不同播種方式對隴東旱塬區(qū)全膜雙壟溝玉米播種質(zhì)量和生長發(fā)育的影響

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(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070)

全國玉米(Zeamays)播種面積為3811.9萬hm2[1]，成為我國第一大糧食作物，玉米增產(chǎn)對糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率近60%[2]，我國旱作區(qū)耕地面積占全國耕地面積的57%左右，解決干旱問題的方法就是地膜覆蓋[3]，全膜雙壟溝技術(shù)能有效改善土壤水分狀況，解決了該區(qū)春季干旱低溫問題，提高了黃土旱作區(qū)玉米產(chǎn)量[4-5]。旱作區(qū)玉米生長狀況與產(chǎn)量高低很大程度上受玉米出苗率和苗期的制約[6]，如何提高保苗率是玉米產(chǎn)量增加的基礎(chǔ)；玉米出苗狀況受其土壤水分、品種特性、低溫、播種質(zhì)量等諸多因素的影響[7-10]，在保證玉米產(chǎn)量不降低的情況下，高產(chǎn)高效協(xié)同與技術(shù)簡化成為玉米栽培的主要目的[11]，但是，全膜雙壟溝玉米播種從出苗到保苗成功，經(jīng)過放苗、破苗、定苗操作繁雜，播種機(jī)械缺乏，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合不緊密，因此，結(jié)合以往的試驗(yàn)和生產(chǎn)中存在問題，在全膜雙壟溝覆蓋方式下，采用不同的播種方式，研究玉米出苗情況和生長發(fā)育過程，以期為農(nóng)藝農(nóng)機(jī)融合提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北旱作營養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站(35°30′ N，107°29′ E)甘肅省鎮(zhèn)原縣上肖鄉(xiāng)進(jìn)行，海拔1297 m，年均降水量540 mm，降雨季節(jié)短而集中，主要分布在7、8、9月，年平均溫度8.3 ℃，年輻射量554.3～565.2 kJ·cm-2?！? ℃年積溫3435 ℃，持續(xù)253 d；≥10℃年積溫2722 ℃，持續(xù)153 d；無霜期165 d，干燥度1.17，土壤為黑壚土，土層深厚，有機(jī)質(zhì)含量在1.2%左右，土壤耕層容重1.35 g·cm-3，pH值7.4左右，田間最大持水量21.8%。屬完全依靠自然降水的西北半濕潤偏旱區(qū)，長期盛行以冬小麥為主的一年一熟制或填閑復(fù)種的兩年三熟輪作制。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2012-2016年連續(xù)5年在甘肅鎮(zhèn)原上肖進(jìn)行；試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)5個(gè)播種方式處理，每處理重復(fù)3次，小區(qū)為全膜雙壟溝栽培(大壟70 cm+小壟40 cm、平均行距55 cm)，面積為3.3 m×6.0 m=19.8 m2，共計(jì)15個(gè)小區(qū)。播種采用定株距播種，保苗目標(biāo)密度為75000株·hm-2，供試品種為先玉335。施肥為純氮225 kg·hm-2，其中氮肥50%施作底肥，50%為拔節(jié)期追肥，純磷為120 kg·hm-2，其他管理同機(jī)械操作大田。

具體處理為T1：全株距精密(單粒)播種，株距24.2 cm、每穴1粒；T2：半株距或縮距精密(單粒)播種，株距24.2 cm，播種時(shí)每隔12.1 cm播1穴、每穴1粒，間苗后仍為株距24.2 cm；T3：雙粒等株距播種，常用播種方式CK，株距24.2 cm，播種時(shí)每穴種2粒，間苗后株距仍為24.2 cm；T4：3粒倍株距播種，株距48.4 cm，每穴播種3粒，間苗后保苗兩株；T5：2、3粒間隔播種，株距36.4 cm，一穴播2粒，另一穴播3粒，一穴保苗1株，另一穴保苗2株。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

