土壤耕作和施肥方式對夏玉米干物質積累與產量的影響

周寶元，孫雪芳，丁在松，馬瑋，趙明

?

土壤耕作和施肥方式對夏玉米干物質積累與產量的影響

周寶元，孫雪芳，丁在松，馬瑋，趙明

（中國農業科學院作物科學研究所/農業部作物生理生態與栽培重點開放實驗室，北京100081）

【目的】改善土壤耕作方式和氮肥施用技術是進一步提高玉米產量和氮肥利用效率的重要措施。本研究擬通過分析淺旋、免耕和條帶深松3種耕作方式下緩釋肥和常規施肥對夏玉米干物質積累、轉運及光合特性的影響，闡明其產量及氮肥效率差異形成的生理過程。【方法】試驗于2013—2014年在河南新鄉進行。采用裂區設計，耕作方式為主區，設淺旋耕作（rotary tillage，R），免耕直播（no-tillage，N）和條帶深松（sub-soiling，S）3種耕作方式；肥料類型為副區，設緩釋肥（slow release fertilizer，SRF）和常規施肥（conventional compound fertilizer，CCF）2個處理。【結果】與傳統施肥和土壤耕作方式比，施用緩釋肥與條帶深松耕作均能維持植株開花后較高的葉面積指數和光合速率，且條帶深松與緩釋肥耦合處理的值最大。成熟期，3種耕作方式下，緩釋肥處理葉面積指數降幅兩年平均分別低于常規施肥處理7.5%（N）、9.7%（R）和11.8%（S）；緩釋肥處理凈光合速率降幅兩年平均分別低于常規施肥處理7.3%（N）、11.5%（R）和16.8%（S）。條帶深松耕作下緩釋肥處理LAI高于其他處理16.0%—47.9%，穗位葉光合速率較其他處理高14.5%—52.3%。花后較高的葉面積指數和光合速率可促進玉米中后期干物質積累速率及積累持續期的增加，從而顯著提高花后光合產物的積累量及同化量。3種耕作方式下，緩釋肥處理花后干物質同化量較常規施肥處理兩年平均分別提高1.5%（N）、21.4%（R）和24.4%（S）；緩釋肥處理花后干物質積累量較常規施肥處理兩年平均分別提高11.0%（N）、12.2%（R）和17.0%（S）。其中條帶深松耕作與緩釋肥耦合處理花后干物質積累量和同化量顯著高于其他處理，兩年平均增幅分別為13.4%—28.9%和17.4%—39.6%。玉米花后干物質積累及同化量的增加是玉米籽粒產量提高的主要原因。因此，施用緩釋肥通過增加千粒重，條帶深松耕作通過增加收獲穗數分別顯著提高夏玉米產量；條帶深松與緩釋肥耦合處理產量顯著高于其他處理，增幅為9.2%—23.2%。【結論】條帶深松滿足了作物對氮素的空間要求，緩釋肥滿足了作物對氮素的時間要求，施用緩釋肥并結合條帶深松，可有效調控土壤的養分供應狀況，提高土壤氮素供應與作物需氮的時空吻合度，有利于實現黃淮海區夏玉米高產高效及生態安全生產的目標。

