條耕種植對薄層黑土區玉米物質積累、轉運、分配及產量的影響

摘 要 為探究保護性耕作條耕種植（ST）對高緯度薄層黑土區玉米物質積累、轉運、分配與產量的影響，采用田間試驗方法，以常規壟作（CT）以及保護性耕作免耕種植（NT）為對照，分析了CT、NT與ST等3種種植方式下玉米干物質積累動態及產量相關的性狀。結果表明，ST處理下2022與2023年玉米產量比CT分別提高18.62%與13.30%，與NT無顯著差異，ST處理下產量提升主要得益于穗長和穗粒數增加。玉米干物質積累動態表現為播種至出苗期ST與NT處理均顯著低于CT，吐絲到成熟期干物質積累量ST與NT無差異，但二者顯著高于CT，即保護性耕作ST與NT處理下干物質積累呈現“先慢后快”的趨勢。干物質分配量上，ST與NT處理下葉、莖、鞘以及籽粒等器官干物質積累量顯著高于CT，但花后物質積累對產量貢獻率上NT與ST卻顯著低于CT。相關分析結果表明，籽粒產量與花后干物質轉運量、干物質總積累量以及莖物質轉移量呈極顯著或顯著正相關。綜上，條耕種植提高了生育期干物質積累量與花后物質轉運量，有利于籽粒產量形成，是松遼平原南部適宜的保護性耕作種植方式。

關鍵詞 條帶耕作；保護性耕作；薄層黑土；產量形成；秸稈還田

玉米不僅是重要的糧食作物和飼料作物，而且是重要的工業原料與能源作物。松遼平原是中國重要的商品糧基地，長期以來隨著區域玉米連作年限增加以及片面追求產量、高強度農田利用帶來土壤退化問題日漸突出[1]。因此，隨著國家對黑土保護日益重視，以秸稈覆蓋還田為主的免少耕保護性耕作得到推廣和重視[2]。條耕種植技術是保護性耕作少耕的一種技術，它是在秸稈覆蓋免耕種植的基礎上發展起來的，利用特殊設備——條耕機僅在作物播種帶位置進行局部耕作的一種種植方式。該技術具有增溫、散墑功能，能有效克服高緯度地區因秸稈大量覆蓋造成的低溫、播期延遲與出苗障礙[3]。因此，該技術近幾年在東北黑土區發展較快，成為黑土地保護性耕作主推技術模式之一。

玉米是黑土區種植的主要優勢作物，播種面積占耕地面積的70%以上，玉米產量的形成實際上是作物與生活環境之間物質與能量轉化的過程[4]，玉米籽粒產量主要來源于玉米開花后生殖生長階段同化物的積累量以及莖葉等器官營養生長階段積累的干物質向花后籽粒的轉運量[5]。因此，環境因子可通過影響光合同化物積累、分配和轉運來影響最終產量水平。而種植方式可通過影響出苗時間[6]、作物生長速度[7]、葉片在空間的分布以及對光熱資源利用[8]等來影響作物生育進程，進而影響籽粒灌漿特性、物質轉運以及最終產量的形成。前期的研究表明，在秸稈覆蓋條件下，條耕種植通過前期條耕整地作業，能顯著提升播種期地溫和播種質量[2]，創造良好的種子萌發環境[9]，從而提高玉米單產水平。此外，條耕或免耕等保護性耕作通過秸稈覆蓋，有利于提升生育期作物的水分利用效率[10]以及氮素利用效率[11]，從而有效延遲后期植株的衰老，從而提高作物產量[12]。對于高緯度地區而言，壟作作為一種傳統的種植方式具有提溫、散墑等顯著優勢[13]，然而目前對于傳統壟作、免耕與條耕等不同種植方式下玉米干物質積累、轉運以及分配規律研究還鮮有報道。因此，本研究以松遼平原南部薄層黑土區為典型區域，探究壟作、免耕與條耕3種主要種植方式雨養條件下玉米物質積累與分配特征，以期為區域保護性耕作開展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2022—2023年在吉林省農業科學院梨樹縣蔡家科學試驗基地（123°57′46″E，" 43°28′36″N）進行，該區域屬于溫帶大陸性季風氣候，全年日照時數2 569.4 h，作物生育期（5-10月）活動積溫2 700 ℃～3 000" ℃，日照時數" 1 430 h，平均降雨量460.3 mm，無灌溉條件，屬于典型雨養農業，本研究2022-2023年作物生育期氣象狀況如圖1所示。試驗地土壤類型為薄層黑土，試驗開始前表層（0～20 cm）土壤基礎養分指標為：有機質24.79 g/kg，速效氮144.15"" g/kg，速效磷" 40.25 g/kg，速效鉀121.47 g/kg，pH 6.83。

