徐 萍,楊憲杰,鄧學(xué)斌,楊 震,孫彥玲,張正斌**

(1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心 石家莊 050022;2.中國科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院 北京 100101;3.山東馳象機(jī)械有限公司 德州 253000;4.山東省德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校 德州 253000;5.河北省農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣總站 石家莊 050011)

黃淮海是我國冬小麥()-夏玉米()主產(chǎn)區(qū),近10年來,黃淮海地區(qū)冬小麥播種面積占全國冬小麥播種面積的38%,冬小麥產(chǎn)量占全國的50%左右,而夏玉米的播種面積占全國夏玉米播種面積的28%,產(chǎn)量約占全國的30%,在我國糧食安全中占有重要地位。為了高效利用光溫水土資源,近十年來推廣小麥?zhǔn)斋@后硬茬播種玉米,玉米收獲后旋耕播種小麥技術(shù),導(dǎo)致黃淮海平原耕層普遍變淺,玉米倒伏頻繁發(fā)生、自然資源利用效率低下。多數(shù)研究認(rèn)為免耕下表層土壤容重顯著大于其他耕作方式,但也有報(bào)道認(rèn)為長(zhǎng)期的免耕會(huì)降低土壤表層的容重,而下層土壤容重有增加的趨勢(shì)。深松是打破犁底層和提高土壤質(zhì)量的一個(gè)重要耕作方法,深松雖然能增加土壤蓄水性能,但是在干旱時(shí),土壤的保水能力相對(duì)較弱。深松與分期施氮可以提高玉米水分利用效率及產(chǎn)量。近年來玉米深松播種施肥一體機(jī)成為玉米耕作栽培新技術(shù),在提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、肥料利用效率和產(chǎn)量等方面有明顯的促進(jìn)作用。深松能改良土壤容重等物理特性,促進(jìn)玉米根系生長(zhǎng)。垂直深旋耕和免耕、條帶深松相比,能夠明顯提高玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量。垂直深旋耕和硬茬播種、深松相比,可以明顯提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率。條帶深松耕作能夠明顯增加玉米群體的葉面積指數(shù)和凈同化率,實(shí)現(xiàn)夏玉米密植群體高產(chǎn)。深松與追施氮肥能夠提高春玉米籽粒灌漿后期的百粒重及產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量。但遁耕分層施肥對(duì)土壤容重、水分和養(yǎng)分分布以及玉米生長(zhǎng)發(fā)育、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量構(gòu)成因素的調(diào)控效應(yīng)的研究還少見報(bào)道。我們聯(lián)合山東馳象機(jī)械有限公司,研發(fā)出了玉米遁耕(40 cm)分層施肥一體機(jī),在河北省進(jìn)行示范推廣。本文研究了遁耕分層施肥對(duì)夏玉米產(chǎn)量形成的調(diào)控效應(yīng),以期促進(jìn)遁耕分層施肥技術(shù)在黃淮海平原大面積示范推廣,提高耕地質(zhì)量,為我國糧食安全持續(xù)增長(zhǎng)提供理論依據(jù)和關(guān)鍵支撐技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在中國科學(xué)院欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站(114°40′E,37°50′N,平均海拔50.1 m)進(jìn)行,土壤類型為潮褐土。設(shè)置遁耕分層施肥后播種(遁耕,deep tillage and delamination fertilization,DTDF)和硬茬種肥同播(對(duì)照處理,硬茬,hard stubble seeding and fertilization,HSSF)兩個(gè)處理,兩個(gè)處理實(shí)施前均未進(jìn)行小麥旋耕滅茬作業(yè)。1)遁耕分層施肥后播種處理:面積為0.67 hm;2020年6月13日前茬小麥?zhǔn)斋@后,用180 馬力拖拉機(jī)牽引山東馳象機(jī)械有限科技公司制造的“遁耕分層施肥一體機(jī)”作業(yè),該機(jī)械類似于深松機(jī),在前部加有一個(gè)旋耕滅茬設(shè)備,在后邊2 個(gè)深松鏟柱上加置有兩個(gè)深淺不同(15 cm 和25 cm)的分層施肥口,底部是2 個(gè)小型平底燕尾犁替代常規(guī)深松鑿形鏟,底層松土面積更大,可以深松深耕土壤40 cm,打破犁底層,提高土壤質(zhì)量;利用40 馬力小四輪拖拉機(jī)牽引硬茬種肥同播一體機(jī)播種玉米,播種深度 5 cm。2)硬茬種肥同播處理:面積0.53 hm;利用40 馬力小四輪拖拉機(jī)牽引硬茬種肥同播一體機(jī),播種深度5 cm,施肥深度10 cm。

