耕作类型和覆盖模式对玉米生长的影响

林 东

（民乐县农业技术推广中心，甘肃民乐 734500）

玉米是我国重要的粮食作物，也是重要的饲料和工业原料，对我国粮食安全、畜牧产业以及工业有着重要的意义[1]。维持高产、提质增产一直是玉米研究的重点。玉米产量的提高除了优良品种的选育，还有赖于栽培措施的优化和耕作模式的改进。研究表明，通过合理采用耕作措施能够改善土壤的理化性质、生物活性，还能在一定程度上降低土传病害的发生，为植物生长提供较好的土壤环境[2]。

覆盖作为人工调控土壤温度、水分的有效措施，能够降低农田水分无效蒸发而增强水分利用，提高土壤温度[3]，地膜覆盖栽培技术可以明显改善土壤水分生态条件和热量平衡，抑制土壤水分蒸发，保持土壤水分，抑制杂草，有利于土壤养分的矿化，促进作物生长发育，增产增收效果明显[4]。秸秆覆盖的研究已经在诸多作物上取得了成果，通过秸秆覆盖能够提高土壤有机质含量和土壤保肥保水性[5]。地膜覆盖则能够在作物生长前期起到保温保水的作用，有利于促进作物的生长。杨睿等[6]研究表明，地膜覆盖下土壤的温度和含水量显著高于对照处理。刘燕青等[7]认为，秸秆覆盖可减少土壤无效蒸发20%-90%，在一定条件下会阻隔降雨入渗，但也会抑制潜水蒸发和返盐，最终提高了土壤含水量和作物水分利用效率。前人有关地表覆盖的研究多集中在地膜覆盖或者秸秆覆盖方面[8-9]，没有系统地对地膜覆盖和秸秆覆盖进行比较分析，因此，本试验以‘金穗3号’为试验材料，设置6种覆盖模式，研究玉米叶面积指数、干物质积累、产量及单叶水分利用效率，探索覆盖模式下玉米产量形成的机制，从而为玉米覆盖栽培技术的推广和应用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验于2020年在甘肃省张掖市民乐县进行，属温带大陆性荒漠草原气候，年平均降水量351mm，无霜期140d。土壤类型为灰钙土，土壤基础肥力为：土有机质含量18.57g/kg，pH值8.2，碱解氮含量128.35mg/kg、速效磷含量48.26mg/kg、速效钾含量112.38mg/kg，上茬作物为小麦。试验玉米品种为“金穗3号”。

1.2 试验设计

试验采用完全随机设计，设置6种覆盖模式，分别为平作无覆盖（T1）作为对照，平作覆膜（T2），平作秸秆覆盖（T3），垄作无覆盖（T4），垄作覆膜（T5），垄作秸秆覆盖（T6），均为等行距种植，行距60cm，垄高约15cm，小区面积60m2，重复3次。秸秆覆盖将玉米秸秆按7500kg/hm2均匀铺在垄上和行间。在播种前，结合施肥进行旋耕和施肥，施入氮肥（N）250kg/hm2，磷肥（P2O5）165kg/hm2，钾肥（K2O）75kg/hm2作为种肥，在玉米拔节期追施氮肥（N）80kg/hm2，于4月20日播种，种植密度为7.5万株/hm2，9月28日收获。其他管理同当地高产栽培模式。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 叶面积的测定

叶面积在玉米拔节期、抽雄期、灌浆初期和乳熟期进行测定，在各个试验小区采用5点取样法，每个点取3株玉米，取下所有叶片，迅速采用长宽系数法测定叶面积，并计算叶面积指数。

叶面积（cm2）=长（cm）×宽（cm）×0.7[10]

叶面积指数=单位土地面积叶片总面积/土地面积。

1.3.2 冠层透光率的测定

在玉米水泡期（R2），选择晴朗无云的天气，于9：00-14：00用作物冠层分析仪测定植株底层（距地面15cm）、穗位（棒三叶）和冠层顶部入射光合有效辐射量，每一层在行间以对角线方向上测定5个点，取平均值，计算各层光能截获率。计算透光率，通过Beer定律计算出消光系数K，计算式为：