夏玉米；緩釋肥；耕作方式；干物質積累與轉運；產量

0 引言

【研究意義】改善土壤耕作方式和氮肥施用技術是同步提高作物產量和氮肥利用效率的重要措施[1-2]。研究耕作方式和肥料類型對玉米干物質積累與轉運的影響，可更好地協調作物生長發育對肥料的需求與土壤氮肥供應，高效利用氮肥，增加產量，并實現環境友好。【前人研究進展】黃淮海平原夏玉米生長季高溫多雨，農民習慣采用的傳統施肥方式常將大部分的氮肥（60%）在玉米播種或生育前期施用，而多半常規速效化肥由淋失、揮發等途徑損失掉，不僅造成資源浪費和環境污染[3]，也常常使玉米生長發育后期發生脫肥早衰，導致不同程度的減產[4-5]。與常規化學肥料比，緩/控釋肥具有肥效期長且穩定的特點，能源源不斷地供給養分，一次施用能滿足玉米在整個生育期對養分的需求，減少營養元素的損失，提高作物產量和肥料利用效率[5-7]。前人研究表明，施用玉米緩/控釋肥比相應等養分含量的普通肥料處理增產7.6%—21.1%，土壤剖面硝態氮累積量降低20%—70%，降低了地下水硝態氮污染的生態風險[6, 8-9]。除了肥料類型，土壤耕作等栽培措施對作物生長發育及肥料利用效率也存在較大影響[2, 10-11]。在黃淮海平原，由于傳統的耕作措施常采用機械滅茬加旋耕或免耕直播，常年機械壓實導致土壤耕層變淺，容重增加，產生堅硬的犁底層，限制土壤水分、養分、氣體的運動，抑制作物根系的生長[12-13]，進而造成玉米的倒伏及產量降低[13-14]。深松耕作可以有效打破土壤犁底層，降低容重，增加孔隙度，提高土壤蓄水能力[15-16]，為玉米生長創造適宜的土壤環境，增強植株根系從土壤中吸收水分和養分的能力，從而提高作物產量[17-18]。玉米產量是由植株干物質的積累分配與轉移特性所決定的，提高干物質的生產能力及花后干物質向籽粒的轉移能力是提高玉米籽粒產量的有效途徑[19-21]。【本研究切入點】目前，關于耕作方式與緩/控釋肥耦合對玉米水氮吸收利用及產量的影響已有部分報道[2,22]，但缺乏從整個生育期干物質積累動態及花后物質轉運與同化角度系統分析耕作方式與緩/控釋肥耦合影響玉米產量的研究。【擬解決的關鍵問題】本研究通過田間試驗比較了在滅茬旋耕、免耕直播和條帶深松3種耕作方式下施用緩釋肥對玉米干物質積累過程及花前、花后物質生產與轉運的影響，并結合分析玉米葉面積指數動態及光合速率的差異進一步闡明耕作方式與緩釋肥耦合的作用效果與增產機理，旨在為黃淮海區夏玉米高產高效生產提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013—2014年在中國農業科學院河南新鄉（37°41′02″N，116°37′23″E）試驗基地進行。該區位于黃淮海平原區，屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫14℃，全年≥10℃積溫4 647.2℃。年降水量573.4 mm，多在7、8月間，年日照時數2 323.9 h。試驗地土壤為黏質壤土，0—20 cm土層有機質含量12.6 g·kg-1，速效氮61.2 mg·kg-1，速效磷16.2 mg·kg-1，速效鉀110.0 mg·kg-1，pH 8.2。圖1為2013年和2014年夏玉米生長季降雨量及溫度狀況。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計，以耕作方式為主區，設免耕直播（N），淺旋耕作（R）和條帶深松（S）3個處理；以肥料類型為副區，設緩釋肥270 kg N·hm-2一次性基施（slow release fertilizer，SRF），常規施肥270 kg N·hm-2分次施用（conventional compound fertilizer，CCF，60%基施，40%拔節期追施）2個處理。免耕處理使用當地的農哈哈免耕播種機進行播種，一次作業同時完成播種及施種肥作業；淺旋處理利用臥式旋耕耙進行10—15 cm旋耕，后同免耕處理一樣，使用農哈哈播種機進行播種、施種肥作業；條帶深松處理采用中國農科院作物所與北京禾惠農科技有限公司共同研制的玉米推茬清壟精量播種機進行條帶深松、精量播種及深施肥一體化作業，深松深度為25—30 cm，施肥深度為10 cm。試驗用緩釋肥由河南省心連心化肥有限公司生產，其N、P2O5、K2O 含量分別為30%、5%、5%，該肥料采用高分子網捕技術，控失率高，為作物持續不斷提供養分；常規施肥處理由普通復合肥和尿素混合配制出與緩釋肥處理等養分量的肥料。各處理磷、鉀肥施用量相同，均為45 kg P2O5·hm-2和45 kg K2O·hm-2。

圖1 2013—2014年夏玉米生長季日降雨量及平均溫度變化

選用鄭單958為供試材料，于6月中旬播種，種植密度為60 000株/hm2，60 cm等行距種植，株距25 cm。小區面積為96 m2（4.8 m×20 m），每小區種植8行，3次重復。其他管理措施同夏玉米高產田。在玉米達到生理成熟后收獲，2013年收獲期為9月28日，2014年收獲期為9月26日。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉面積指數 于玉米拔節期（V6）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（VT）、乳熟期（R3）、成熟期（R6），田間活體測量5株葉面積，采用長寬系數法計算葉面積（0.75），葉面積指數（LAI）=該土地面積上的總葉面積/土地面積。

1.3.2 穗位葉凈光合速率 在玉米開花期和成熟期，采用LI-6400光合測定系統（LI-COR，美國），開放式氣路，冠層穗位葉附近CO2濃度360—380 μmol·mol-1，應用系統LED光源補光，光量子通量為1 800 μmol·m-2·s-1。選擇天氣晴朗的10：00—12：00測定穗位葉中部上表面凈光合速率，每處理測代表性植株10株。

1.3.3 干物質積累 于玉米拔節期（V6）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（VT）、乳熟期（R3）、成熟期（R6），每個小區取代表性植株3株，按不同器官（莖鞘、葉片、籽粒和穗軸）分開，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重后測定干物重。

以播種后天數（t）為自變量，以播種后0、26 d（V6）、55 d（VT）、109 d（R6）（2013年）和0、27 d（V6）、43 d（V12）、53 d（VT）、76 d（R3）、106 d（R6）（2014年）測得單株地上部干重為因變量（W），可用Logistic方程y=a/(1+be-cx)對干物質積累過程進行模擬[23]。對Logistic方程求一階導數可得到玉米干物質積累速率方程。對Logistic方程求二階導數，并令其為0，可得兩個拐點在t坐標上的值t1和t2，試驗結束時間t3，確定干物質積累過程的3個階段，分別為漸增期（0—t1）、快增期（t1—t2）和緩增期（t2—t3）。并求出各階段持續時間（T）和平均干物質積累速率（Gmean）。

1.3.4 干物質轉運 相關參數計算參照參考文獻[24]。干物質轉運量（kg·hm-2）=開花期營養器官干重-成熟期營養器官干重；干物質轉運效率（%）=干物質轉運量/開花期營養器官干重×100；轉運干物質對籽粒的貢獻率（%）=干物質轉運量/粒重×100。

1.3.5 測產、考種 每小區去掉兩側邊行和每行兩端各五株后，調查相應的空稈數、雙穗數；測定全部收獲穗的穗鮮重、穗數；選取樣本穗20穗（誤差小于0.1 kg），風干后脫粒，稱重，測定含水量，換算成14%含水量的重量，進而折合成公頃產量；另外選取20穗進行考種。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2003軟件對數據進行處理，采用SPSS 16.0統計軟件進行方差分析和多重比較，利用SigmaPlot 10.0軟件作圖。

