蔣飛，李印峰，郝福庭，薛法新，曾蘇明，宋春林，吳秋平

（濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院/國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系濟(jì)寧綜合試驗站，山東 濟(jì)寧 272031）

玉米生產(chǎn)對我國糧食安全具有非常重要的作用，而玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化是保障糧食安全和推進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要手段。耕整地是玉米全程機(jī)械化生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中需要高度重視的一環(huán)，良好的土壤耕作有利于改善其理化性質(zhì)和微生態(tài)環(huán)境，提高蓄水保肥能力，為作物生長發(fā)育創(chuàng)造適宜的耕層結(jié)構(gòu)，保證作物持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)［1，2］。

魯西南地區(qū)玉米種植長期沿用以小型農(nóng)機(jī)具為主的連年旋耕方式，導(dǎo)致耕層淺、土壤養(yǎng)分水分庫容減少、抗逆緩沖能力變差，容易發(fā)生倒伏，不利于穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。不同耕作方式可以引起土壤固體、液體和氣體三相物質(zhì)的變化，從而改變土壤微環(huán)境［3，4］。研究表明，深耕能打破犁底層，加深耕層厚度，改善土壤結(jié)構(gòu)和通透性，利于玉米根系生長和水肥吸收利用，從而實現(xiàn)高產(chǎn)高效［5－8］。本團(tuán)隊以國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系設(shè)立的不同耕作方式下機(jī)械化精播保苗定位試驗為內(nèi)容，研究不同耕作措施對玉米植株生長、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量形成及其土壤含水量、土壤溫度變化的影響，以明確本區(qū)域適宜的玉米耕作和秸稈還田關(guān)鍵技術(shù)，為大面積高效綠色生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院長期定位基地（35°27′15″N，116°35′11″E）進(jìn)行，始于2015年。該地年均降水量597～820 mm，年均氣溫13.3～14.1℃，無霜期199 d。試驗田土壤為褐土，耕層土壤主要理化性質(zhì):有機(jī)質(zhì)含量15.1 g/kg、堿解氮58.6 mg/kg、速效磷48.3 mg/kg、速效鉀128.5 mg/kg，pH值6.98。前茬作物為小麥。

1.2 試驗材料與設(shè)計

供試玉米品種登海605，2020年6月9日播種，10月6日收獲。

試驗設(shè)3個不同耕作加秸稈處理。其中，①秸稈全層深翻（30 cm）:小麥?zhǔn)斋@后進(jìn)行秸稈全量深翻處理作業(yè)（以下簡稱深翻）；②常規(guī)旋耕混拌（15 cm）:小麥秸稈粉碎還田后兩次旋耕作業(yè)再機(jī)播（以下簡稱旋耕）；③免耕（對照）:小麥?zhǔn)斋@后夏玉米貼茬精量播種。小區(qū)面積120 m2，12行區(qū)60 cm等行距種植，密度75 000株/hm2。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。

播種前基施復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O＝15∶15∶15，總養(yǎng)分≥45%）300 kg/hm2，大喇叭口期追施尿素450 kg/hm2。其它管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生育期 記載各處理玉米出苗、拔節(jié)、大喇叭口、抽雄、開花、成熟、收獲等生育期的具體日期。出苗期為小區(qū)內(nèi)50%的幼苗出土高度2～3 cm的日期，并調(diào)查出苗整齊度；其它生育期的判定標(biāo)準(zhǔn)均為群體有1/2植株達(dá)到某個生育期的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 株高、穗位高和莖粗 拔節(jié)期在各小區(qū)統(tǒng)一標(biāo)記出生長一致的植株進(jìn)行定位觀測。吐絲期測量株高、穗位高和莖粗，每小區(qū)連續(xù)測量20株。穗位高為地面到穗柄下節(jié)間的距離，莖粗為莖基部第三節(jié)間扁圓面的直徑，采用數(shù)字游標(biāo)卡尺測量。

1.3.3 葉面積 拔節(jié)期、開花期與成熟期在每小區(qū)選取代表性植株2行，每行連續(xù)測10株，用刻度尺測量每株玉米全部展開綠葉的葉長和最大葉寬，乘以0.75，求出每片葉的面積，后累加得到全株葉面積。

1.3.4 干物質(zhì)積累 拔節(jié)期、開花期與成熟期在每小區(qū)選取代表性植株2行，每行連續(xù)選取3株，并將其分為葉片、莖稈和穗，采用烘干法烘至恒重后稱重。