TPAR=I/I0×100%

K=-ln（1-FIPAR）/LAI

公式中：I为群体在不同高度的辐射截获量，I0为冠层顶部的辐射截获量，FIPAR为冠层辐射截获率，LAI为叶面积指数。

1.3.3 干物质积累量的测定

将上部模型在-0.5m增加1层零层板，作为上部结构的1层考虑，同时输入地面荷载，其中包括地面作法，堆载，覆土等，以便在基础设计中导荷至基础[2]。

分别在拔节期、抽雄期、灌浆期初、乳熟期和成熟期，采用烘干法测定各生育时期干物质积累量，并计算花后积累量和花后单株干物质贡献率。

TPAK= DMAY-TDMP

CPAK= TPAK/DMAY×100%

公式中，TPAK为花后同化物输入籽粒量（g）；DMAY为成熟期籽粒干物质量（g）；TDMP为花前干物质积累量；CPAK为花后干物质转运效率（%）。

1.3.4 产量及产量构成因素的测定

玉米实收进行测产，每个处理选择5株玉米带回实验室进行考种，测定穗行数、行粒数、穗粒数和百粒重。

根系的测定采用CI-600根系监测系统，在每个小区播种前安装直径为7cm，长度 200cm的根窗，根窗与地面夹角30度，地上部留15cm，用黑色橡皮套固定，底部用橡胶盖封口，防止土壤和雨水进入，分别在玉米抽雄期用扫描仪扫描根管周围根系分布，用WinRHIZOTron分析根系长度、根系表面积、根系体积和根尖数。

1.4 数据分析

采用Excel2010统计和计算数据，采用SPSS24.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 耕作类型和覆盖模式对玉米叶面积的影响

叶面积指数是决定植被生产力的关键要素，由图1可知，叶面积指数随着生育进程的推进呈先升高后降低的变化趋势，在抽雄期各处理的叶面积指数达到最大值。拔节期T5处理的叶面积指数最大，显著高于其他处理，且各处理均显著高于T1，T3、T4和T6处理间没有显著差异。在抽雄期，表现为T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，处理间差异均显著，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出16.99%、6.13%、2.27%、19.26%和15.40%。灌浆期各处理变化趋势和抽雄期相似，T5处理的叶面积指数最高。在乳熟期，T5处理的叶面积指数最高，其次是T2处理，T1处理最低，T3和T4处理间没有显著差异。

图1 不同耕作类型和覆盖模式下玉米叶面积指数

2.2 耕作类型覆盖模式对旱作春玉米透光率和消光系数的影响

透光率反映群体内光能辐射分布与群体结构关系的重要参数，透光率越低，光能的截获量越大。由表1可知，处理不同层位透光率均表现为上部＞中部＞下部。各部位的透光率表现为T5＜T2＜T6＜T3＜T4＜T1，T5处理最小，显著低于其他处理，消光系数T5处理最大，和T2、T3处理没有显著差异，显著高于其他处理。

表1 耕作类型覆盖模式下旱作春玉米透光率

注：同一列不同小写字母表示在0.05水平差异显著，下同。

2.3 不同耕作类型和覆盖模式对玉米干物质积累量的影响

干物质积累量反映植株光合生成能力。由表2知，不同覆盖模式处理下玉米干物质积累量存在明显差异。在拔节期，T5处理的干物质积累量最多，T3和T1差异不显著，T4处理显著低于T1处理，其他处理均高于T1处理。在抽雄期，各处理表现为T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1处理，T4和T1处理差异不显著，其他处理均显著高于T1处理，T2和T6、T3和T4间差异不显著。在灌浆期，各处理表现为T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，处理间差异均显著，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出18.96%、10.01%、4.23%、22.62%和11.36%。乳熟期变化趋势和灌浆期相似。在成熟期，T3和T4间差异不显著。各处理均显著高于T1处理，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出12.67%、6.30%、4.16%、16.65%和9.87%。花后干物质积累量表现为T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，T3和T4处理间差异不显著，其他处理间差异均显著，各处理均高于T1，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出10.91%、5.65%、4.37%、15.55%和8.86%。花后干物质贡献率T5处理最高，显著高于其他处理，其次是T2，各处理均显著高于T1。

表2 不同耕作类型和覆盖模式对玉米干物质积累量的影响

2.4 不同耕作类型和覆盖模式对玉米产量及产量构成因素的影响

由表3可知，不同覆盖模式对玉米产量有显著的影响，其中穗数和穗行数各处理间没有显著差异。行粒数表现为T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，T3和T4处理间差异不显著，其他处理间差异均显著，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出9.58%、5.12%、3.75%、12.10%和5.81%。千粒重各处理均显著高于T1，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出5.65%、3.63%、1.61%、6.51%和4.77%，T5处理的千粒重最大，和T2处理没有显著差异。T2、T3和T6处理间差异不显著。鲜穗产量表现为T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，各处理显著高于T1，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出25.71%、16.48%、14.95%、29.75%和21.77%，T3和T4处理间差异不显著，T5处理的产量最高。

