不同播種方式對隴東旱塬區全膜雙壟溝玉米播種質量和生長發育的影響

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(甘肅省農業科學院旱地農業研究所，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，玉米增產對糧食增產的貢獻率近60%[2]，我國旱作區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]，全膜雙壟溝技術能有效改善土壤水分狀況，解決了該區春季干旱低溫問題，提高了黃土旱作區玉米產量[4-5]。旱作區玉米生長狀況與產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量增加的基礎；玉米出苗狀況受其土壤水分、品種特性、低溫、播種質量等諸多因素的影響[7-10]，在保證玉米產量不降低的情況下，高產高效協同與技術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，經過放苗、破苗、定苗操作繁雜，播種機械缺乏，農機農藝結合不緊密，因此，結合以往的試驗和生產中存在問題，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育過程，以期為農藝農機融合提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在農業農村部西北旱作營養與施肥科學觀測實驗站(35°30′ N，107°29′ E)甘肅省鎮原縣上肖鄉進行，海拔1297 m，年均降水量540 mm，降雨季節短而集中，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。≥0 ℃年積溫3435 ℃，持續253 d；≥10℃年積溫2722 ℃，持續153 d；無霜期165 d，干燥度1.17，土壤為黑壚土，土層深厚，有機質含量在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，長期盛行以冬小麥為主的一年一熟制或填閑復種的兩年三熟輪作制。

1.2 試驗設計

于2012-2016年連續5年在甘肅鎮原上肖進行；試驗采用隨機區組設計，設5個播種方式處理，每處理重復3次，小區為全膜雙壟溝栽培(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15個小區。播種采用定株距播種，保苗目標密度為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%為拔節期追肥，純磷為120 kg·hm-2，其他管理同機械操作大田。

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 測定項目與方法

出苗率和保苗率：玉米出苗3葉期后，統計出苗數計算出苗率；5葉期開始定苗，定苗原則使盡可能高地達到保苗率，相鄰缺苗后，在臨近穴位留苗。

出苗率=(出苗數/播種總數)×100%

保苗率=(實際留苗數/播種總數)×100%

干物質：在玉米不同生育期[苗期(出苗后15 d)、拔節期(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，選擇紅藍光源的2 cm×3 cm標準葉室，于8:00-11:00測定光合參數。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型照度計測定光強，選取玉米雄穗頂部、穗位部和底部分別測定，每區連續讀取20個光強數據，計算透光率。

透光率=(測定部位光強/雄穗頂部光強)×100%

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

產量：在玉米成熟后，剔除邊行，在小區中間連續取25株測產，收獲后自然風干，考種后脫粒記產(按14%含水量折合產量)。

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

玉米耗水量(ET，mm)=播前2 m土壤貯水量-收獲時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)=籽粒產量/生育期耗水量

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2003軟件處理數據和制圖，采用SPSS Statistics 17.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理出苗保苗率分析

旱塬區春季干旱頻發，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5年出苗率變異系數處理間差異較大，T4變異系數達到了10.46%，單粒播種的T1和T2處理出苗率年際間變異系數為4.74%和5.52%，變異系數顯示單粒播種出苗率穩定，受年降水影響較??；T1保苗率為83.36%，T2達到了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為0.75%～5.34%，年際間穩定性好，尤其T2基本達到了保全苗。

不同播種方式和年型間二因素方差分析結果顯示，出苗率年型和播種方式差異均達到顯著水平(P<0.05)，二因素互作也達到顯著水平(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±標準差)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)，年際間變異系數為1.64%～10.31%，3個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50%以上，2012和2013年穗位高、穗粒數差異顯著(P<0.05)，穗粒數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年播種時底墑偏低，影響了玉米前期長勢，同時單粒播種缺苗嚴重，實際密度偏低，造成穗粒數增加。

表3 不同處理玉米各農藝性狀之間的差異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，增加光合時期，有利于干物質積累。

2.4 不同處理光合作用分析

不同處理拔節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行調整，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到一定時，不會影響玉米光合作用，對光合產物積累不會消減。

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 不同處理干物質積累

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

各處理先玉335的單位面積干物質積累量變化隨生長時間推移，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-拔節期干物質積累緩慢，抽雄后逐漸與其他處理趨于一致；成熟期T1處理干物質積累量顯著低于其他處理，主要是單位面積株數不足，干物質積累量顯著降低。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到對照水平；T4收獲后干物質積累量高于其他處理，較常規播種(T3)高7.89%。成熟期變幅為2540.0 kg·hm-2，播種方式對干物質積累量影響不顯著。

2.6 不同處理干物質分配

播種方式對干物質分配規律影響差異不顯著(圖3)，到成熟期干物質主要轉運到籽粒，籽粒占全株干物質比例即收獲指數達54.3%以上，其次為秸稈和葉片，分別為20.0%和11.2%以上，T2、T4收獲指數分別為53.2%、55.8%， 葉片和秸稈干物質分配率分別為10.8%和22.0%、 11.2%和17.8%。不同處理收獲指數變幅為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分配影響不大。