2 結果

2.1 土壤耕作與施肥方式對夏玉米葉面積指數（LAI）的影響

由圖2可以看出，相同耕作方式下，施用緩釋肥處理（SRF）和常規施肥處理（CCF）開花前（V6和V12）葉面積指數（LAI）差異不顯著，開花至成熟期SRF處理LAI顯著高于CCF處理。開花期各處理LAI達最大值，3種耕作方式下SRF處理LAI均顯著高于CCF處理，2013年增幅分別為10.3%（R）、12.7%（N）和14.7%（S），2014年增幅分別為8.7%（R）、8.4%（N）和12.1%（S）。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理開花期LAI分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應處理，淺旋和免耕條件下各相應處理之間差異不顯著。各處理中，以條帶深松耕作下SRF處理開花期LAI最高，顯著高于其他處理，2013年增幅為6.6%—23.2%，2014年增幅為8.6%—21.0%。

A，B：旋耕；C，D：免耕直播；E，F：深松；CCF：常規肥；SRF：緩釋肥。下同

開花至成熟期，各處理LAI均逐漸降低，同一耕作方式下SRF處理LAI降幅顯著低于CCF處理，條帶深松耕作下二者差異達最大。2013年，3種耕作方式下，CCF處理LAI降幅分別為51.1%（R）、50.9%（N）和48.6%（S）；SRF處理LAI降幅分別為47.7%（R）、46.4%（N）和41.7%（S）。2014年，3種耕作方式下，CCF處理LAI降幅分別為62.2%（R）、62.6%（N）和57.3%（S）；SRF處理LAI降幅分別為57.6%（R）、57.1%（N）和51.1%（S）。3種耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理成熟期LAI降幅分別顯著低于淺旋和免耕條件下相應處理的降幅。各處理中，以條帶深松耕作下緩釋肥處理開花至成熟期LAI降幅最小，LAI值最大，2013年高于其他處理16.0%—46.9%，2014年高于其他處理20.3%—47.9%。

2.2 土壤耕作與施肥方式對夏玉米穗位葉凈光合速率的影響

由圖3可以看出，開花期和成熟期穗位葉光合速率均不同程度受到施肥和耕作方式的影響。開花期，3種耕作方式下，2013年SRF處理光合速率分別比CCF處理高6.2%（R）、8.7%（N）和7.5%（S）；2014年SRF處理光合速率分別比CCF處理高4.4%（R）、5.3%（N）和6.6%（S）。各處理中，以條帶深松耕作下SRF處理開花期穗位葉光合速率最高，2013年比其他處理高3.3%—12.1%，2014年比其他處理高2.4%—8.3%。

開花至成熟期，各處理穗位葉光合速率均顯著下降，而施用緩釋肥可以延緩后期穗位葉光合速率下降，其降幅顯著低于常規施肥處理，且在條帶深松耕作下二者差異最大。2013年，3種耕作方式下，CCF處理成熟期穗位葉光合速率降幅分別為66.7%（R）、65.9%（N）和62.8%（S）；SRF處理成熟期穗位葉光合速率降幅分別為61.9%（R）、59.2%（N）和54.8%（S）。2014年，3種耕作方式下，CCF處理成熟期穗位葉光合速率降幅分別為65.7%（R）、65.6%（N）和62.1%（S）；SRF處理成熟期穗位葉光合速率降幅分別為61.5%（R）、58.8%（N）和52.2%（S）。各處理中，以條帶深松耕作下SRF處理成熟期穗位葉光合速率降幅最小，光合速率值最高，2013年較其他處理高14.5%—52.3%，2014年較其他處理高18.7%—50.8%。

2.3 土壤耕作與施肥方式對夏玉米干物質積累動態的影響

由圖4可以看出，相同耕作方式下，SRF和CCF處理拔節（V6）至開花期（VT）干物質積累量沒有明顯差異，而開花至成熟期SRF處理干物質積累量顯著高于CCF處理。3種耕作方式下，2013年SRF處理花后干物質積累量分別比CCF處理高13.0%（R）、12.7%（N）和18.7%（S）；2014年SRF處理花后干物質積累量分別比CCF處理高8.9%（R）、11.7%（N）和15.3%（S）。不同耕作方式比較，各處理花前干物質積累量沒有明顯差異，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的花后干物質積累量分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應處理，而淺旋和免耕條件下各相應處理之間差異不顯著。各處理中，以條帶深松耕作下緩釋肥處理（S- SRF）花后干物質積累量顯著高于其他處理，2013年增幅為12.5%—30.0%，2014年增幅為14.3%—27.8%。

A，B：淺旋耕作；C，D：免耕直播；E，F：條帶深松；DM：干物質積累量；DMR：干物質積累速率

成熟期（R6），3種耕作方式下，2013年SRF處理成熟期總干物質積累量分別為18 875.7 kg·hm-2（R）、19 022.6 kg·hm-2（N）和20 627.7 kg·hm-2（S），分別高于CCF處理9.5%、11.7%和12.3%；2014年SRF處理成熟期干物質積累量分別為16 968.1 kg·hm-2（R）、16 666.6 kg·hm-2（N）和18 551.6 kg·hm-2（S），分別高于CCF處理7.8%、10.7%和13.3%。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的總干物質積累量分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應處理，而淺旋和免耕條件下各相應處理之間差異不顯著。各處理中，以條帶深松耕作下SRF處理總干物質積累量顯著高于其他處理，2013年增幅為8.4%—21.1%，2014年增幅為9.3%—21.0%。

