機械播種對作物養分吸收利用方式的影響

(洮南市向陽街道辦事處,吉林 洮南 137129)

0 引言

播種作為農業生產的關鍵環節之一,對作物的養分吸收和利用方式具有至關重要的影響[1-2]。隨著現代農業技術的不斷進步,機械播種逐漸成為取代傳統人工播種的主要方式。然而,不同播種方式可能對作物的養分吸收和利用方式產生差異性影響,因此,對這一問題進行深入研究具有重要的理論意義和實際價值。

機械播種在現代農業生產中具有許多顯著的應用優勢[3-5]。

1)高效生產。機械播種能夠實現迅速而均勻的種子分布,從而提高了播種的效率。這有助于在短時間內完成大面積播種工作,減少了人力成本和時間成本。

2)均勻種植。機械播種設備能夠確保種子在土壤中均勻分布,保證了植株的間距一致性,有助于減少植株之間的競爭,使每棵植株都能夠獲得足夠的空間和養分,從而提高了作物的產量。

3)準確的種子深度和間距控制。機械播種設備可以精確地控制種子的播種深度和間距,滿足不同作物需求,保證種子在最適宜的深度和間距下生長,提高了根系的形成和養分吸收。

雖然機械播種具有較多應用優勢,但是目前關于機械播種對作物生長及產量提升機理等方面的研究較少。

本文以玉米作為指示作物,通過文獻綜述和實驗研究的總結,分析機械播種對播種效率、根系生長及作物產量的影響,進一步探明不同播種方式對作物養分吸收和利用的影響機理。旨在為農業生產提供科學依據和理論支持,同時也為相關領域的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本文選擇玉米“吉玉335”作為試驗材料。“吉玉335”是一種適應寒冷地區的早熟玉米品種,可以在較短時間內完成生長周期,從而減少了受霜凍等不利天氣因素的風險,并且該品種在吉林各地已經廣泛種植,并且在當地的土壤和氣候條件下表現出良好的適應性[6]。

1.2 試驗方法

本文采用單因素隨機區組設計,設計機械播種(T1)和人工播種(T2)兩種播種方式,每個玉米播種面積為600 m2,重復三次。通過采用單因素隨機區組設計,可以更好地控制實驗的變異性,識別出播種方式對玉米生長的潛在差異,有助于更深入地理解不同播種方式對農業生產的影響[7]。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 播種效率

本文選取播種速度和種子分布均勻性為主要指標,計算方法如下。

1)播種速度。使用計時器記錄播種設備在一定時間內播種的面積。

2)種子分布均勻性。隨機采集多個樣本,測量相鄰種子之間的距離,采用標準差(σ)和變異系數(Coefficient of Variation,CV)評估種子分布均勻性,計算公式如式(1)、式(2)所示[8-9]

(1)

式中σ—標準差;

xi—每個種子間距的數值;

μ—種子間距平均值;

N—樣本數量。

(2)

式中CV—變異系數(以百分比表示),%;

σ—標準差;

μ—種子間距平均值。

1.3.2 玉米根系生長

玉米根系生長測定指標主要包括以下幾個步驟:

1)樣品采集。使用非破壞性根系采集技術,采集不同播種方式下的根系樣本,需要注意的是樣本采集應在適當的生長期間進行,通常在作物生長季節結束前采集。

2)根系掃描。使用根系分析軟件和圖像分析工具對采集的根系樣本進行測量和分析,獲取根系長度、根系表面積和根系體積等關鍵參數。

1.3.3 養分吸收利用效率

養分吸收利用效率主要測定步驟如下:

1)樣品采集。從不同播種方式下的作物中收集樣品,包括葉片、莖和根部樣本,從每個播種方式下的多個植株中采集樣品,然后合并以獲得每個播種方式的均值。

2)計算養分吸收總量。針對每個播種方式,計算從各個作物部分(葉片、莖、根)中吸收的氮、磷和鉀的總量。計算公式如式(3)～(5)所示

(3)

(4)

(5)

1.3.4 玉米產量

在玉米種植面積中,隨機選擇一塊有代表性的樣地(通常為一個相對小的矩形或正方形區域),將單位面積的產量擴大到整個玉米田地的面積來估算整個田地的產量,計算公式如式(6)所示

整個田地的產量=單位面積產量×整個田地的面積

(6)

1.4 數據處理

使用Excel 2016建立數據庫,包括所有相關的變量和觀測值,使用DPS 7.0軟件對數據進行統計分析,檢驗不同因素之間的差異性。確保正確設置分析的參數,并獲得方差分析結果,在方差分析表明差異顯著性后,采用最小顯著差異法(LSD)進行多重比較,進一步分析不同播種方式之間的差異性。

2 結果與分析

2.1 不同播種方式對播種效率的影響

機械播種(T1)效率為0.4 hm2/h,人工播種效率(T2)為0.08 hm2/h,在機械播種(T1)和人工播種(T2)之間存在顯著的播種速度差異(P<0.05),機械播種的播種速度遠高于人工播種,對于大面積玉米田地而言,機械播種在播種效率方面具有明顯的優勢。

