史 磊,王大為,隋陽輝,常 程,張書萍,肖萬欣

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所,遼寧 沈陽 110161)

現(xiàn)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(nóng)機具作業(yè)至少7 ～8 次,整個生長季節(jié)平均耗油70 ～90 L/hm2。 研發(fā)玉米低碳高產(chǎn)耕作栽培技術(shù)對保障糧食安全、發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義[2]。 玉米少免耕平作技術(shù)比常規(guī)壟作可減少作業(yè)環(huán)節(jié)和機具作業(yè)次數(shù), 可節(jié)約柴油22.2 L/hm2,推廣應(yīng)用平作技術(shù)是應(yīng)對氣候變化、發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的一項有效技術(shù)措施[2]。 深松是區(qū)別于犁翻、旋耕的一種機械整地技術(shù),它的最大好處是既疏松土壤,又不破壞土壤的團粒結(jié)構(gòu),且對土壤的自我修復(fù)起到保護作用。 改壟作為平作,秋季深松結(jié)合少免耕利于春季土壤保墑,土地平整適合機械化作業(yè)[3]。 通過調(diào)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(huán)境,提高光、熱等資源的利用效率,寬窄行種植是調(diào)整空間布局的方法之一[4]。 平作寬窄行技術(shù)又稱寬窄行倒茬平作,就是在秋季滅茬時,總面積內(nèi)行數(shù)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(shù)實現(xiàn)了寬窄行間輪休作業(yè),種養(yǎng)結(jié)合提升土壤綜合利用率;寬窄行創(chuàng)造了邊行,更有利于作物光合作用和通風(fēng),無形中提升玉米畝產(chǎn)量。 有報道證實:吉林部分地區(qū)采用此項技術(shù),有效節(jié)約生產(chǎn)成本20%,提升畝產(chǎn)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(shù)相結(jié)合對春玉米產(chǎn)量形成的調(diào)控效應(yīng),旨在為遼寧春玉米區(qū)推廣平作寬窄行技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2020 年在遼寧省沈陽市沈北新區(qū)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(qū)試驗對比法,試驗設(shè)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(chǔ)上增加秋季深松35 cm,C)、常規(guī)壟作(春季旋耕起壟,等行距60 cm 種植,CK)、常規(guī)壟作+深松(在CK 模式基礎(chǔ)上加秋季深松35 cm,D)。 每種模式種植20行,占地0.1 hm2,不設(shè)重復(fù)。 試驗春季隨機械播種1 次性施入玉米專用緩控釋肥,總養(yǎng)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(chǎn)水平。

1.2 測定指標(biāo)及方法

1.2.1 土壤物理性質(zhì)

環(huán)刀法調(diào)查播種行0 ～15、15 ～25 和25 ～35 cm 土壤容重。

1.2.2 葉面積指數(shù)

于拔節(jié)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(shù)法計算單株葉面積及換算葉面積指數(shù)。

1.2.3 干物質(zhì)積累與分配

在拔節(jié)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(shù)= 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(fù)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(chǎn)與考種

每個處理3 點取樣,每點 20 m2,記錄實收株數(shù)、穗數(shù)、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(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、含水率、百粒重、出籽率等指標(biāo),實際產(chǎn)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(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019 進行數(shù)據(jù)處理,用DPS 9.5 進行Duncan 法差異顯著性分析與方差分析。

2 結(jié)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(guī)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(dá)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(shù)的影響

如圖1 所示,拔節(jié)期平作3 個處理葉面積指數(shù)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(shù)顯著高于壟作2 個處理,分別比常規(guī)壟作+深松和常規(guī)壟作高24.5%和46.8%,壟作+深松比常規(guī)壟作高18.0%;成熟期平作寬窄行+深松處理葉面積指數(shù)仍然較高,分別高于平作勻行、常規(guī)壟作和常規(guī)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(shù)的影響

2.3 種植模式對干物質(zhì)積累與分配的影響

如圖2 所示,拔節(jié)期平作各處理干物質(zhì)量顯著高于壟作各處理;吐絲期平作寬窄行各處理干物質(zhì)量顯著高于常規(guī)壟作處理,其中平作寬窄行+深松比常規(guī)壟作高4.4%;成熟期平作寬窄行各處理干物質(zhì)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(guī)壟作和常規(guī)壟作+深松處理高9.4%、8.5%和6.4%。 由表2 可知,常規(guī)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(shù)為54.6%,分別比平作勻行、常規(guī)壟作+深松和常規(guī)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(zhì)積累量的影響

