壟溝覆蓋種植對晚播夏玉米生長和產量的補償效應

楊志超,李援農,谷曉博,陳祎彤,趙 曉

(西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室，陜西 楊凌 712100)

玉米作為我國第一大糧食及加工作物，在我國糧食結構中占據重要地位，具有巨大的增產潛力和消費需求增長空間[1]。關中平原為典型的半干旱區，冬小麥-夏玉米輪作種植為該地區主要的栽培方式[2]。播期調整會影響作物生長期內水分、光照、溫度等氣象因子，從而改變作物生長發育進程及狀況[3]。目前除對播期單因素的研究外，圍繞玉米播期的研究主要有：一是與密度[4-5]、品種[6-8]等因素進行結合，主要通過試驗方式確定最優種植組合模式；二是結合氣象因子，通過開展試驗[9]或結合模型[10-11]等方法探究玉米種植的最適播期。但播種受到天氣、土壤、人力和機械等因素的制約，現實條件下難以保證作物在最適播期播種，晚播現象時有發生。研究表明，玉米應適時早播，晚播會使玉米生育期縮短，加快生長發育進程，降低產量[12-14]。因此，為保證玉米產量，需探究相關的“補償”措施來彌補晚播對其產生的不利影響。

壟溝集雨覆膜種植技術是通過在田間開溝起壟，在壟面上覆膜，可以使降落在壟面上的雨水匯集到溝內，從而集中降水到植株根系所在的土層，改善作物的水分供給狀況，實現雨水資源的高效利用[15-17]。同時，起壟增大了地表粗糙度，使土壤能接受更多太陽輻射，地膜和其他覆蓋物也能改變土壤與大氣之間的氣體交換作用，從而提升土壤溫度[18-19]。研究表明，憑借其保水保墑、調節土壤溫度和減少氮素淋溶等多種優勢，壟溝種植模式能促進作物生長，同時也會提高作物對養分的吸收和利用[20-21]。

目前，運用壟溝種植模式對晚播夏玉米進行補償的研究較少。本文將3種不同的壟溝種植覆蓋模式應用于晚播夏玉米，研究不同模式對晚播夏玉米土壤水熱、生長發育、倒伏情況和籽粒產量的影響，通過與常規播期平作種植夏玉米各項指標進行對比評價，探尋能最大程度上彌補晚播造成的負面影響的夏玉米種植方式，以期為半干旱區夏玉米抵御災害和高效生產提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2020年6—10月在陜西省楊凌農業高新技術示范區西北農林科技大學農作一站試驗基地(108°05′E，34°18′N，海拔525 m)進行。該試驗基地屬暖溫帶季風半濕潤氣候，年平均氣溫12.9℃，全年無霜期210 d，年平均蒸發量約1 400 mm，年平均降雨量637.6 mm，降雨年內分布不均，7、8、9月降雨量占全年60%以上。供試土壤為中壤土，其基礎理化性質：有機質13.40 g·kg-1，全氮0.74 g·kg-1，速效磷6.79 mg·kg-1，速效鉀144.76 mg·kg-1，礦質氮10.05 mg·kg-1，平均干容重1.39 g·m-3，田間持水率和凋萎系數分別為24%和8.5%(質量分數)，表層土壤pH值8.14。夏玉米試驗期內氣象狀況見圖1，期間總降雨量564.4 mm，日平均氣溫22.1℃。

圖1 夏玉米生育期內溫度、降雨、日照和風速Fig.1 Temperature, rainfall, sunshine and wind speed during the growing period of summer maize

1.2 試驗材料

供試玉米品種為鄭單958；試驗用地膜為普通白色塑料地膜，厚0.01 mm；試驗用秸稈為上茬小麥秸稈。試驗用氮肥為尿素(N≥46%)，磷肥為過磷酸鈣(P2O5≥16%)，鉀肥為農業用硫酸鉀(K2O≥51%)。

1.3 試驗設計

試驗共設5個處理，其中平作無覆蓋處理2個，常規播期處理(CK1)于2020年6月10日播種，晚播處理(CK2)于2020年6月21日播種，間隔11 d。壟溝種植處理壟上全部覆膜，按溝內覆蓋方式分為溝不覆蓋(LN)、溝覆秸稈(LJ)和溝覆膜(LM)3個處理，均與平作無覆蓋晚播處理同一天(6月21日)播種。每個處理重復3次，共15個小區，隨機區組排列。小區面積36 m2(6 m×6 m)，周圍均設1 m寬保護帶。