試驗(yàn)選用玉米新品種‘偉科702’,行距70 cm,株距26 cm,播種密度5.5 萬株·hm。施用中訊牌噻蟲嗪復(fù)合肥,氮磷鉀含量17∶12∶5,藥用有效成分0.08%,兼具有對(duì)玉米防蟲除蟲效果,施肥量600 kg·hm。因?yàn)橛衩咨捌谕寥栏珊瞪儆?玉米苗期6月24日灌溉1 次,灌水量900 m·hm。苗期統(tǒng)一噴施除草劑一次。

中國科學(xué)院欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站提供的氣象數(shù)據(jù)表明,2020年6月13日-10月7日玉米生育期降水量為307.3 mm,其中6月份降水39.3 mm,7月份降水38.6 mm,8月份降水179 mm,9月份降水50.4 mm(圖1)。

圖1 2020年試驗(yàn)區(qū)玉米生育期降雨量Fig.1 Precipitation during maize growth period in the study area in 2020

1.2 土壤樣品測(cè)定

土壤容重測(cè)定:在玉米播種前和成熟期以10 cm為一層,利用環(huán)刀法和烘干法測(cè)定待測(cè)0～100 cm 土壤容重。在兩個(gè)處理中分別隨機(jī)取樣3 個(gè)重復(fù)。

土壤含水率測(cè)定:在玉米播種前和成熟期以10 cm 為一層,采用土鉆環(huán)刀法和鋁盒-烘干法測(cè)定小區(qū)0～100 cm 土壤質(zhì)量含水率。在兩個(gè)處理中分別隨機(jī)取樣3 個(gè)重復(fù)。

在玉米播種前和成熟期多點(diǎn)混合采集0～20 cm和20～40 cm 土樣,在兩個(gè)處理中分別隨機(jī)取樣3 個(gè)重復(fù)。風(fēng)干研磨過篩。采用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量,堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量,NaHCO浸提-比色法測(cè)定速效磷含量,NHOAc 浸提-火焰光度法測(cè)定速效鉀含量。

1.3 玉米水分利用效率及偏氮肥生產(chǎn)力測(cè)定

水分利用效率(WUE)為產(chǎn)量和生育期總耗水量之比:

式中:WUE(kg·hm·mm)為產(chǎn)量水平的水分利用效率,GY 為籽粒產(chǎn)量(kg·hm),ET 為全生育期總耗水量(mm)。

玉米總耗水量為生育期的土壤水分蒸發(fā)和玉米植株的蒸騰量之和(ET),計(jì)算公式為:

式中:為土壤容重(g·cm),為代表土層厚度(cm),SWC 為土壤質(zhì)量含水量(%)。

氮肥偏生產(chǎn)力(PFP,kg·kg)計(jì)算公式為:

式中:GY 為施氮小區(qū)籽粒產(chǎn)量(kg·hm),為總施氮量(kg·hm)。

1.4 農(nóng)藝性狀測(cè)定

苗期遁耕和硬茬2 個(gè)處理分別隨機(jī)選取3 塊長(zhǎng)勢(shì)均勻的區(qū)域作為3 個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)2 m×2 m,進(jìn)行玉米種植密度調(diào)查。2020年7月30日(大喇叭口期)、8月11日(抽雄期)、8月29日(吐絲期)、9月25日(灌漿后期)4 次取樣,在遁耕和硬茬2 個(gè)處理隨機(jī)選取3 塊長(zhǎng)勢(shì)均勻的區(qū)域作為重復(fù),每個(gè)重復(fù)選擇3 株,測(cè)定植株各部位的生長(zhǎng)量指標(biāo)。10月7日(成熟期)在遁耕和硬茬兩個(gè)處理隨機(jī)選取3 塊長(zhǎng)勢(shì)均勻的區(qū)域作為重復(fù),每個(gè)重復(fù)選擇3 株,取樣測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、粒行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、單株粒重、穗軸重、單株秸稈重、單株生物學(xué)產(chǎn)量、產(chǎn)量和收獲指數(shù)等農(nóng)藝性狀。成熟期在遁耕和硬茬兩個(gè)處理隨機(jī)選取3 塊長(zhǎng)勢(shì)均勻的2 m×2 m 區(qū)域,測(cè)定玉米產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用 Excel 2017 和SPSS 20.0 軟件進(jìn)行土壤和農(nóng)藝性狀差異比較和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水率和土壤容重差異比較

