壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米子粒營養物質積累和產量的影響

李娟，崔婧婧

（唐山市農業科學研究院，河北 唐山063001）

壟溝集雨栽培技術是我國華北地區一種行之有效的高效節水農業措施，在農業生產中發揮著重要作用。該技術采用田間壟溝相鄰排列、壟上覆膜進行集雨、溝內種植作物的方式，可以收集無效降雨，減少降雨產生的地表徑流，還可以降低地面無效蒸發，增加作物根域以及農田土壤的含水量，延長水分利用期，顯著提高作物產量和水分利用效率。同時，壟溝集雨種植可以通過改變溝和壟的寬度來調整土壤微地形和作物的田間分布，改善對降雨的收集以及植物對光能的利用，因此選擇合適的壟寬對提高作物光能和水肥有效利用率十分重要。研究表明，壟溝集雨模式可以使冬小麥和夏玉米提前出苗2 d[1]；與常規耕作相比，使春玉米提早出苗期3～4 d，提前吐絲5～12 d[2]；顯著影響紫花苜蓿生育進程，較對照提早返青15 d[3]。在馬鈴薯[4]和谷子[5]等作物上也得到了類似的研究結果。

華北地區是我國重要的糯玉米生產加工地，每年糯玉米種植面積約占全國種植總面積的1/4[6]。目前，該區域主要采取常規覆膜和普通平作的種植方式，玉米整個生育期不進行人工灌溉，雖然省時、省工，但在大喇叭口期、吐絲期、散粉期等關鍵生育時期易受高溫、干旱為害，造成結實不良、果穗短小、品質下降，嚴重影響糯玉米的產量和品質[7]。因此，提高糯玉米的水肥利用效率以及產量和品質，是華北地區糯玉米生產中亟待解決的問題。壟溝集雨系統的壟寬不同，會導致作物田間分布、土壤溫度和水分、田間小氣候等不同，進而導致玉米植株光合速率、地上和地下生物量、水肥利用效率也不一樣，最終造成糯玉米的產量和品質出現差異。但截至目前，關于玉米生產中最適壟寬的研究主要集中在壟寬對普通玉米土壤理化性質、水分利用效率和產量的影響上，而對于壟寬變化帶來的糯玉米子粒營養物質積累和水分利用效率的變化研究卻很少。以壟溝集雨技術為基礎，在相同種植密度條件下，探討不同壟寬對糯玉米子粒灌漿速率以及水分利用效率的影響，旨為糯玉米高效栽培提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在河北省唐山市農業科學研究院王灘鎮十家子村試驗基地進行。該區年平均氣溫11.4℃，年積溫3 300～3 600℃，無霜期180 d，年降水量600 mm。玉米生長季降雨分布不均勻，主要集中在7～9月。

1.2 試驗材料

玉米試材為當地主栽糯玉米品種京科糯2000。所施肥料有尿素（N含量46%）、過磷酸鈣（P2O5含量12%）和氯化鉀（K2O含量60%）。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計在玉米種植密度52 500株/hm2條件下，以常規平作為對照（CK），采用3種不同壟寬的壟溝集雨模式種植玉米。壟溝集雨模式種植方法為播種前起壟，壟高15 cm，壟寬設50 cm（A1）、60 cm（A2）和70 cm（A3）3個處理，壟上覆蓋厚0.08 mm的塑料薄膜；溝寬60 cm，溝內種植玉米。為保證所有處理的玉米種植密度均為52 500株/hm2，在播種時，壟溝集雨模式的A1、A2和A3處理玉米分別按照株距38、32和27 cm定植；CK玉米按照行距60 cm、株距32 cm定植。小區面積15 m×10 m，完全隨機區組排列，3次重復。磷鉀肥全部作為基肥，在播種前整地時一次性施入；氮肥總量的40%作為基肥施入，剩余部分在大喇叭口期追施。2019年5月12日播種，9月10日收獲。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 植株性狀。每小區選取長勢一致的植株10株，在乳熟期，用卷尺測量株高；植株營養生長停止后，測量穗位高（地面至最上部果穗著生節的高度）。收獲后，參照孫桂明等[8]方法測定地上部生物量和經濟產量，計算經濟系數（地上部生物量/經濟產量）。

1.3.2.2 子粒營養品質。糯玉米吐絲前，每處理選擇長勢均勻一致的植株80株進行套袋；于散粉高峰期同一天進行人工自交授粉，并做好標記。授粉后10～35 d，每5 d取5穗套袋果穗，4℃保存備用，共取樣6次。剝取玉米子粒500 g，先105℃殺青20 min，后80℃烘干至恒重，樣品粉碎過100目篩，測定營養品質指標。采用蒽酮比色法[9]測定粗淀粉和可溶性糖含量；采用H2SO4-H2O2-靚酚藍比色法[10]測定N含量，計算蛋白質含量；采用殘余法[11]測定脂肪含量。