1.3.5 土壤溫度和水分 于播種、出苗、拔節(jié)、開花、成熟期分別取0～5、5～10、10～20 cm 3個層次土壤，每小區(qū)對角線選擇3個點取樣，后用烘干法測定土壤含水量。采用WST數(shù)字溫度計測量不同土層的溫度。

1.3.6 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期每處理選取對角線3個點，每個點量取10 m行長，人工收獲中間2行果穗，自然風(fēng)干、脫粒計產(chǎn)（按14%標(biāo)準(zhǔn)含水量折算產(chǎn)量）。各小區(qū)選擇有代表性的20個果穗進(jìn)行考種，分別調(diào)查穗長、穗粗、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等穗部性狀。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作措施對生育期的影響

由表1可以看出，不同耕作措施對玉米生長發(fā)育進(jìn)程的影響較小，較免耕和常規(guī)旋耕，深翻處理抽雄期推遲1天，成熟期則推遲2天。不同處理對出苗整齊度的影響表現(xiàn)為:深翻＞旋耕＞免耕，傳統(tǒng)免耕直播出苗整齊度相對要差一些。

表1 不同耕作措施下玉米生育期的差異

2.2 不同耕作措施對植株農(nóng)藝性狀的影響

由表2可以看出，與免耕相比，深翻、旋耕處理對玉米株高和莖粗影響較小，穗位高略降低，分別較免耕降低11.0%、5.7%，但各處理之間差異不顯著。

表2 不同耕作措施下植株性狀的差異 （cm）

2.3 不同耕作措施對玉米葉面積動態(tài)的影響

由表3可以看出，拔節(jié)期、開花期不同耕作處理玉米的單株葉面積差異較小，成熟期深翻、旋耕處理較免耕均有所增加，其中深翻處理達(dá)到顯著水平。

表3 不同耕作措施下玉米植株的葉面積動態(tài)（cm2/株）

2.4 不同耕作措施對玉米植株干重的影響

由圖1可以看出，拔節(jié)期，不同耕作處理對玉米單株干重及葉片、莖稈干重的影響較小。開花期，玉米單株干重大小依次為:深翻＞旋耕＞免耕，深翻、旋耕處理較免耕分別增加14.9%和11.0%；葉片干重以深翻處理最高，與免耕差異顯著；莖稈干重各處理間差異較??；穗干重深翻和常規(guī)旋耕處理間差異較小，但均顯著高于免耕。成熟期，單株干重、穗干重深翻處理均顯著高于免耕，其余處理間差異較??；葉片干重和莖稈干重各處理間差異較小。

圖1 不同耕作處理單株各器官和整株干重

2.5 不同耕作措施對土壤含水量變化的影響

由表4可以看出，不同耕作措施對土壤含水量的影響存在時空差異。各處理間以出苗期0～5 cm土層土壤含水量差異最大，深翻和旋耕處理較免耕土壤含水量差4.3、6.9個百分點，拔節(jié)期差3.0、2.8個百分點，開花期差2.4、3.8個百分點，成熟期差2.7、2.6個百分點。

表4 各生育期不同耕作處理土壤含水量的動態(tài)差異 （%）

播種時，由于深翻和旋耕對土壤的擾動程度較大，0～5 cm土層土壤含水量相比免耕（CK）分別降低1.4、1.8個百分點，5～10 cm土層分別降低1.1、1.3個百分點。拔節(jié)期，0～5 cm土層土壤含水量免耕顯著高于深翻和旋耕，但5～20 cm土層則以深翻顯著高于其它處理。開花期，不同耕作處理對各土層土壤含水量的影響表現(xiàn)與拔節(jié)期趨勢一致。成熟期，由于各土層土壤含水量均較吐絲期明顯下降，僅0～5 cm土層土壤含水量以免耕最高，5～20 cm土層土壤含水量差異較小。

2.6 不同耕作措施對土壤溫度變化的影響

由表5可以看出，不同耕作措施對土壤溫度的影響存在時空差異。各處理以0～5 cm土層土壤溫度差異最大，出苗期深翻、旋耕較免耕分別高5.1、4.4℃，拔節(jié)期分別高1.6、1.2℃，開花期分別高1.3、0.9℃，成熟期分別高0.1、0.4℃。