根據干物質積累速率變化，可將干物質積累過程分為3個時期，即漸增期，快增期和緩增期（表1）。由表1可以看出，3種耕作方式下SRF處理和CCF處理的干物質積累3個時期的持續時間均無顯著差異，而SRF處理快增期和緩增期的平均積累速率顯著高于CCF處理。快增期，3種耕作方式下SRF處理平均積累速率兩年分別比CCF處理高7.3%和5.3%，8.6%和15.2%，7.1%和17.8%；緩增期，3種耕作方式下SRF處理平均積累速率兩年比CCF處理高10.5%和33.6%，10.7%和12.1%，19.6.%和21.7%。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的緩增期持續時間顯著高于免耕和淺旋耕作下的相應處理。

2.4 土壤耕作與施肥方式對夏玉米干物質轉運的影響

由表2可知，不同施肥方式和耕作方式處理間花前干物質轉運量差異顯著。淺旋耕作下，SRF處理花前干物質轉移量、轉運率及其對籽粒的貢獻率顯著高于CCF處理，2013年增幅分別為44.9%、23.6%和42.2%，2014年增幅分別為65.3%、51.3%和41.1%。免耕條件下，SRF處理花前干物質轉移量顯著低于CCF處理，2013年分別降低42.3%、48.5%和68.9%，2014年分別降低34.9%、43.6%和30.1%。條帶深松耕作下，SRF處理花前干物質轉移量顯著低于CCF處理，2013分別降低37%、40%和41.7%，2014年分別降低33.9%、49.2%和60.4%。

花后干物質同化量也受施肥方式和耕作方式影響較大。淺旋耕作下，SRF處理與CCF處理花后干物質同化量無顯著差異。免耕和條帶深松耕作下，SRF處理花后干物質同化量顯著高于CCF處理，兩年增幅分別為15.3%和27.5%（N），26.2%和22.6%（S）。

以上結果表明，淺旋耕作下緩釋肥處理花前干物質轉移量對籽粒的貢獻占優勢，而在免耕和條帶深松耕作下緩釋肥處理花后干物質同化量占優勢。

表1 不同處理夏玉米干物質積累階段特征

同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同

Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level. The same as below

表2 不同處理夏玉米營養器官干物質向籽粒的轉運

2.5 土壤耕作與施肥方式對夏玉米產量及其構成因素的影響

由表3可知，不同耕作方式下，施用緩釋肥處理玉米產量均顯著高于常規施肥處理。在淺旋、免耕直播和條帶深松耕作下，2013年SRF處理產量比CCF處理分別提高6.3%、7.5%和13.9%，2014年SRF處理產量比CCF分別提高9.1%、12.7%和15.2%。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下各處理的產量分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應處理，而淺旋和免耕條件下各相應處理之間差異不顯著。各處理中，以條帶深松下SRF處理產量顯著高于其他處理，2013年增幅為10.7%—19.5%，2014年增幅為9.2%—23.2%。

產量構成因素中，千粒重受肥料和耕作方式處理影響較大。不同耕作方式下，SRF處理千粒重均顯著高于CCF處理。在淺旋、免耕直播和條帶深松耕作下，2013年SRF處理千粒重比CCF處理分別提高4.1%、5.4%和9.6%，2014年SRF處理千粒重比CCF分別提高5.0%、7.8%和10.1%。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的千粒重分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應處理，而淺旋和免耕條件下各相應處理之間差異不顯著。

穗數受肥料處理影響較小，受耕作方式影響較大。CCF處理和SRF處理穗數在各耕作方式下均沒有顯著差異。不同耕作方式比較，條帶深松耕作下CCF和SRF處理的穗數分別顯著高于淺旋和免耕條件下相應處理，而淺旋和免耕條件下各相應處理之間差異不顯著。

表3 不同處理夏玉米產量及產量構成因素

*差異達0.05顯著水平；**差異達0.01顯著水平；ns，無顯著性差異

* represents significant at＜0.05; ** represents significant at＜0.01; ns represents non-significant

穗粒數受肥料和耕作方式處理影響較小，各處理之間穗粒數均沒有明顯的差異。

3 討論

氮是作物產量形成的重要限制因子[25]，氮肥施用不當，不僅導致作物產量和氮肥利用率下降，且會引發一系列的環境問題[26-27]。近年來，中國在提高化肥利用率方面取得了一些成果，如氮肥深施、以水帶肥、平衡施肥等技術[28-29]。然而，在提高肥料利用率的同時，能夠顯著增加玉米產量的能力還有待進一步提高[30]。緩/控釋肥料的應用既能滿足作物對養分的需求，提高作物產量，也能夠降低肥料損失，顯著提高肥料利用效率[5-6, 8-9]。本研究中，與常規肥料處理比，施用緩釋肥處理夏玉米的產量顯著提高。除了肥料類型，土壤耕作等栽培措施對作物生長發育及氮肥利用效率也存在較大影響[2, 10-11]。本研究比較了傳統免耕、淺旋和條帶深松耕作的作用效果，結果表明條帶深松耕作處理玉米產量顯著高于免耕和淺旋耕作，且在條帶深松耕作下，緩釋肥處理產量增幅最大，其次為免耕耕作，淺旋耕作下增幅最小。耕作方式與施肥方式耦合各處理中，以條帶深松與緩釋肥互作處理產量最高。從產量構成因素看，施用緩釋肥通過增加千粒重，條帶深松耕作通過增加收獲穗數達到了增加產量的目的。2013年玉米開花期遇到高溫干旱的天氣，玉米授粉受到影響，穗粒數較低，但由于及時進行了灌水補救，保證了較高的千粒重，因此產量沒有顯著降低；而2014年玉米開花期前后遇到陰雨寡照的天氣，影響玉米正常授粉，且沒有良好的補救措施，因此玉米收獲穗數和千粒重均較低，與2013年比產量下降顯著。

