林 東

（民樂縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅民樂 734500）

玉米是我國(guó)重要的糧食作物，也是重要的飼料和工業(yè)原料，對(duì)我國(guó)糧食安全、畜牧產(chǎn)業(yè)以及工業(yè)有著重要的意義[1]。維持高產(chǎn)、提質(zhì)增產(chǎn)一直是玉米研究的重點(diǎn)。玉米產(chǎn)量的提高除了優(yōu)良品種的選育，還有賴于栽培措施的優(yōu)化和耕作模式的改進(jìn)。研究表明，通過合理采用耕作措施能夠改善土壤的理化性質(zhì)、生物活性，還能在一定程度上降低土傳病害的發(fā)生，為植物生長(zhǎng)提供較好的土壤環(huán)境[2]。

覆蓋作為人工調(diào)控土壤溫度、水分的有效措施，能夠降低農(nóng)田水分無效蒸發(fā)而增強(qiáng)水分利用，提高土壤溫度[3]，地膜覆蓋栽培技術(shù)可以明顯改善土壤水分生態(tài)條件和熱量平衡，抑制土壤水分蒸發(fā)，保持土壤水分，抑制雜草，有利于土壤養(yǎng)分的礦化，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，增產(chǎn)增收效果明顯[4]。秸稈覆蓋的研究已經(jīng)在諸多作物上取得了成果，通過秸稈覆蓋能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤保肥保水性[5]。地膜覆蓋則能夠在作物生長(zhǎng)前期起到保溫保水的作用，有利于促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。楊睿等[6]研究表明，地膜覆蓋下土壤的溫度和含水量顯著高于對(duì)照處理。劉燕青等[7]認(rèn)為，秸稈覆蓋可減少土壤無效蒸發(fā)20%-90%，在一定條件下會(huì)阻隔降雨入滲，但也會(huì)抑制潛水蒸發(fā)和返鹽，最終提高了土壤含水量和作物水分利用效率。前人有關(guān)地表覆蓋的研究多集中在地膜覆蓋或者秸稈覆蓋方面[8-9]，沒有系統(tǒng)地對(duì)地膜覆蓋和秸稈覆蓋進(jìn)行比較分析，因此，本試驗(yàn)以‘金穗3號(hào)’為試驗(yàn)材料，設(shè)置6種覆蓋模式，研究玉米葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及單葉水分利用效率，探索覆蓋模式下玉米產(chǎn)量形成的機(jī)制，從而為玉米覆蓋栽培技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)于2020年在甘肅省張掖市民樂縣進(jìn)行，屬溫帶大陸性荒漠草原氣候，年平均降水量351mm，無霜期140d。土壤類型為灰鈣土，土壤基礎(chǔ)肥力為：土有機(jī)質(zhì)含量18.57g/kg，pH值8.2，堿解氮含量128.35mg/kg、速效磷含量48.26mg/kg、速效鉀含量112.38mg/kg，上茬作物為小麥。試驗(yàn)玉米品種為“金穗3號(hào)”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，設(shè)置6種覆蓋模式，分別為平作無覆蓋（T1）作為對(duì)照，平作覆膜（T2），平作秸稈覆蓋（T3），壟作無覆蓋（T4），壟作覆膜（T5），壟作秸稈覆蓋（T6），均為等行距種植，行距60cm，壟高約15cm，小區(qū)面積60m2，重復(fù)3次。秸稈覆蓋將玉米秸稈按7500kg/hm2均勻鋪在壟上和行間。在播種前，結(jié)合施肥進(jìn)行旋耕和施肥，施入氮肥（N）250kg/hm2，磷肥（P2O5）165kg/hm2，鉀肥（K2O）75kg/hm2作為種肥，在玉米拔節(jié)期追施氮肥（N）80kg/hm2，于4月20日播種，種植密度為7.5萬株/hm2，9月28日收獲。其他管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培模式。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 葉面積的測(cè)定

