平作宽窄行技术对春玉米产量调控效应研究

史 磊,王大为,隋阳辉,常 程,张书萍,肖万欣

(辽宁省农业科学院玉米研究所,辽宁 沈阳 110161)

现阶段辽宁玉米主要栽培模式还是旋耕垄作[1],玉米垄作栽培从整地到秋收,农机具作业至少7 ～8 次,整个生长季节平均耗油70 ～90 L/hm2。 研发玉米低碳高产耕作栽培技术对保障粮食安全、发展低碳农业具有重要的现实意义[2]。 玉米少免耕平作技术比常规垄作可减少作业环节和机具作业次数, 可节约柴油22.2 L/hm2,推广应用平作技术是应对气候变化、发展低碳农业的一项有效技术措施[2]。 深松是区别于犁翻、旋耕的一种机械整地技术,它的最大好处是既疏松土壤,又不破坏土壤的团粒结构,且对土壤的自我修复起到保护作用。 改垄作为平作,秋季深松结合少免耕利于春季土壤保墒,土地平整适合机械化作业[3]。 通过调配种植株距、行距改变玉米种植的空间布局,有助于改善田间微环境,提高光、热等资源的利用效率,宽窄行种植是调整空间布局的方法之一[4]。 平作宽窄行技术又称宽窄行倒茬平作,就是在秋季灭茬时,总面积内行数不变的情况下,将均匀行距改为宽窄行。宽行视为休耕带,窄行视为种植带。 以后每年宽窄行交替耕作[5～6]。 此项技术实现了宽窄行间轮休作业,种养结合提升土壤综合利用率;宽窄行创造了边行,更有利于作物光合作用和通风,无形中提升玉米亩产量。 有报道证实:吉林部分地区采用此项技术,有效节约生产成本20%,提升亩产量在10%左右[7]。

本试验以郑单958 为材料,探讨平作宽窄行与秋季深松少免耕技术相结合对春玉米产量形成的调控效应,旨在为辽宁春玉米区推广平作宽窄行技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2020 年在辽宁省沈阳市沈北新区小洋河村进行,品种为郑单958(ZD958),播种密度为6.75×104株/hm2,采用大区试验对比法,试验设5 个种植模式,分别为:平作匀行(灭茬平作,等行距60 cm 种植,A)、平作宽窄行(灭茬平作,宽窄行种植:宽行距80 cm,窄行距40 cm,B)、平作宽窄行+深松(在B 模式的基础上增加秋季深松35 cm,C)、常规垄作(春季旋耕起垄,等行距60 cm 种植,CK)、常规垄作+深松(在CK 模式基础上加秋季深松35 cm,D)。 每种模式种植20行,占地0.1 hm2,不设重复。 试验春季随机械播种1 次性施入玉米专用缓控释肥,总养分量为纯N 234 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2,田间管理略高于大田生产水平。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 土壤物理性质

环刀法调查播种行0 ～15、15 ～25 和25 ～35 cm 土壤容重。

1.2.2 叶面积指数

于拔节期(6 月下旬)、吐丝期(7 月下旬)和收获期(9 月下旬)各处理选取5 个代表性样点,每点取代表性植株5 株,测定整株绿叶的叶长和叶宽,采用长宽系数法计算单株叶面积及换算叶面积指数。

1.2.3 干物质积累与分配

在拔节期、吐丝期和收获期,将测定绿叶面积的样株,105 ℃杀青30 min,85 ℃烘干至恒重后称重;其中收获期需分解为茎鞘、叶片、苞叶、穗轴和子粒5 部分后再分别烘干称重,收获指数= 籽粒干重/总重×100。

1.2.4 净同化率

前一次平均叶面积记为LA1,前一次植株平均干重记为W1,时间记为T1;若干天后重复上述测定得LA2 和W2,时间记为T2。

计算净同化率的公式为:

1.2.5 测产与考种

每个处理3 点取样,每点 20 m2,记录实收株数、穗数、总穗重,按均值法取代表性20 个果穗考种,测定穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、穗粒数、含水率、百粒重、出籽率等指标,实际产量(14%含水量)按照实收的玉米穗重、收获面积、出籽率与籽粒含水率进行折算。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2019 进行数据处理,用DPS 9.5 进行Duncan 法差异显著性分析与方差分析。