作物生育期內干物質的積累是產量形成的基礎，干物質積累的水平決定了最終籽粒產量的高低[31-33]。本研究中，緩釋肥處理玉米總干物質積累量2013年和2014年均顯著高于常規施肥處理。另外，條帶深松耕作處理玉米干物質積累量顯著高于免耕和淺旋耕作，且條帶深松與緩釋肥互作處理干物質積累量顯著高于其他處理。研究表明，禾谷類作物經濟產量主要依賴于開花后到成熟期的光合代謝產物積累[34-35]。本研究中，與常規施肥和土壤耕作方式比，緩釋肥和條帶深松耕作處理拔節至開花期干物質積累量沒有顯著增加，而二者開花至成熟期干物質積累量分別顯著高于常規施肥和其他土壤耕作處理，且條帶深松與緩釋肥互作處理花后干物質積累量顯著高于其他處理。說明施用緩釋肥和條帶深松耕作及其二者的有機結合均有利于玉米干物質的積累，尤其是花后干物質積累。進一步研究表明，干物質積累量取決于其積累速率和積累持續期的長短[36-37]。本研究中，玉米生育前期（漸增期）緩釋肥處理和常規施肥處理干物質積累速率和持續期均無明顯差異，而中后期（快增期和緩增期）緩釋肥處理干物質積累速率顯著高于常規施肥處理，二者持續期無明顯差異。條帶深松耕作顯著提高玉米中期（快增期）干物質積累速率和后期（緩增期）持續時間。條帶深松耕作與緩釋肥耦合通過提高玉米中后期干物質積累速率和持續時間實現生育期總干物質積累量的增加。

作物籽粒中干物質積累主要來源于開花前營養器官貯存同化物轉移到籽粒中的部分和開花后的同化產物[38]。本研究表明，與常規施肥處理比，淺旋耕作下緩釋肥處理玉米花前干物質轉移量及其對籽粒的貢獻率顯著提高，而在免耕和條帶深松耕作下顯著下降。然而，有研究表明玉米營養器官干物質轉運對籽粒的貢獻率不易過高，超過20%會導致葉片早衰，影響后期光合生產，進而明顯影響產量的提高[39]。本研究中淺旋耕作下緩釋肥處理營養器官干物質轉移量對籽粒的貢獻率大于20%，而免耕和條帶深松耕作下均在20%以下。說明免耕和條帶深松耕作與緩釋肥耦合更利于協調玉米籽粒灌漿期源庫平衡，也進一步驗證了前人的研究結果。另外，與常規施肥處理比，免耕和條帶深松耕作下緩釋肥處理花后干物質同化量顯著增加，且條帶深松與緩釋肥互作處理花后干物質同化量顯著高于其他處理。說明條帶深松與緩釋肥耦合在促進花后干物質積累的同時，明顯增加了花后干物質向籽粒的分配。

玉米干物質生產的絕大部分來自葉片的光合作用[20]。生育后期干物質積累多，說明花后光合生產能力強[40]。本研究發現，與常規耕作和施肥處理比，條帶深松和施用緩釋肥明顯改善了玉米的光合性能，使得植株開花后仍然保持較高的葉面積指數和光合速率，且下降緩慢，有利于生產更多的光合產物。這主要是因為傳統淺旋和免耕耕作常年的機械壓實使土壤耕層變淺，產生堅硬的犁底層，影響作物根系的正常生長[11-12]，且施用的常規化學肥料大量的淋失造成花后氮素不足[5]，植株根系周圍出現氮素虧缺，加速了花后植株衰老[4]，進而導致花后光合物質生產能力下降[41]。而條帶深松可以打破土壤犁底層，增加耕層深度，提高蓄水保墑能力，促進根系生長發育[11, 22]。同時，緩釋肥根據玉米生長特性進行選擇性釋放，顯著提高花后土壤氮素的供應能力[5-6]，從而改善后期光合性能，延緩了葉片衰老[42-43]。條帶深松滿足了作物對氮素的空間要求，緩釋肥滿足了作物對氮素的時間要求，因此，條帶深松與緩釋肥耦合能夠更好地實現土壤養分的時空高效管理，滿足玉米對氮素的需求，實現玉米產量和氮素利用效率的同步提高。

4 結論

與常規耕作和施肥處理比，條帶深松耕作和施用緩釋肥明顯改善了玉米的光合性能，使得植株開花后仍然保持較高的葉面積指數和光合速率，延緩玉米后期衰老，促進花后光合產物積累的增加及其向籽粒的轉運，最終顯著提高玉米產量。因此，在黃淮海夏玉米種植區，施用緩釋肥并結合條帶深松，可以更好地調控土壤的養分供應狀況，實現土壤氮素供應與作物需氮的時空吻合，有助于實現夏玉米高產高效生態安全生產。

[1] 張哲元, 張玉龍, 黃毅, 鄒洪濤, 張玉玲. 覆膜及深松配合措施對玉米生長發育及產量的影響. 土壤通報, 2009, 40(5): 1156-1159.

ZHANG Z Y, ZHANG Y L, HUANG Y, ZOU H T, ZHANG Y L. Effects of plastic-film mulching and sub-soiling measures on growth and yield of maize., 2009, 40(5): 1156-1159. (in Chinese)

[2] 張總正, 秦淑俊, 李娜, 郭利偉, 寧堂原, 陳國慶. 深松和施氮對夏玉米產量及氮素吸收利用的影響. 植物營養與肥料學報, 2013, 19(4): 790-798.