葉面積在玉米拔節(jié)期、抽雄期、灌漿初期和乳熟期進(jìn)行測(cè)定，在各個(gè)試驗(yàn)小區(qū)采用5點(diǎn)取樣法，每個(gè)點(diǎn)取3株玉米，取下所有葉片，迅速采用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)定葉面積，并計(jì)算葉面積指數(shù)。

葉面積（cm2）=長(zhǎng)（cm）×寬（cm）×0.7[10]

葉面積指數(shù)=單位土地面積葉片總面積/土地面積。

1.3.2 冠層透光率的測(cè)定

在玉米水泡期（R2），選擇晴朗無云的天氣，于9：00-14：00用作物冠層分析儀測(cè)定植株底層（距地面15cm）、穗位（棒三葉）和冠層頂部入射光合有效輻射量，每一層在行間以對(duì)角線方向上測(cè)定5個(gè)點(diǎn)，取平均值，計(jì)算各層光能截獲率。計(jì)算透光率，通過Beer定律計(jì)算出消光系數(shù)K，計(jì)算式為：

TPAR=I/I0×100%

K=-ln（1-FIPAR）/LAI

公式中：I為群體在不同高度的輻射截獲量，I0為冠層頂部的輻射截獲量，F(xiàn)IPAR為冠層輻射截獲率，LAI為葉面積指數(shù)。

1.3.3 干物質(zhì)積累量的測(cè)定

將上部模型在-0.5m增加1層零層板，作為上部結(jié)構(gòu)的1層考慮，同時(shí)輸入地面荷載，其中包括地面作法，堆載，覆土等，以便在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中導(dǎo)荷至基礎(chǔ)[2]。

分別在拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期初、乳熟期和成熟期，采用烘干法測(cè)定各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量，并計(jì)算花后積累量和花后單株干物質(zhì)貢獻(xiàn)率。

TPAK= DMAY-TDMP

CPAK= TPAK/DMAY×100%

公式中，TPAK為花后同化物輸入籽粒量（g）；DMAY為成熟期籽粒干物質(zhì)量（g）；TDMP為花前干物質(zhì)積累量；CPAK為花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率（%）。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測(cè)定

玉米實(shí)收進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，每個(gè)處理選擇5株玉米帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行考種，測(cè)定穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重。

根系的測(cè)定采用CI-600根系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在每個(gè)小區(qū)播種前安裝直徑為7cm，長(zhǎng)度 200cm的根窗，根窗與地面夾角30度，地上部留15cm，用黑色橡皮套固定，底部用橡膠蓋封口，防止土壤和雨水進(jìn)入，分別在玉米抽雄期用掃描儀掃描根管周圍根系分布，用WinRHIZOTron分析根系長(zhǎng)度、根系表面積、根系體積和根尖數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2010統(tǒng)計(jì)和計(jì)算數(shù)據(jù)，采用SPSS24.0進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作類型和覆蓋模式對(duì)玉米葉面積的影響

葉面積指數(shù)是決定植被生產(chǎn)力的關(guān)鍵要素，由圖1可知，葉面積指數(shù)隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，在抽雄期各處理的葉面積指數(shù)達(dá)到最大值。拔節(jié)期T5處理的葉面積指數(shù)最大，顯著高于其他處理，且各處理均顯著高于T1，T3、T4和T6處理間沒有顯著差異。在抽雄期，表現(xiàn)為T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，處理間差異均顯著，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出16.99%、6.13%、2.27%、19.26%和15.40%。灌漿期各處理變化趨勢(shì)和抽雄期相似，T5處理的葉面積指數(shù)最高。在乳熟期，T5處理的葉面積指數(shù)最高，其次是T2處理，T1處理最低，T3和T4處理間沒有顯著差異。

圖1 不同耕作類型和覆蓋模式下玉米葉面積指數(shù)

