提, 花后延緩根系早衰, 維持較強(qiáng)的干物質(zhì)積累能力實(shí)現(xiàn)群體冠根的有效協(xié)調(diào)是產(chǎn)量增加的主要原因。

玉米增密仍然是西遼河平原灌區(qū)玉米增產(chǎn)的有效途徑, 且增密空間較大, 但西遼河平原灌區(qū)多為傳統(tǒng)等行距(60 cm)種植方式, 加之多年淺旋耕作方式導(dǎo)致犁底層加厚土壤容重增加[30], 根系下扎相對困難, 增密后早衰倒伏現(xiàn)象在生產(chǎn)中較為突出[31]。苗帶耕作錯位種植模式, 有效緩解0~20 cm土層根系的擁擠現(xiàn)象, 且深層根系比例較高, 冠根協(xié)調(diào)有效延緩生育后期葉片衰老, 同時條帶旋耕錯位種植模式配套農(nóng)機(jī)具一次性作業(yè)可同時完成條帶旋耕、深層施肥和小雙行錯位播種等環(huán)節(jié), 可實(shí)現(xiàn)大面積機(jī)械化播種等, 同時節(jié)約了機(jī)械投入的成本。另外該模式種植采用(15+45) cm小雙行錯位播種, 在45 cm寬行鋪帶, 可與通遼市大面積推廣的淺埋滴灌相結(jié)合, 達(dá)到節(jié)水減肥增效, 在西遼河平原灌區(qū)具有明顯推廣應(yīng)用價值。

4 結(jié)論

條帶耕作錯位種植模式顯著提高了玉米籽粒產(chǎn)量, 8.25萬株 hm–2密度下兩年平均提高13.45%。該模式增產(chǎn)的原因, 一是玉米吐絲后干物質(zhì)積累量及積累率具有明顯優(yōu)勢, 延緩了生育后期葉片衰老程度。二是穗位上和穗位透光率顯著提高, 生育后期葉面積指數(shù)、凈光合速率均明顯提高。三是吐絲前具有發(fā)達(dá)的根系, 吐絲后維持較高根系生物量, 高密度下20~60 cm根系占比明顯提高, 根冠比和吐絲期單位根重獲得籽粒產(chǎn)量均具有明顯優(yōu)勢。該模式在西遼河平原灌區(qū)與大面積推廣的淺埋滴灌相結(jié)合, 節(jié)水減肥增效, 具有顯著的推廣應(yīng)用價值。

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Effects of strip-till with staggered planting on yield formation and shoot-root characteristics of spring maize in irrigation area of Xiliaohe plain

ZHANG Yu-Qin1, YANG Heng-Shan1,*, LI Cong-Feng2, ZHAO Ming2, LUO Fang1, and ZHANG Rui-Fu1

1College of Agronomy, Inner Mongolia University for the Nationalities, Tongliao 028042, Inner Mongolia, China;2Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

A field research was conducted in the Agricultural High-tech Demonstration Park in Horqin District of Tongliao, Inner Mongolia, using the maize variety Nonghua 101 with two cropping modes, including strip-till with staggered planting (seeding strip tillage, 15 cm + 45 cm narrow-double row staggered sowing, TGCW) and conventional tillage with equal row space (rotary tillage with row space of 60 cm, CK), and three planting densities (67,500 plants hm–2, 82,500 plants hm–2, and 97,500 plants hm–2) in 2017 and 2018 to study the effect of strip-till with staggered planting on regulating spring maize yield formation and coordination characteristics of shoot-root in irrigation areas of Xiliao river plain. The model of that strip-till with staggered planting enhanced maize yield by 13.1% and 13.8% in 2017 and 2018, under the planting density 82,500 plants hm–2compared with CK, respectively. The strip-till with staggered planting showed a distinct advantage on the amount and rate of dry matter accumulation after silking, which obviously delayed the senility of leaves in later growth stage, meanwhile, compared with CK, the light transmittance significantly increased in or above panicle layers. The leaf area index, net photosynthetic rate and population photosynthetic potential in the model of strip-till with staggered planting were higher than those in CK in late growth stage. At later growing stage, the strip-till with staggered planting had significantly higher root dry weight than CK in different soil layers, with the highest root ratio in 20–60 cm, especially under higher planting density. The grain yield against per unit of root weight at silking and root-shoot ratio at maturity had a distinct advantage. In conclusion the strip-till with staggered planting combined with high planting density can increase light transmission rate in above-spike layer in late growing stage, alleviate leaf area decline, increase production capacity, facilitate root growth and increase root ratio in deeper soil layers. Shoot-root coordination under dense planting is one of the main reasons facilitating yield increase of spring maize in irrigation areas of Xiliao river plain.

spring maize; strip-till with staggered cultivation; maize yield; crown-root characteristics

10.3724/SP.J.1006.2020.93053

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0201806)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31960382)資助。

This study was supported bythe National Key Research and Development Program of China (2017YFD0201806) and the National Natural Science Foundation of China (31960382)

楊恒山, E-mail: yanghengshan2003@aliyun.com

E-mail:zhyq369@126.com

2019-09-23;

2020-01-15;

2020-01-24.

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200123.1854.010.html