2 结果与分析

2.1 种植模式对土壤容重的影响

由表1 可知,在0 ～15 cm 土层,平作各处理平均土壤容重大于垄作各处理12.4%(P＜0.05);在15～25 cm 土层,平作各处理和垄作各处理的土壤容重基本一致,无显著差异;在25 ～35 cm 土层,常规垄作处理土壤容重最大,略大于平作匀行和平作宽窄行处理4.1%,显著大于平作和垄作的深松处理,达10.7%;在15 ～25 cm 和25 ～35 cm 土层,深松各处理土壤容重分别低于未深松处理4.4%和8.0%(P＜0.05)。

表1 种植模式对土壤容重的影响 (g/cm3)

2.2 种植模式对玉米叶面积指数的影响

如图1 所示,拔节期平作3 个处理叶面积指数较高,但各处理间相差不大;吐丝期平作宽窄行+深松处理叶面积指数显著高于垄作2 个处理,分别比常规垄作+深松和常规垄作高24.5%和46.8%,垄作+深松比常规垄作高18.0%;成熟期平作宽窄行+深松处理叶面积指数仍然较高,分别高于平作匀行、常规垄作和常规垄作+深松处理25.3%、38.7%和46.4%,其他4 个处理间差异不显著。

图1 种植模式对玉米叶面积指数的影响

2.3 种植模式对干物质积累与分配的影响

如图2 所示,拔节期平作各处理干物质量显著高于垄作各处理;吐丝期平作宽窄行各处理干物质量显著高于常规垄作处理,其中平作宽窄行+深松比常规垄作高4.4%;成熟期平作宽窄行各处理干物质量显著高于其他处理,其中平作宽窄行处理较平作匀行、常规垄作和常规垄作+深松处理高9.4%、8.5%和6.4%。 由表2 可知,常规垄作处理叶片和穗轴占比略高于其他处理;垄作各处理茎鞘占比平均为19.7%,比平作各处理平均高2.2 个百分点(P＜0.05);平作宽窄行处理苞叶占比略高于其他处理(P＜0.05);平作宽窄行+深松收获指数为54.6%,分别比平作匀行、常规垄作+深松和常规垄作高2.1、3.4 和4.1 个百分点(P＜0.05)。

图2 种植模式对玉米干物质积累量的影响

表2 种植模式对玉米干物质分配的影响

2.4 种植模式对净同化率的影响

如图3 所示,出苗—拔节期,平作各处理净同化率显著高于垄作各处理, 前者平均为3.77 g/m2·d,比后者平均高34.5%;拔节—吐丝期,平作宽窄行2 个处理和垄作+深松处理的净同化率显著高于常规垄作和平作匀行处理,其中平作宽窄行+深松净同化率为13.6 g/m2·d 比常规垄作高10.6%;吐丝—成熟期,平作宽窄行2 个处理和垄作+深松处理的净同化率依旧保持较高的生理水平,平均为13.4 g/m2·d,而平作匀行和常规垄作下降的较快,平均为11.2 g/m2·d 显著低于其他处理。

图3 种植模式对玉米净同化率的影响

2.5 种植模式对考种指标的影响

如表3 可知,平作各处理和垄作深松处理的穗行数与行粒数均大于常规垄作,其中平作宽窄行+深松处理穗行数与行粒数最多,分别比常规垄作高6.5%和11.1%(P＜0.05);平作宽窄行+深松处理的穗粒数显著大于其他处理,平作匀行、平作宽窄行和垄作深松处理间差异不显著,常规垄作最低;各处理中平作宽窄行+深松处理穗长和穗粗最大,分别比常规垄作大9.2%和5.8%;不同种植模式对果穗秃尖长影响较大,与垄作模式比,平作模式秃尖长度更短,平均降低14.0%;不同种植模式中,深松各处理籽粒百粒重较高,平作宽窄行+深松处理和常规垄作+深松处理分别比常规垄作增加6.2%和4.2%(P＜0.05)。