1.2 試驗設計

試驗為單因素試驗，共設3個處理，分別為常規壟作種植（Conventional tillage，CT）、免耕種植（No-tillage，NT）以及條耕種植（Strip tillage，ST）。其中，常規壟作種植作業流程為玉米收獲后，秸稈打包、離田處理，第2年春天播種前進行旋耕起壟，搶墑播種。免耕種植作業流程為秋季玉米利用帶秸稈還田裝置的收獲機收獲玉米同時將秸稈粉碎成≤20 cm片段并覆蓋于地表，第2年春天播種時將苗帶位置秸稈清理歸集至休閑帶上，然后利用免耕播種機播種。條耕種植作業流程為秋收后秸稈覆蓋粉碎成≤20 cm片段覆蓋于地表，在上凍前將播種帶上秸稈歸攏至休閑帶上，隨后利用條耕整地聯合作業機進行條耕整地作業，條耕作業寬度50～55 cm、深度（5±2）" cm，第2年春天在條耕位置利用免耕播種機播種。3種種植方式作業具體流程參照文獻[4]的方法。

試驗小區面積為600 m2（50 m長×12 m寬），隨機區組試驗設計，重復4次，共計12個小區，2022與2023年所用玉米品種分別為‘富民58’與‘ND818’，分別由吉林省富民種業與梨樹縣蔡家鎮中天家庭農場提供。播種日期相應分別為5月10日與5月12日，3處理播種密度均為5.5萬株/hm 每年播種密度相同。施肥均采用“一炮轟”施肥方式，摻混肥（N-P-K含量20%-9%-13%）施用量850 kg/hm 施肥量2 a保持一致，在播種時一次性施入。田間管理：播種后第5天噴施精異丙甲草胺與噻吩磺隆合劑進行化學封閉除草，6月下旬和7月中下旬分別利用無人機噴施濃度20%氯蟲苯甲酰胺防治玉米螟和粘蟲，9月末玉米籽粒乳線消失后進行田間測產。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 玉米產量及農藝性狀 在玉米成熟后期，每個小區選擇中間2～4行玉米進行10 m2實收測產，調查測產面積內有效穗數、穗鮮質量，并考察果穗的長度（穗長）、穗粒數、百粒質量等性狀，最后計算每個處理籽粒公頃產量（14%標準水）。

1.3.2 干物質積累與分配 分別于玉米生長的苗期、拔節期、抽雄期、開花期、成熟期等時期，每處理選擇標記的代表性植株4株，其中苗期、拔節期、抽雄期每株單獨置于牛皮袋中105 ℃殺青" 30 min、75 ℃烘至恒量，而吐絲期以及成熟期的玉米植株分別按照葉、莖、鞘、其他與籽粒（成熟期）等器官分開，然后殺青，烘至恒量，用天平稱量不同處理干物質積累量與分配量。

1.3.3 物質轉運及對產量的貢獻 轉運量=各器官吐絲期干物質量－成熟期器官干物質量。轉運率=各器官干物質轉運量/吐絲期相應各器官干物質積累量×100%；產量貢獻率=各器官干物質轉運量/成熟期籽粒產量×100%；花前干物質對產量貢獻率=干物質轉運量/成熟期籽粒產" 量×100%；花后干物質對產量貢獻率=100%-花前干物質對產量貢獻率。

