不同耕作措施對夏玉米生長及產量的影響

蔣飛，李印峰，郝福庭，薛法新，曾蘇明，宋春林，吳秋平

（濟寧市農業科學研究院/國家玉米產業技術體系濟寧綜合試驗站，山東 濟寧 272031）

玉米生產對我國糧食安全具有非常重要的作用，而玉米生產全程機械化是保障糧食安全和推進現代化農業發展的重要手段。耕整地是玉米全程機械化生產各環節中需要高度重視的一環，良好的土壤耕作有利于改善其理化性質和微生態環境，提高蓄水保肥能力，為作物生長發育創造適宜的耕層結構，保證作物持續高產穩產［1，2］。

魯西南地區玉米種植長期沿用以小型農機具為主的連年旋耕方式，導致耕層淺、土壤養分水分庫容減少、抗逆緩沖能力變差，容易發生倒伏，不利于穩產高產。不同耕作方式可以引起土壤固體、液體和氣體三相物質的變化，從而改變土壤微環境［3，4］。研究表明，深耕能打破犁底層，加深耕層厚度，改善土壤結構和通透性，利于玉米根系生長和水肥吸收利用，從而實現高產高效［5－8］。本團隊以國家玉米產業技術體系設立的不同耕作方式下機械化精播保苗定位試驗為內容，研究不同耕作措施對玉米植株生長、干物質積累、產量形成及其土壤含水量、土壤溫度變化的影響，以明確本區域適宜的玉米耕作和秸稈還田關鍵技術，為大面積高效綠色生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在濟寧市農業科學研究院長期定位基地（35°27′15″N，116°35′11″E）進行，始于2015年。該地年均降水量597～820 mm，年均氣溫13.3～14.1℃，無霜期199 d。試驗田土壤為褐土，耕層土壤主要理化性質:有機質含量15.1 g/kg、堿解氮58.6 mg/kg、速效磷48.3 mg/kg、速效鉀128.5 mg/kg，pH值6.98。前茬作物為小麥。

1.2 試驗材料與設計

供試玉米品種登海605，2020年6月9日播種，10月6日收獲。

試驗設3個不同耕作加秸稈處理。其中，①秸稈全層深翻（30 cm）:小麥收獲后進行秸稈全量深翻處理作業（以下簡稱深翻）；②常規旋耕混拌（15 cm）:小麥秸稈粉碎還田后兩次旋耕作業再機播（以下簡稱旋耕）；③免耕（對照）:小麥收獲后夏玉米貼茬精量播種。小區面積120 m2，12行區60 cm等行距種植，密度75 000株/hm2。隨機區組排列，重復3次。

播種前基施復合肥（N∶P2O5∶K2O＝15∶15∶15，總養分≥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產田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生育期 記載各處理玉米出苗、拔節、大喇叭口、抽雄、開花、成熟、收獲等生育期的具體日期。出苗期為小區內50%的幼苗出土高度2～3 cm的日期，并調查出苗整齊度；其它生育期的判定標準均為群體有1/2植株達到某個生育期的標準。

1.3.2 株高、穗位高和莖粗 拔節期在各小區統一標記出生長一致的植株進行定位觀測。吐絲期測量株高、穗位高和莖粗，每小區連續測量20株。穗位高為地面到穗柄下節間的距離，莖粗為莖基部第三節間扁圓面的直徑，采用數字游標卡尺測量。

1.3.3 葉面積 拔節期、開花期與成熟期在每小區選取代表性植株2行，每行連續測10株，用刻度尺測量每株玉米全部展開綠葉的葉長和最大葉寬，乘以0.75，求出每片葉的面積，后累加得到全株葉面積。

1.3.4 干物質積累 拔節期、開花期與成熟期在每小區選取代表性植株2行，每行連續選取3株，并將其分為葉片、莖稈和穗，采用烘干法烘至恒重后稱重。

1.3.5 土壤溫度和水分 于播種、出苗、拔節、開花、成熟期分別取0～5、5～10、10～20 cm 3個層次土壤，每小區對角線選擇3個點取樣，后用烘干法測定土壤含水量。采用WST數字溫度計測量不同土層的溫度。

1.3.6 籽粒產量及其構成因素 成熟期每處理選取對角線3個點，每個點量取10 m行長，人工收獲中間2行果穗，自然風干、脫粒計產（按14%標準含水量折算產量）。各小區選擇有代表性的20個果穗進行考種，分別調查穗長、穗粗、禿尖長、穗行數、行粒數、百粒重等穗部性狀。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05軟件進行數據整理與統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同耕作措施對生育期的影響

由表1可以看出，不同耕作措施對玉米生長發育進程的影響較小，較免耕和常規旋耕，深翻處理抽雄期推遲1天，成熟期則推遲2天。不同處理對出苗整齊度的影響表現為:深翻＞旋耕＞免耕，傳統免耕直播出苗整齊度相對要差一些。

表1 不同耕作措施下玉米生育期的差異

2.2 不同耕作措施對植株農藝性狀的影響

由表2可以看出，與免耕相比，深翻、旋耕處理對玉米株高和莖粗影響較小，穗位高略降低，分別較免耕降低11.0%、5.7%，但各處理之間差異不顯著。

表2 不同耕作措施下植株性狀的差異 （cm）

2.3 不同耕作措施對玉米葉面積動態的影響

由表3可以看出，拔節期、開花期不同耕作處理玉米的單株葉面積差異較小，成熟期深翻、旋耕處理較免耕均有所增加，其中深翻處理達到顯著水平。

表3 不同耕作措施下玉米植株的葉面積動態（cm2/株）

2.4 不同耕作措施對玉米植株干重的影響

由圖1可以看出，拔節期，不同耕作處理對玉米單株干重及葉片、莖稈干重的影響較小。開花期，玉米單株干重大小依次為:深翻＞旋耕＞免耕，深翻、旋耕處理較免耕分別增加14.9%和11.0%；葉片干重以深翻處理最高，與免耕差異顯著；莖稈干重各處理間差異較小；穗干重深翻和常規旋耕處理間差異較小，但均顯著高于免耕。成熟期，單株干重、穗干重深翻處理均顯著高于免耕，其余處理間差異較小；葉片干重和莖稈干重各處理間差異較小。

