基于Richards模型的全膜双垄沟播玉米生态因子资源量分配特点研究

赵　凡

(甘肃省榆中县农业技术推广中心，甘肃 榆中 730100 )



基于Richards模型的全膜双垄沟播玉米生态因子资源量分配特点研究

赵凡

(甘肃省榆中县农业技术推广中心，甘肃 榆中 730100 )

[摘要]【目的】 研究全膜双垄沟播玉米与传统栽培模式(露地垄作)玉米的生长势差异及光、热、水等生态因子资源的分配特征和增产机制，为该技术进一步推广提供科学依据。【方法】 以春玉米“临单217”为材料，设全膜覆盖双垄沟播(1.2 m宽地膜)、半膜覆盖垄作(0.8 m宽地膜)、露地垄作(对照)3种模式，测定不同栽培模式下玉米叶面积指数、产量及其构成等指标，并记录生育期生态因子(生长天数、日照时数、有效积温、降水量)，应用Richards生长方程，从动态数学模型的角度，建立不同生态因子与相对叶面积指数及其增长速率、增长速率变化率的模型，研究不同栽培模式下各生态因子资源量分配和作用特征的差异及增产机制。【结果】 (1)3种处理相对叶面积指数随生态因子的增长均呈“慢-快-慢”的“S”型Richards模型曲线变化，全膜双垄沟播玉米相对叶面积增长速率及变化率曲线与半膜覆盖垄作和露地垄作玉米(对照)相比有明显差异，叶面积指数进入指数生长阶段和稳定生长阶段的时间明显偏早，最大相对叶面积指数增长速率及其出现的时间都明显高于和早于露地垄作模式(对照)，相对叶面积指数增长速率变化幅度大。(2)在玉米LAI的3个生长阶段中，全膜双垄沟播模式的生长天数、日照时数、有效积温和降水量4个生态因子分配率与露地垄作(对照)差异明显，在初始生长阶段和指数生长阶段其生态因子资源量分配率低于露地垄作(对照)10.6%～55.0%，而在稳定生长阶段却高于露地垄作(对照)30.2%～115.0%。(3)覆膜模式(全膜双垄沟播和半膜覆盖垄作)下影响LAI的关键生态因子是日照时数， 4个生态因子作用主次顺序为日照时数>生长天数>有效积温>降水量;露地垄作(对照)下4个生态因子作用顺序为有效积温>生长天数>日照时数>降水量。覆膜模式能有效地提高各生态因子间的互作效应。【结论】 全膜双垄沟播玉米叶面积指数进入指数生长阶段和稳定生长阶段早，其增长速率变化幅度大，改变了玉米生长过程中的能量分配比例，表现穗粒数、粒叶比和百粒质量增加，明显提高了玉米产量和生态因子资源利用效率。

