不同耕作措施对夏玉米生长及产量的影响

蒋飞，李印峰，郝福庭，薛法新，曾苏明，宋春林，吴秋平

（济宁市农业科学研究院/国家玉米产业技术体系济宁综合试验站，山东 济宁 272031）

玉米生产对我国粮食安全具有非常重要的作用，而玉米生产全程机械化是保障粮食安全和推进现代化农业发展的重要手段。耕整地是玉米全程机械化生产各环节中需要高度重视的一环，良好的土壤耕作有利于改善其理化性质和微生态环境，提高蓄水保肥能力，为作物生长发育创造适宜的耕层结构，保证作物持续高产稳产［1，2］。

鲁西南地区玉米种植长期沿用以小型农机具为主的连年旋耕方式，导致耕层浅、土壤养分水分库容减少、抗逆缓冲能力变差，容易发生倒伏，不利于稳产高产。不同耕作方式可以引起土壤固体、液体和气体三相物质的变化，从而改变土壤微环境［3，4］。研究表明，深耕能打破犁底层，加深耕层厚度，改善土壤结构和通透性，利于玉米根系生长和水肥吸收利用，从而实现高产高效［5－8］。本团队以国家玉米产业技术体系设立的不同耕作方式下机械化精播保苗定位试验为内容，研究不同耕作措施对玉米植株生长、干物质积累、产量形成及其土壤含水量、土壤温度变化的影响，以明确本区域适宜的玉米耕作和秸秆还田关键技术，为大面积高效绿色生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在济宁市农业科学研究院长期定位基地（35°27′15″N，116°35′11″E）进行，始于2015年。该地年均降水量597～820 mm，年均气温13.3～14.1℃，无霜期199 d。试验田土壤为褐土，耕层土壤主要理化性质:有机质含量15.1 g/kg、碱解氮58.6 mg/kg、速效磷48.3 mg/kg、速效钾128.5 mg/kg，pH值6.98。前茬作物为小麦。

1.2 试验材料与设计

供试玉米品种登海605，2020年6月9日播种，10月6日收获。

试验设3个不同耕作加秸秆处理。其中，①秸秆全层深翻（30 cm）:小麦收获后进行秸秆全量深翻处理作业（以下简称深翻）；②常规旋耕混拌（15 cm）:小麦秸秆粉碎还田后两次旋耕作业再机播（以下简称旋耕）；③免耕（对照）:小麦收获后夏玉米贴茬精量播种。小区面积120 m2，12行区60 cm等行距种植，密度75 000株/hm2。随机区组排列，重复3次。

播种前基施复合肥（N∶P2O5∶K2O＝15∶15∶15，总养分≥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产田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生育期 记载各处理玉米出苗、拔节、大喇叭口、抽雄、开花、成熟、收获等生育期的具体日期。出苗期为小区内50%的幼苗出土高度2～3 cm的日期，并调查出苗整齐度；其它生育期的判定标准均为群体有1/2植株达到某个生育期的标准。

1.3.2 株高、穗位高和茎粗 拔节期在各小区统一标记出生长一致的植株进行定位观测。吐丝期测量株高、穗位高和茎粗，每小区连续测量20株。穗位高为地面到穗柄下节间的距离，茎粗为茎基部第三节间扁圆面的直径，采用数字游标卡尺测量。

1.3.3 叶面积 拔节期、开花期与成熟期在每小区选取代表性植株2行，每行连续测10株，用刻度尺测量每株玉米全部展开绿叶的叶长和最大叶宽，乘以0.75，求出每片叶的面积，后累加得到全株叶面积。

1.3.4 干物质积累 拔节期、开花期与成熟期在每小区选取代表性植株2行，每行连续选取3株，并将其分为叶片、茎秆和穗，采用烘干法烘至恒重后称重。

1.3.5 土壤温度和水分 于播种、出苗、拔节、开花、成熟期分别取0～5、5～10、10～20 cm 3个层次土壤，每小区对角线选择3个点取样，后用烘干法测定土壤含水量。采用WST数字温度计测量不同土层的温度。

1.3.6 籽粒产量及其构成因素 成熟期每处理选取对角线3个点，每个点量取10 m行长，人工收获中间2行果穗，自然风干、脱粒计产（按14%标准含水量折算产量）。各小区选择有代表性的20个果穗进行考种，分别调查穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、百粒重等穗部性状。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05软件进行数据整理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同耕作措施对生育期的影响

由表1可以看出，不同耕作措施对玉米生长发育进程的影响较小，较免耕和常规旋耕，深翻处理抽雄期推迟1天，成熟期则推迟2天。不同处理对出苗整齐度的影响表现为:深翻＞旋耕＞免耕，传统免耕直播出苗整齐度相对要差一些。

表1 不同耕作措施下玉米生育期的差异

2.2 不同耕作措施对植株农艺性状的影响

由表2可以看出，与免耕相比，深翻、旋耕处理对玉米株高和茎粗影响较小，穗位高略降低，分别较免耕降低11.0%、5.7%，但各处理之间差异不显著。

表2 不同耕作措施下植株性状的差异 （cm）

2.3 不同耕作措施对玉米叶面积动态的影响

由表3可以看出，拔节期、开花期不同耕作处理玉米的单株叶面积差异较小，成熟期深翻、旋耕处理较免耕均有所增加，其中深翻处理达到显著水平。

表3 不同耕作措施下玉米植株的叶面积动态（cm2/株）

2.4 不同耕作措施对玉米植株干重的影响

由图1可以看出，拔节期，不同耕作处理对玉米单株干重及叶片、茎秆干重的影响较小。开花期，玉米单株干重大小依次为:深翻＞旋耕＞免耕，深翻、旋耕处理较免耕分别增加14.9%和11.0%；叶片干重以深翻处理最高，与免耕差异显著；茎秆干重各处理间差异较小；穗干重深翻和常规旋耕处理间差异较小，但均显著高于免耕。成熟期，单株干重、穗干重深翻处理均显著高于免耕，其余处理间差异较小；叶片干重和茎秆干重各处理间差异较小。