由圖2 可以看出,遁耕(DTDF)處理的土壤容重在0～40 cm 顯著低于硬茬(HSSF)處理(＜0.05),而在40～100 cm 無顯著差異。遁耕處理玉米成熟期的土壤含水率在0～80 cm 高于硬茬處理,在80～100 cm差異不顯著。這主要是由于遁耕降低了土壤容重,使土層疏松,增加了土壤深層滲水和蓄水保墑能力。各處理表層0～20 cm 土壤含水率較高,主要是因?yàn)橛衩咨诤笃诮邓^多(圖1),但20～40 cm 土壤含水率較低,主要是因?yàn)橛衩赘抵饕性?0～40 cm,吸取了大量的土壤水分。

圖2 玉米成熟期不同耕作處理下不同土層土壤含水率和土壤容重Fig.2 Soil water contents and soil bulk densities of different soil layers under two tillage treatments at maize maturity stage

2.2 不同土層養(yǎng)分分布的差異比較

從圖3 可以看出,硬茬處理(施肥深度為15 cm)成熟期0～20 cm 耕層土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均高于20～40 cm 土層。遁耕分層施肥(施肥深度為15 cm 和25 cm)處理中,0～20 cm 土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均低于20～40 cm 土壤,其中全氮、速效磷和速效鉀含量差異達(dá)顯著水平(＜0.05)。堿解氮含量在兩種處理的0～20 cm 和20～40 cm 土層間差異均不顯著,速效鉀含量在硬茬處理0～20 cm 和20～40 cm 土層間差異不顯著。從整體上來看,遁耕處理能夠增加中深層土壤(20～40 cm)氮磷鉀養(yǎng)分含量,減少表層土壤養(yǎng)分聚積,有利于氮磷鉀快速下滲到中深層土壤,提高玉米在中深層根系吸收,在玉米生長(zhǎng)后期保障養(yǎng)分供應(yīng)能力。

圖3 不同耕作處理下玉米成熟期不同土層土壤養(yǎng)分含量的差異Fig.3 Nutrients contents of different soil layers under two tillage treatments at maize maturity stage

2.3 生長(zhǎng)發(fā)育性狀差異比較

由圖4 和圖5 可以看出,遁耕處理的株高從大喇叭口期到吐絲期明顯高于硬茬處理,大喇叭口期達(dá)到了較高水平,緩慢上升到吐絲期達(dá)到最高,之后有一定的下降,說明遁耕處理玉米在吐絲期提前由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng),將干物質(zhì)更多地向穗部運(yùn)轉(zhuǎn)。而硬茬處理隨著玉米生育期株高有明顯的上升趨勢(shì),大喇叭口期到抽雄期增長(zhǎng)較慢,抽雄到吐絲期株高增長(zhǎng)最快,吐絲期到灌漿后期緩慢增長(zhǎng)。遁耕處理玉米在灌漿后期株高有一定的下降,而硬茬玉米灌漿后期株高略高于遁耕處理。

圖4 不同生育期不同耕作處理下玉米植株?duì)顟B(tài)Fig.4 Maize plants at different growth stages under two tillage treatments

圖5 不同耕作處理下玉米生長(zhǎng)發(fā)育性狀Fig.5 Comparison of growth and development characters of maize under two tillage treatments

