深松方式對玉米光合作用的影響

李金鳳

摘要：針對東北地區長期淺耕導致的一些土壤問題，通過分析玉米葉片光合特性，以春季滅茬旋耕起壟的耕作方式為對照，探討隔行深松與行行深松兩種深松方式對光合作用的影響及調節方式。結果表明：隔行深松處理能夠顯著提高玉米葉片光合能力。

關鍵詞：玉米；光合作用；深松；旋耕；影響

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）04-0032-03

常年淺耕操作導致土壤耕層變淺、犁底層加厚等諸多不良后果出現，產生土壤肥水流失、玉米產量降低等問題。光合作用是作物生長發育中的關鍵生理過程，是衡量作物生產能力的重要指標，與作物產量密切相關。本研究通過分析玉米葉片光合特性，以春季滅茬旋耕起壟的耕作方式為對照，探討隔行深松與行行深松兩種深松方式對光合作用的影響及調節方式。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年在沈陽市農業科學院試驗地進行。試驗區屬于受季風影響的半濕潤大陸性氣候，2015年5—9月平均氣溫21.3 ℃，平均降水量85.3 mm，平均日照時數231.8 h。試驗區土壤為棕壤土，多年種植玉米。通常采用春季滅茬旋耕起壟方式，耕層較淺。0～20 cm耕層含速效氮172.1 mg/kg、速效鉀126.1 mg/kg、速效磷72.5 mg/kg。

1.2 試驗設計

供試玉米品種為鄭單958。試驗設3個處理，分別為：春季滅茬旋耕起壟（CK），采用旋耕機滅茬旋耕起壟作業方式，深度17～25 cm；隔行深松（T1），采用深松犁加起壟的壟下隔行深松作業方式，深度35 cm；行行深松（T2），采用深松犁加起壟的壟下行行深松作業，深度35 cm。每個處理3次重復，共9個小區。田間上茬作物為玉米，小區設置為10行區，長度10 m，行距60 cm，密度均為67 500株/hm2。5月3日播種，9月25日收獲。肥料采用洋豐復合肥，氮磷鉀比例為28∶11∶11，用量為750 kg/hm2，旋耕時一次性撒入。除草、控制病蟲害等管理同常規玉米田管理。

1.3 調查項目與測定方法

1.3.1 光合特性測定 葉片光合特性采用6 400型光合儀（美國LI-COR公司）測定。調整葉室溫度25 ℃、空氣相對濕度60%、葉室CO2流速400 μmol/s。測定時期為灌漿期，測定時間為上午9∶00—15∶00（光強超過2 000 Lux時）。每個小區選定5株代表植株，測定穗位葉中部數據。測定指標包括：凈光合速率（Pn），μmol CO2/m2·s；胞間CO2濃度（Ci），μmol CO2/mol；氣孔導度（Cond），mol H2O/m2·s；蒸騰速率（Trmmol），mmol H2O/m2·s。

1.3.2 光響應曲線繪制 利用光響應曲線可以計算一些光合特性參數：最大光合速率（Pmax）、表觀量子效率（α）、暗呼吸速率（Rd）、光補償點（LCP）、光飽和點（LSP），以及葉片水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）。安裝紅藍光源，光強輻射（PPED）范圍為0～2 000 μmol/m2·s。以光強輻射（PPED）為橫坐標，光合速率（Pn）為縱坐標，用Michaelis-Menten模型進行擬合，得到光響應曲線公式。

Pn=■ （1）

式中：PPFD為入射到葉片上的光量子通量密度；α為弱光下光響應曲線的斜率，表示弱光下光量子利用效率（即表觀量子效率）；Pmax為最大凈光合速率；Rd為表觀暗呼吸速率。

光補償點（LCP）可通過下式計算：

LCP=■ （2）

不同作物的光飽和點（LSP）不同。根據玉米作物特點，假定用達到最大凈光合速率（Pmax）75%的光合有效輻射（PAR）來估計光飽和點（LSP）：

LSP=■ （3）

2 結果與分析

利用Michaelis-Menten模型描述光合速率與光強的關系，列出直角雙曲線方程，即光響應曲線方程。通過擬合出的特征曲線（如圖1所示），計算出各處理下玉米光合特性參數（見表1）。圖1顯示各處理間光響應過程不同；通過表1中的R2值可判斷獲得的光響應曲線擬合良好。

1） 圖1中橫坐標為光照強度，縱坐標為光合速率，曲線表示隨著光強增大，光合速率呈上升趨勢。在0～400 μmol/m2·s的光強范圍內，光合速率隨著光強的增加而快速升高；光強超過400 μmol/m2·s后，光合速率增加的速度降低，逐漸趨于平緩，最后達到光飽和點。

2） 在0～200 μmol/m2·s光強范圍內，各處理間的光合速率（Pn）無顯著差異；光強超過200 μmol/m2·s后，各處理間光合速率（Pn）出現差異。隔行處理（T1）的曲線始終在上面，說明該處理能夠顯著提高光合能力；行行深松（T2）與對照（CK）在1 200 μmol/m2·s光強下曲線重合，此前CK>T2，此后T2>CK。