图1 不同耕作处理单株各器官和整株干重

2.5 不同耕作措施对土壤含水量变化的影响

由表4可以看出，不同耕作措施对土壤含水量的影响存在时空差异。各处理间以出苗期0～5 cm土层土壤含水量差异最大，深翻和旋耕处理较免耕土壤含水量差4.3、6.9个百分点，拔节期差3.0、2.8个百分点，开花期差2.4、3.8个百分点，成熟期差2.7、2.6个百分点。

表4 各生育期不同耕作处理土壤含水量的动态差异 （%）

播种时，由于深翻和旋耕对土壤的扰动程度较大，0～5 cm土层土壤含水量相比免耕（CK）分别降低1.4、1.8个百分点，5～10 cm土层分别降低1.1、1.3个百分点。拔节期，0～5 cm土层土壤含水量免耕显著高于深翻和旋耕，但5～20 cm土层则以深翻显著高于其它处理。开花期，不同耕作处理对各土层土壤含水量的影响表现与拔节期趋势一致。成熟期，由于各土层土壤含水量均较吐丝期明显下降，仅0～5 cm土层土壤含水量以免耕最高，5～20 cm土层土壤含水量差异较小。

2.6 不同耕作措施对土壤温度变化的影响

由表5可以看出，不同耕作措施对土壤温度的影响存在时空差异。各处理以0～5 cm土层土壤温度差异最大，出苗期深翻、旋耕较免耕分别高5.1、4.4℃，拔节期分别高1.6、1.2℃，开花期分别高1.3、0.9℃，成熟期分别高0.1、0.4℃。

表5 不同耕作措施下不同生育期土壤温度的差异 （℃）

出苗期，深翻处理各土层土壤温度最高，其次为旋耕混拌，免耕土壤温度最低。拔节期，不同耕作处理对3个土层土壤温度的影响与出苗期一致，但以0～10 cm土层温度差异较大。开花期，深翻和旋耕处理3个土层土壤温度较免耕均显著增加，深翻处理分别增1.3、1.5℃和1.0℃，旋耕处理则分别增0.9、0.9℃和0.5℃。成熟期，不同耕作处理3个土层的土壤温度差异较小。

2.7 不同耕作处理玉米产量及其构成因素表现

由表6可以看出，深翻处理产量最高，为12 955.5 kg/hm2，较免耕增产10.6%，达显著水平，其次是旋耕处理，较免耕增产4.3%。从产量构成因素看，与免耕相比，深翻处理穗长增加17.5%，穗粒数增加4.8%，百粒重增加6.8%。各处理在穗行数、穗粗、秃尖长等穗部性状间差异较小。

表6 不同耕作措施下玉米产量及其构成因素的差异

3 讨论与结论

干物质是作物光合作用的产物，作物产量取决于光合产物的积累与分配［9，10］。前人研究表明，改良农艺措施能够优化作物干物质积累与分配，促进作物增产［11］。本研究表明，与免耕（对照）相比，深翻处理开花期叶片干重显著增加，与深翻促进叶面积增加相一致，说明深翻有利于促进光合叶面积增加和叶片干物质累积，从而整株干物质积累在开花期和成熟期均明显高于免耕和常规旋耕处理。干物质生产是形成玉米籽粒产量的重要物质基础，深翻利于增加叶源供应能力从而增加籽粒灌浆，获得高产。

农田土壤水分和温度对作物生长及产量形成具有重要影响，不同耕作措施产生的作用影响较大［12，13］。玉米产量由单位面积穗数、穗粒数和粒重三要素构成，在穗数和穗粒数一定条件下，粒重对产量有着至关重要的作用。本研究中，不同耕作处理结合秸秆还田对3个土层土壤含水量和土壤温度产生不同影响:深翻处理在开花期以后能明显增加5～10、10～20 cm土层土壤含水量，同时增加不同土层的土壤温度，说明深翻创造的良好土壤环境有利于改进玉米个体生长状况，促进干物质生产，同时利于延缓后期叶片衰老，促进各器官干物质向籽粒转移，从而收获期穗长、穗粒数和粒重均明显高于其它处理，产量较免耕增产10.6%。

免耕种植可以一次性完成播种、施肥、镇压等环节，具有节能省时等优点，在华北平原具有一定发展潜力，但常年单一免耕也会产生不利作物生长的条件，影响作物的生长发育，出苗差、出苗率低是影响免耕产量的主要原因［4，14，15］。秸秆覆盖后抑制土壤水分蒸发，从而提高土壤湿度［16，17］，而土壤含水量高低直接影响热量的传递。本研究中，免耕处理相对提高表层土壤（0～5 cm）水分，但出苗期耕层内土壤温度的降低影响出苗时间，出苗整齐度降低，使玉米吐丝后干物质积累尤其是叶源减少，不利于产量提高。不同耕作和秸秆还田方式对“源”与“库”关系的影响还需要进一步研究，以有利于揭示秸秆全层深翻模式提升本区域玉米机械化密植精播高产高效的机理，为大面积高产高效绿色生产提供理论和技术支撑。