2 種耕作處理?xiàng)l件下,玉米基部莖周長(zhǎng)從大喇叭口期到灌漿后期都呈大致下降的趨勢(shì),莖稈有抽條變細(xì)的趨勢(shì)。在大喇叭口期遁耕處理略低于硬茬處理,而從抽雄到灌溉后期,遁耕處理明顯高于硬茬處理?；壳o粗從吐絲期(8月29日)到灌漿后期(9月25日)有變粗的趨勢(shì),可能是吐絲期到灌漿后期有一定的降雨(圖2),根部加快了深層水分和養(yǎng)分吸收,增加了基部莖干物質(zhì)積累,基部莖變粗有利于干物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)移和增強(qiáng)抗倒伏能力。

遁耕處理單株葉面積從大喇叭口期到吐絲期明顯高于硬茬處理,吐絲期到灌漿后期二者相差不大,且有緩慢下降趨勢(shì)。遁耕處理和硬茬處理的單株葉面積從大喇叭口期到抽雄期快速上升,但遁耕處理抽雄到吐絲期單株葉面積緩慢下降,而硬茬處理緩慢上升。說明遁耕處理下玉米在抽雄期停止了葉面積的增加而提前轉(zhuǎn)入生殖生長(zhǎng)和光合產(chǎn)物向穗部運(yùn)轉(zhuǎn)階段。

遁耕處理單株葉片數(shù)大喇叭口期到吐絲期高于硬茬處理,特別是大喇叭口期到抽雄期快速增加,但抽雄期到灌漿后期緩慢下降。硬茬處理單株葉面積大喇叭口期到吐絲期則緩慢增加,吐絲期到灌漿后期則緩慢減少。兩種處理的葉片數(shù)目最后趨于相同。

2.4 干物質(zhì)積累性狀差異比較

圖4 和圖6 中可以看出,硬茬處理葉干重有持續(xù)上升的趨勢(shì);遁耕處理的葉干重大喇叭口期到吐絲期明顯高于硬茬處理,但吐絲期到灌漿后期增長(zhǎng)緩慢且略微低于硬茬。遁耕處理葉干重大喇叭口期到抽雄期快速增長(zhǎng)達(dá)最大值,抽雄到吐絲期下降,可能是遁耕玉米生殖生長(zhǎng)階段葉片放緩了干物質(zhì)積累,將更多光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)至穗部所致;遁耕處理葉干重從吐絲期到灌漿后期又有明顯上升,對(duì)保障后期穗部干物質(zhì)積累有利。

圖6 不同耕作處理玉米干物質(zhì)積累性狀差異比較Fig.6 Comparison of dry matter accumulation characters of maize under two tillage treatments

遁耕處理的莖干重明顯高于硬茬處理且呈持續(xù)上升趨勢(shì),說明由于深松深施肥,根系水分和養(yǎng)分吸收能力增強(qiáng),可以持續(xù)向莖稈和穗部轉(zhuǎn)運(yùn)干物質(zhì)積累。硬茬處理大喇叭口期到吐絲期的莖干重呈上升趨勢(shì),而吐絲期到灌漿后期呈緩慢下降趨勢(shì),可能是硬茬播種下根較淺、水分養(yǎng)分吸收能力減弱,莖稈干物質(zhì)提前向穗部加快轉(zhuǎn)移所致。

遁耕和硬茬處理的莖葉干重整體上都呈較快的上升趨勢(shì),且遁耕處理莖葉干重明顯高于硬茬處理;但遁耕處理抽雄期到吐絲期呈下降趨勢(shì),說明遁耕有更多的莖葉干物質(zhì)積累,為高產(chǎn)打好了基礎(chǔ)。

抽雄期到灌漿后期,遁耕處理的穗干重明顯高于硬茬處理,這得益于遁耕處理在抽雄期以前的高干物質(zhì)積累。抽雄期到吐絲期穗干重快速增加達(dá)峰值,但吐絲期到灌漿后期呈下降趨勢(shì),這可能是穗部碳水化合物轉(zhuǎn)化成籽粒淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分,種子自動(dòng)脫水及自然衰老等成熟機(jī)制形成的一個(gè)特殊過程。

在整個(gè)生育期,遁耕處理30 cm 耕層的根干重略微高于硬茬處理,且整體上呈上升趨勢(shì)。兩種耕作處理根干重變化基本一致,大喇叭口期到抽雄期呈緩慢上升趨勢(shì),抽雄到吐絲期呈下降趨勢(shì),吐絲到灌漿后期快速增加,這可能與灌漿后期有較多的降雨有關(guān)(圖2)。

