李娟，崔婧婧

（唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，河北 唐山063001）

壟溝集雨栽培技術(shù)是我國(guó)華北地區(qū)一種行之有效的高效節(jié)水農(nóng)業(yè)措施，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。該技術(shù)采用田間壟溝相鄰排列、壟上覆膜進(jìn)行集雨、溝內(nèi)種植作物的方式，可以收集無(wú)效降雨，減少降雨產(chǎn)生的地表徑流，還可以降低地面無(wú)效蒸發(fā)，增加作物根域以及農(nóng)田土壤的含水量，延長(zhǎng)水分利用期，顯著提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。同時(shí)，壟溝集雨種植可以通過(guò)改變溝和壟的寬度來(lái)調(diào)整土壤微地形和作物的田間分布，改善對(duì)降雨的收集以及植物對(duì)光能的利用，因此選擇合適的壟寬對(duì)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(guī)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(jìn)程，較對(duì)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(jié)果。

華北地區(qū)是我國(guó)重要的糯玉米生產(chǎn)加工地，每年糯玉米種植面積約占全國(guó)種植總面積的1/4[6]。目前，該區(qū)域主要采取常規(guī)覆膜和普通平作的種植方式，玉米整個(gè)生育期不進(jìn)行人工灌溉，雖然省時(shí)、省工，但在大喇叭口期、吐絲期、散粉期等關(guān)鍵生育時(shí)期易受高溫、干旱為害，造成結(jié)實(shí)不良、果穗短小、品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響糯玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)[7]。因此，提高糯玉米的水肥利用效率以及產(chǎn)量和品質(zhì)，是華北地區(qū)糯玉米生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。壟溝集雨系統(tǒng)的壟寬不同，會(huì)導(dǎo)致作物田間分布、土壤溫度和水分、田間小氣候等不同，進(jìn)而導(dǎo)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(chǎn)量和品質(zhì)出現(xiàn)差異。但截至目前，關(guān)于玉米生產(chǎn)中最適壟寬的研究主要集中在壟寬對(duì)普通玉米土壤理化性質(zhì)、水分利用效率和產(chǎn)量的影響上，而對(duì)于壟寬變化帶來(lái)的糯玉米子粒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累和水分利用效率的變化研究卻很少。以壟溝集雨技術(shù)為基礎(chǔ)，在相同種植密度條件下，探討不同壟寬對(duì)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(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在河北省唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院王灘鎮(zhèn)十家子村試驗(yàn)基地進(jìn)行。該區(qū)年平均氣溫11.4℃，年積溫3 300～3 600℃，無(wú)霜期180 d，年降水量600 mm。玉米生長(zhǎng)季降雨分布不均勻，主要集中在7～9月。

1.2 試驗(yàn)材料

玉米試材為當(dāng)?shù)刂髟耘从衩灼贩N京科糯2000。所施肥料有尿素（N含量46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5含量12%）和氯化鉀（K2O含量60%）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)在玉米種植密度52 500株/hm2條件下，以常規(guī)平作為對(duì)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(shè)50 cm（A1）、60 cm（A2）和70 cm（A3）3個(gè)處理，壟上覆蓋厚0.08 mm的塑料薄膜；溝寬60 cm，溝內(nèi)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(shí)，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(qū)面積15 m×10 m，完全隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。磷鉀肥全部作為基肥，在播種前整地時(shí)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(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.2.1 植株性狀。每小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株10株，在乳熟期，用卷尺測(cè)量株高；植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)停止后，測(cè)量穗位高（地面至最上部果穗著生節(jié)的高度）。收獲后，參照孫桂明等[8]方法測(cè)定地上部生物量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，計(jì)算經(jīng)濟(jì)系數(shù)（地上部生物量/經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量）。

1.3.2.2 子粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。糯玉米吐絲前，每處理選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的植株80株進(jìn)行套袋；于散粉高峰期同一天進(jìn)行人工自交授粉，并做好標(biāo)記。授粉后10～35 d，每5 d取5穗套袋果穗，4℃保存?zhèn)溆?，共取?次。剝?nèi)∮衩鬃恿?00 g，先105℃殺青20 min，后80℃烘干至恒重，樣品粉碎過(guò)100目篩，測(cè)定營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)。采用蒽酮比色法[9]測(cè)定粗淀粉和可溶性糖含量；采用H2SO4-H2O2-靚酚藍(lán)比色法[10]測(cè)定N含量，計(jì)算蛋白質(zhì)含量；采用殘余法[11]測(cè)定脂肪含量。

1.3.2.3 土壤水分蒸發(fā)量和利用效率。分別在玉米播種前和收獲后，每小區(qū)均按照“S”型五點(diǎn)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(cè)定土壤含水量和容重；采用馬富亮等[13]的微型蒸發(fā)器法測(cè)定土壤水分蒸散量，即：將微型蒸發(fā)器安裝在玉米株間的種植溝內(nèi)，每天16：30～17：30將儀器取出稱重，每個(gè)樣點(diǎn)每天同一時(shí)間稱重，相鄰2 d的重量差即為當(dāng)日蒸散量。蒸發(fā)器內(nèi)土壤3～5 d更換1次，雨后1～2 d內(nèi)更換1次。計(jì)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(nèi)灌水量（mm）+生育期內(nèi)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(chǎn)量（kg/hm2）/作物耗水量（mm）