[关键词]玉米；全膜双垄沟播；生态因子资源量；Richards模型

作为北方旱作区主栽作物，玉米产量的提高对于保障中国粮食安全意义重大，其高产栽培技术的研究具有重要意义。但中国北方旱作区由于冬春干旱多风，降水时空分布不均且变率较大，蒸发强烈，自然降水与农作物需水错位，导致粮食产量低而不稳。特别在典型的旱作雨养农业区，由于水资源短缺，严重制约了该区域经济发展和农业生产力的提高。近几年，全膜双垄沟播模式[1]因具有良好的增温、聚水和保墒效果，在北方旱作区大面积推广应用的过程中取代了传统的露地和半膜覆盖模式，该模式较露地和半膜覆盖模式使玉米等作物增产30%以上[2-4]，这与玉米生长进程中对光、热、水等生态因子的充分利用也直接相关[3]。因此，研究全膜双垄沟播模式栽培玉米的生长势及对光、热、水等生态因子资源的合理利用，对实现玉米的持续高产具有重要意义。以往的研究针对传统的露地和半膜覆盖模式栽培玉米较多[5-6]。自2004年全膜双垄沟播玉米模式[1]试验成功以来，研究者已对全膜双垄沟播模式下玉米水分的调节、籽粒水分利用率、地温、干物质积累动态、品种、肥料及产量效应等方面进行了较深入的研究[3-4,6-10]，进一步证实该技术既能促进农田土壤对有限降水的蓄存，又能有效抑制土壤水分的无效蒸发，并可显著提高作物水分利用效率和肥料效益。但目前有关该模式在玉米生长势动态数学模型及对光、热、水等生态因子资源利用方面的研究还鲜见报道。本研究以春玉米为试验材料，以Richards方程[11-12]为拟合模型函数，以相对生长天数、相对有效积温、相对日照时数、相对降水量为自变量，建立其与相对叶面积指数的动态模型，并通过推导出的特征参数对其动态特征进行定量分析；利用灰色关联度分析方法明确影响叶面积指数的关键因子及顺序，并对各因子与叶面积指数的二次多项式进行逐步回归，分析各因子互作效应，明确全膜双垄沟播模式栽培玉米与传统栽培模式玉米在生育期间的光、热、水等生态因子资源的分配特征，揭示全膜双垄沟播模式的增产机制，为旱地全膜双垄沟播技术进一步推广提供科学依据和理论支持。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验于2010年在甘肃省榆中县农业技术推广中心试验地进行。该区海拔 1 874 m，年平均气温6.7 ℃，年辐射总量5 483.98 MJ/m2，年日照时数 2 665.9 h，≥10 ℃积温2 366.1 ℃，无霜期120 d，属典型的中温带干旱、半干旱性大陆内地气候，作物一年一熟，无灌溉，为典型的旱地雨养农业。年均降雨量412.5 mm，降水相对变率为19%，4-9月降水量占全年降水量的87%，蒸发量1 406 mm。 试验地土壤为黑垆土，0～30 cm土层平均体积质量1.37 g/m3，田间持水量23%，永久凋萎系数为6.5%。2010年玉米全生育期降雨332.3 mm，主要集中在5，8，9月份。

1.2试验设计

试验以春玉米品种“临单217”为材料。采用完全随机区组设计，设3个处理：A处理，全膜双垄沟播，用1.2 m宽地膜覆盖；B处理，半膜覆盖垄作；C处理，露地垄作(CK)。每处理3次重复。玉米全部采用宽窄行(70 cm/40 cm)种植,小区面积6 m×5 m=30 m2),种植密度6万株/hm2，试验期间不进行耕作，基肥在2010年春季整地时翻施，起垄覆膜前在种植行间施用种肥，施肥量为： N 225 kg/hm2、P2O5130 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。全膜双垄沟播(A处理)是播种前在整好的农田用起垄器起双垄，起垄覆膜模式及田间管理按“旱地玉米全膜覆盖双垄面集雨沟播栽培技术”[1]进行，行距即按大垄宽70 cm、高15 cm，小垄宽40 cm、高20 cm，沟宽小于3 cm，用1.2 m宽地膜覆盖，玉米播种在大小弓形垄中间的沟内，株距30 cm，每个播种沟对应一大一小2个集水垄面；露地垄作(处理C)中，起平顶垄，宽70 cm、高15 cm，垄间沟宽40 cm；半膜覆盖垄作(B处理)的起垄模式与露地垄作完全一致，只是垄上覆盖80 cm地膜，膜与膜相接缝在垄沟内。在露地垄作与半膜覆盖垄作模式中，在垄上播种2行玉米，行距40 cm，株距30 cm。地膜厚度均为0.008 mm。2010-04-30播种，2010-10-15收获。

1.3方法

1.3.1叶面积指数测定在玉米三叶期，各小区选取生长一致的5株挂牌标记，田间活体跟踪测量，从三叶期至成熟期每隔7 d在田间测量1次，用直尺测量每株各有效叶片的叶长(Lij)和最大叶宽(Bij)，记录可见叶数，叶面积指数(LAI)计算公式为：