表3 种植模式对考种指标的影响

表4 玉米籽粒产量与相关性状相关分析

2.6 种植模式对玉米产量的影响

由图4 可知,不同种植模式下玉米产量差异显著,产量从高到底依次为平作宽窄行+深松、平作宽窄行、平作匀行、常规垄作+深松和常规垄作;平作宽窄行+深松处理产量略高于平作宽窄行处理,平作宽窄行+深松处理籽粒产量为12.9 t/hm2,分别比平作宽窄行、平作匀行、常规垄作+深松和常规垄作增产1.6%、12.2%、14.2%和19.4%。

图4 种植模式对玉米产量的影响

2.7 玉米籽粒产量与其他性状相关分析

通过对不同种植模式下各性状试验数据进行相关分析,结果表明,玉米籽粒产量与穗行数、穗长和百粒重呈正相关,与叶面积指数(5%)、收获指数(1%)、净同化率(5%)、行粒数(5%)、穗粒数(5%)、穗粗(5%)呈显著正相关、与秃尖长(5%)呈显著负相关。

3 结论与讨论

种植方式能够调整株行距配置,使植株获得合理的空间分布,改善群体的冠层结构,增强田间通风透光能力,从而有利于植物生长[8]。 宽窄行种植通过调控行距配置,改善冠层的光分布,显著提高了粒数和粒重,较等行距种植可提高产量13%[9]。 本研究表明:与平作匀行相比,平作宽窄行显著提高了净同化率(拔节—成熟)、收获指数和穗粒数,提高产量10.4%;随着玉米生育时期的推移,不同种植模式下干物质积累量逐渐增加,吐丝后平作宽窄行干物质量显著高于平作匀行和常规垄作,这与刘欣芳等[10]研究结果一致。

辽宁人均耕地面积少,长年采用小动力农机作业,使耕层变浅,再经机械压实,土壤容重显著增加,导致土壤板结,耕地退化,土壤肥力下降[11]。 通过田间机械深松作业,打破犁底层,疏松土壤,降低了容重和紧实度,改善耕层结构[12]。深松通过改善耕层土壤环境,促进深层根系生长,减少表层根系拥挤,缓解了密植群体单株根系对肥水资源的竞争,显著提高了千粒重,增加产量12%左右[13]。 邓智惠等研究表明,深松比旋耕处理土壤容重平均下降 3.55%[14]。 本研究表明:秋季深松降低了耕层土壤容重,尤其在较深土层(15～35 cm),土壤容重降低了4.4%～8.0%,促进了根系向下生长,强化了对养分和水分的吸收和对植株的支撑作用,为玉米增产打下坚实的基础;深松还显著提高了玉米净同化率、穗粒数和百粒重,增产4.6%。

当前,利用单项栽培技术实现玉米产量提高变得日益艰难,通过利用多项高产栽培措施形成优化栽培模式,提高玉米群体丰产性,实现对自然资源的高效利用已成为玉米稳产增效的主要途径[15]。 本研究将平作宽窄行与秋季深松技术有机结合形成一套新的栽培模式,与传统匀行垄作相比,该模式显著提高了玉米叶面积指数、干物质量、净同化率、穗粒数和百粒重等,测产结果表明,籽粒产量提高19.4%。

辽宁的辽西、辽中和辽北地区为本省春玉米主产区,其中辽西地区光热资源丰富但是水资源匮乏,辽中、辽北虽然常年降雨量在500 mm 以上,但是生长季雨量分布不均,春旱时有发生,传统的深松多选择在春季,但无论在播前还是苗期深松都会对土壤过多搅动,使得本就不多的土壤含水量下降更快。 经过多年研究发现,秋季深松结合平作少免耕技术的应用,不但减少了春季对土壤的扰动,还能有效积累冬季降水,有利于春季土壤墒情的改善。 平作宽窄行作为一种非均匀行栽培技术在我国北方地区推广广泛,相较于二比空、三比空和偏垄宽窄行等技术,具有农业机具配套率高、播种质量高、减少旋耕起垄作业程序、降低生产成本和碳排放等优点。 此外,还可以与水肥一体化、苗带深松、秸秆还田、保护性耕作相结合。 因此,平作宽窄行与秋季深松技术的有机结合既在理论上有丰产增效的作用,又在生产上具有良好的发展前景。