表2 種植模式對玉米干物質(zhì)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(jié)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(jié)—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(guī)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(guī)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(guī)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(biāo)的影響

如表3 可知,平作各處理和壟作深松處理的穗行數(shù)與行粒數(shù)均大于常規(guī)壟作,其中平作寬窄行+深松處理穗行數(shù)與行粒數(shù)最多,分別比常規(guī)壟作高6.5%和11.1%(P＜0.05);平作寬窄行+深松處理的穗粒數(shù)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(guī)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(guī)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(guī)壟作+深松處理分別比常規(guī)壟作增加6.2%和4.2%(P＜0.05)。

表3 種植模式對考種指標(biāo)的影響

表4 玉米籽粒產(chǎn)量與相關(guān)性狀相關(guān)分析

2.6 種植模式對玉米產(chǎn)量的影響

由圖4 可知,不同種植模式下玉米產(chǎn)量差異顯著,產(chǎn)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(guī)壟作+深松和常規(guī)壟作;平作寬窄行+深松處理產(chǎn)量略高于平作寬窄行處理,平作寬窄行+深松處理籽粒產(chǎn)量為12.9 t/hm2,分別比平作寬窄行、平作勻行、常規(guī)壟作+深松和常規(guī)壟作增產(chǎn)1.6%、12.2%、14.2%和19.4%。

圖4 種植模式對玉米產(chǎn)量的影響

2.7 玉米籽粒產(chǎn)量與其他性狀相關(guān)分析

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

3 結(jié)論與討論

種植方式能夠調(diào)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(jié)構(gòu),增強田間通風(fēng)透光能力,從而有利于植物生長[8]。 寬窄行種植通過調(diào)控行距配置,改善冠層的光分布,顯著提高了粒數(shù)和粒重,較等行距種植可提高產(chǎn)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(jié)—成熟)、收獲指數(shù)和穗粒數(shù),提高產(chǎn)量10.4%;隨著玉米生育時期的推移,不同種植模式下干物質(zhì)積累量逐漸增加,吐絲后平作寬窄行干物質(zhì)量顯著高于平作勻行和常規(guī)壟作,這與劉欣芳等[10]研究結(jié)果一致。

遼寧人均耕地面積少,長年采用小動力農(nóng)機作業(yè),使耕層變淺,再經(jīng)機械壓實,土壤容重顯著增加,導(dǎo)致土壤板結(jié),耕地退化,土壤肥力下降[11]。 通過田間機械深松作業(yè),打破犁底層,疏松土壤,降低了容重和緊實度,改善耕層結(jié)構(gòu)[12]。深松通過改善耕層土壤環(huán)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(chǎn)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(yǎng)分和水分的吸收和對植株的支撐作用,為玉米增產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ);深松還顯著提高了玉米凈同化率、穗粒數(shù)和百粒重,增產(chǎn)4.6%。

當(dāng)前,利用單項栽培技術(shù)實現(xiàn)玉米產(chǎn)量提高變得日益艱難,通過利用多項高產(chǎn)栽培措施形成優(yōu)化栽培模式,提高玉米群體豐產(chǎn)性,實現(xiàn)對自然資源的高效利用已成為玉米穩(wěn)產(chǎn)增效的主要途徑[15]。 本研究將平作寬窄行與秋季深松技術(shù)有機結(jié)合形成一套新的栽培模式,與傳統(tǒng)勻行壟作相比,該模式顯著提高了玉米葉面積指數(shù)、干物質(zhì)量、凈同化率、穗粒數(shù)和百粒重等,測產(chǎn)結(jié)果表明,籽粒產(chǎn)量提高19.4%。

遼寧的遼西、遼中和遼北地區(qū)為本省春玉米主產(chǎn)區(qū),其中遼西地區(qū)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(fā)生,傳統(tǒng)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(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn),秋季深松結(jié)合平作少免耕技術(shù)的應(yīng)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(shù)在我國北方地區(qū)推廣廣泛,相較于二比空、三比空和偏壟寬窄行等技術(shù),具有農(nóng)業(yè)機具配套率高、播種質(zhì)量高、減少旋耕起壟作業(yè)程序、降低生產(chǎn)成本和碳排放等優(yōu)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(jié)合。 因此,平作寬窄行與秋季深松技術(shù)的有機結(jié)合既在理論上有豐產(chǎn)增效的作用,又在生產(chǎn)上具有良好的發(fā)展前景。