(1)

式中：ρ种为种植密度，c为测定株数，n为第j株的总叶片数。

1.3.2产量及其构成因素测定对挂牌标记测定的5株玉米成熟后进行室内考种。测定株高、穗粗、穗长、穗粒数、穗粒质量、秃顶长、百粒质量，计算粒叶比。粒叶比=最终总粒数/吐丝期群体叶面积[15]。每小区按实收计算产量。

1.3.3生长模型与其参数意义采用当前对生物生长过程描述最准确、适应性最强、具有可塑性的4参数非线性Richards方程[11-12]，以玉米相对叶面积指数为因变量(Y)，以相对生长天数(播种后至收获)、相对日照时数、相对有效积温(整个生长期)、相对降水量(整个生长期)为自变量(t)，建立玉米相对叶面积指数随各自变量变化的模型方程：

(2)

式中：Y为相对叶面积指数；A为终极生长量，是累积生长的饱和值或称之为生物学上限；b为初值参数；k是生长速率参数；t为各生态因子相对值，即自变量；m为形状参数。

对Richards方程求一阶导数，得相对叶面积指数增长速率Y′方程，该方程是一连续变化的单峰曲线，曲线峰值即为LAI增长速率的最大值。

(3)

对Richards方程求二阶导数，得相对叶面积指数增长速率变化率Y″的方程:

(4)

当Y″=0(mbexp(-kt)-1=0)时对应的t值为生长速率的高峰期(tpoi)，也是生长累积曲线的拐点，即相对叶面积指数增长速率由快变慢的转折点。

tpoi可由下式表示：

tpoi=ln (bm)/k。

(5)

此时相对叶面积指数Ypoi和相对叶面积指数增长速率变化率Y″poi的计算公式分别如下：

(6)

(7)

相对叶面积指数生长速率曲线有t1和t22个拐点：

(8)

以此可以确定LAI生长过程的早期即初始生长阶段(0～t1)、中期即指数生长阶段(t1～t2)、后期即稳定生长阶段(t2～t99)，即3个相对叶面积指数增长速率和相对叶面积指数增长速率变化率不同的阶段，其中t1是初始生长阶段与指数生长阶段的分界点，t2是指数生长阶段与稳定生长阶段的分界点，tpoi为相对叶面积指数增长速率的高峰期，也是相对叶面积指数动态Richards曲线中拐点对应X轴的位置点，是相对叶面积指数增长速率由快变慢的转折点，为相对叶面积指数增长速率动态曲线极大值对应X轴的位置点。也是相对叶面积指数增长速率变化率(Y″)曲线与X轴的交点，即相对叶面积指数增长速率变化率为0的点。

1.3.4灰色关联度原理与方法灰色关联度分析对一个系统发展变化态势提供了量化的度量，适合动态历程的分析[13]。本研究将玉米LAI增长量与影响玉米生长的生长天数、日照时数、有效积温和降水量组成一个灰色系统，是一个较典型并且灰度很高的灰色系统。利用标准化变换法对原始数据进行初值化变换，使其变成无量纲数值后计算关联度。经数据变换的母序列(玉米LAI增长量)记为{X0(t)},子序列(生长天数、日照时数、有效积温、降水量)记为{Xi(t)}。在时刻t=k时母序列{X0(t)}与子序列{Xi(t)}的关联系数可由下式计算：

(9)

式中：ξ为分辨系数，其意义是削弱因最大绝对差数值太大引起的失真，提高关联系数之间的差异显著性，在本研究计算中取0.5。

1.3.5二次多项式逐步回归及互作效应分析根据二次多项式逐步回归设计原理，本试验中玉米LAI期望回归数学模型[13-14]为：

(10)