ZHANG Z Z, QIN S J, LI N, GUO L W, NING T Y, CHEN G Q. Effects of sub-soiling and N fertilizer application on dry matter accumulation, nitrogen use efficiency and yield of summer maize.2013, 19(4): 790-798. (in Chinese)

[3] JU X T, KOU C L, ZHANG F S, CHRISTIE P. Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination: Comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain., 2006, 143(1): 117-125.

[4] MENG Q F, CHEN X P, ZHANG F S, CAO M H, CUI Z L, BAI J S, YUE S C, CHEN S Y, MüLLER T. In-season root-zone nitrogen management strategies for improving nitrogen use efficiency in high-yielding maize production in China., 2012, 22(3): 294-303.

[5] 王宜倫, 李潮海, 王瑾, 譚金芳. 緩/控釋肥在玉米生產中的應用與展望. 中國農學通報, 2009, 25(24): 254-257.

WANG Y L, LI C H, WANG J, TAN J F. Application and prospect of slow/controlled release fertilizers in maize production., 2009, 25(24): 254-257. (in Chinese)

[6] 邵國慶, 李增嘉, 寧堂原, 張民, 焦念元, 韓賓, 白美, 李洪杰. 灌溉和尿素類型對玉米氮素利用及產量和品質的影響. 中國農業科學, 2008, 41(11): 3672-3678.

SHAO G Q, LI Z J, NING T Y, ZHANG M, JIAO N Y, HAN B, BAI M, LI H J. Effects of irrigation and urea types on N utilization, yield and quality of maize., 2008, 41(11): 3672-3678. (in Chinese)

[7] OGOLA J B O, WHEELER T R, HARRIS P M. Effects of nitrogen and irrigation on water use of maize crops., 2002, 78(2/3): 105-117.

[8] 易鎮邪, 王璞, 陳平平, 屠乃美, 蘭林旺. 包膜尿素在華北平原夏玉米上的應用. 生態學報, 2008, 28(10): 4919-4928.

YI Z X, WANG P, CHEN P P, TU N M, LAN L W. Application of coated urea in summer maize in North China Plain., 2008, 28(10): 4919-4928. (in Chinese)

[9] 邵國慶, 李增嘉, 寧堂原, 張民, 江曉東, 王蕓, 趙建波, 呂美蓉, 趙杰. 不同水分條件下常規尿素和控釋尿素對玉米根冠生長及產量的影響. 作物學報, 2009, 35(1): 118-123.

SHAO G Q, LI Z J, NING T Y, ZHANG M, JIANG X D, WANG Y, ZHAO J B, Lü M R, ZHAO J. Effects of normal urea and release-controlled urea on root and shoot growth and yield of maize in different water conditions., 2009, 35(1): 118-123. (in Chinese)

[10] HUANG G B, CHAI Q, FENG F X, YU A Z. Effects of different tillage systems on soil properties, root growth, grain yield, and water use efficiency of winter wheat (L.) in arid Northwest China., 2011, 11(8): 1286-1296.

[11] WANG X B, ZHOU B Y, SUN X F, YUE Y, MA W, ZHAO M. Soil tillage management affects maize grain yield by regulating spatial distribution coordination of roots, soil moisture and nitrogen status., 2015, 10(6): e0129231.

[12] HARTMANN P, ZINK A, FLEIGE H, HOM R. Effect of compaction, tillage and climate change on soil water balance of arable Luvisols in Northwest Germany., 2012, 124(4): 211-218.

[13] 韓賓, 孔凡磊, 張海林, 陳阜. 耕作方式轉變對小麥/玉米兩熟農田土壤固碳能力的影響. 應用生態學報, 2010, 21(1): 91-98.

HAN B, KONG F L, ZHANG H L, CHEN F. Effects of tillage conversion on carbon sequestration capability of farmland soil doubled cropped with wheat and corn., 2010, 21(1): 91-98. (in Chinese)

[14] 肖繼兵, 孫占祥, 楊久廷. 半干旱區中耕深松對土壤水分和作物產量的影響. 土壤通報, 2011, 42(3): 709-714.

XIAO J B, SUN Z X, YANG J T. Effect of subsoiling on soil water and crop yield in semi-arid area., 2011, 42(3): 709-714. (in Chinese)

[15] SASAL M C, ANDRIULO A E, TABOADA M A. Soil porosity characteristics and water movement under zero tillage in silty soils in Argentinian Pampas., 2006, 87(1): 9-18.

[16] MOTAVALLI P P, STEVENS W E, HARTWIG G. Remediation of subsoil compaction and compaction effects on corn N availability by deep tillage and application of poultry manure in a sandy-textured soil., 2003, 71(2): 121-131.

[17] JI B, ZHAO Y, MU X, LIU K, LI C H. Effects of tillage on soil physical properties and root growth of maize in loam and clay in central China., 2013, 59(7): 295-302.

[18] 王群, 李潮海, 李全忠, 薛帥. 緊實脅迫對不同類型土壤玉米根系時空分布及活力的影響. 中國農業科學, 2011, 44(10): 2039-2050.

WANG Q, LI C H, LI Q Z, XUE S. Effect of soil compaction on spatio-temporal distribution and activities in maize under different soil types., 2011, 44(10): 2039-2050. (in Chinese)

[19] TOLLENAAR M, DAYNARD T B. Effect of source-sink ration on dry matter accumulation and leaf senesce of maize., 1982, 62(4): 855-860.

[20] 黃振喜, 王永軍, 王空軍, 李登海, 趙明, 柳京國, 董樹亭, 王洪軍, 王軍海, 楊今勝. 產量15 000kg·ha-1以上夏玉米灌漿期間的光合特性. 中國農業科學, 2007, 40(9): 1898-1906.