于常規播期處理(CK1)播種前旋耕并平整土地。各處理施肥水平均為純氮(200 kg·hm-2)，P2O5

(120 kg·hm-2)，K2O(60 kg·hm-2)，全部于播種前基施，未做追肥。夏玉米種植行距60 cm，株距30 cm，壟溝種植處理壟溝寬均為60 cm，于壟兩側種植。田間管理措施與當地一致，及時間苗、除草、打藥，未補灌。受天氣和成熟狀態影響，常規播期處理于2020年9月30日收獲，晚播處理于2020年10月11日收獲。

1.4 測定項目和方法

1.4.1 土壤水分 用烘干法測定各處理0～200 cm土層土壤質量含水率。夏玉米播前、生育期內取3次(8月11日，8月28日，9月16日)及收獲后，共5次取樣。采用土鉆取土，每20 cm取1個土樣，105℃烘干后稱重計算含水率。

1.4.2 土壤溫度 用直角式地溫計測定各處理5、10、15、20、25 cm深度處的土壤溫度，測定時間為8∶00—18∶00，每2 h測1次，每個生育期連續測定3 d。平作處理地溫計埋于行間，壟溝種植處理壟上和溝內各埋一組，取其平均值作為該處理平均溫度。

1.4.3 夏玉米生長指標 分別于7月12日、8月6日、8月29日和9月25日取樣，使用卷尺測定株高和葉面積，游標卡尺測定莖粗，后于烘箱105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重后得地上部干物質量。

1.4.4 夏玉米生育進程 以全小區75%以上植株表現某生育階段特征為標準記錄各處理生育進程。

1.4.5 夏玉米倒伏率 于8月28日測定了各處理倒伏株數，除以各小區總株數即得倒伏率。

1.4.6 夏玉米產量指標 夏玉米成熟后，為排除倒伏帶來的影響，于各小區隨機選取20株未倒伏玉米，取穗風干后測定穗長、穗粗、穗粒數和百粒重等產量構成指標，其中百粒重取75℃烘干后折算至14%含水率數值。

1.5 數據處理和分析

采用Excel 2019進行數據整理；用SPSS 20.0進行方差分析，多重比較采用Duncan新復極差法，顯著水平α=0.05；用Origin 2017繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理夏玉米生育期內土壤含水率

圖2為夏玉米全生育期土壤含水率，可見除播前土壤含水率較低外，生育期內和播后各處理0～200 cm深度土壤含水率均逐漸達到并保持在18%(75%田間持水率)左右或更高，土壤水分充足，處理間無顯著差異。由圖1所示氣象數據可知，夏玉米全生育期內降水較多，且短時強降雨和連陰雨天氣均有出現，這為土壤補充了充足的水分，導致壟溝種植方式在集雨增墑方面的優勢未能展現。

圖2 不同處理0～200 cm深度土層土壤含水率Fig.2 Soil moisture content in 0～200 cm depth of different treatments

2.2 不同處理夏玉米生育期內土壤溫度

不同處理夏玉米0～25 cm深度土壤溫度變化過程如圖3所示，可見隨著玉米的生長發育，各處理土壤溫度均逐漸下降。拔節期和抽雄期雨水多、氣溫低，因此其土壤溫度相對苗期均較低。全生育期內，壟溝處理的土壤溫度均高于平作處理，兩者差異隨時間逐漸減小。苗期壟溝處理增溫效果最為顯著，LN、LJ、LM處理分別比CK1處理高3.0、1.7℃和4.9℃。LJ處理苗期土壤溫度相對其他兩種方式較低，說明秸稈起到了降溫作用。拔節期降溫效應不再顯現，LN、LJ兩處理溫度僅相差0.1℃。而后壟溝處理的增溫效應逐漸減弱，LM處理抽雄期和灌漿期溫度分別比CK1處理高2.1℃和1.0℃，至成熟期處理間已無顯著差異。壟溝種植增溫效果減弱原因為中后期玉米覆蓋度高，減弱了陽光對表層土壤的影響。總體來看，壟溝種植方式在夏玉米全生育期內提高了土壤溫度，其增溫效應隨時間逐漸減弱。且全覆膜處理的增溫效果最顯著；秸稈處理除苗期相對起到降溫作用外，其余時間與溝不覆蓋處理未有明顯差異。

圖3 不同處理0～25 cm深度土層土壤溫度Fig.3 Soil temperature in 0～25 cm depth of different treatments