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

2.7 不同處理產量和水分利用效率分析

對不同處理產量、耗水量和水分利用效率進行方差分析，玉米產量、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年產量、耗水量和水分利用效率低于其他3年，玉米減產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，較常規播種(T3)增加2.02%和2.23%，T4產量和水分利用效率分別較常規播種(T3)增加3.94%和2.61%。

2.8 不同處理產量與生長性狀的關聯度分析

選取主要玉米生長指標，與產量做關聯分析(表7)，與產量關聯度由高到低依次為：保苗率>穗位部透光率>穗長>底部透光率>穗粒數>出苗率>百粒重。與產量關聯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，穗位部透光率反映了玉米穗位部以上葉片的受光面積，是玉米干物質積累“源”的保證。

表6 不同處理玉米產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 產量與生長性狀關聯度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、整地等，在全球氣候變暖的情況下，農業干旱時常發生[12]，春旱發生頻率最高[13]，嚴重影響玉米出苗和產量，地膜覆蓋能夠有效改善耕層土壤水分和溫度環境，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，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]，得到了學者的普遍認同，因此，全膜雙壟溝栽培技術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,通過調節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來達到預期播種密度，等株距單粒播種(T1)出苗率高，但是保苗率為83.36%，達不到目標密度，半株距單粒播種(T2)可以有效解決保苗問題，定苗時可以按照目標密度留苗，保苗率達到了99.52%；雙粒播種(T3、T4、T5)出苗率相對較低，但保苗率達到了93.6%，雙粒播種可以根據目標密度，在相鄰穴位缺苗時，本穴可預留2株，解決相鄰穴位缺苗現象；3粒倍株距(T4)播種株距提高1倍，相應播種穴數減少1半，出苗率和保苗率分別達到了84.42%和94.16%，與對照(T3)差異不顯著。因此，單粒播種是玉米機械化播種技術主推播種方式，該播種方式主要減少破苗、定苗環節，為了達到預期播種目標密度，單粒播種時增加密度17%左右；在無法采用機械化播種的區域，人工播種可以選用雙粒倍株距播種方式，可以減少50%點播穴數，保苗時每穴留2株。

玉米形態特征和發育特性關系到“源”“庫”的協調關系，最終表現到“源”向“庫”轉移光合產物。本研究采用不同株距和下籽粒數調整玉米目標密度為75000株·hm-2，連續5年結果顯示，干物質呈“S”型積累，不同處理干物質積累變化趨勢一致，收獲指數均在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)單位面積干物質積累量和分配規律與傳統耕作(T3)差異不顯著，每穴留雙株使玉米生長空間發生變化，個體結構優化；有研究表明，密度增加群體內光截獲率加大，造成田間郁蔽、通風透光率條件變差[18-19]，本研究顯示了穗位部的透光率與產量關聯度僅次于保苗率，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物不會受到每穴留苗數的影響，光合面積是光合產物積累的決定因素，T4處理增加了株距，通風性能提升，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透光率的問題，為玉米籽粒干物質積累提供基礎保障。

玉米出苗情況對產量有明顯影響，出苗時間每推遲1 d，玉米減產29%，出苗率每下降10%，玉米減產9.2%[17]，出苗和苗期壯苗是玉米高產的基礎，不同播種方式是調節個體通風受光條件、營養狀況并最終作用于產量的因素之一[20]，本研究結果顯示，保苗率與產量關聯度最高，為0.6957，與前人研究結果一致；播種質量均勻一致，在苗期形成壯苗，有利于后期干物質積累、葉面積指數均有所提高[21-22]。本研究表明播種方式對玉米出苗影響顯著，苗期保苗也關系到玉米成穗數，增加成穗數是玉米產量提高的主要途徑[23-26]，因此，不同播種方式直接影響產量三因素的單位面積成穗數，玉米產量、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，株距和每穴株數均對產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，密度達不到預期目標，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 結論

在黃土旱塬區，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，同時增加了點播穴數，3粒倍株距播種方式減少了點播穴數，保苗率與常規播種無差異；合理的下籽量和株距搭配，保證了玉米較高的保苗率，促進了群體結構正常的生長發育，構建了合理的“源”“庫”關系，各層次葉片處于較好的光照狀態，提高了各部位的干物質積累。保苗率和穗位部透光率與產量關聯度極高，單粒半株距播種和3粒倍株距播種較傳統播種方式均有優勢，機械化播種可以采用半株距播種，為了減少間苗環節，可以在預計密度基礎上提高密度17%左右，人工播種可采用倍株距3粒播種，每穴留2株玉米，點播穴數減少50%。