式中：y为LAI增长理论值，b0为总体平均数，bi为变量xi的主效应，bij为变量xi、xj的互作效应。

本研究采用降维法[14]绘制各生态因子互作效应曲面图。

1.3.6气象数据获取采用榆中气象站和试验田中的自动气象站,记录玉米生育期内的逐日基本气象资料。第i天的有效累积积温T=∑[(Tmax+Tmin)/2],其中Tmax和Tmin为第i天最高和最低气温(10 ℃

1.4数据处理

为了使不同Richards方程之间便于比较研究，利用归一化方法[16]将3个处理玉米播种后至试验结束的叶面积指数、日照时数、有效积温和降水量换算为相对值Yi，取值范围均为0～1。计算方法为：Yi=Xi/Xmax,其中Xmax为玉米播种后至试验结束时各个指标的最大值,Xi为测量值，然后用DPS 7.5系统进行拟合[14]，建立具有生物学意义的生物生长变化模型。用Excel 2007进行数据统计分析，求得相关参数并制图。

2结果与分析

2.1不同栽培模式下各生态因子与玉米LAI的Richards动态模型

作物高产是生态因子综合作用的结果，其生育期间的光、温、水等主要生态因子与其生长发育及产量性状关系密切，而LAI是反映植物群体生长状况和光合性能的一个重要量化形态指标[17]，其大小直接与最终产量密切相关，玉米生育期间的LAI既是光合面积衡量指标，也是源大小的主要特征[18]，定量地了解作物生产过程中LAI的动态变化，是揭示作物产量形成和掌握高产群体调控指标的重要内容。

由表1 可知，拟合的3种处理不同生态因子与叶面积指数的Richards方程经检验均达极显著水平(P=0.000 1)，拟合度R2=0.936 6～0.999 1，相关系数R=0.967 8～0.999 5，说明该模型能很好地拟合实际观察数据，是可以应用的。模型及参数能反映出不同处理各生态因子对叶面积指数的影响。对终极生长量A，3种处理中，全膜双垄沟播(A处理)均高于半膜覆盖垄作(B处理)和露地垄作(C处理)；此外，3个处理间的初值参数(b)、形状参数(m)、生长速率参数(k)差异也较明显。

表2和表3中分别列出不同栽培模式下各拐点的生态因子相对值(t)和相对叶面积指数(Y)以及不同生长阶段各个生态因子资源量、生态因子资源量的分配率等指标，其中生态因子资源量的分配率为各生长阶段生态因子资源量与全生育期总资源量的比值。各阶段较CK增加比例反映了同生长阶段全膜双垄沟播处理和半膜覆盖垄作处理与露地垄作处理(CK)相比增加的比例。不同栽培模式下各生态因子与玉米的相对叶面积指数及其增长速率、增长速率变化率的曲线见图1～图3。表2和表3中各参数的变化与图1～图3的曲线相一致。

表 1　不同栽培模式下4个生态因子与玉米相对叶面积指数Richards方程的参数及相关系数

注：A.全膜双垄沟播;B.半膜覆盖垄作；C.露地垄作(对照)。下表同。

Note：A.Film double furrow sowing;B.Semi membrane covered ridge；C.Open field ridge(CK).The same below.

表 2　不同栽培模式下4个生态因子与玉米相对叶面积指数Richards方程曲线的拐点

注：t1、tpoi、t2、为拐点中各生态因子相对值，Y1、Ypoi、Y2为拐点中的相对叶面积指数。

Note:t1,tpoi,andt2are the relative values of ecological factors,andY1,YpoiandY2are the relative leaf area index values of inflection points.