2.3 不同處理夏玉米生長指標

各處理夏玉米生長指標見表1。晚播處理株高與CK1處理的差異逐漸減小，在8月29日與其達到相同水平，CK1處理在7月12日和8月6日分別比CK2處理高73.6%和25.2%；晚播處理間，LM處理前期較高，7月12日與其余3個處理差異顯著。CK2和LN處理株高在前期均顯著較低，但隨時間其劣勢逐漸消失，LJ處理株高前期較低，但增長速度最快，在后期明顯高于其他處理。莖粗7月12日表現為CK1>LM>CK2>LN>LJ，其余時期處理間均無顯著差異。葉面積指數隨生育期變化規律與株高相似，晚播處理在8月29日達到或超過CK1處理；CK2處理全生育期內均最低，LM處理也僅在前期較高，LN和LJ處理前期較低，但在后期較高；且LJ處理增長速度也最快，于9月25日達到最高水平。不同于以上3個指標，晚播夏玉米地上部干物質量前3次均顯著低于CK1處理，但到9月25日時均超過CK1處理。晚播處理間，除7月12日LM處理顯著較高，9月25日CK2處理顯著較低外，其余時間處理間差異不明顯。

表1 不同處理夏玉米生長指標變化過程Table 1 Change process of growth index of summer maize under different treatments

綜合來看，晚播處理生長指標均能在中后期達到或超過CK1處理水平。各處理發育特點為：LN處理植株較為矮壯，除株高外其余指標劣勢不大。LJ處理苗期生長狀態較差，但中后期生長迅速，在成熟期長勢最為旺盛。相對其他處理，LM處理前期生長狀況較好，中后期植株長勢中等，整體生長曲線較為平緩。而CK2處理的各項指標在各個時期均較低，其生長發育狀態明顯弱于壟溝種植處理。

2.4 不同處理夏玉米生育進程和倒伏情況

不同處理夏玉米生育進程和倒伏情況見表2。生育前期，晚播處理播種至出苗和抽雄時長與CK1處理相差不大；8月中下旬多強對流天氣，23日和24日最大風速分別達到8.2、6.5 m·s-1，導致玉米發生不同程度倒伏。平作處理倒伏較嚴重，CK1處理倒伏率達到了73.1%，相對CK2處理高出263.7%；而壟溝種植處理未發生大規模倒伏，處理間倒伏率無明顯差異。9月中下旬和10月上旬連綿陰雨，阻礙了玉米成熟期脫水，除LM外其余晚播處理全生育期相對延長了7～8 d。且不同播期處理收獲時植株狀態也不同，CK1處理收獲時已經枯黃，而晚播處理收獲時植株仍暗綠，含水率高，未至完熟狀態。總體來看，晚播未對夏玉米前期生育進程造成明顯影響，但除LM處理外，其余晚播處理的成熟過程均明顯延長。常規播期平作處理倒伏嚴重，倒伏率遠高于晚播平作處理；而壟溝種植處理未受明顯影響。

表2 不同處理夏玉米生育進程和倒伏情況Table 2 Growth process and lodging of summer maize under different treatments

2.5 不同處理夏玉米產量及構成

由表3分析知，晚播夏玉米的百粒重顯著降低。單從播期角度，晚播夏玉米產量降低，CK1相對CK2處理產量高5.0%；單比較種植方式，LN和LM處理均能提升夏玉米產量，LM相對CK2處理增產17.8%。結合來看，不同覆蓋方式的補償效果不同，LN處理產量與CK1處理持平，而LM處理相對CK1處理增產12.2%，LJ處理產量明顯降低，且其減產效果較CK2處理更顯著。除百粒重外，LN和LM處理各產量構成指標均較高。總結來看，種植方式對夏玉米產量的影響大于播期，壟溝種植方式達到了對晚播夏玉米產量的預期補償效應。

表3 不同處理夏玉米產量及產量構成指標Table 3 Yield and yield component indexes of summer maize under different treatments

3 討 論

3.1 壟溝種植模式對土壤水熱環境的影響

壟溝種植模式能改變土壤的水熱條件，進而促進作物生長發育。前人在眾多干旱年或水分虧缺條件下的研究中發現，壟溝種植模式能提高土壤含水率，集雨增墑[22-24]。但本研究試驗期內雨水較多，土壤含水率長期維持在高位水平，覆膜的保水增墑效果未能明顯體現。

本研究發現，壟溝種植模式提升了0～25 cm土層土壤溫度，且其增溫效果在前期更顯著，并隨玉米生長逐漸減弱至消失，這與楊睿等[25]和王秀康等[26]的結果一致。但受氣象因素影響，本研究土壤溫度從苗期開始呈近似線性下降趨勢，未呈現先上升后下降趨勢。對于溝內不同的覆蓋材料來說，馮浩等[27]研究得出秸稈覆蓋會降低土壤表層溫度；高宇等[28]研究得出全覆膜能達到最好的增溫效果，與本研究結果一致。但本研究中秸稈降溫的幅度與作用時期與前人[29-30]的研究不一致，這也主要由氣象因素導致。高溫會對玉米造成傷害[31-32]，但本研究中未發生高溫干旱脅迫，因此壟溝種植的增溫效果對晚播夏玉米的生長發育起到了積極作用。