2.2 耕作類型覆蓋模式對(duì)旱作春玉米透光率和消光系數(shù)的影響

透光率反映群體內(nèi)光能輻射分布與群體結(jié)構(gòu)關(guān)系的重要參數(shù)，透光率越低，光能的截獲量越大。由表1可知，處理不同層位透光率均表現(xiàn)為上部＞中部＞下部。各部位的透光率表現(xiàn)為T5＜T2＜T6＜T3＜T4＜T1，T5處理最小，顯著低于其他處理，消光系數(shù)T5處理最大，和T2、T3處理沒有顯著差異，顯著高于其他處理。

表1 耕作類型覆蓋模式下旱作春玉米透光率

注：同一列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著，下同。

2.3 不同耕作類型和覆蓋模式對(duì)玉米干物質(zhì)積累量的影響

干物質(zhì)積累量反映植株光合生成能力。由表2知，不同覆蓋模式處理下玉米干物質(zhì)積累量存在明顯差異。在拔節(jié)期，T5處理的干物質(zhì)積累量最多，T3和T1差異不顯著，T4處理顯著低于T1處理，其他處理均高于T1處理。在抽雄期，各處理表現(xiàn)為T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1處理，T4和T1處理差異不顯著，其他處理均顯著高于T1處理，T2和T6、T3和T4間差異不顯著。在灌漿期，各處理表現(xiàn)為T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，處理間差異均顯著，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出18.96%、10.01%、4.23%、22.62%和11.36%。乳熟期變化趨勢(shì)和灌漿期相似。在成熟期，T3和T4間差異不顯著。各處理均顯著高于T1處理，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出12.67%、6.30%、4.16%、16.65%和9.87%。花后干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，T3和T4處理間差異不顯著，其他處理間差異均顯著，各處理均高于T1，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出10.91%、5.65%、4.37%、15.55%和8.86%?；ê蟾晌镔|(zhì)貢獻(xiàn)率T5處理最高，顯著高于其他處理，其次是T2，各處理均顯著高于T1。

表2 不同耕作類型和覆蓋模式對(duì)玉米干物質(zhì)積累量的影響

2.4 不同耕作類型和覆蓋模式對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可知，不同覆蓋模式對(duì)玉米產(chǎn)量有顯著的影響，其中穗數(shù)和穗行數(shù)各處理間沒有顯著差異。行粒數(shù)表現(xiàn)為T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，T3和T4處理間差異不顯著，其他處理間差異均顯著，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出9.58%、5.12%、3.75%、12.10%和5.81%。千粒重各處理均顯著高于T1，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出5.65%、3.63%、1.61%、6.51%和4.77%，T5處理的千粒重最大，和T2處理沒有顯著差異。T2、T3和T6處理間差異不顯著。鮮穗產(chǎn)量表現(xiàn)為T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，各處理顯著高于T1，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出25.71%、16.48%、14.95%、29.75%和21.77%，T3和T4處理間差異不顯著，T5處理的產(chǎn)量最高。

表3 不同耕作類型和覆蓋模式對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.5 不同耕作類型和覆蓋模式對(duì)玉米根系形態(tài)的影響

由表4可知，不同覆蓋模式下根系形態(tài)間存在顯著差異，其中根系總長(zhǎng)表現(xiàn)為T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，T3和T6處理間差異不顯著，其他處理間差異均顯著，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出14.01%、7.00%、3.11%、17.41%和8.75%。根系總表面積表現(xiàn)為T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，T2和T4處理間差異不顯著，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出26.65%、10.91%、4.36%、28.11%和15.05%。根體積變化趨勢(shì)和根表面積相似。根尖數(shù)除了T4處理外，其他處理均顯著高于T1，T2、T3、T4、T5和T6分別比T1高出14.39%、8.65%、4.76%、20.51%和12.98%。