1.4 數據處理

數據采用Microsoft 365進行統計處理；利用SPSS 24.0對2 a產量及農藝性狀進行雙因素分析（Two-way ANOVA），其余性狀進行單因素方差分析（One-way ANOVA），不同處理之間利用LSD法進行差異顯著性比較；采用GraphPad 9.0進行作圖。

2 結果與分析

2.1 條耕種植對玉米產量與農藝性狀的影響

由表1可知，玉米產量極顯著（Plt;0.01）受種植方式處理（T）影響，而年份間差異不顯著" （Pgt;0.05）。不同處理之間，條耕（ST）與免耕（NT）處理無顯著差異，但二者顯著高于常規壟作（CT）。與CT相比，ST與NT處理下2022年玉米產量分別提高18.62%與9.89%，2023年玉米產量分別相應提高13.30%與15.78%。

2.2 條耕種植對玉米干物質積累動態的影響

不同生育時期玉米干物質積累動態如圖2-A所示。從圖2可知，CT處理下苗期生物量顯著高于NT與CT，而NT與CT無差異，且ST、NT比CT分別低48.72%與38.73%；在拔節期，CT、NT與ST處理下干物質積累量無明顯差異（Pgt;0.05）；自抽雄期至成熟期，干物質積累量均表現為ST與NT顯著大于CT，而ST處理略高于NT處理但差異不顯著（Pgt;0.05），在抽雄、吐絲與成熟期ST處理下干物質積累量較CT處理分別提高33.09%、19.27%與22.96%。

開花期與開花后干物質階段積累量（圖2-B）比較，無論是開花前還是開花后不同處理下干物質積累量均表現為ST≈NTgt;CT，ST處理下開花前與開花后干物質積累量分別比CT增加" 19.26%與19.71%。

2.3 條耕種植對玉米各器官干物質分配的影響

玉米成熟期各器官干物質分配量如圖3-A所示，葉、莖、鞘以及籽粒等不同器官均表現為ST顯著高于CT，且ST處理下不同器官比CT處理相應分別提高29.03%、9.80%、26.56%與" 24.43%，而不同處理植株其他器官干物質分配量并無差異。而不同器官干物質分配比例比較發現，除CT處理下籽粒干物質分配比例顯著低于ST與NT外，不同處理之間葉、莖、鞘等器官干物質分配比例并無顯著差異（圖3-B）。

2.4 條耕種植對玉米干物質轉運及產量的貢獻

玉米生殖生長期葉、莖等主要器官營養生長期內積累的干物質在生殖生長期向籽粒轉運情況以及對籽粒貢獻率如表2所示，從表中可以看出不同處理葉、莖等器官干物質轉運量ST與NT處理無顯著差異，但二者顯著高于CT處理，即ST處理下葉、莖干物質轉運量比CT處理相應分別提高24.29%與75.34%；干物質轉運率表現為3種處理下葉器官無顯著差異，而莖器官表現為ST與NT顯著高于CT，且分別提高8.93與" 7.75個百分點，而二者對籽粒貢獻率與物質轉運率表現出相同趨勢。花后干物質積累貢獻率比較發現，CT處理顯著高于NT與ST處理，ST與NT處理無顯著性差異。

2.5 玉米產量與物質積累轉運關系分析

為了進一步探究不同種植方式下玉米產量與物質積累轉運關系，對2023年籽粒產量與產量形成有關的干物質積累、轉運相關性狀進行相關性分析（圖4），結果表明玉米籽粒產量與花后干物質總轉運量（TDMT）呈極顯著正相關（R=" 0.861，P＜0.001），與干物質總積累量（DMA）、花后干物質積累量（DMAS）、總轉移量（TDMT）、莖干物質轉運量（SDMT）呈顯著正相關。此外，干物質總積累量（DMA）與花后干物質積累量（DMAS）、總轉移量（TDMT）以及莖干物質轉運量（SDMT）也存在極顯著正相關關系。