出苗率和保苗率：玉米出苗3葉期后，統(tǒng)計(jì)出苗數(shù)計(jì)算出苗率；5葉期開始定苗，定苗原則使盡可能高地達(dá)到保苗率，相鄰缺苗后，在臨近穴位留苗。

出苗率=(出苗數(shù)/播種總數(shù))×100%

保苗率=(實(shí)際留苗數(shù)/播種總數(shù))×100%

干物質(zhì)：在玉米不同生育期[苗期(出苗后15 d)、拔節(jié)期(出苗后52 d)、抽雄期(出苗后76 d)、灌漿期(出苗后106 d)和成熟期(出苗后132 d)],選擇小區(qū)長勢一致植株，每次取3株，然后105 ℃殺青10 min，80 ℃下烘干至恒重后稱重。

光合速率：2014年6月20日和22日，采用Li-6400便攜式光合儀，選擇紅藍(lán)光源的2 cm×3 cm標(biāo)準(zhǔn)葉室，于8:00-11:00測定光合參數(shù)。每次選取3株完全展開葉測定。

透光率：2014年7月20日，采用ZDS-10型照度計(jì)測定光強(qiáng)，選取玉米雄穗頂部、穗位部和底部分別測定，每區(qū)連續(xù)讀取20個(gè)光強(qiáng)數(shù)據(jù)，計(jì)算透光率。

透光率=(測定部位光強(qiáng)/雄穗頂部光強(qiáng))×100%

農(nóng)藝性狀：玉米成熟后選取代表該區(qū)長勢的玉米20株，分別測定株高、穗位高、穗長、禿頂長、穗粒數(shù)、百粒重。

產(chǎn)量：在玉米成熟后，剔除邊行，在小區(qū)中間連續(xù)取25株測產(chǎn)，收獲后自然風(fēng)干，考種后脫粒記產(chǎn)(按14%含水量折合產(chǎn)量)。

土壤水分和玉米水分利用效率(WUE)測定：播種前和收獲時(shí)分別用土鉆法測定每個(gè)小區(qū)2 m土層(每20 cm為一個(gè)層次)的土壤含水率，轉(zhuǎn)化為播前和收獲時(shí)的土壤貯水量(mm)。生育期降水量通過MM-950自動(dòng)氣象站獲得。試驗(yàn)地在旱塬地帶，降水不產(chǎn)生徑流，所以在本研究中地表徑流可忽略不計(jì)，利用土壤水分平衡方程計(jì)算作物耗水量(ET，土壤水分蒸發(fā)與作物蒸騰量)。各指標(biāo)計(jì)算公式：

玉米耗水量(ET，mm)=播前2 m土壤貯水量-收獲時(shí)2 m土壤貯水量+生育期降水量(mm)

玉米水分利用效率(WUE，kg·hm-2·mm-1)=籽粒產(chǎn)量/生育期耗水量

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)和制圖，采用SPSS Statistics 17.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理出苗保苗率分析

旱塬區(qū)春季干旱頻發(fā)，玉米播種后干旱少雨，影響了玉米出苗，全膜雙壟溝栽培模式解決了春季干旱引起的玉米出苗問題，不同的播種方式影響了玉米的出苗率和保苗率(表1)，5年平均出苗率差異不顯著，變幅為83.74%～86.52%，出苗率最高的為T1，T3平均出苗率最低；2012-2016年連續(xù)5年出苗率變異系數(shù)處理間差異較大，T4變異系數(shù)達(dá)到了10.46%，單粒播種的T1和T2處理出苗率年際間變異系數(shù)為4.74%和5.52%，變異系數(shù)顯示單粒播種出苗率穩(wěn)定，受年降水影響較??；T1保苗率為83.36%，T2達(dá)到了99.52%，T3、T4和T5差異不顯著，均在92.7%以上，單粒播種不足85%；播種方式保苗率變異系數(shù)為0.75%～5.34%，年際間穩(wěn)定性好，尤其T2基本達(dá)到了保全苗。

