深松對不同耐密性春玉米增密增產(chǎn)調(diào)控機(jī)制

于曉芳，孫洪利，高聚林※，王志剛，楊恒山，張瑞富，胡樹平，孫繼穎

深松對不同耐密性春玉米增密增產(chǎn)調(diào)控機(jī)制

于曉芳1，孫洪利1，高聚林1※，王志剛1，楊恒山2，張瑞富2，胡樹平1，孫繼穎1

（1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，呼和浩特 010019；2. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，通遼 028042）

為了探明深松對玉米品種耐密性的影響機(jī)制，該研究在內(nèi)蒙古三大平原灌區(qū)，以不同耐密性春玉米品種為試驗(yàn)材料，在深松和淺旋耕作條件下，設(shè)置4.5～10.5萬株/hm2范圍5個種植密度梯度，對植株根系結(jié)構(gòu)特征、冠層生理特性及產(chǎn)量變化進(jìn)行對比分析。研究結(jié)果表明，深松后土壤環(huán)境得到明顯改善，從而促進(jìn)根系生長發(fā)育，有效地緩解植株后期的衰老，延長葉片的持綠期和光合生產(chǎn)時間，延緩單株干物質(zhì)積累量隨密度增加的下降速度，提高玉米的耐密性，最終達(dá)到增密增產(chǎn)效果。強(qiáng)耐密性品種通過深松調(diào)控能夠增密0.79萬株/hm2，增產(chǎn)1.37 t/hm2；弱耐密性品種通過深松調(diào)控能夠增密0.60萬株/hm2，增產(chǎn)1.06 t/hm2?；ê笕諟夭?10 ℃天數(shù)、花后日照時數(shù)<8 h天數(shù)、花后日均溫度和土壤中速效磷含量是造成玉米品種對深松響應(yīng)區(qū)域間差異的主要因素，強(qiáng)耐密性品種的深松調(diào)控效果在區(qū)域間更穩(wěn)定，該研究可為內(nèi)蒙古平原灌區(qū)采用深松措施實(shí)現(xiàn)再增密增產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

作物；深松；耕作；春玉米；耐密性；增密增產(chǎn)

0 引 言

作物產(chǎn)量的形成是基因型、栽培措施及生態(tài)因素綜合作用的結(jié)果[1-2]。合理增加種植密度是國內(nèi)外玉米增產(chǎn)的重要途徑[3]。但是中國由于長期小動力農(nóng)機(jī)具整地，造成耕層土壤淺、實(shí)、少和犁地層厚等問題十分突出[4]。過淺的耕層不足以支撐增大的群體，過厚的堅硬犁底層不能緩解增密帶來的擁擠效應(yīng)，導(dǎo)致玉米增密后倒伏早衰現(xiàn)象加重，從而限制了玉米增密增產(chǎn)潛力的發(fā)揮，最終表現(xiàn)為增密不增產(chǎn)，甚至減產(chǎn)。深松耕作是一項(xiàng)保護(hù)性耕作，可以打破犁底層，擴(kuò)大根系吸收水分和養(yǎng)分的范圍[5]，延緩作物生育后期的衰老，增強(qiáng)了作物抗倒伏能力[6-7]，提高耐密性，進(jìn)而顯著增加作物產(chǎn)量[8-11]。因此，深松與耐密品種互作將成為玉米增密增產(chǎn)的主要栽培模式[12]。

內(nèi)蒙古是中國玉米主產(chǎn)區(qū)之一，與美國黃金玉米種植帶的緯度相近，但是內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米的單產(chǎn)水平僅為6 480.0 kg/hm2[13]與美國平均單產(chǎn)11 009.4 kg/hm2[14]相差甚遠(yuǎn)，分析造成單產(chǎn)差距的原因主要在于耕層土壤結(jié)構(gòu)差、耐密品種匱乏、種植密度偏低（4.9~6.5萬株/hm2）。