3 討論與結論

3.1 不同種植方式對產量形成的影響

在高緯度地區秸稈覆蓋條件下，免耕種植往往由于播種或幼苗建成質量而造成最終產量的下降[14]，而條耕種植由于克服了秸稈覆蓋免耕種植的“早春低溫”弊端[9]、創造良好的種床環境[2]而具有顯著的增產優勢。本研究ST與NT處理無顯著差異，但二者顯著高于傳統壟作（CT），這是因為在秸稈覆蓋條件下通過播種期秸稈歸行處理，減輕了早春低溫障礙，顯著提升了播種質量[3]。也有研究表明對于雨養農業而言，在保護性耕作秸稈覆蓋模式下，能提高土壤水分“庫”有效供給[15]，而充足土壤水分供應有利于延長玉米早衰的發生，從而增加生育期光合產物的同化能力[16]。此外，在條耕等保護性耕作種植方式下，通過休閑帶秸稈覆蓋有利于降低生育期大氣輻射，從而降低近地表土壤溫度[17]，減緩了高溫對根系造成的不可逆“損傷”[18]，利于產量形成，這也是本研究ST與NT處理下穗長以及穗粒數增加的主要原因。

3.2 不同種植方式對干物質積累的影響

一般而言，玉米生育期干物質積累規律呈“S”型變化曲線[19]，生育前期氣候因子，如地溫[14]、土壤水分[2]等往往是影響種子萌發與苗期植株生長最重要的因素。在本區域，秸稈覆蓋條件下播種期土壤溫度較常規種植低3 ℃～5 ℃，常造成播種延遲3～5 d[20]，這也是本研究CT處理下，播種至苗期干物質積累量較NT與CT提高的主要原因。而在玉米拔節后，土壤水分和養分供應能力往往是影響植株生長速率以及干物質積累的主要原因[21]，本研究CT、NT與ST處理下拔節期干物質積累量無顯著差異，而開花后至成熟期干物質積累量顯著高于CT，這可能與耕層和亞耕層土壤水分的提升有關[18]。前期王玉鳳等[22]研究也表明，在黑龍江地區免耕與旋耕平作處理下玉米生育前期干物質積累速率也顯著低于壟作處理，而在開花后保護性耕作NT處理優勢凸顯，這與本研究結果是一致的。

3.3 不同種植方式對干物質轉運與分配的影響

對玉米而言，光合作用積累的有機物占玉米植物生物量的95%以上，因此光合同化物的積累與轉運是產量形成的重要物質基礎，可直接或間接影響最終籽粒產量的形成[4]。而籽粒產量形成除了與花后同化物積累速率和強度密切相關外[19]，也與花前積累同化物向籽粒的轉移能力有很大關系[23]。有研究證實，高產品種往往花后具有更強氮效率、花后同化物積累能力以及花前積累物質向籽粒的轉移能力。本研究ST與NT處理下，花后干物質積累能力以及花前物質轉運能力，特別是莖器官物質轉運對籽粒貢獻率顯著高于CT，這可能是ST與NT處理下玉米增產的主要原因。大量研究表明籽粒產量與干物質積累量呈正相關關系，而本研究不同種植模式下產量與花后干物質總轉運量（TDMT）、干物質總積累量（DMA）以及莖干物質轉運量（SDMT）呈顯著正相關關系，進一步證實提高花后干物質積累量對作物產量形成具有重要意義。氮素是影響花后物質積累與轉運的重要因素[24-25]，適當增施氮肥能提高玉米開花后不同器官干物質向子粒的轉運量、轉運率和營養體對子粒的貢獻率[26-27]，而對于ST與NT下物質積累轉運與氮素利用關系還需要做進一步深入研究。