不同播種方式和年型間二因素方差分析結(jié)果顯示，出苗率年型和播種方式差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)，二因素互作也達(dá)到顯著水平(P<0.05)(表2)，2016年出苗率為92.48%，高于其他年份，2012年出苗率最低為80%左右；保苗率年型間差異不顯著(P=0.0628)，播種方式和二因素互作達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。年份對出苗率影響較大，對保苗率影響不大，播種方式對出苗率和保苗率均有影響，說明在不同的年型選擇不同的播種方式對保苗率均有影響。

表1 不同處理出苗率和保苗率變化 (平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Table 1 Change of emergence rate and survival rate of seedlings under the interaction of different agronomic measures (Mean±SD,%)

T1：等株距單粒播種 24.2 cm plant spacing，single grain sowing；T2：半株距單粒播種 12.1 cm plant spacing，single grain sowing；T3：雙粒等株距播種(CK) 24.2 cm plant spacing，2 grain sowing；T4：3粒倍株距播種 48.4 cm plant spacing，3 grain sowing；T5：2、3粒間隔播種 36.4 cm plant spacing，2-3 grain interval sowing。同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。Different small letters in the same column indicate significant differences at theP<0.05 level. The same below.

表2 不同處理出苗率和保苗率方差分析Table 2 Analysis of variance for emergence rate and survival rate of seedlings under the interaction of different agronomic measures

Y：年份Year;S：播種方式Sowing method.

2.2 不同處理農(nóng)藝性狀分析

2012-2016年不同處理株高、穗長和百粒重差異不顯著(表3)，年際間變異系數(shù)為1.64%～10.31%，3個(gè)基本性狀受降水年型影響較??；禿頂長不同處理間差異顯著(P<0.05)，年際間變異系數(shù)50%以上，2012和2013年穗位高、穗粒數(shù)差異顯著(P<0.05)，穗粒數(shù)T1處理顯著高于其他處理，由于2011和2012年玉米生育期降水偏少，2012和2013年播種時(shí)底墑偏低，影響了玉米前期長勢，同時(shí)單粒播種缺苗嚴(yán)重，實(shí)際密度偏低，造成穗粒數(shù)增加。

表3 不同處理玉米各農(nóng)藝性狀之間的差異Table 3 Change of agronomic characters under the interaction of different agronomic measures

2.3 不同處理透光率分析

圖1 不同播種方式下透光率變化Fig.1 Change of transmittance under the interaction of different agronomic measures (2014) 不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。The different small letters mean the significant differences at P<0.05， the same below.

穗部和地面部位透光率差異顯著(P<0.05)(圖1)，T4株距大，透光性好，穗部透光率較其他處理高1.46%～2.87%，穗部和底部較傳統(tǒng)播種(T3)分別提高了1.97%和1.35%，T1與T2差異不顯著，T1底部透光率為5.26%。說明，穗部及以下葉片受光面積增加，延緩了葉片衰老，增加光合時(shí)期，有利于干物質(zhì)積累。

2.4 不同處理光合作用分析

不同處理拔節(jié)期光合速率影響差異不顯著，T2、T4和T5處理主要是對株距進(jìn)行調(diào)整，影響了葉片的空間分布，可以看出，不同處理間凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率變化差異不顯著(表4)，說明單穴雙苗在株距達(dá)到一定時(shí)，不會(huì)影響玉米光合作用，對光合產(chǎn)物積累不會(huì)消減。

表4 不同處理光合作用的差異Table 4 Change of physiology character under the interaction of different agronomic measures (2014)

2.5 不同處理干物質(zhì)積累

圖2 不同播種方式下干物質(zhì)積累量Fig.2 Change of dry matter under the interaction of different agronomic measures (2014)