單株生物學(xué)產(chǎn)量在遁耕和硬茬處理呈相似的上升趨勢(shì),大喇叭口期到吐絲期緩慢上升,吐絲期到灌漿后期迅猛上升;整體表現(xiàn)為遁耕處理的單株生物學(xué)產(chǎn)量高于硬茬處理。

2.5 產(chǎn)量構(gòu)成性狀差異比較

由表1 可知,遁耕處理的各產(chǎn)量構(gòu)成性狀均高于硬茬處理,其中穗軸重、百粒重和產(chǎn)量達(dá)顯著水平(＜0.05),分別比硬茬處理高20.19%、17.05%和19.53%。與硬茬播種相比,遁耕深施肥明顯增加了穗粗、行粒數(shù)、百粒重、穗軸重、單株粒重,從而發(fā)揮了明顯的增產(chǎn)效應(yīng)。

表1 不同耕作處理玉米產(chǎn)量構(gòu)成性狀的差異Table 1 Comparison of yield components characters of maize under two tillage treatments

2.6 玉米水分利用效率和偏氮肥生產(chǎn)力差異比較

從圖7 可以看出,遁耕處理的玉米水分利用效率及偏氮肥生產(chǎn)力都顯著高于硬茬處理(＜0.05)。在深松和水肥互作條件下,遁耕分層施肥明顯促進(jìn)了玉米生長(zhǎng)特別是生物量和籽粒產(chǎn)量的增加,進(jìn)而提高了玉米水分利用效率和偏氮肥生產(chǎn)力。

圖7 不同耕作處理下玉米水分利用效率(WUE)和偏氮肥生產(chǎn)力(PFPN)Fig.7 Comparison of water use efficiency(WUE)and partial factor productivity of nitrogen(PFPN)of maize under two tillage treatments

以上研究結(jié)果表明,與硬茬處理相比,遁耕處理明顯降低了土壤容重,增加了土壤含水率,增加了中深層土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量,改變了玉米生長(zhǎng)發(fā)育節(jié)奏和根冠結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量構(gòu)成要素,提高了玉米水分利用效率和偏氮肥生產(chǎn)力。遁耕處理的玉米大喇叭口期到吐絲期的株高和單株葉面積、大喇叭口期到抽雄期的葉干重、吐絲期到灌漿期的穗干重均高于硬茬處理;百粒重、穗軸重和產(chǎn)量也顯著高于對(duì)照。這些結(jié)果揭示了遁耕分層施肥對(duì)土壤容重、土壤水分和土壤養(yǎng)分的調(diào)控效應(yīng),及不同生長(zhǎng)發(fā)育和干物質(zhì)積累性狀在不同生育期的變化模式和調(diào)控效應(yīng)及產(chǎn)量構(gòu)成要素特征。

3 討論和結(jié)論

深翻、深松、旋耕等多種土壤耕作消減土壤障礙因素是國內(nèi)外普遍采用的有效生產(chǎn)措施。為了減少因傳統(tǒng)深翻導(dǎo)致的水土流失和耕層土壤水分無效快速蒸發(fā),爭(zhēng)取農(nóng)時(shí),近年來免耕和深松技術(shù)替代深翻在國內(nèi)外大面積應(yīng)用,但在不同生態(tài)環(huán)境和不同作物上其節(jié)本增效的作用并不統(tǒng)一。在干旱半干旱一年一熟地區(qū),深翻耕地對(duì)水土保持不利,適度免耕和少耕利于節(jié)本增效。但在半濕潤(rùn)和濕潤(rùn)一年兩熟地區(qū),長(zhǎng)期免耕和少耕對(duì)增產(chǎn)增效不利,易導(dǎo)致耕地質(zhì)量退化,適度的深翻深松有利于改良土壤、減少病蟲害及雜草危害。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所開展了玉米冠層耕層優(yōu)化高產(chǎn)技術(shù)體系研究,創(chuàng)新了“深耕層-密冠層”“控株型-促根系”及“培地力-高肥效”的密植高產(chǎn)高效技術(shù)模式,為玉米高產(chǎn)高效提供了新思路。我們近年來的研究也表明,垂直深旋耕(40 cm)技術(shù)在玉米和小麥增產(chǎn)和資源利用效率提高方面成效顯著。