HUANG Z X, WANG Y J, WANG K J, LI D H, ZHAO M, LIU J G, DONG S T, WANG H J, WANG J H, YANG J S. Photosynthetic characteristics during grain filling stage of summer maize hybrids with high yield potential of 15000 kg·ha-1., 2007, 40(9): 1898-1906. (in Chinese)

[21] Karlendl D L, Sadler E J, Camp C R. Dry matter nitrogen, phosphorus and potassium accumulation rate by corn on Norfolk loamy Sand., 1987, 79(4): 649-656.

[22] 胡恒宇, 李增嘉, 寧堂原, 王瑜, 田慎重, 仲惟磊, 張總正. 深松和尿素類型對不同玉米品種水分利用效率的影響. 中國農業科學, 2011, 44(9): 1963-1972.

HU H Y, LI Z J, NING T Y, WANG Y, TIAN S Z, ZHONG W L, ZHANG Z Z. Effects of subsoiling and urea types on water use efficiency of different maize cultivars., 2011, 44(9): 1963-1972. (in Chinese)

[23] 楊今勝, 王永軍, 張吉旺, 劉鵬, 李從鋒, 朱元剛, 郝夢波, 柳京國, 李登海, 董樹亭. 三個超高產夏玉米品種的干物質生產及光合特性. 作物學報, 2011, 37(2): 355–361.

YANG J S, WANG Y J, ZHANG J W, LIU P, LI C F, ZHU Y G, HAO M B, LIU J G, Li D H, DONG S T. Dry matter production and photosynthesis characteristics of three hybrids of maize (L.) with super-high-yielding potential., 2011, 37(2): 355-361. (in Chinese)

[24] 鄭成巖, 崔世明, 王東, 于振文, 張永麗, 石玉. 土壤耕作方式對小麥干物質生產和水分利用效率的影響. 作物學報, 2011, 37(8): 1432-1440.

ZHENG C Y, CUI S M, WANG D, YU Z W, ZHANG Y L, SHI Y. Effects of soil tillage practice on dry matter production and water use efficiency in wheat., 2011, 37(8): 1432-1440. (in Chinese)

[25] CASSMAN K G. Ecological intensification of cereal production systems: yield potential, soil quality, and precision agriculture., 1999, 96(11): 5952-5959.

[26] HE P, LI S T, JIN J Y, WANG H T, LI C J, WANG Y L, CUI R Z. Performance of an optimized nutrient management system for double-cropped wheat-maize rotations in North-central China., 2009, 101(6): 1489-1496.

[27] JU X T, XING G X, CHEN X P, ZHANG S L, ZHANG L J, LIU X J, CUI Z L, YIN B, CHRISTIE P, ZHU Z L, ZHANG F S. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems.2009, 106(9): 3041-3046.

[28] 閆湘, 金繼運, 何萍, 梁鳴早. 提高肥料利用率技術研究進展. 中國農業科學, 2008, 41(2): 450-459.

YAN X, JIN J Y, HE P, LIANG M Z. Recent advances in technology of increasing fertilizer use efficiency., 2008, 41(2): 450-459. (in Chinese)

[29] 朱菜紅, 沈其榮, 徐陽春. 配施有機肥提高化肥氮利用效率的微生物作用機制研究. 植物營養與肥料學報, 2010, 16(2): 282-288.

Zhu C H, Shen Q R, Xu Y C. Microbial mechanism on enhancement of inorganic fertilizer use efficiency for combined use of inorganic and organic fertilizers.2010, 16(2): 282-288. (in Chinese)

[30] CUI Z L, CHEN X P, MIAO Y X, ZHANG F S, SUN Q P, SCHRODER J, ZHANG H L, LI J L, SHI L W, XU J F, YE Y L, LIU C S, YANG Z P, ZHANG Q, HUANG S M, BAO D J. On-farm evaluation of the improved soil Nmin-based nitrogen management for summer maize in North China Plain., 2008, 100: 517-525.

[31] DING L, WANG K J, JIANG G M, LIU M Z, NIU S L, GAO L M. Post-anthesis changes in photosynthetic traits of maize hybrids released in different years., 2005, 93(1): 108-115.

[32] FAGERIA N K, BALIGAR V C, CLARK R B.. Food Products Press. An Imprint of the Haworth Press, Inc. New York, London, Oxford, 2005: 72-82.

[33] HOU P, GAO Q, XIE R Z, LI S K, MENG Q F, KIRKBY E A, RMHELD V, MüLLER T, ZHANG F S, CUI Z L, CHEN X P. Grain yields in relation to N requirement: Optimizing nitrogen management for spring maize grown in China., 2012, 129(1): 1-6.

[34] YE Y L, WANG G L, HUANG Y F, ZHU Y J, MENG Q F, CHEN X P, ZHANG F S, CUI Z L. Understanding physiological processes associated with yield-trait relationships in modern wheat varieties., 2012, 124(3): 316-322.

[35] KHAN M N A, MURAYAMA S, ISHIMINE Y, TSUZUKI E, NAKAMURA I. Physiomorphological studies of F1 hybrids in rice (L.)., 1998, 1: 231-239.

[36] 胡昌浩, 董樹亭, 王空軍, 孫慶泉. 我國不同年代玉米品種生育特性演進規律研究Ⅱ物質生產特性的演進. 玉米科學, 1998, 6(3): 49-53.

HU C H, DONG S T, WANG K J, SUN Q Q. Change of growth traits in maize hybrids released in China in different era. II. Dry matter production., 1998, 6(3): 49-53. (in Chinese)

[37] ZHOU B Y, YUE Y, SUN X F, WANG X B, WANG Z M, MA W, ZHAO M. Maize grain yield and dry matter production responses to variations in weather conditions., 2016, 108(1): 1-9.

