[摘要]玉米作為我國(guó)主要的農(nóng)作物，其產(chǎn)量直接關(guān)系到種植戶的利益與國(guó)家糧食安全，因此加強(qiáng)對(duì)玉米增產(chǎn)措施的研究具備現(xiàn)實(shí)操作的實(shí)際意義。本文以“鄭單958”為研究對(duì)象，通過設(shè)置自然大氣（CK）和大氣CO2濃度升高（OTC）分別與水肥管理雨養(yǎng)不施氮、雨養(yǎng)施氮以及覆膜與不覆膜四種模式相結(jié)合的辦法測(cè)試。在深入分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)種植戶種植農(nóng)作物提出了具體參考建議。

[關(guān)鍵詞]玉米產(chǎn)量;CO2濃度;實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202002

1 研究背景、目的和意義

玉米作為我國(guó)主要的農(nóng)作物，不僅承擔(dān)著滿足人們對(duì)飲食需要的任務(wù)，而且在畜牧業(yè)生產(chǎn)中和農(nóng)產(chǎn)品加工中比如飼料加工、糧油加工以及釀酒等產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也發(fā)揮了重要作用，因此加強(qiáng)玉米產(chǎn)量的研究意義重大。近年來隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)玉米品種得到了有效的推廣，玉米產(chǎn)量也發(fā)生了翻天覆地的變化。在新中國(guó)成立初期，玉米的平均產(chǎn)量為961.5kg/hm2[1]，而2018年李登海培育的春玉米年產(chǎn)量突破13 500kg/hm2，夏玉米產(chǎn)量達(dá)12 345kg/hm2[2]，產(chǎn)量較新中國(guó)成立初期增加了13倍之多，玉米產(chǎn)量現(xiàn)在高居我國(guó)主要農(nóng)作物產(chǎn)量之首。

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)，許多傳統(tǒng)的種植方法逐漸被淘汰或改進(jìn)，隨之產(chǎn)生的新的種植方法在作物增產(chǎn)提效方面發(fā)揮了重要作用，其中影響較為顯著的便是氮肥和地膜覆蓋措施的使用[3]。隨著地球溫室效應(yīng)的不斷增加，在CO2濃度逐漸升高的情況下，研究氮肥和地膜覆蓋對(duì)玉米產(chǎn)量的影響成為農(nóng)業(yè)專家和學(xué)者研究的重點(diǎn)。

在19世紀(jì)中期也就是工業(yè)革命初期，空氣中CO2的濃度約為270μmol·mol，但是隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在大氣中CO2的濃度約為400μmol·mol，濃度增長(zhǎng)了48.1%?，F(xiàn)在每年仍在以2μmol·mol的速度在增加，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)末，濃度將會(huì)達(dá)到700μmol·mol左右。CO2濃度的變化會(huì)引起空氣中碳循環(huán)的較大改變，會(huì)對(duì)全球氣候產(chǎn)生重大影響，而較多依賴光合作用的農(nóng)作物在此大環(huán)境下必然會(huì)受其影響。但是，造成產(chǎn)量的升高還是降低，或者是否會(huì)產(chǎn)生影響，學(xué)者有著不同的解讀：有相關(guān)學(xué)者認(rèn)為CO2濃度升高對(duì)玉米產(chǎn)量極為不利[4];而也有學(xué)者認(rèn)為濃度變化會(huì)尤其是濃度升高會(huì)在較大程度上提升玉米產(chǎn)量[5];還有學(xué)者認(rèn)為CO2濃度的變化對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量不會(huì)產(chǎn)生影響[6]。

基于上述爭(zhēng)論，本文將重點(diǎn)研究CO2濃度增加是否會(huì)對(duì)玉米產(chǎn)量產(chǎn)生影響，該研究主要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方式進(jìn)行。