各處理先玉335的單位面積干物質(zhì)積累量變化隨生長時(shí)間推移，呈S型變化趨勢，即慢-快-慢的積累趨勢，各處理變化基本一致(圖2)。苗期、拔節(jié)期、吐絲期和抽雄期不同處理間差異不顯著，單粒半株距播種(T2)苗期-拔節(jié)期干物質(zhì)積累緩慢，抽雄后逐漸與其他處理趨于一致；成熟期T1處理干物質(zhì)積累量顯著低于其他處理，主要是單位面積株數(shù)不足，干物質(zhì)積累量顯著降低。單粒播種出苗后苗情較弱，前期長勢慢，吐絲期后生長量逐漸達(dá)到對照水平；T4收獲后干物質(zhì)積累量高于其他處理，較常規(guī)播種(T3)高7.89%。成熟期變幅為2540.0 kg·hm-2，播種方式對干物質(zhì)積累量影響不顯著。

2.6 不同處理干物質(zhì)分配

播種方式對干物質(zhì)分配規(guī)律影響差異不顯著(圖3)，到成熟期干物質(zhì)主要轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒，籽粒占全株干物質(zhì)比例即收獲指數(shù)達(dá)54.3%以上，其次為秸稈和葉片，分別為20.0%和11.2%以上，T2、T4收獲指數(shù)分別為53.2%、55.8%， 葉片和秸稈干物質(zhì)分配率分別為10.8%和22.0%、 11.2%和17.8%。不同處理收獲指數(shù)變幅為3.0%，莖稈變幅為4.2%，葉片變幅為0.8%，說明播種方式對干物質(zhì)分配影響不大。

圖3 不同播種方式下干物質(zhì)分配規(guī)律Fig.3 Change of allocation rate of dry matter under the interaction of different agronomic measures (2014)

2.7 不同處理產(chǎn)量和水分利用效率分析

對不同處理產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率進(jìn)行方差分析，玉米產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率年際間差異極顯著(P<0.01)(表5)，其中產(chǎn)量之間播種方式和兩因素互作差異不顯著(P=0.3337，0.1480)；耗水量播種方式差異不顯著(P=0.7720)，二因素互作差異極顯著(P<0.01)；水分利用效率不同播種方式間差異顯著(P<0.05)，二因素互作差異不顯著(P=0.0595)。

表5 不同處理產(chǎn)量、水分利用效率和耗水量方差分析Table 5 Analysis of variance for yield， WUE and ET of seedlings under the interaction of different agronomic measures

Y：年份Year；S：播種方式Sowing method.

2012和2013年產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率低于其他3年，玉米減產(chǎn)8.2%～15.3%，水分利用效率降低2.3%～24.8%。5年平均不同處理間產(chǎn)量和耗水量平均變幅分別為14317～13698 kg·hm-2和445.6～457.0 mm，水分利用效率T4、T2和T3處理之間差異不顯著，但顯著高于T5和T1處理(表6)。其中T2產(chǎn)量和水分利用效率分別為14317 kg·hm-2和31.9 kg·mm-1·hm-2，較常規(guī)播種(T3)增加2.02%和2.23%，T4產(chǎn)量和水分利用效率分別較常規(guī)播種(T3)增加3.94%和2.61%。

2.8 不同處理產(chǎn)量與生長性狀的關(guān)聯(lián)度分析

選取主要玉米生長指標(biāo)，與產(chǎn)量做關(guān)聯(lián)分析(表7)，與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度由高到低依次為：保苗率>穗位部透光率>穗長>底部透光率>穗粒數(shù)>出苗率>百粒重。與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度最高的為保苗率和穗位部透光率，其中保苗率直接決定了單位面積成穗數(shù)，穗位部透光率反映了玉米穗位部以上葉片的受光面積，是玉米干物質(zhì)積累“源”的保證。

表6 不同處理玉米產(chǎn)量和水分利用效率之間的差異Table 6 Change of yield and WUE under the interaction of different agronomic measures

表7 產(chǎn)量與生長性狀關(guān)聯(lián)度Table 7 The correlated degree (Ri) between yield and growth traits

X1：穗位透光率 Ear position transmittance；X2：底部透光率 Ground transmittance：X3：出苗率Emergence rate；X4：保苗率Survival rate of seedlings；X5：穗長Ear length；X6：穗粒數(shù)Rows per ear；X7：百粒重100-grain weight.