1.3.2.3 土壤水分蒸發量和利用效率。分別在玉米播種前和收獲后，每小區均按照“S”型五點取樣法，分別采集距地表0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120、140～160、160～180和180～200 cm深的土樣，參照魯如坤[12]方法測定土壤含水量和容重；采用馬富亮等[13]的微型蒸發器法測定土壤水分蒸散量，即：將微型蒸發器安裝在玉米株間的種植溝內，每天16：30～17：30將儀器取出稱重，每個樣點每天同一時間稱重，相鄰2 d的重量差即為當日蒸散量。蒸發器內土壤3～5 d更換1次，雨后1～2 d內更換1次。計算土壤貯水量、作物耗水量和水分利用效率：

土壤貯水量（mm）=土壤含水量（%）×土層深度（mm）×土壤容重（g/cm3）

作物耗水量（mm）=收獲后土壤貯水量（mm）-播種前土壤貯水量（mm）+生育期內灌水量（mm）+生育期內降水量（mm）+作物利用的地下水量（mm）-水分蒸散量（mm）

水分利用效率〔kg/（hm2·mm）〕=作物產量（kg/hm2）/作物耗水量（mm）

整個試驗期間不進行人工灌溉。試驗區地下水深約12 m，因此整個作物生育期地下水利用量可視為0。

1.3.3 數據處理與分析利用Excel 2013和SPSS 13.0軟件對試驗數據進行統計和分析，采用Duncan’s新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米植株性狀的影響

不同處理的糯玉米株高和地上部生物量順序均為A1＞A2＞CK＞A3，穗位高順序為A1＞CK＞A2＞A3，各處理間差異均達到了極顯著水平；經濟系數順序為A2＞A3＞CK＞A1，其中A2處理與A1處理差異達到了極顯著水平，但與其他2個處理差異均不顯著（表1）。表明不同壟寬的壟溝集雨模式對糯玉米植株性狀的影響明顯不同，株高、穗位高和地上部生物量均隨壟寬的增大而逐漸降低，其中A2和A3處理的經濟系數提高。總體來看，A2處理效果最好，其經濟系數最高，地上部生物量較高，株高適中，但穗位高較CK明顯降低。

表1 壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米植株性狀的影響Table 1 Effect of ridge width on plant characteristics of waxy maize under ridge-furrow rainfall collection planting mode

2.2 壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米產量及水分利用效率的影響

不同處理的糯玉米產量順序為A2＞A3＞A1＞CK，除A1處理與CK差異不顯著外，其他處理間差異均達到了極顯著水平；土壤水分蒸發量順序為A1＜A2＜A3＜CK，水分利用效率順序為A2＞A1＞A3＞CK，各處理間差異均達到了極顯著水平（表2）。表明壟溝集雨模式可以明顯降低土壤水分蒸發量，有效提高水分利用效率，提高糯玉米的鮮穗產量，但不同壟寬的增產幅度差異較大，其中A2處理效果最好。該處理下，糯玉米鮮穗產量和水分利用效率均最高，且極顯著＞CK，增幅分別為18.19%和56.90%；土壤水分蒸發量極顯著＜CK，降幅為8.39%。

表2 壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米產量及水分利用效率的影響Table 2 Effect of ridge width on yield and water use efficiency of waxy maize under ridge-furrow rainfall collection planting mode

2.2 壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米子粒營養物質積累的影響

2.2.1 對淀粉積累的影響隨著授粉后天數的增多，不同處理的糯玉米子粒淀粉含量均呈逐漸升高趨勢，其中授粉后10～25 d增速較快，而后增長趨勢減緩，期間指標值始終以A3處理最高、A2處理次之（圖1）；至授粉后第35天，子粒淀粉含量順序為A3處理＞A2處理＞A1處理＞CK，各處理間差異均達到了極顯著水平（表1）。表明不同壟寬的壟溝集雨模式均可以明顯促進糯玉米子粒淀粉積累，其中A3處理效果最好、A2處理次之。

圖1 壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米子粒淀粉含量的影響Fig.1 Effect of ridge width on starch content of waxy maize under ridge-furrow rainfall collection planting mode

表3 授粉后第35天糯玉米子粒的營養物質含量Table 3 Grain nutrient content of waxy maize 35 days after pollination（%）

2.2.2 對蛋白質積累的影響隨著授粉后天數的增多，不同處理的糯玉米子粒蛋白質含量均呈逐漸降低趨勢，期間指標值始終以A3處理最高、A2處理次之（圖2）；至授粉后第35天，子粒蛋白質含量順序為A3處理＞A2處理＞CK＞A1處理，各處理間差異均達到了極顯著水平。表明不同壟寬的壟溝集雨模式對糯玉米子粒蛋白質積累的影響明顯不同，A3和A2處理可以有效減緩糯玉米子粒蛋白質含量降低，其中A3處理效果更好。