3.2 壟溝種植模式對夏玉米生長和產量的補償效應

作物的生長發育會對水分、溫度等因子做出響應。本研究結果有兩點與前人一致：一是晚播平作夏玉米生長發育狀態較差[33]，但多雨導致常、晚播間積溫、降雨等因素相差不大，以至其生長狀態和產量相對常規播期平作處理降幅不大；二是壟溝種植處理促進了夏玉米的生長發育進而增產[25]，且全覆膜的促進和增產作用更加顯著[34]。兩者結合后，表現為壟溝種植處理株高、莖粗和葉面積指數在8月中下旬達到CK1處理水平，而地上部干物質量在成熟期達到，說明壟溝種植方式達到了良好的補償效果。

但本研究結果也存在幾點不同。首先，目前大部分研究發現，晚播玉米會因前期溫度較高而生長迅速、生育期縮短[13,35]。但本研究中晚播玉米生育期反而不同程度延長，原因主要在于雨水多，不具備高溫條件。第二，秸稈覆蓋處理玉米前期生長發育情況較差，這與前人[36-37]結果一致。部分研究[38]中玉米中后期會因秸稈的增墑作用而生長迅速，趕超其余處理并增產；而本研究中玉米中后期貪長，進而造成減產，陳素英等[39]曾在冬小麥的研究中取得類似結論。

較好的生長發育狀態往往代表著較高的產量。劉鋒等[40]在對小麥的研究中發現，覆膜能使晚播冬小麥產量達到與適時播處理相同水平。本研究中玉米的產量與生長指標規律基本一致：CK2和LJ處理相對較低，LN處理達到與CK1相同水平，LM處理超過了CK1水平。大部分研究[41-42]發現秸稈覆蓋能增產，但實踐中也有減產實例，如馬忠明等[37]研究中播前秸稈覆蓋處理相對裸地減產3 219 kg·hm-2，減產幅度達32.8%；朱琳等[43]和喬靈芝等[44]研究中秸稈覆蓋處理增產不顯著，且后者研究中降雨也較多，與本研究情況類似。目前秸稈的具體效果至今仍存在較大爭議，實踐上還需要深入研究[45]。從產量構成指標來看，所有晚播處理百粒重均低于常規播期平作處理，這與劉戰東等[46]和張寧等[47]研究結果一致；且LN和LM處理各項構成指標均較高，因而達到了良好的補償效果。

3.3 壟溝種植模式對夏玉米倒伏情況的影響

本研究發現平作種植的夏玉米倒伏更嚴重，且常規播期玉米倒伏率更高。目前關于不同播期玉米倒伏的研究較少，少數學者[48-50]研究發現晚播玉米倒伏率高，但他們研究中品種、種植方式、倒伏發生時期等因素均與本研究有差異；張冬梅等[50]的研究中金科玉3306品種不同播期倒伏率之間也未發現顯著差異。本研究中平作處理倒伏嚴重原因可能為：倒伏發生時所有處理均已灌漿，但CK1處理發育早，其穗質量相對較高，因而植株重心相對較高[51]，易受大風影響；而CK2處理植株因生長發育狀況較差，其莖稈抗倒伏能力也較差[52]。本研究對倒伏的研究較粗略，倒伏發生也較為隨機，后續需深入研究。

4 結 論

1)濕潤多雨條件下，壟溝種植方式主要提升了夏玉米農田表層土壤溫度，集雨效果表現不明顯。覆膜的增溫效果在前期較為顯著，且全覆膜的增溫效果最好，秸稈覆蓋在前期起到了降溫作用。

2)壟溝種植夏玉米的莖粗在拔節期與CK1處理達到相同水平，而株高、葉面積指數在8月中下旬，地上部干物質量在成熟期；同時表現出了較低的倒伏率。全覆膜對晚播夏玉米生長達到了最好的補償效應，避免了成熟過程受陰雨影響而延長；而秸稈覆蓋不利于晚播壟溝種植夏玉米的生長發育。

3)壟溝種植方式對晚播夏玉米產量影響顯著，LN處理產量與CK1相當，LM處理產量在此基礎上達到11 101.7 kg·hm-2，增產12.2%。秸稈覆蓋對生長不利使夏玉米減產，晚播夏玉米百粒重均明顯降低。

綜合考慮土壤水熱、夏玉米生長和產量，多雨條件下壟溝全覆膜為最優的晚播夏玉米補償種植方式。