整個(gè)試驗(yàn)期間不進(jìn)行人工灌溉。試驗(yàn)區(qū)地下水深約12 m，因此整個(gè)作物生育期地下水利用量可視為0。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析利用Excel 2013和SPSS 13.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 壟溝集雨模式下壟寬對(duì)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?yàn)锳1＞CK＞A2＞A3，各處理間差異均達(dá)到了極顯著水平；經(jīng)濟(jì)系數(shù)順序?yàn)锳2＞A3＞CK＞A1，其中A2處理與A1處理差異達(dá)到了極顯著水平，但與其他2個(gè)處理差異均不顯著（表1）。表明不同壟寬的壟溝集雨模式對(duì)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(jīng)濟(jì)系數(shù)提高?？傮w來(lái)看，A2處理效果最好，其經(jīng)濟(jì)系數(shù)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(duì)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(duì)糯玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

不同處理的糯玉米產(chǎn)量順序?yàn)锳2＞A3＞A1＞CK，除A1處理與CK差異不顯著外，其他處理間差異均達(dá)到了極顯著水平；土壤水分蒸發(fā)量順序?yàn)锳1＜A2＜A3＜CK，水分利用效率順序?yàn)锳2＞A1＞A3＞CK，各處理間差異均達(dá)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(fā)量，有效提高水分利用效率，提高糯玉米的鮮穗產(chǎn)量，但不同壟寬的增產(chǎn)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(chǎn)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(fā)量極顯著＜CK，降幅為8.39%。

表2 壟溝集雨模式下壟寬對(duì)糯玉米產(chǎn)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(duì)糯玉米子粒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累的影響

2.2.1 對(duì)淀粉積累的影響隨著授粉后天數(shù)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(shì)，其中授粉后10～25 d增速較快，而后增長(zhǎng)趨勢(shì)減緩，期間指標(biāo)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?yàn)锳3處理＞A2處理＞A1處理＞CK，各處理間差異均達(dá)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(jìn)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(duì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量Table 3 Grain nutrient content of waxy maize 35 days after pollination（%）

2.2.2 對(duì)蛋白質(zhì)積累的影響隨著授粉后天數(shù)的增多，不同處理的糯玉米子粒蛋白質(zhì)含量均呈逐漸降低趨勢(shì)，期間指標(biāo)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(zhì)含量順序?yàn)锳3處理＞A2處理＞CK＞A1處理，各處理間差異均達(dá)到了極顯著水平。表明不同壟寬的壟溝集雨模式對(duì)糯玉米子粒蛋白質(zhì)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(zhì)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(duì)糯玉米子粒蛋白質(zhì)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(duì)可溶性糖積累的影響隨著授粉后天數(shù)的增多，不同處理的糯玉米子?？扇苄蕴呛烤手饾u降低趨勢(shì)，期間指標(biāo)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?？扇苄蕴呛宽樞?yàn)锳3處理＞A2處理＞A1處理＞CK，各處理間差異均達(dá)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?？扇苄蕴呛拷档停渲蠥3處理效果最好、A2處理次之。

圖3 壟溝集雨模式下壟寬對(duì)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(duì)脂肪積累的影響隨著授粉后天數(shù)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(zhǎng)迅速，而后趨勢(shì)減緩，至授粉后第20天指標(biāo)值達(dá)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?yàn)锳3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(dá)到了顯著水平；A2處理與CK差異不顯著，但與A1處理差異達(dá)到了顯著水平。表明不同壟寬的壟溝集雨模式對(duì)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(nèi)可以明顯促進(jìn)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(duì)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(jié)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(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程和產(chǎn)量等，玉米作為青貯飼草種植時(shí)最適合的壟、溝寬度比為1∶1。本研究結(jié)果顯示，與常規(guī)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(chǎn)量和水分利用效率，其中壟寬60 cm處理的玉米鮮穗產(chǎn)量和水分利用效率均極顯著＞壟寬50和70 cm處理，說(shuō)明壟寬60 cm對(duì)于提高糯玉米產(chǎn)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(fā)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(fēng)透光，導(dǎo)致玉米光合效率降低，進(jìn)而造成玉米減產(chǎn)。壟溝集雨種植模式下，采取適當(dāng)?shù)拇笮芯?、小株距，不僅有利于糯玉米子粒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)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(shù)的增多，從授粉后第10天開(kāi)始，不同處理的子粒淀粉含量均呈逐漸升高趨勢(shì)，其中授粉后第10～25天增速較快，而后趨勢(shì)減緩，至授粉后第35天淀粉含量達(dá)到最高；子粒蛋白質(zhì)含量與可溶性糖含量的變化趨勢(shì)基本一致，均隨授粉后天數(shù)的增多呈逐漸降低趨勢(shì)，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(shù)的增多呈先升高后降低的變化，與前人研究結(jié)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(shù)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(shù)的增多，子?？扇苄蕴呛砍示€性下降趨勢(shì)，原因可能與測(cè)定所使用的計(jì)量單位不同有關(guān)：本研究中是以子粒可溶性糖占整個(gè)子粒的干物質(zhì)量比例來(lái)計(jì)算，而前人是以子粒中的可溶性糖質(zhì)量來(lái)計(jì)算。壟寬70 cm壟溝集雨模式處理的子粒淀粉、蛋白質(zhì)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(shuō)明種植密度一定的前提下，適當(dāng)擴(kuò)大行距、縮小株距有利于糯玉米子粒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累，與前人研究結(jié)果[22]基本一致。