3 討論

玉米出苗受到了外部因素和品種基因雙重影響，外部因素主要包括土壤濕度、地溫、病蟲害、地力、土質(zhì)、整地等，在全球氣候變暖的情況下，農(nóng)業(yè)干旱時(shí)常發(fā)生[12]，春旱發(fā)生頻率最高[13]，嚴(yán)重影響玉米出苗和產(chǎn)量，地膜覆蓋能夠有效改善耕層土壤水分和溫度環(huán)境，保證了出苗必要的水溫條件[14-16]；本研究采用全膜雙壟溝栽培技術(shù)，4月中下旬玉米播前0～200 cm土壤水分為15%～19%，0～20 cm含水量為16%～22%，達(dá)到了玉米出苗的基本含水量，雙壟溝顯著提高地溫[5]，得到了學(xué)者的普遍認(rèn)同，因此，全膜雙壟溝栽培技術(shù)能夠解決玉米出苗的水分和溫度問題。本研究選用了同一品種,通過調(diào)節(jié)株距和播種粒研究玉米出苗率和保苗率，5種播種方式對出苗率和保苗率影響均達(dá)到顯著水平(P<0.05)，年際間顯著影響玉米出苗，對保苗率影響不大；單粒播種(T1和T2)出苗率較雙粒播種(T3、T4和T5)平均高1.89%；5種播種方式通過株距和每穴留苗數(shù)來達(dá)到預(yù)期播種密度，等株距單粒播種(T1)出苗率高，但是保苗率為83.36%，達(dá)不到目標(biāo)密度，半株距單粒播種(T2)可以有效解決保苗問題，定苗時(shí)可以按照目標(biāo)密度留苗，保苗率達(dá)到了99.52%；雙粒播種(T3、T4、T5)出苗率相對較低，但保苗率達(dá)到了93.6%，雙粒播種可以根據(jù)目標(biāo)密度，在相鄰穴位缺苗時(shí)，本穴可預(yù)留2株，解決相鄰穴位缺苗現(xiàn)象；3粒倍株距(T4)播種株距提高1倍，相應(yīng)播種穴數(shù)減少1半，出苗率和保苗率分別達(dá)到了84.42%和94.16%，與對照(T3)差異不顯著。因此，單粒播種是玉米機(jī)械化播種技術(shù)主推播種方式，該播種方式主要減少破苗、定苗環(huán)節(jié)，為了達(dá)到預(yù)期播種目標(biāo)密度，單粒播種時(shí)增加密度17%左右；在無法采用機(jī)械化播種的區(qū)域，人工播種可以選用雙粒倍株距播種方式，可以減少50%點(diǎn)播穴數(shù)，保苗時(shí)每穴留2株。