2.2不同栽培模式下各生态因子对玉米叶面积指数的影响

由图1～3和表2～3可知，随生长天数、日照时数、有效积温及降水量4个生态因子资源量的变化，相对叶面积指数及其增长速率和增长速率变化率曲线在不同处理间差异明显。与露地垄作(CK)相比，全膜双垄沟播(A处理)的相对叶面积指数增长速率曲线高峰均偏左，即处理A叶面积指数最大增长速率出现的时间最早，半膜覆盖垄作(B处理)次之，露地垄作(C处理，CK)最迟。随生长天数的增加，全膜双垄沟播玉米相对叶面积指数增长速率的变化呈增速快但减速也快的特点。各处理的拐点值tpio、t1、t2呈现相同的变化趋势，其中处理A的相对叶面积指数增长速率进入指数生长阶段和稳定生长阶段时间比处理B和C早，且初始生长阶段和指数生长阶段的生长天数、日照时数、有效积温、降水量的资源量均小于处理C(CK)，而在稳定生长阶段处理A生长天数较处理C(CK)增加61.8%，日照时数较处理C(CK)增加30.2%，有效积温较处理C(CK)增加51.7%，降水量较处理C(CK)增加115.0%。

表 3　不同栽培模式下玉米叶面积指数3个生长阶段4个生态因子的资源量及其分配率

图 1　不同栽培模式下各生态因子与玉米相对叶面积指数的曲线

图 2　不同栽培模式下各生态因子与玉米相对叶面积指数增长速率的曲线

图 3　不同栽培模式下各生态因子与玉米相对叶面积指数增长速率变化率的曲线

2.3不同栽培模式下各生态因子对玉米产量及其构成因素的影响

由表4可知，全膜双垄沟播模式(处理A)较露地垄作(CK)增产33.8%,百粒质量、穗粒数、粒叶比也均高于CK。粒叶比是衡量库源关系是否协调的一种量化指标，在适宜叶面积指数条件下，粒叶比高则单位面积叶片所承载的粒数多、库容足，而库容足能促进光合源的生产和同化物的运输[19-21]，因此粒叶比高表明源库协调性好。处理A的粒叶比比处理B和C高，这说明A处理玉米生长势强，单位面积叶片所承载的粒数多、库容足，源库协调性好。另外，由于同一品种作物对有效积温的需求是相对稳定的[22]，而A处理LAI进入稳定增长阶段正值玉米大喇叭口期之后[23]，属于生育后期，此期间有效积温较多，可使玉米叶片后期早衰速度减慢，绿叶光合面积持续稳定期长[20],与处理B 和C相比，处理A的平均LAI增加，则利于玉米抽雄授粉和灌浆，保证籽粒正常成熟，可以积累较多的干物质，有利于高产[5,23-24]。

表 4　不同栽培模式下玉米植株的性状及产量

2.4不同栽培模式下各生态因子与玉米LAI的灰色关联度分析

由表5可以看出，处理A、B的4个生态因子与LAI的关联序一致，均为X3(日照时数)>X1(生长天数)>X4(有效积温)>X2(降水量)，C处理各生态因子与LAI的灰色关联序为X4(有效积温)>X1(生长天数)>X3(日照时数)>X2(降水量)。LAI的增长要有一定的生长天数保证，其对LAI增长的影响位次比较稳定，在3种栽培模式中均占第2位，降水量对LAI增长的影响位次最低。关键生态因子因处理不同而异，其中覆膜模式(A、B处理)是日照时数，而露地垄作模式(C处理)则是有效积温。

表 5　不同栽培模式下各生态因子与玉米LAI的灰色关联度分析结果

2.5玉米3种栽培模式各生态因子间的互作效应

玉米生长是各生态因子协同作用的结果，对生态因子与LAI关联序一致的处理，建立统一的各生态因子与LAI间的二次多项式逐步回归方程(表6)，采用降维法制作互作效应曲面图，分析不同生态因子间的互作效应，结果见图4和图5。

表 6　不同栽培模式下玉米LAI与各生态因子间关系的模型

注：覆膜模式包括全膜双垄沟播(A处理)和半膜覆盖垄作(B处理)。Y.叶面积指数；X1.生长天数;X2.日照时数;X3.有效积温；X4.降水量。

Note:Plastic film mulching models include film double furrow sowing (treatment A) and semi membrane covered ridge (treatment B).Y.Leaf area index;X1.Growth days;X2.Sunshine hours;X3;Accumulated temperature；X4.Rainfall.