表5 不同耕作措施下不同生育期土壤溫度的差異 （℃）

出苗期，深翻處理各土層土壤溫度最高，其次為旋耕混拌，免耕土壤溫度最低。拔節(jié)期，不同耕作處理對3個土層土壤溫度的影響與出苗期一致，但以0～10 cm土層溫度差異較大。開花期，深翻和旋耕處理3個土層土壤溫度較免耕均顯著增加，深翻處理分別增1.3、1.5℃和1.0℃，旋耕處理則分別增0.9、0.9℃和0.5℃。成熟期，不同耕作處理3個土層的土壤溫度差異較小。

2.7 不同耕作處理玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素表現(xiàn)

由表6可以看出，深翻處理產(chǎn)量最高，為12 955.5 kg/hm2，較免耕增產(chǎn)10.6%，達(dá)顯著水平，其次是旋耕處理，較免耕增產(chǎn)4.3%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素看，與免耕相比，深翻處理穗長增加17.5%，穗粒數(shù)增加4.8%，百粒重增加6.8%。各處理在穗行數(shù)、穗粗、禿尖長等穗部性狀間差異較小。

表6 不同耕作措施下玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的差異

3 討論與結(jié)論

干物質(zhì)是作物光合作用的產(chǎn)物，作物產(chǎn)量取決于光合產(chǎn)物的積累與分配［9，10］。前人研究表明，改良農(nóng)藝措施能夠優(yōu)化作物干物質(zhì)積累與分配，促進(jìn)作物增產(chǎn)［11］。本研究表明，與免耕（對照）相比，深翻處理開花期葉片干重顯著增加，與深翻促進(jìn)葉面積增加相一致，說明深翻有利于促進(jìn)光合葉面積增加和葉片干物質(zhì)累積，從而整株干物質(zhì)積累在開花期和成熟期均明顯高于免耕和常規(guī)旋耕處理。干物質(zhì)生產(chǎn)是形成玉米籽粒產(chǎn)量的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，深翻利于增加葉源供應(yīng)能力從而增加籽粒灌漿，獲得高產(chǎn)。

農(nóng)田土壤水分和溫度對作物生長及產(chǎn)量形成具有重要影響，不同耕作措施產(chǎn)生的作用影響較大［12，13］。玉米產(chǎn)量由單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重三要素構(gòu)成，在穗數(shù)和穗粒數(shù)一定條件下，粒重對產(chǎn)量有著至關(guān)重要的作用。本研究中，不同耕作處理結(jié)合秸稈還田對3個土層土壤含水量和土壤溫度產(chǎn)生不同影響:深翻處理在開花期以后能明顯增加5～10、10～20 cm土層土壤含水量，同時增加不同土層的土壤溫度，說明深翻創(chuàng)造的良好土壤環(huán)境有利于改進(jìn)玉米個體生長狀況，促進(jìn)干物質(zhì)生產(chǎn)，同時利于延緩后期葉片衰老，促進(jìn)各器官干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移，從而收獲期穗長、穗粒數(shù)和粒重均明顯高于其它處理，產(chǎn)量較免耕增產(chǎn)10.6%。

免耕種植可以一次性完成播種、施肥、鎮(zhèn)壓等環(huán)節(jié)，具有節(jié)能省時等優(yōu)點，在華北平原具有一定發(fā)展?jié)摿ΓＤ陠我幻飧矔a(chǎn)生不利作物生長的條件，影響作物的生長發(fā)育，出苗差、出苗率低是影響免耕產(chǎn)量的主要原因［4，14，15］。秸稈覆蓋后抑制土壤水分蒸發(fā)，從而提高土壤濕度［16，17］，而土壤含水量高低直接影響熱量的傳遞。本研究中，免耕處理相對提高表層土壤（0～5 cm）水分，但出苗期耕層內(nèi)土壤溫度的降低影響出苗時間，出苗整齊度降低，使玉米吐絲后干物質(zhì)積累尤其是葉源減少，不利于產(chǎn)量提高。不同耕作和秸稈還田方式對“源”與“庫”關(guān)系的影響還需要進(jìn)一步研究，以有利于揭示秸稈全層深翻模式提升本區(qū)域玉米機(jī)械化密植精播高產(chǎn)高效的機(jī)理，為大面積高產(chǎn)高效綠色生產(chǎn)提供理論和技術(shù)支撐。