圖1 不同耕作處理單株各器官和整株干重

2.5 不同耕作措施對土壤含水量變化的影響

由表4可以看出，不同耕作措施對土壤含水量的影響存在時空差異。各處理間以出苗期0～5 cm土層土壤含水量差異最大，深翻和旋耕處理較免耕土壤含水量差4.3、6.9個百分點，拔節期差3.0、2.8個百分點，開花期差2.4、3.8個百分點，成熟期差2.7、2.6個百分點。

表4 各生育期不同耕作處理土壤含水量的動態差異 （%）

播種時，由于深翻和旋耕對土壤的擾動程度較大，0～5 cm土層土壤含水量相比免耕（CK）分別降低1.4、1.8個百分點，5～10 cm土層分別降低1.1、1.3個百分點。拔節期，0～5 cm土層土壤含水量免耕顯著高于深翻和旋耕，但5～20 cm土層則以深翻顯著高于其它處理。開花期，不同耕作處理對各土層土壤含水量的影響表現與拔節期趨勢一致。成熟期，由于各土層土壤含水量均較吐絲期明顯下降，僅0～5 cm土層土壤含水量以免耕最高，5～20 cm土層土壤含水量差異較小。

2.6 不同耕作措施對土壤溫度變化的影響

由表5可以看出，不同耕作措施對土壤溫度的影響存在時空差異。各處理以0～5 cm土層土壤溫度差異最大，出苗期深翻、旋耕較免耕分別高5.1、4.4℃，拔節期分別高1.6、1.2℃，開花期分別高1.3、0.9℃，成熟期分別高0.1、0.4℃。

表5 不同耕作措施下不同生育期土壤溫度的差異 （℃）

出苗期，深翻處理各土層土壤溫度最高，其次為旋耕混拌，免耕土壤溫度最低。拔節期，不同耕作處理對3個土層土壤溫度的影響與出苗期一致，但以0～10 cm土層溫度差異較大。開花期，深翻和旋耕處理3個土層土壤溫度較免耕均顯著增加，深翻處理分別增1.3、1.5℃和1.0℃，旋耕處理則分別增0.9、0.9℃和0.5℃。成熟期，不同耕作處理3個土層的土壤溫度差異較小。

2.7 不同耕作處理玉米產量及其構成因素表現

由表6可以看出，深翻處理產量最高，為12 955.5 kg/hm2，較免耕增產10.6%，達顯著水平，其次是旋耕處理，較免耕增產4.3%。從產量構成因素看，與免耕相比，深翻處理穗長增加17.5%，穗粒數增加4.8%，百粒重增加6.8%。各處理在穗行數、穗粗、禿尖長等穗部性狀間差異較小。

表6 不同耕作措施下玉米產量及其構成因素的差異

3 討論與結論

干物質是作物光合作用的產物，作物產量取決于光合產物的積累與分配［9，10］。前人研究表明，改良農藝措施能夠優化作物干物質積累與分配，促進作物增產［11］。本研究表明，與免耕（對照）相比，深翻處理開花期葉片干重顯著增加，與深翻促進葉面積增加相一致，說明深翻有利于促進光合葉面積增加和葉片干物質累積，從而整株干物質積累在開花期和成熟期均明顯高于免耕和常規旋耕處理。干物質生產是形成玉米籽粒產量的重要物質基礎，深翻利于增加葉源供應能力從而增加籽粒灌漿，獲得高產。

農田土壤水分和溫度對作物生長及產量形成具有重要影響，不同耕作措施產生的作用影響較大［12，13］。玉米產量由單位面積穗數、穗粒數和粒重三要素構成，在穗數和穗粒數一定條件下，粒重對產量有著至關重要的作用。本研究中，不同耕作處理結合秸稈還田對3個土層土壤含水量和土壤溫度產生不同影響:深翻處理在開花期以后能明顯增加5～10、10～20 cm土層土壤含水量，同時增加不同土層的土壤溫度，說明深翻創造的良好土壤環境有利于改進玉米個體生長狀況，促進干物質生產，同時利于延緩后期葉片衰老，促進各器官干物質向籽粒轉移，從而收獲期穗長、穗粒數和粒重均明顯高于其它處理，產量較免耕增產10.6%。

免耕種植可以一次性完成播種、施肥、鎮壓等環節，具有節能省時等優點，在華北平原具有一定發展潛力，但常年單一免耕也會產生不利作物生長的條件，影響作物的生長發育，出苗差、出苗率低是影響免耕產量的主要原因［4，14，15］。秸稈覆蓋后抑制土壤水分蒸發，從而提高土壤濕度［16，17］，而土壤含水量高低直接影響熱量的傳遞。本研究中，免耕處理相對提高表層土壤（0～5 cm）水分，但出苗期耕層內土壤溫度的降低影響出苗時間，出苗整齊度降低，使玉米吐絲后干物質積累尤其是葉源減少，不利于產量提高。不同耕作和秸稈還田方式對“源”與“庫”關系的影響還需要進一步研究，以有利于揭示秸稈全層深翻模式提升本區域玉米機械化密植精播高產高效的機理，為大面積高產高效綠色生產提供理論和技術支撐。