图 4　玉米覆膜模式下各生态因子的互作效应

由图4和图5可以看出，相同的2个生态因子在不同模式中的互作效应不同。在覆膜模式中各生态因子互作效应均呈正效应；而露地垄作模式中，除了降水量与日照时数的互作为正效应外，其余生态因子互作呈负效应的居多。覆膜模式中，生长天数与降水量和日照时数的互作效应在生长后期明显，而露地垄作模式中此效应则表现为生长前期高于后期。覆膜模式中，生长天数与有效积温的互作效应呈马鞍形曲面，生长前期随有效积温的增加互作效应增高，中期降低，后期又上升；露地垄作模式中，生长天数与有效积温的互作效应在玉米生长前期在有效积温维度上呈降低趋势，说明在生长前期有效积温是露地玉米LAI增长的主要限制因子，随生长天数与有效积温的继续增加，二者互作效应变化不大。覆膜模式中，降水量与日照时数和有效积温的互作效应变化趋势相同，互作效应均随日照时数和有效积温的增加而增大，在降水量维度上变化不大。露地垄作模式中，降水量与日照时数的互作效应均随两者的增加而增大；降水量与有效积温的互作呈负效应，随有效积温的增加而降低。覆膜模式中，日照时数与有效积温的互作效应随有效积温的增加而上升，在较高有效积温的情况下日照时数的作用增强；露地垄作模式中，日照时数与有效积温的互作呈负效应，且随有效积温的增加而下降。

图 5　玉米露地垄作模式下各生态因子的互作效应

3讨论

本研究中，在全膜双垄沟播玉米LAI初始生长阶段和指数生长阶段，各生态因子资源量分配率均低于露地垄作(对照)，而在稳定生长阶段却高于露地垄作(对照)30.2%～115%。即全膜双垄沟播处理LAI达到最大增长速率时占有的生态因子资源量最少，半膜覆盖垄作处理玉米次之，露地垄作处理玉米最多。全膜双垄沟播玉米相对叶面积指数及其增长速率、增长速率变化率随相对降水量变化的动态曲线与半膜覆盖垄作和露地垄作差异明显。说明在全生育期，全膜双垄沟播处理玉米对水分的分配利用与半膜覆盖垄作和露地垄作玉米差异较大，这是由于全膜双垄沟播模式具有充分接纳和利用天然降水、最大限度保蓄土壤水分的特点，可在玉米需水较少的苗期贮存水分以供其需水旺盛期利用，促进了旱地玉米对土壤水的利用[3,7]，相对充足的水分条件也促进了玉米的生殖生长，为高产奠定了基础[9,25]，故全膜双垄沟播处理玉米产量明显高于对照。这也从另一个角度说明了全膜双垄沟播模式土壤水分与降水量的关联度高，故其能提高作物水分利用率。这一结论也已经得到证实[3]，也与王红丽等[7]的研究结论相近。作物高产是生态因子综合作用的结果，玉米群体的叶面积高持续期及后期防衰在栽培实践中具有举足轻重的作用[23]，全膜双垄沟播处理LAI进入稳定增长阶段正值玉米大喇叭口期之后。此期间生态因子资源量占有率越高，可使玉米叶片后期早衰速度减慢，平均LAI增加，利于玉米抽雄授粉和灌浆，整个生育后期保持较高水分利用效率，可以积累较多的干物质[23,26]，使株高、穗粒数、千粒质量、粒叶比均增加，保证籽粒正常成熟，使玉米的穗部性状和籽粒的相对产量提高，显著增产并提高生态因子资源利用效率,这与李向岭等[5]的结果相近。