3） 光能利用效率（LUE）對光強的響應呈單峰曲線，即隨著光強增大，LUE呈先升高后降低的變化趨勢，且升高很快，之后逐漸下降。3個處理的最高點均出現在200 μmol/m2·s左右；光強小于200 μmol/m2·s時，3個處理差異不明顯；光強超過200 μmol/m2·s后，隔行深松（T1）最高、對照（CK）其次、行行深松（T2）最低。

4） 最大凈光合速率（Pmax）是衡量作物光合能力的重要指標。由表1可知，深松處理能夠提高Pmax，但不同深松方式下Pmax升高幅度有所不同，隔行深松（T1）與行行深松（T2）分別比對照（CK）高9.92%和2.11%，其中隔行深松（T1）對Pmax影響最大。這說明深松處理能夠調節作物光合作用潛力，使之得到更好發揮。

5） 兩種深松處理的光飽和點（LSP）均大于對照，隔行深松（T1）與行行深松（T2）分別比對照（CK）高16.24%和8.57%。這可能是由于深松耕作使土壤環境得到改善，促進了玉米根系的生長及對水肥的調節作用，降低了光抑制與光呼吸，提高了作物對強光的利用能力，維持了較高的光合效率，提高了玉米葉片的光合能力。

6） 表觀量子利用效率（α）與葉片利用光能性狀有關，并能反映葉片對弱光的響應。α值越大，光響應曲線在弱光強范圍內的光合速率升高就越快，光響應曲線的斜率就越大（如圖1所示），這說明葉片高效利用了光量子和CO2。在室內適宜的條件下，葉片對光量子的需要量在0.080～0.125之間，而在自然條件下α值遠小于此。一般情況下，對于長勢良好的作物，光量子在0.040～0.070范圍內。本試驗得到的α值約為0.060，恰好在此范圍內。從數據來看，深松處理與對照間α值差異較小，隔行深松（T1）比對照增加1.22%，行行深松（T2）卻比對照降低3.67%。這說明隔行深松（T1）能夠提高作物對CO2和光量子的利用效率，而行行深松（T2）則阻礙了該作用，究其原因，可能是行行深松條件下作物互相遮蔭情況嚴重所導致。

7） 光補償點（LCP）為表觀光合速率等于0時的光強值，該指標也能體現出玉米葉片對弱光的利用率。由表1可知，3種耕作方式下光補償點數值差異較小，從平均值來看T1>T2>CK，隔行深松（T1）和行行深松（T2）分別比對照（CK）高11.27%和10.48%。這說明深松處理導致呼吸作用加強，需要較高的光強才能實現碳源積累。因此，深松處理有時也會起到負面影響，需配合氮肥施用、合理密植等其他技術措施，才能實現栽培模式的最佳化和效益最大化。

8） 表觀暗呼吸速率（Rd）表示葉片消耗能量代謝狀態。由圖1可以看出，3種耕作方式下表觀暗呼吸速率與表觀量子利用效率表現類似，即隔行深松（T1）數值比對照（CK）高，而行行深松（T2）比對照（CK）低。這說明隔行深松（T1）的化物合成能力和消耗能力均有所增強，代謝水平較為旺盛；而行行深松（T2）的合成與消耗能力均有所降低，代謝水平相對較弱，但差異不明顯。

3 結論與討論

采用的耕作方式直接作用于土壤，這首先會影響根際環境，而調節根系生長可以進一步影響地上部分生長發育。光合作用作為作物生長發育過程中的關鍵代謝過程，是衡量作物生產能力的重要指標，與作物產量密切相關。通過試驗數據分析，表明隔行深松處理能夠顯著提高玉米葉片光合能力。

參考文獻

[1] 李雪霏，劉明，張衛建，等.不同深松方式與氮肥運籌對玉米生長發育及光合特性的影響[J].玉米科學，2013，21（1）：120-124.

[2] 韓明月，劉選偉，王景立.機械化深松技術的應用及推廣[J].農業與技術，2014，34（8）：48-49.

[3] 何進，李洪文，高煥文.中國北方保護性耕作條件下深松效應與經濟效益研究[J].農業工程學報，2006，22（10）：62-67.

[4] 呂東山.機械化深松技術的實施要點[J].農業科技與裝備，2012，10（220）：75-79.

[5] 李傳友，楊立國，趙麗霞，等.土壤深松對春玉米生長特性的影響[J].中國農學通報，2014，30（18）：233-237.

[6] 李海洋，萬麗君，李彥.不同深松時間和深度對玉米生育進程及產量的影響[J].現代農業科技，2011（1）：64，70.

[7] 盧青，陳雷，張飛.機械化深松技術試驗研究[J].江蘇農機化，2014（3）：19-21.

[8] 齊華，劉明，張衛建，等.深松方式對土壤物理性狀及玉米根系分布的影響[J].華北農學報，2012，27（4）：191-196.

[9] 王福亮.玉米田不同深松方式的效果比較研究[J].黑龍江農業科學，2010（9）：127-129.

[10] 楊志忠.機械深松深耕增產技術及機理探討[J].當代農機，2014（6）：65-66.

[11] 姚立民.玉米保護性耕種與機械深松技術[J].農技推廣，2014（11）：35.

[12] 王哲，王崇生，張俊寶.關于深松整地對農作物生長影響調查研究[J].黑龍江農業科學，2009（4）：33-35.