本文研究表明,遁耕分層施肥可以明顯降低土壤容重和增加土壤蓄水,這與前人關(guān)于深松效應(yīng)的研究結(jié)果一致。陳林等研究表明,土壤深松與保留土壤結(jié)皮相比,可以增加玉米苗期的植株直徑、株高、葉片數(shù)、根深,生長(zhǎng)后期的干物質(zhì)含量、穗長(zhǎng)、穗粗、穗位高、減少禿尖;玉米拔節(jié)期、抽雄期和成熟期提前,百粒重和產(chǎn)量增加。劉戰(zhàn)東等研究表明,與免耕相比深松促進(jìn)了玉米株高和葉面積指數(shù)增長(zhǎng),開花期玉米莖粗相對(duì)減小和穗位高增大。勾玲等研究表明,從抽雄前到蠟熟期,隨密度增加,基部節(jié)間直徑變細(xì)。本試驗(yàn)研究表明,遁耕處理的株高和單株葉面積大喇叭口期到吐絲期都明顯高于對(duì)照,玉米基部莖周長(zhǎng)從大喇叭口期到灌漿后期呈下降趨勢(shì),與以上研究結(jié)果相同;但不同的是從吐絲期到灌溉后期,莖基部周長(zhǎng)還略有增加,其中遁耕分層施肥處理增長(zhǎng)的趨勢(shì)大于硬茬播種處理,可能是與玉米后期降水增多和遁耕分層施肥增加20～40 cm 土壤氮磷鉀養(yǎng)分有關(guān)。本研究結(jié)果中遁耕分層施肥可以增加葉片數(shù)目也與以上研究結(jié)果相同。

張美微等研究表明,在相同施氮量下,深松分層施肥技術(shù)的玉米葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量及氮肥利用效率均顯著高于傳統(tǒng)“一炮轟”施肥技術(shù)。周寶元等研究表明,與傳統(tǒng)施肥和土壤耕作方式相比,施用緩釋肥與條帶深松耕作均能維持植株開花后較高的葉面積指數(shù)和光合速率,且條帶深松與緩釋肥耦合處理的值最大?；ê筝^高的葉面積指數(shù)和光合速率可提高玉米中后期干物質(zhì)積累速率及延長(zhǎng)積累持續(xù)期,從而顯著提高花后光合產(chǎn)物積累量及同化量。本試驗(yàn)與上述研究結(jié)果有部分相同,但也有不同,特別是遁耕分層施肥的單株葉面積和干重在大喇叭口期到抽雄期明顯比硬茬播種增加快,可能是因?yàn)槎莞謱邮┓侍幚淼挠衩自谇捌诩涌炝藸I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng);但抽雄期到吐絲期,單株葉面積和葉干重都有一定的下降,可能是遁耕分層施肥玉米提前從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng),特別是單株葉面積從吐絲期到灌漿后期,遁耕分層施肥和硬茬播種沒有差異,但單株葉干重吐絲期到灌漿后期還有一定的上升,且遁耕分層施肥處理高于硬茬播種。說明遁耕分層施肥處理在大喇叭口期-吐絲期較大的葉面積和葉干重,對(duì)保障吐絲-灌漿期的高葉干重提供了重要基礎(chǔ)。