本研究中，生态因子的作用主次顺序及交互作用也因栽培模式而异。全膜双垄沟播模式与半膜覆盖垄作模式下各生态因子的灰色关联序一致：即日照时数>生长天数>有效积温>降水量。表明影响全膜双垄沟播模式LAI的生态因子排序与半膜覆盖垄作模式一致。露地垄作模式(对照)下各生态因子作用顺序为有效积温>生长天数>日照时数>降水量，关键生态因子是有效积温。玉米产量形成首先要满足的条件是达到一定的积温[24，27]，而地膜覆盖能有效地增加生育期有效积温[28]。王琪等[29]研究认为，播种出苗和营养生长期间，地膜覆盖可增加积温180 ℃。可知在露地垄作模式下有效积温是对LAI增长影响最为关键和敏感的因子，具有“木桶理论”中的“短板效应”；覆膜处理的关键生态因子为日照时数。可知作为露地垄作模式中的关键生态因子有效积温，在覆膜处理中由于地膜覆盖的增温作用而得到满足，使得日照时数变成了覆膜处理新的“短板”，这与李建奇[27]的研究结果相似。生长天数对不同栽培模式的作用顺序比较稳定。降水量对LAI影响均位居第4，由于降水量的随机性和变率比较大，其通过增加土壤含水量来影响作物生长，由于土壤具有调节性作用，降水量与露地垄作和全膜双垄沟播模式土壤含水量关联度均较高[3]，可缓解降水量的随机变化，故在没有明显水分胁迫的情况下，LAI对降水量的变化反应敏感度低于其他生态因子。因各生态因子对LAI的作用顺序在全膜双垄沟播和半膜覆盖垄作模式中一致，故各生态因子的交互效应趋势相同，但与露地垄作处理差异明显。覆膜模式中生长天数与降水量和日照时数的互作效应在生长后期明显，而露地垄作模式中这种互作效应则是生长前期高于后期。在覆膜模式中，降水量与日照时数和有效积温的互作效应都随日照时数和有效积温的增加而增大，日照时数与有效积温的互作效应随有效积温的增加而上升，故覆膜处理玉米长势强于露地，生长后期特别是扬花后对水分、光照和有效积温的需求高于露地处理[24]。覆膜模式中，降水量及日照时数与有效积温互作效应对LAI的增长作用更明显，在较高有效积温的情况下降水量和日照时数的作用增强。露地垄作模式中，日照时数与有效积温的互作效应随有效积温的增加而下降。覆膜模式下，生长天数与有效积温的互作效应呈马鞍形曲面，生长前期随有效积温的增加互作效应增加明显，中期降低，后期又有上升；而露地垄作模式则与之相反，说明地膜的增温作用主要在玉米生育前期[28]，也说明在生长前期有效积温是露地玉米LAI增长的主要限制因子。这与李建奇[27]的研究结果相近。

4结论

1)不同栽培模式下相对叶面积指数随相对生长天数、相对降水量、相对日照时数、相对有效积温的增加呈“慢-快-慢”的“S”型Richards模型曲线变化，即前期(初始生长阶段)增长缓慢，中期(指数生长阶段)增长迅速，此后在稳定生长阶段又趋于缓慢直至达到最大值。全膜双垄沟播玉米相对叶面积指数增长进入指数生长阶段和稳定生长阶段早，相对叶面积指数增长速率变化幅度大，最大相对叶面积指数增长速率及其出现的时间都明显高于和早于露地垄作玉米(对照)。

2)在玉米LAI 3个生长阶段中，全膜双垄沟播玉米的生长天数、日照时数、有效积温和降水量资源分配率在初始生长阶段和指数生长阶段都低于露地垄作玉米(对照)，而在稳定生长阶段均明显高于露地垄作玉米(对照)，由于改变了玉米生长过程中的能量分配比例，使玉米在生长后期将更多的能量分配给了生殖生长[25-26]，使得玉米有较高的百粒质量、穗粒数和粒叶比，产量明显提高。

