麥秸-塑膜復合系統對玉米生長及干物質分配的影響

丁 林，王文娟

(甘肅省水利科學研究院，蘭州 730000)

地膜+秸稈組成的“二元覆蓋”技術兼有增溫、蓄水保墑、肥田改土的作用[1]。有研究表明：“二元覆蓋”后麥田水分散失少，土壤變溫幅度小，后期葉面積大，養分積累增加，干物質積累增加[2]。“二元覆蓋”對土壤具有一定的保溫作用，還可降低作物冠層溫度1～2 ℃，顯著減少玉米田間土壤水分蒸發[3-5]。對提高玉米產量和水分利用效率具有積極作用[6-9]。作物光合作用產物的最佳表現形式是作物植株生長和干物質積累，其積累和不同器官間的分配與經濟產量有密切關系，也是人們揭示作物高產機理的重要方面[10,11]。但玉米麥秸塑膜復合覆蓋的栽培方法與常規地膜玉米有所不同且采用不同灌溉模式后其生長環境發生很大變化，對不同覆蓋條件下玉米植株生長特性及干物質積累、運轉、分配的影響方面的研究并不多。因此，有必要對“二元覆蓋”條件下玉米的生長指標及干物質分配進行深入的分析研究，這對“二元覆蓋”技術的推廣應用具有一定的指導意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2015年4-9月進行，試驗地點在甘肅省水利科學研究院民勤灌溉試驗站。試驗區地理坐標東經130°05′，北緯38°37′，地處民勤綠洲和騰格里沙漠交界地帶，氣候干燥，蒸發量大，降水稀少，風沙多；多年平均氣溫7.8 ℃，平均濕度45%，多年平均降水110 mm，平均蒸發量2 644 mm；光熱資源豐富，≥0 ℃積溫3 550 ℃，≥10 ℃積溫3 145 ℃，年日照時數3 028 h。試驗區0～100 cm土層土質以黏壤土為主，其中0～60 cm主要為黏壤土，60 cm以下逐漸變為沙壤土，土壤平均容重為1.54 g/cm3。

1.2 試驗設計

試驗采用多因素完全隨機試驗設計，選擇秸稈用量、覆蓋方式為控制因素。其中覆蓋方式設有4個水平，分別為地膜覆蓋(F)，麥秸-塑膜覆蓋(SF)，秸稈覆蓋(S)，無覆蓋(N)；秸稈為小麥碎秸稈，用量選取4 000和6 000 kg/hm2兩個水平，試驗共形成6個處理，每個處理重復3次，小區面積為3 m×15 m=45 m2。試驗選用當地常用玉米品種“先玉335”，試驗于4月15日播種，按行距45 cm、株距25 cm，每穴1～2株播種，10月6日收獲，按各小區分別測產。試驗地休閑期深耕冬灌，灌水定額1 200 m3/hm2，播種前耙耱、平整、按要求覆蓋(麥秸均勻撒到地面)后用人力機械播種，播后按試驗設計灌水。試驗地播前隨耙耱施底肥磷酸二銨225 kg/hm2、尿素300 kg/hm2、鉀肥150 kg/hm2，在大喇叭期和抽穗灌漿期隨水追肥2次，每次施尿素225 kg/hm2。具體技術參數設計見表1。

表1 試驗技術參數設計

1.3 測定指標與方法

出苗率：完全出苗后按各小區計算苗數，將實際出苗數與理論苗數相比得到出苗率。

株高：從苗期開始，在每個生育期從每一個小區中固定抽取10株用鋼卷尺測定地上部分的植株高度，取其平均值。

葉面積：從苗期開始，在各個生育期取5株玉米，將每株葉片完整剪下，用葉面積儀(北京雅欣理儀科技有限公司1241型葉面積儀)測定每片葉子面積，將5株葉面積平均后根據作物密度計算葉面積指數。