玉米形態(tài)特征和發(fā)育特性關(guān)系到“源”“庫”的協(xié)調(diào)關(guān)系，最終表現(xiàn)到“源”向“庫”轉(zhuǎn)移光合產(chǎn)物。本研究采用不同株距和下籽粒數(shù)調(diào)整玉米目標(biāo)密度為75000株·hm-2，連續(xù)5年結(jié)果顯示，干物質(zhì)呈“S”型積累，不同處理干物質(zhì)積累變化趨勢一致，收獲指數(shù)均在54%左右，在行距不變的情況下，單粒半株距播種(T2)和3粒倍株距播種(T4)單位面積干物質(zhì)積累量和分配規(guī)律與傳統(tǒng)耕作(T3)差異不顯著，每穴留雙株使玉米生長空間發(fā)生變化，個(gè)體結(jié)構(gòu)優(yōu)化；有研究表明，密度增加群體內(nèi)光截獲率加大，造成田間郁蔽、通風(fēng)透光率條件變差[18-19]，本研究顯示了穗位部的透光率與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度僅次于保苗率，位居第二，3粒倍株距播種(T4)底部透光率達(dá)到了4.6%，顯著高于單粒半株距(T2)和2、3粒間隔播種(T5)，光合作用各處理差異不顯著，說明在截獲光能后光合產(chǎn)物不會(huì)受到每穴留苗數(shù)的影響，光合面積是光合產(chǎn)物積累的決定因素，T4處理增加了株距，通風(fēng)性能提升，增加下部葉片光能截獲能力，棒三葉下部葉片受光面積增加，保證了充足的“源”，合理解決了增加密度降低通風(fēng)透光率的問題，為玉米籽粒干物質(zhì)積累提供基礎(chǔ)保障。

玉米出苗情況對產(chǎn)量有明顯影響，出苗時(shí)間每推遲1 d，玉米減產(chǎn)29%，出苗率每下降10%，玉米減產(chǎn)9.2%[17]，出苗和苗期壯苗是玉米高產(chǎn)的基礎(chǔ)，不同播種方式是調(diào)節(jié)個(gè)體通風(fēng)受光條件、營養(yǎng)狀況并最終作用于產(chǎn)量的因素之一[20]，本研究結(jié)果顯示，保苗率與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度最高，為0.6957，與前人研究結(jié)果一致；播種質(zhì)量均勻一致，在苗期形成壯苗，有利于后期干物質(zhì)積累、葉面積指數(shù)均有所提高[21-22]。本研究表明播種方式對玉米出苗影響顯著，苗期保苗也關(guān)系到玉米成穗數(shù)，增加成穗數(shù)是玉米產(chǎn)量提高的主要途徑[23-26]，因此，不同播種方式直接影響產(chǎn)量三因素的單位面積成穗數(shù)，玉米產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率年際間差異顯著(P<0.01)，這與課題組多年研究一致[5]，不同處理產(chǎn)量、耗水量之間差異不顯著(P=0.3337，0.772)，處理間水分利用效率差異顯著(P<0.05)，每穴雙株倍株距和每穴單粒耗水基本一致，說明在一定密度條件下，株距和每穴株數(shù)均對產(chǎn)量和土壤耗水差異不顯著；由于等株距單粒播種(T1)和2、3粒間隔播種(T5)保苗率低，密度達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，因此水分利用效率顯著低于半株距單粒播種(T2)和3粒倍株距播種(T4)。

4 結(jié)論

在黃土旱塬區(qū)，全膜雙壟溝栽培模式下，不同播種方式顯著影響了玉米出苗率和保苗率，單粒半株距顯著提高了玉米保苗率，同時(shí)增加了點(diǎn)播穴數(shù)，3粒倍株距播種方式減少了點(diǎn)播穴數(shù)，保苗率與常規(guī)播種無差異；合理的下籽量和株距搭配，保證了玉米較高的保苗率，促進(jìn)了群體結(jié)構(gòu)正常的生長發(fā)育，構(gòu)建了合理的“源”“庫”關(guān)系，各層次葉片處于較好的光照狀態(tài)，提高了各部位的干物質(zhì)積累。保苗率和穗位部透光率與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度極高，單粒半株距播種和3粒倍株距播種較傳統(tǒng)播種方式均有優(yōu)勢，機(jī)械化播種可以采用半株距播種，為了減少間苗環(huán)節(jié)，可以在預(yù)計(jì)密度基礎(chǔ)上提高密度17%左右，人工播種可采用倍株距3粒播種，每穴留2株玉米，點(diǎn)播穴數(shù)減少50%。