2 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法

本實(shí)驗(yàn)將春玉米“鄭單958”作為田間玉米的研究對(duì)象，該品種具有抗逆性、植株矮小、莖稈粗壯等優(yōu)點(diǎn)，生命力較強(qiáng)。試驗(yàn)田種植的該品種行寬分別為40cm和60cm，對(duì)應(yīng)的壟高分別為15cm和5cm。玉米采用溝播壟作的方式種植，平均密度為7萬株/hm2。本研究通過設(shè)置自然大氣（CK）和大氣CO2濃度升高（OTC）分別與水肥管理雨養(yǎng)不施氮、雨養(yǎng)施氮以及覆膜與不覆膜四種模式相結(jié)合的辦法測(cè)試。大氣CO2濃度升高采用開頂式氣室控制，CO2濃度為700μmol·mol。

3 旱作玉米產(chǎn)量的測(cè)定及方法

在玉米成熟期內(nèi)，在氣室內(nèi)外分別采集6m2的玉米穗，取出完整玉米后按照采集區(qū)域的不同分別稱重，并分別從中挑選出15個(gè)籽粒飽滿、形狀規(guī)整，色澤較好，且具有代表性的玉米，脫粒后放于烘烤箱中烘烤至重量穩(wěn)定，再稱重，并計(jì)算產(chǎn)量。

4 研究結(jié)果及其分析

經(jīng)過測(cè)量，在OTC模式下雨養(yǎng)不施氮和雨養(yǎng)施氮以及覆膜和不覆膜分別比CK同種情況下玉米的產(chǎn)量增加了42%、37%、98%和12%（P<0.05）。并且經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的相關(guān)性分析，玉米產(chǎn)量與葉面積指數(shù)呈正向相關(guān)聯(lián)，葉面積越大，玉米產(chǎn)量越高。

其中雨養(yǎng)不施氮和雨養(yǎng)施氮情況下產(chǎn)量不增反降，這種結(jié)果的出現(xiàn)與氮肥的使用能有效增加產(chǎn)量的共識(shí)有一定的矛盾性。雖然氮肥能夠較大地增加農(nóng)作物產(chǎn)量，但氮肥的使用要控制在一等范圍，如果使用量超過280kg/hm2，作物產(chǎn)量不升反降，因此在日常田間種植時(shí)，控制好氮肥的使用量不僅會(huì)增加產(chǎn)量還會(huì)節(jié)約成本。

在本實(shí)驗(yàn)中在CK模式下雨養(yǎng)不施氮CO2濃度升高玉米產(chǎn)量并沒有增加。這說明如果不添加任何肥料，僅增加空氣中CO2的濃度，并不能直接提升農(nóng)作物產(chǎn)量。即使會(huì)產(chǎn)生影響，也會(huì)在作物的生長(zhǎng)過程中被作物自身的生長(zhǎng)機(jī)制自行消化，從而無法產(chǎn)生顯性影響。

本實(shí)驗(yàn)中OTC模式下大氣CO2濃度升高時(shí)玉米產(chǎn)量都有了顯著增長(zhǎng)，但雨養(yǎng)不施氮的效果明顯高于雨養(yǎng)施氮的效果。這說明雨養(yǎng)情況下，再施以氮肥并不能增加作物產(chǎn)量，從而間接證明在OTC模式下，如果能夠保持農(nóng)作物豐富的水分同樣可以增加作物產(chǎn)量。

在OTC模式中，覆膜和不覆膜玉米產(chǎn)量出現(xiàn)了較大差異，這也與人們的日常認(rèn)識(shí)有一定差異。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在增加空氣CO2濃度的情況下，農(nóng)作物保持充裕的水分，其產(chǎn)量會(huì)出現(xiàn)較大幅度的增加，并且壟作覆蓋地膜是所有模式下產(chǎn)量最高的，因此本實(shí)驗(yàn)結(jié)果意義重大，是耕作中應(yīng)該注意的有效增產(chǎn)措施。