干物質：從苗期開始，在各個生育期取5株玉米，采用烘干稱重法分別測定地上部分(葉、莖、穗)干物質的積累量及分配比例。

灌水量：采用管道輸水灌溉，每個試驗小區均有單獨水表控制，灌水量由水表量測。

氣象資料：通過TRM-ZS3全自動氣象站(錦州陽光氣象科技有限公司)觀測記載溫度、降水、蒸發、風速等氣象因素。

1.4 數據分析及處理方法

用Excel 2007進行數據處理和制圖及相關統計分析。

2 結果與分析

2.1 對玉米出苗的影響

出苗率是種子破土出苗數和種子總數的百分比。出苗率的高低由種子的質量和種子所在的外部環境決定。為保證初始條件一致，播種時各處理的種子數量及灌水定額均相等，故只考慮覆蓋方式及覆蓋量兩個因素對出苗率的影響(表2)。由表2分析可得單純用地膜覆蓋時出苗率達到了93.06%以上，復合覆蓋處理出苗率均在85%以上，但麥秸用量的多少對出苗率有一定影響，較少的麥秸用量可使地溫上升較快，能促進玉米發芽，出苗率略高。單純麥秸覆蓋處理出苗率均較低，平均在80%左右，同樣麥秸用量少的處理出苗率略高一些。無覆膜處理土壤在播后土面蒸發較強烈，墑情條件最差，出苗率最低，只有77.46%。

表2 不同覆蓋玉米出苗情況

2.2 對玉米株高的影響

從各處理株高曲線(圖1)可以看出，曲線變化都是前期緩慢增長，拔節后快速增長，抽穗后期基本穩定。在整個玉米生長過程中，覆膜和復合覆蓋處理生育期時間一致，株高變化趨勢也一致，而它們與麥秸覆蓋及無覆蓋處理在抽穗期以前的株高均有極顯著差異，主要是在玉米生育前期，麥草覆蓋及無覆蓋處理地溫較低，在出苗時間上推后于覆膜和復合覆蓋處理。

圖1 玉米株高變化動態

從整個生育期來看，麥秸覆蓋及無覆蓋處理生育期均有推遲，平均推遲10～15 d，其株高與覆膜及復合覆蓋處理相比，最大差別均在66 cm以上，到生育后期，由于覆膜和復合覆蓋處理株高不再生長，而麥秸覆蓋及無覆蓋處理生育期推后仍在生長，以致收獲時各處理株高幾乎無差別。另外，麥秸覆蓋及無覆蓋處理在灌水后棵間蒸發量較大，使這些處理在生育前期較早處于水分虧缺狀態，其株高生長受阻加重，但隨著株高增長及葉面積增大對地面的覆蓋度增加，其棵間蒸發在生育后期逐漸減小，在水分補償作用下株高快速增長，在生育后期與覆膜和復合覆蓋處理達到一致。

2.3 對玉米葉面積指數的影響

群體葉面積是反應作物生長發育及群體物質生產能力的重要指標，如圖2各處理玉米葉面積指數在全生育期均呈單峰變動型，覆膜和復合覆蓋處理峰值提前，主要是覆膜后地溫提高，保水性能較好，作物前期生長發育較快。麥秸覆蓋及無覆蓋處理峰值推后，主要是麥秸覆蓋和無覆蓋播種后地溫較低，保水性能較差，作物前期生長發育較慢，生育期推后。覆膜和復合覆蓋處理葉面積指數最大值出現在7月下旬，而麥秸覆蓋及無覆蓋處理則出現在8月中旬。由圖可以看出，覆膜和復合覆蓋處理葉面積指數在5月24日以后進入快速增長期，而麥秸覆蓋和無覆蓋處理直到6月10日以后才進入快速增長期，在相差最大時均達到2.84以上，造成這一結果均是由于麥秸覆蓋及無覆蓋處理生育期推后所致。無論是在拔節期還是在抽穗期，覆膜較不覆膜處理都使綠葉面積增加，覆膜和復合覆蓋不僅增加了最大葉面積指數，而且使作物后期不早衰，葉面積下降較慢，綠葉持續期長，單株綠葉面積大幅增加。