4 結" 論

在松遼平原南部薄層黑土區，保護性耕作的條耕（ST）與免耕（NT）處理較傳統耕作壟作（CT）相比，產量分別提高13.30%～18.62%與9.89%～15.78%。ST開花前、開花后干物質積累量較CT提高19.26%與19.71%，向籽粒中分配的干物質量提高24.43%，葉、莖干物質轉運量提高24.29%與75.34%。通過相關性熱圖分析發現，玉米產量的增加與花后干物質總轉運量（TDMT）、干物質總積累量（DMA）、莖干物質轉運量（SDMT）等存在顯著正相關關系。綜上，在高緯度地區采取基于秸稈覆蓋的條耕種植方式較傳統壟作能提高生育期干物質積累量與花后物質轉運量，有利于籽粒產量形成，是松遼平原南部薄層黑土區適宜的保護性耕作種植方式。

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Effects of Strip Tillage on Accumulation，Transportation，Allocation of Dry Matter and Maize Grain Yield in Thin-layer Black Soil

YIN Zhiguo1，2，CAO Qingjun1，YANG Hao1，KONG Fanli1，YANG Fentuan1，LI Gang1，MA Yan1，2 and YAN Jiayong3

（1.Jilin Academy of Agricultural Science （Northeast Agricultural Research Center of China） / Key Laboratory of Northeast Crop Physiology Ecology and Cultivation，Chinese Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Changchun 130062，China; 2.Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China; 3.Yushu Agricultural Machinery Technology Extension and Service Station，Yushu" Jilin 130499，China）

Abstract To investigate the effects of strip-tillage on maize plant dry matter accumulation， translocation， distribution and grain yield at high latitudes region， a field trial with three planting methods of strip-tillage （ST）， conventional ridge cropping （CT）， and no-tillage （NT） were conducted， as well as the dynamics of dry matter accumulation and yield related traits were analyzed in 2022-2023. The results showed that the maize grain yields in 2022 and 2023 under ST treatment were 18.62% and"" 13.30% higher than CT， respectively， while no significant differences were found from NT. In addition， maize yield enhancement under ST was mainly due to the increase in maize ear length and kernels number per ear. The dynamic performance of dry matter accumulation in maize showed that ST and NT treatments were significantly lower than CT from sowing to seedling stage. There was no difference in dry matter accumulation between ST and NT from silking to maturity， but they were significantly higher than CT， that is， dry matter accumulation under conservation tillage ST and NT treatments showed a trend of ‘slow first and then fast’.In terms of dry matter distribution， the dry matter accumulation of leaves， stems， sheaths and grains under ST and NT treatments was significantly higher than that of CT， but the contribution rate of post-anthesis matter accumulation to yield was significantly lower than that of CT. The results of correlation analysis showed that grain yield was significantly or significantly positively correlated with dry matter translocation after anthesis， total dry matter accumulation and stem matter translocation. In summary， the strip tillage planting increased the dry matter accumulation during the growth period and the post-anthesis material transport， which was conducive to the formation of grain yield， and was a suitable conservation tillage planting method in the southern Songliao Plain.

Key words Strip-tillage;Conservation tillage; Thin-layer black soil; Yield formation; Straw returning

Received 2024-04-07 Returned 2024-05-20

Foundation item Key Project of Science and Technology Development of Jilin Province （No.20230202041NC）; National Key Ramp;D Program of China （No.2023YFD1500302）.

First author YIN" Zhiguo，male，master" student.Research area：conservation tillage of maize. E-mail：zhiguo_yin24@163.com

Corresponding"" author CAO" Qingjun，male，Ph.D，associate researcher.Research area：conservation tillage in black soil and" quality optimization cultivation of crop. E-mail：Qingjun501@163.com

（責任編輯：潘學燕 Responsible editor：PAN Xueyan）

收稿日期：2024-04-07 修回日期：2024-05-20

基金項目：吉林省科技發展重點項目（20230202041NC）;國家重點研發計劃（2023YFD1500302）。

第一作者：殷志國，男，碩士研究生，研究方向為玉米保護性耕作。E-mail：zhiguo_yin24@163.com

通信作者：曹慶軍，男，博士，副研究員，研究方向為黑土保護、作物栽培與質量安全。E-mail：Qingjun501@163.com