圖2 壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米子粒蛋白質含量的影響Fig.2 Effect of ridge width on grain protein content of waxy maize under ridge-furrow rainfall collection planting mode

2.2.3 對可溶性糖積累的影響隨著授粉后天數的增多，不同處理的糯玉米子粒可溶性糖含量均呈逐漸降低趨勢，期間指標值始終以A3處理最高、A2處理次之，平均含量分別為13.27%和12.47%（圖3）；至授粉后第35天，子粒可溶性糖含量順序為A3處理＞A2處理＞A1處理＞CK，各處理間差異均達到了極顯著水平。表明不同壟寬的壟溝集雨模式均可以有效減緩糯玉米子粒可溶性糖含量降低，其中A3處理效果最好、A2處理次之。

圖3 壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米子粒可溶性糖含量的影響Fig.3 Effect of ridge width on grain soluble sugar content of waxy maize under ridge-furrow rainfall collection planting mode

2.2.4 對脂肪積累的影響隨著授粉后天數的增多，不同處理的糯玉米子粒脂肪含量均呈先增加后降低的變化，其中，授粉后第10～15天增長迅速，而后趨勢減緩，至授粉后第20天指標值達到最高；之后，脂肪含量不斷降低，其中授粉30 d后下降較快（圖4）。至授粉后第35天，子粒脂肪含量順序為A3處理＞A2處理＞CK＞A1處理，其中，A3處理與A2處理差異不顯著，但與CK和A1處理差異均達到了顯著水平；A2處理與CK差異不顯著，但與A1處理差異達到了顯著水平。表明不同壟寬的壟溝集雨模式對糯玉米子粒脂肪積累的影響明顯不同，A3和A2處理在授粉后20 d內可以明顯促進糯玉米子粒脂肪積累，授粉20 d后可以有效減緩子粒脂肪含量降低，其中A3處理效果最好。

圖4 壟溝集雨模式下壟寬對糯玉米子粒脂肪含量的影響Fig.4 Effect of ridge width on grain fat content of waxy maize under ridge-furrow rainfall collection planting mode

3 結論與討論

李青峰等[14]研究表明，集雨種植模式下壟溝寬度能夠顯著影響玉米的水分利用效率、生長發育進程和產量等，玉米作為青貯飼草種植時最適合的壟、溝寬度比為1∶1。本研究結果顯示，與常規平作相比，采用不同壟寬的壟溝集雨模式種植糯玉米均可提高鮮穗產量和水分利用效率，其中壟寬60 cm處理的玉米鮮穗產量和水分利用效率均極顯著＞壟寬50和70 cm處理，說明壟寬60 cm對于提高糯玉米產量和水分利用效率最為適宜。主要原因是70 cm寬壟增加了土壤水分蒸發量，降低了土壤水分利用效率；而50 cm窄壟不利于玉米行間通風透光，導致玉米光合效率降低，進而造成玉米減產。壟溝集雨種植模式下，采取適當的大行距、小株距，不僅有利于糯玉米子粒營養物質的積累，還有利于糯玉米株高和穗位高的降低。

本研究條件下，隨著授粉后天數的增多，從授粉后第10天開始，不同處理的子粒淀粉含量均呈逐漸升高趨勢，其中授粉后第10～25天增速較快，而后趨勢減緩，至授粉后第35天淀粉含量達到最高；子粒蛋白質含量與可溶性糖含量的變化趨勢基本一致，均隨授粉后天數的增多呈逐漸降低趨勢，其中在灌漿初期含量較高，授粉后第35天最低；脂肪含量隨授粉后天數的增多呈先升高后降低的變化，與前人研究結果[15～20]基本一致。張春良[21]研究表明，糯玉米子粒的可溶性糖含量隨授粉后天數的增多呈先升高后降低的變化，即授粉后第10～25天含量逐漸升高，第25～35天逐漸降低。而本研究中，隨著授粉后天數的增多，子粒可溶性糖含量呈線性下降趨勢，原因可能與測定所使用的計量單位不同有關：本研究中是以子粒可溶性糖占整個子粒的干物質量比例來計算，而前人是以子粒中的可溶性糖質量來計算。壟寬70 cm壟溝集雨模式處理的子粒淀粉、蛋白質和可溶性糖含量均極顯著＞其他處理，脂肪含量也＞其他處理，說明種植密度一定的前提下，適當擴大行距、縮小株距有利于糯玉米子粒營養物質的積累，與前人研究結果[22]基本一致。