不同播種方式對種子分布均勻性的試驗結果如表1所示,機械播種(T1)的種子分布更加均勻,其種子間距的標準差較低(1.8 cm),變異系數也相對較低(7.2%),表明機械播種能夠更好地保持種子在土壤中均勻分布。

表1 不同播種方式下種子均勻性結果

2.2 不同播種方式對根系生長的影響

不同播種方式對根系生長的試驗結果如圖1所示,機械播種(T1)下玉米具有較長的根系、更大的根系表面積和更大的根系體積,更大的根系表面積和更大的根系體積可以促進根系水肥吸收利用效率,根系可以存儲更多的水分和養分,有助于植物在土壤中均勻吸收水分和養分,從而促進了養分吸收的效率[10]。

圖1 不同播種方式對根系生長的影響

2.3 不同播種方式對根系水肥吸收利用效率的影響

不同播種方式對根系水肥吸收利用效率的試驗結果如圖2所示。綜合來看,機械播種在根系水分和養分(氮、磷、鉀)吸收效率方面表現出一定優勢,機械播種(T1)下水分吸收效率為0.42 cm3/g,氮、磷、鉀的吸收效率分別為2.18,0.95,1.27 mg/g,與對照組T2相比分別提升16.67%、6.34%、7.95%和10.43%,有助于玉米植株更有效地利用土壤中的水分和養分,提高了養分利用效率。方差分析表明,在水分吸收效率、氮吸收效率、磷吸收效率和鉀吸收效率方面,不同播種方式之間存在顯著差異(P<0.05),表明播種方式對這些參數產生了統計上的顯著影響。

2.4 不同播種方式對玉米產量的影響

收獲后,機械播種(T1)玉米產量為7 650 kg/hm2,人工播種(T2)玉米產量為6 300 kg/hm2。機械播種(T1)在玉米產量方面相對于人工播種(T2)表現出了較高的產量,主要是由于機械播種能夠確保種子的均勻分布和一致的播種深度,有助于每個植株的生長條件更為一致,此外,機械播種通常能夠實現更高的植株密度,綜合作用下機械播種可以實現較高的玉米產量[11]。

3 討論

3.1 根系生長的積極影響

根系的生長和健康對于植物的生存和養分吸收至關重要。更大的根系表面積和體積為植物提供了更多的機會來吸收土壤中的水分和養分，從而有助于作物的整體生長和生存。本文試驗結果表明，機械播種(T1)下的玉米根系相對于人工播種(T2)來說更長、具有更大的根系表面積和更大的根系體積，表明機械播種對于促進作物的根系生長具有顯著的積極影響。更大的根系表面積和體積為根系吸收水分和養分提供了更多的機會和資源。

3.2 養分吸收利用效率提高

養分(包括氮、磷、鉀等)是植物正常生長所必需的基本元素。作物通過根系吸收土壤中的養分來滿足其生長和發育的需求。然而,在傳統農業中,養分吸收效率通常較低,導致大量養分的浪費和過度使用,對農業和環境都構成了挑戰,此外,養分過剩還會導致水體污染、生態系統破壞及高成本的養分管理[12]。本文試驗結果表明,機械播種(T1)顯著提高了水分、氮、磷和鉀吸收效率,機械播種(T1)通過改善根系生長和分布,以及優化根系與土壤的接觸,使作物能夠更有效地吸收土壤中的水分和養分,從而提高了資源的利用效率。

3.3 玉米產量提高

本文的實驗結果明確表明,采用機械播種(T1)相對于人工播種(T2)可以顯著提高玉米產量,通過提高產量,機械播種有助于滿足不斷增長的全球糧食需求,對糧食安全具有積極的影響。

4 結論

本研究通過對機械播種和人工播種對玉米生長的影響進行了綜合分析,得出了以下結論:

1)機械播種(T1)相對于人工播種(T2)可以顯著提高播種效率,機械播種(T1)可以在相同時間內播種更大的面積,減少了勞動力需求,降低了播種成本,此外還能夠大大減少播種時間,還能夠確保種子的均勻分布和適當的播種深度,有助于作物在生長初期建立強健的根系結構。

2)機械播種(T1)改善了根系的生長和分布,導致玉米具有更長的根系、更大的根系表面積和更大的根系體積,對于作物的養分吸收和整體生長至關重要。

3)機械播種(T1)提高了養分吸收效率，包括水分、氮、磷和鉀的吸收效率，有助于提高作物對土壤中水分和養分的吸收效率，減少養分浪費，降低環境污染風險，從而增強了農業生產的可持續性。

本研究的結果表明機械播種在提高農業資源利用效率、降低養分浪費、改善農業經濟效益和促進糧食安全方面的重要性,對于解決全球糧食安全、提高農業可持續性以及減輕環境壓力具有重要意義。