表3 不同耕作类型和覆盖模式对玉米产量及产量构成因素的影响

2.5 不同耕作类型和覆盖模式对玉米根系形态的影响

由表4可知，不同覆盖模式下根系形态间存在显著差异，其中根系总长表现为T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，T3和T6处理间差异不显著，其他处理间差异均显著，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出14.01%、7.00%、3.11%、17.41%和8.75%。根系总表面积表现为T5＞T2＞T6＞T3＞T4＞T1，T2和T4处理间差异不显著，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出26.65%、10.91%、4.36%、28.11%和15.05%。根体积变化趋势和根表面积相似。根尖数除了T4处理外，其他处理均显著高于T1，T2、T3、T4、T5和T6分别比T1高出14.39%、8.65%、4.76%、20.51%和12.98%。

表4 不同耕作类型和覆盖模式对玉米根系形态的影响

3 讨论

改善耕作方式和覆盖栽培技术既增加土壤温湿度，提高水分和养分的吸收利用，还可以降低土壤水分损失，提高土壤保水能力和水分利用效率，从而促进植株的正常生长[11]。叶片是光合作用的主要器官，叶面积指数和干物质积累量是衡量群体质量好坏的两个重要指标，是作物产量形成的基础[12]。本研究结果表明，几种耕作和覆盖模式均对玉米叶面积和干物质积累有较好的效果，叶面积大小和干物质积累量依次为垄作覆膜、平作覆膜、垄作秸秆覆盖、平作秸秆覆盖、垄作无覆盖、平作无覆盖，其中垄作覆膜模式的干物质积累量最高，一方面，地膜覆盖减少土壤水分蒸发，蒸发散失的热量减少，地膜附着的水汽使长波辐射向外散射受阻，下层水分迁移到达表层土壤，从而达到增湿保墒的作用[13]。另一方面，垄作使玉米田间小气候得到优化，在一定程度上改善了耕层主壤结构，协调了土壤三相比，有利于根系的下扎，提高根系对养分和水分的吸收能力，促进了植株的健壮生长[14]。本研究表明，垄作覆膜模式的透光率最小，说明扩大行距使叶片行间的生长空间相对加大，叶片的形态变得较为舒展，改善了叶片角度，透光率的增加有利于下部叶片的光能吸收。

玉米产量的高低，不仅取决于遗传因素，也受到土壤、水、热、肥等条件的影响[15]，覆盖栽培通过改善土壤微环境来影响产量[16]。穗数、穗粒数和千粒重是组成小麦产量三要素，三者之间相互联系、相互制约，共同决定了玉米籽粒产量[17]。本研究结果表明，覆盖栽培能够增加玉米产量，主要是通过增加穗行数和千粒重来实现的，且垄作覆膜模式的行粒数、千粒重和产量最高，可能是因为垄作覆膜促进了土壤理化性质的改善，促进植株生长和干物质的积累，进而增加行粒数和千粒重，使玉米产量得到提高。

根系在作物的固定、吸收、代谢等方面起着重要的作用，是维持作物生长的关键[18]，大量研究表明，发达的根系能够有效吸收土壤养分，提高合成、分泌活性，为地上部的生长提供良好的条件[19]。根系的生长不仅需要疏松的土壤环境、适宜的温度湿度，还需要充足的养分供应，因此，作物根系生长发育和土壤环境条件密切相关，土壤的微环境直接影响根系的生长发育，进而影响地上部的生长和产量[20]。本研究表明，改善耕作和覆盖模式能够在一定程度增加根系总长度、根系表面积、根体积和根尖数，垄作覆膜模式根系生长指标最好，可能是垄作能降低土壤容重，加厚土壤熟化层，促进根系的生长和发育，覆膜能够改善土壤水热，协调土壤环境。综合比较，垄作覆膜的玉米干物质积累量、叶面积指数、产量及根系生长最优，其次是平作覆膜。表明垄作覆膜对玉米生长促进作用较明显，是较好的土壤表层覆盖模式。但是本试验仅研究了当季玉米生长状况，还应根据土壤养分、物理性状及玉米品质进行综合评价。