表4 不同耕作類型和覆蓋模式對(duì)玉米根系形態(tài)的影響

3 討論

改善耕作方式和覆蓋栽培技術(shù)既增加土壤溫濕度，提高水分和養(yǎng)分的吸收利用，還可以降低土壤水分損失，提高土壤保水能力和水分利用效率，從而促進(jìn)植株的正常生長(zhǎng)[11]。葉片是光合作用的主要器官，葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量是衡量群體質(zhì)量好壞的兩個(gè)重要指標(biāo)，是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[12]。本研究結(jié)果表明，幾種耕作和覆蓋模式均對(duì)玉米葉面積和干物質(zhì)積累有較好的效果，葉面積大小和干物質(zhì)積累量依次為壟作覆膜、平作覆膜、壟作秸稈覆蓋、平作秸稈覆蓋、壟作無覆蓋、平作無覆蓋，其中壟作覆膜模式的干物質(zhì)積累量最高，一方面，地膜覆蓋減少土壤水分蒸發(fā)，蒸發(fā)散失的熱量減少，地膜附著的水汽使長(zhǎng)波輻射向外散射受阻，下層水分遷移到達(dá)表層土壤，從而達(dá)到增濕保墑的作用[13]。另一方面，壟作使玉米田間小氣候得到優(yōu)化，在一定程度上改善了耕層主壤結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)了土壤三相比，有利于根系的下扎，提高根系對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收能力，促進(jìn)了植株的健壯生長(zhǎng)[14]。本研究表明，壟作覆膜模式的透光率最小，說明擴(kuò)大行距使葉片行間的生長(zhǎng)空間相對(duì)加大，葉片的形態(tài)變得較為舒展，改善了葉片角度，透光率的增加有利于下部葉片的光能吸收。

玉米產(chǎn)量的高低，不僅取決于遺傳因素，也受到土壤、水、熱、肥等條件的影響[15]，覆蓋栽培通過改善土壤微環(huán)境來影響產(chǎn)量[16]。穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重是組成小麥產(chǎn)量三要素，三者之間相互聯(lián)系、相互制約，共同決定了玉米籽粒產(chǎn)量[17]。本研究結(jié)果表明，覆蓋栽培能夠增加玉米產(chǎn)量，主要是通過增加穗行數(shù)和千粒重來實(shí)現(xiàn)的，且壟作覆膜模式的行粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量最高，可能是因?yàn)閴抛鞲材ご龠M(jìn)了土壤理化性質(zhì)的改善，促進(jìn)植株生長(zhǎng)和干物質(zhì)的積累，進(jìn)而增加行粒數(shù)和千粒重，使玉米產(chǎn)量得到提高。

根系在作物的固定、吸收、代謝等方面起著重要的作用，是維持作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵[18]，大量研究表明，發(fā)達(dá)的根系能夠有效吸收土壤養(yǎng)分，提高合成、分泌活性，為地上部的生長(zhǎng)提供良好的條件[19]。根系的生長(zhǎng)不僅需要疏松的土壤環(huán)境、適宜的溫度濕度，還需要充足的養(yǎng)分供應(yīng)，因此，作物根系生長(zhǎng)發(fā)育和土壤環(huán)境條件密切相關(guān)，土壤的微環(huán)境直接影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響地上部的生長(zhǎng)和產(chǎn)量[20]。本研究表明，改善耕作和覆蓋模式能夠在一定程度增加根系總長(zhǎng)度、根系表面積、根體積和根尖數(shù)，壟作覆膜模式根系生長(zhǎng)指標(biāo)最好，可能是壟作能降低土壤容重，加厚土壤熟化層，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)和發(fā)育，覆膜能夠改善土壤水熱，協(xié)調(diào)土壤環(huán)境。綜合比較，壟作覆膜的玉米干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量及根系生長(zhǎng)最優(yōu)，其次是平作覆膜。表明壟作覆膜對(duì)玉米生長(zhǎng)促進(jìn)作用較明顯，是較好的土壤表層覆蓋模式。但是本試驗(yàn)僅研究了當(dāng)季玉米生長(zhǎng)狀況，還應(yīng)根據(jù)土壤養(yǎng)分、物理性狀及玉米品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。