管建慧等研究表明,3～6 層節(jié)根出現(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)葉齡為 15.7～21;大喇叭口期至吐絲期,其根系干重達(dá)最大值;吐絲期之后,第 6 層以上直到第 8 層的節(jié)根及根系總干量均達(dá)到最大值,說明吐絲期以后玉米根系還在繼續(xù)增長(zhǎng)。包額爾敦嘎等研究表明,整個(gè)生育期內(nèi)根系干重先增加后減低,在吐絲期達(dá)最大值,且深松處理根系干重均高于不深松處理。楊慧研究表明,在相同的密度條件下,不同耕作處理隨生育進(jìn)程的推進(jìn)玉米群體根系干重整體呈增加趨勢(shì),根長(zhǎng)、根表面積整體呈先增加后下降的趨勢(shì)。在相同的耕作方法下,隨著密度增加,灌漿期根重增加,根長(zhǎng)、根表面積減少。張瑞富等研究表明深松對(duì)根系影響主要表現(xiàn)在吐絲期后,且隨生育期的推移差異會(huì)逐漸增大。其原因主要是深松改善了根系生長(zhǎng)的條件,利于根系生長(zhǎng)且保持較高活性,使得吐絲期后單株根干質(zhì)量深松+旋耕較旋耕處理優(yōu)勢(shì)明顯;深松+旋耕處理下2 個(gè)品種春玉米0～20 cm 土層內(nèi)根干重質(zhì)量占總根重的比例低于旋耕處理,40 cm以下土層均高于旋耕處理,其中完熟期差異尤為明顯,說明深松有利于春玉米重心下移。Zhai 等研究表明,和硬茬播種、深松相比,垂直深旋耕可以降低土壤密度和增加土壤孔隙度,顯著增加0～40 cm 根系干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量。本試驗(yàn)研究表明,在整個(gè)生育期,遁耕分層施肥處理30 cm 耕層的根干重略高于硬茬播種處理,且整體呈上升趨勢(shì),2 種耕作處理根干重變化基本一致,大喇叭口期到抽雄期呈緩慢上升趨勢(shì),抽雄到吐絲期有一定的下降,吐絲到灌漿后期很快增加。整個(gè)生育期根系干重增加,深松能夠增加根系干重,在開花期(抽雄到吐絲期)根系干重有一定下降,這與以上研究結(jié)果相同或相似,但本研究的根系干重變化過程研究更加詳細(xì),但有關(guān)變化模式還有待進(jìn)一步深入研究確定。

Zhai 等研究表明,垂直深旋耕可以提高玉米偏氮肥生產(chǎn)力。本研究結(jié)果表明,遁耕分層施肥可以顯著提高玉米偏氮肥生產(chǎn)力。馬陽研究表明,與免耕淺施肥相比,深松全層施肥和深松兩肥異位分層施肥的土壤容重降低,緊實(shí)度壓強(qiáng)值下降,0～100 cm 土層平均含水量抬升,土壤水分入滲速率增加明顯。深松兩肥異位分層施肥在玉米拔節(jié)期20～40 cm 的土壤氮磷鉀含量高于免耕淺施肥處理,有利于玉米后期養(yǎng)分的需求。這與本文研究結(jié)果相同,遁耕分層施肥可以明顯增加20～40 cm 耕層的氮磷鉀養(yǎng)分,為玉米養(yǎng)分高效利用和高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

本研究結(jié)果表明,遁耕分層施肥后播種處理和硬茬種肥同播處理相比,顯著地降低了土壤容重,增加了土壤含水率,同時(shí)增加了20～40 cm 土壤氮磷鉀含量,為玉米高產(chǎn)高效創(chuàng)造了很好的耕層基礎(chǔ)。遁耕分層施肥改變了玉米生長(zhǎng)發(fā)育節(jié)奏和產(chǎn)量構(gòu)成要素,玉米株高和單株葉面積在大喇叭口期到吐絲期明顯高于硬茬播種,葉干重從大喇叭口期到抽雄期、穗干重從吐絲期到灌漿后期都顯著高于硬茬播種;穗粗、行粒數(shù)、百粒重、穗軸重、單株粒重和產(chǎn)量也高于硬茬播種。遁耕深施肥比硬茬播種顯著增產(chǎn)12.03%,提高了玉米水分利用效率和偏氮肥生產(chǎn)力。因此,遁耕分層施肥一體化技術(shù)可以降低土壤容重、增加土壤蓄水,增加20～40 cm 耕層氮磷鉀養(yǎng)分含量,提高水分利用效率和偏氮肥生產(chǎn)力,增加夏玉米干物質(zhì)積累,增加穗粒數(shù),提高粒重而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。研究結(jié)果可為黃淮海平原農(nóng)田高質(zhì)量發(fā)展、玉米持續(xù)綠色提質(zhì)增產(chǎn)增效提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。