3)影响LAI的生态因子作用主次顺序覆膜模式为日照时数>生长天数>有效积温>降水量，露地垄作模式为有效积温>生长天数>日照时数>降水量。覆膜模式中影响LAI的关键生态因子是日照时数，露地垄作模式中则为有效积温。覆膜模式能有效地提高各生态因子间的互作效应，而其各生态因子间互作效应对LAI的影响与露地垄作模式差异明显。

志谢：本单位何秀云农艺师参加了本研究的田间试验记载等工作，甘肃省农业节水与土壤肥料管理总站的崔增团推广研究员对本文进行了审阅与指导，在此一并表示感谢。

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Ecological resources allocation characteristics of whole field surface plastic mulching and double ridge-furrow planting maize based on Richards model

ZHAO Fan

(YuzhongAgro-techniqueExtensionCenter,Yuzhong,Gansu730100,China)

Abstract:【Objective】 This paper investigated the growth potential differences in all film double furrow sowed and traditional cultivated (open field ridge) maize as well as ecological resources (light,heat,water etc.) distribution characteristics and yield mechanism,to provide basis for achieving high yield and high efficiency using this technology.【Method】 Spring maize “Lindan 217” was planted with three groups:membrane covering the whole double furrow sowing mode (1.2 m wide film),film covering half ridge system (0.8 m wide plastic film),and open field ridge mode (control).Maize leaf area index,yield composition and growth period ecological factors (growth days,sunshine duration,effective accumulated temperature, and precipitation) were measured. Using Richards growth equation,models relating different ecological factors with relative leaf area index and its growth rate and the changing rate of growth rate were established and the differences in ecological resources allocation,functional characteristics and yield between different cultivation modes were investigated.【Results】 (1) Leaf area indexes of all three groups had an “S” type Richards curve with the increase of ecological factors.Relative leaf area growth rates and the changing rates of full film double furrow sowing mode and semi film mulching mode were significantly different from that of the control.Leaf area index entered exponential growth stage and stable growth stage much earlier and the exponential growth rate and appearing time of the maximum relative leaf were significantly higher than that of the control.(2) During the three growth stages of leaf area index,the allocation rates of growth days,sunshine,effective accumulated temperature and precipitation of film double furrow sowing mode were significantly different from that of the control group.At the initial growth stage and the exponential growth stage,ecological resources possession rates were lower than that in the control (10.6%-55.0%),while at the stable growth stage,they were higher than that of the control (30.2%-115.0%).(3) The key ecological factor of leaf area index in plastic film mulching modes was the number of sunshine hours.The contributions of all factors were in decreasing order of sunshine hours>growth days>effective accumulated temperature>precipitation.The order for the control group was effective accumulated temperature>growth days>sunlight hours>precipitation.Film mulching mode can effectively improve the interaction among ecological factors.【Conclusion】 The leaf area index of film double furrow sowing maize entered the exponential growth stage and stable growth stage much earlier and the increasing rate changed greatly,which changed the energy distribution during crop growth with increased grains per spike,grain leaf ratio and 100 grain mass and improved the yield and ecological efficiency of resources.

Key words:corn;whole field surface plastic mulching and double ridge-furrow planting;ecological resources;Richards model

DOI：网络出版时间:2016-01-0810:2210.13207/j.cnki.jnwafu.2016.02.006

[收稿日期]2014-06-13

[基金项目]甘肃省土壤有机质提升补贴项目(甘财农〔2010〕208号)

[作者简介]赵凡(1963-)，男，甘肃榆中人，高级农艺师，主要从事土壤肥料及旱作农业研究。E-mail:bmszhaofan@163.com

[中图分类号]S513

[文献标志码]A

[文章编号]1671-9387(2016)02-0035-13