圖2 玉米葉面積指數變化動態

2.4 對玉米干物質積累的影響

作物生長前期光合產物的累積量及其在不同器官中的合理分配，是光合產物轉化為經濟產品的基礎，研究不同處理光合產物的累積特征是探索和篩選高效節水灌溉技術的重要依據。相同灌水情況下，覆膜比無覆膜干物質積累要多，說明覆膜有利于玉米生長前期干物質累積。其中干物質積累量較大的處理為FH和SFH4，其干物質積累量分別為3 390.8和3 328.90 g/m2，干物質積累量最小的處理為NH，其干物質積累量為2 228.88 g/m2，FH和SFH4較NH增加1 161.92和1 100.02 g/m2。由表3可以看出，覆膜及復合覆蓋處理在生育前期干物質積累迅速，而麥秸覆蓋和無覆蓋處理則積累緩慢，其中在5月25日-6月13日這一階段干物質日增長量差異較大，覆膜及復合覆蓋處理平均日增長量比麥秸覆蓋處理分別大9.17和8.35 g/d，比無覆蓋處理分別大14.49和13.67 g/d。相反在生育后期麥秸覆蓋和無覆蓋處理干物質積累迅速，而覆膜及復合覆蓋處理則較為緩慢。

表3 玉米干物質日增長量 g/(d·m2)

2.5 對玉米地上部分干物質分配與轉移的影響

不同處理間干物質分配的比例和增重的趨勢不同，水分與覆蓋條件影響了光合產物的積累和分配，不同處理間因覆蓋差異而表現出干物質在植株體內分配差異，本文主要從地上器官加以分析，考察葉、莖、穗三部分的干物質分配情況。從干物質在器官間的轉移分配比例上看(圖3)，呈現穗>莖>葉。不同覆蓋影響了干物質在各器官間的分配比例，不同處理下，莖分配比例大小順序為SH6>SH4>NH>FH >SFH6>SFH4；葉分配比例大小順序為NH> SFH6>SH6>SH4>FH >SFH4；穗分配比例大小順序為SFH4> FH >SH4>SFH6>SH6>NH。在成熟期穗分配比例以SFH4最高為71.35%，FH次之為70.83%， NH最小為64.83%。覆膜及復合覆蓋處理的穗干物質比例均高于麥秸覆蓋及無覆蓋處理，而各處理莖干物質比例大小與穗干物質比例相反，即麥秸覆蓋及無覆蓋處理大于覆膜和復合覆蓋處理，說明覆膜或復合覆蓋在一定程度上可提高玉米穗的分配比例，光合產物能充分轉移到籽粒中。

圖3 玉米成熟期各器官干物質占總干物質的比例

3 結果與討論

本研究緊密結“二元覆蓋”的特點，重點針對玉米開展了不同覆蓋條件對生長指標及地上部分干物質積累與分配的影響。在出苗率方面得出：覆膜或復合覆蓋出苗率均較高，可達到85%以上，較麥秸覆蓋和無覆蓋處理出苗率提高3.76個百分點以上，生育期提早10 d左右，增加了灌漿期延續時間，對產量形成有積極作用。在玉米生長指標方面得出：覆膜或復合覆蓋處理播種后地溫提高，保水性能較好，作物前期生長發育較快，其株高、葉面積、干物質增長速率均大于麥秸覆蓋和無覆蓋處理，其最大葉面積指數與全生育期干物質積累量均大于麥秸覆蓋和無覆蓋處理。在玉米地上部分干物質積累分配方面得出：覆膜及復合覆蓋處理的穗干物質比例均高于麥秸覆蓋及無覆蓋處理，在一定程度上可提高玉米干物質在穗的分配比例，光合產物能充分轉移到籽粒中。在實際生產中應根據當地氣候及土壤條件，在農田可持續高效利用的前提下可選擇既能提高作物出苗率，又能調控作物生育進程的復合覆蓋措施，在覆蓋量適宜(復合覆蓋麥秸用量4 000 kg/hm2)的條件下配合灌水及其他農藝措施，可調控玉米的干物質的形成，達到水肥熱高效利用，提高作物產量及水分利用效率的目的。

本研究結論是在大田試驗及試驗區特定土壤條件下完成的，不可避免受到試驗田土壤特征及試驗期間氣象因子的影響，所以試驗得出的結論有一定的局限性，復合覆蓋對不同作物生長指標的影響還需進一步研究。受氣候條件、土壤質地和作物品種等因素影響，還應開展不同地區不同作物的大田試驗研究，為復合覆蓋技術推廣應用提供科學依據。