玉米產(chǎn)量與葉面積指數(shù)呈正向相關(guān)聯(lián)，葉面積越大，玉米產(chǎn)量越高。這種結(jié)果的出現(xiàn)與農(nóng)作物對(duì)光合作用的依賴是密切相關(guān)的。光合作用下，葉面積越大，所產(chǎn)生的光合效果就越充分，因此產(chǎn)量會(huì)相應(yīng)增加，兩者之間呈正相關(guān)性。然而，葉面積并不是越大越好，因?yàn)槊娣e增大到一定程度時(shí)，植株上面的葉片會(huì)擋住植株下部的葉片，從而使光合作用發(fā)揮得不充分，因此葉面積還要與植株密度相關(guān)聯(lián)，這樣才能有效保證農(nóng)作物的產(chǎn)量。

5 研究結(jié)果應(yīng)用

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果為田間玉米種植提供了重要的啟示意義和參考價(jià)值，基于此應(yīng)該將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與作物種植有效結(jié)合，并在不斷的種植實(shí)踐中驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可行性。

5.1 作物種植中氮肥的使用要適量

雨養(yǎng)不施氮和雨養(yǎng)施氮玉米產(chǎn)量并沒有增加，但并不是說氮肥對(duì)于農(nóng)作物的增產(chǎn)沒有效果。實(shí)際上，眾多研究表明氮、磷、鉀是莊稼三寶，但是使用的量一定要適中，如氮肥的使用要控制在280kg/hm2以內(nèi)，超出該范圍不但不會(huì)使作物增產(chǎn)反而會(huì)降低產(chǎn)量，同時(shí)還會(huì)因?yàn)槭┯玫蔬^多增加投入成本[7]。

5.2 作物種植要與覆膜相結(jié)合

在經(jīng)濟(jì)條件具備的情況下，作物種植要與覆膜相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)中在OTC模式下覆膜后玉米的產(chǎn)量增加的最為明顯，達(dá)到了98%，這也充分說明了CO2與覆膜相結(jié)合會(huì)較大增加農(nóng)作物產(chǎn)量。其主要原因是，覆膜會(huì)較好地保持水分與溫度，而CO2的增加又較大程度地提高了光合作用的轉(zhuǎn)化率，兩者的有效結(jié)合大大提高了作物產(chǎn)量。目前，我國(guó)北方地區(qū)對(duì)玉米覆膜的種植推廣并不廣泛，在山東的推廣率更是偏低，因此建議在試驗(yàn)基地進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，在確保實(shí)驗(yàn)效果的基礎(chǔ)上可以通過逐步推廣的方式，引導(dǎo)種植戶使用。

5.3 作物種植要注意植株密度

植株密度會(huì)在較大程度上影響作物的產(chǎn)量[8]。由于目前種植戶多是憑借耕作經(jīng)驗(yàn)對(duì)植株密度進(jìn)行目測(cè)，難免會(huì)出現(xiàn)疏密不一的情況。因此，建議農(nóng)業(yè)專家在作物種植季節(jié)經(jīng)常走入田間地頭，針對(duì)不同的作物進(jìn)行密度中的指導(dǎo)與普及，只有這樣才能逐漸在種植戶心中形成普遍性的認(rèn)知，提高作物產(chǎn)量。

5.4 將CO2濃度的控制與作物覆膜種植相結(jié)合

在條件具備的基礎(chǔ)上，尤其是在現(xiàn)代化農(nóng)場(chǎng)中要將CO2濃度的控制與作物覆膜種植相結(jié)合。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向與出路，機(jī)械化操作、大農(nóng)業(yè)與規(guī)范化種植相結(jié)合是農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然趨勢(shì)。加強(qiáng)農(nóng)業(yè)種植當(dāng)中的科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)，尤其是專業(yè)知識(shí)的指導(dǎo)與運(yùn)用必然會(huì)較大的提高產(chǎn)出效益。因此，建議在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)試，在確認(rèn)結(jié)果無誤的基礎(chǔ)上，用現(xiàn)代化設(shè)備在適度范圍內(nèi)提高單位空間內(nèi)的CO2濃度，并與覆膜種植技術(shù)相結(jié)合，從而大大提高作物產(chǎn)量。

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收稿日期：2019-12-24

作者簡(jiǎn)介：卜現(xiàn)美，女，農(nóng)藝師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)。