[38] MACKOWN C T, VAN SANFORD D A, ZHANG N Y. Wheat vegetative nitrogen compositional changes in response to reduced reproductive sink strength., 1992, 99(4): 1469-1474.

[39] 田立雙, 李國紅, 楊恒山, 張瑞富, 畢文波, 智沈偉. 不同栽培模式對春玉米干物質積累及轉運的影響. 作物雜志, 2014(1): 89-93.

TIAN L S, LI G H, YANG H S, ZHANG R F, BI W B, ZHI S W. Effects of different cultivation patterns on dry matter accumulation and transportation of spring maize., 2014(1): 89-93. (in Chinese)

[40] 戴明宏, 趙久然, 楊國航, 王榮煥, 陳國平. 不同生態區和不同品種玉米的源庫關系及碳氮代謝. 中國農業科學, 2011, 44(8): 1585-1595.

DAI M H, ZHAO J R, YANG G H, WANG R H, CHEN G P. Source-sink relationship and carbon-nitrogen metabolism of maize in different ecological regions and varieties., 2011, 44(8): 1585-1595. (in Chinese)

[41] DING L, WANG K J, JIANG G M, BISWAS D K, XU H, LI L F, LI H. Effects of nitrogen deficiency on photosynthetic traits of maize hybrids released in different years., 2005, 96(5): 925-930.

[42] RAJCAN I, TOLLENAAR M. Source: sink ratio and leaf senescence in maize. II. Nitrogen metabolism during grain filling., 1999, 60(3): 255-265.

[43] ECHARTE L, ROTHSTEIN S, TOLLENAAR M. The response of leaf photosynthesis and dry matter accumulation to nitrogen supply in an older and a newer maize hybrid., 2008, 48(2): 656-665.

（責任編輯 楊鑫浩）

Effect of Tillage Practice and Fertilization on Dry Matter Accumulation and Grain Yield of Summer Maize (L.)

ZHOU Baoyuan, SUN Xuefang, DING Zaisong, MA Wei, ZHAO Ming

(Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Cultivation, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

【Objective】Soil tillage practice and fertilization have remarkable influence on crop yield and nitrogen use efficiency. The objective of this study was to clarify physiological reason for differences of maize yield and nitrogen efficiency by exploring the effects of the slow release fertilizer on dry matter accumulation and transportation, and characteristics of photosynthesis of summer maize under different soil tillages.【Method】A field experiment was conducted at Xinxiang, Henan province from 2013 to 2014. The experimental design was a split plot. The main plot was three soil tillage management, rototilling (R), no-tillage (N) and sub-soiling (S), and the subplot was nitrogen application, N 270 kg·hm-2slow release fertilizer treatment (SRF), and N 270 kg·hm-2conventional compound fertilizer with two applications (CCF) (40% as basal application and 60% at the beginning of male tetrad stage). 【Result】Compared with conventional fertilization and soil tillage practices, the application of slow release fertilizer and the sub-soiling tillage significantly increased post-silking leaf area (LAI) and photosynthetic rate (n) of maize. At maturity, the decrease in LAI for SRF was 7.5% (N), 9.7% (R), and 11.8% (S) lower than those for CCF; the decrease inn for SRF was 7.3% (N), 11.5% (R), and 16.8% (S) lower than those for CCF averaged the two years. The LAI of the slow release fertilizer under the sub-soiling tillage (S-SRF) increased by 16.0%-47.9%, and thenincreased by 14.5%-52.3% than that of other treatments. Higher post-silking LAI andnpromoted the post-silking dry matter accumulation rate and duration increased, eventually increased post-silking dry matter accumulation and its transportation to grain. The averaged dry matter assimilation post-silking of applying the slow release fertilizer across two years were 1.5%, 21.4% and 24.4% higher, and the averaged dry matter accumulation post-silking of applying the slow release fertilizer across two years were 11%, 12.2% and 17% higher, respectively, compared to those in the conventional fertilizer treatment under rototilling, no-tillage, and sub-soiling. The post-silking dry matter accumulation and assimilation of S-SRF were significantly higher than that in other treatments, increased by 13.4%-28.9% and 17.4%-39.6%, respectively. The post-silking dry matter accumulation and assimilation were the main reason for yield increase. As a result, the application of slow release fertilizer and the sub-soiling tillage significantly improved the grain yield of summer maize by increasing 1000-kernel weight and harvest ear numbers, respectively. Among the treatments, the yield of the slow release fertilizer under the sub-soiling tillage (S-SRF) was 9.2%-23.2% higher than that in other treatments.【Conclusion】The sub-soiling tillage improved the spatial distribution of soil nitrogen, and the slow release fertilizer improved the temporal distribution of soil nitrogen. The integrated sub-soiling and slow release fertilizer improved N supply corresponded to maize critical growth stages and matched N uptake, which provided an approach for enhancing the nitrogen fertilizer use efficiency and grain yield in Huang-huai-hai plain.

summer maize; slow-release fertilizer; soil tillage; dry matter accumulation and transportation; grain yield

2016-07-11；

2016-09-23

國家科技支撐計劃（2013BAD07B00）、國家重點研發計劃（2016YFD0300103）、國家玉米產業技術體系（CRRS-02）

趙明，E-mail：zhaomingcau@163.net。通信作者馬瑋，E-mail：weiwei_8200@126.com

聯系方式：周寶元，E-mail：zhoubaoyuan2008@163.com。