據(jù)此，本研究在內(nèi)蒙古河套平原灌區(qū)、土默川平原灌區(qū)、西遼河平原灌區(qū)等玉米主產(chǎn)區(qū)，以不同耐密性高產(chǎn)春玉米品種為試驗(yàn)材料，設(shè)置不同密度梯度，在常規(guī)淺旋及深松耕作2種耕作方式下，通過玉米品種根冠結(jié)構(gòu)功能特性及產(chǎn)量構(gòu)成的對比分析，揭示深松對不同耐密性玉米品種耐密特性的影響和深松的增密增產(chǎn)潛力。為內(nèi)蒙古平原灌區(qū)通過深松耕作達(dá)到玉米再增密增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)于2016年和2017年在巴彥淖爾市五原縣民利村（河套平原灌區(qū)）、包頭市土默特右旗北只圖村（土默川平原灌區(qū)）和通遼市開魯縣蔡家堡村（西遼河平原灌區(qū)）進(jìn)行。2 a試驗(yàn)設(shè)計相同，采用再裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計，耕作方式為主區(qū)，設(shè)常規(guī)淺旋15 cm、深松35 cm 2個處理；品種為副區(qū)，設(shè)2個處理（各地區(qū)代表性強(qiáng)、弱耐密性品種各1個；河套平原灌區(qū)與土默川平原灌區(qū)強(qiáng)耐密性的品種均為登海618（DH618），西遼河平原灌區(qū)強(qiáng)耐密性的品種為農(nóng)華101（NH101）；各試驗(yàn)區(qū)弱耐密性的品種均為京科968（JK968））；密度為副副區(qū)，設(shè)4.5萬株/hm2（D1）、6.0萬株/hm2（D2）、7.5萬株/hm2（D3）、9.0萬株/ hm2（D4）、10.5萬株/hm2（D5）5個密度梯度，每個處理組合設(shè)3次重復(fù)。純N：465 kg/hm2，P2O5：210 kg/hm2，K2O：202.5 kg/hm2， N肥按3：6：1比例分別于拔節(jié)期、大口期、灌漿期隨水追肥，P2O5和K2O作基肥一次性施入。其他管理同一般大田。深松機(jī)具均采用五鏟式深松犁，牽引動力為約翰迪爾1654拖拉機(jī)，作業(yè)時間為播種前。生育期內(nèi)共灌水4次，分別為播前、大口期、吐絲期、灌漿期，灌水量均為750 m3/hm2。

1.2 各平原灌區(qū)氣象條件

對比三大平原灌區(qū)2016年與2017年4月-10月各氣象要素（表1），西遼河平原灌區(qū)花前積溫、花后積溫以及全生育期內(nèi)積溫均明顯高于河套平原灌區(qū)，與土默川平原灌區(qū)差異不明顯。河套平原灌區(qū)日照時數(shù)高于西遼河平原灌區(qū)，與土默川平原灌區(qū)差異不明顯。而河套平原灌區(qū)花前積溫、花后積溫以及全生育期內(nèi)的日照時數(shù)明顯高于西遼河平原灌區(qū)，與土默川平原灌區(qū)差異不明顯。相同時間段天然降雨量西遼河平原灌區(qū)最高，土默川平原灌區(qū)次之，河套平原灌區(qū)最低。

表1 各平原灌區(qū)主要生育階段氣象因子

1.3 各平原灌區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力條件

土壤基礎(chǔ)生產(chǎn)力方面（表2），西遼河平原灌區(qū)堿解氮與速效鉀含量略低于另外兩地區(qū)，土默川平原灌區(qū)速效磷含量顯著高于另外兩平原灌區(qū)。三大平原灌區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)含量無明顯差異。

表2 各平原灌區(qū)播前土壤基礎(chǔ)生產(chǎn)力

1.4 測定指標(biāo)與方法

1）土壤物理性質(zhì)指標(biāo)

測定時期：播前、吐絲期、乳熟期

土壤含水率：利用烘干法測定。

土壤含水率=[(濕土質(zhì)量+盒質(zhì)量)-(干土質(zhì)量+盒質(zhì)量)] /烘干土質(zhì)量×100% （1）

測定土壤層次：0~10 cm、11~20 cm、21~30 cm、31~40 cm、41~50 cm、51~60 cm、61~70 cm、71~80 cm 8層。

土壤緊實(shí)度：利用土壤緊實(shí)度儀（SC900 Soil Compaction Meter）測定。

測定土壤層次：0~45 cm，每2.5 cm為一層。

2）根系結(jié)構(gòu)指標(biāo)

吐絲期各處理選取長勢一致有代表性的玉米植株3株，以植株為中心在1/2 株行距處垂直挖剖面。以10 cm為一層取土到80 cm處，且將不同行間的土塊標(biāo)記分開置于尼龍網(wǎng)袋，然后將尼龍網(wǎng)袋取回后先在水中浸泡沖洗干凈，再在清水中利用網(wǎng)勺和鑷子撿取所有根系；將獲取的根系裝入自封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室放入冰箱內(nèi)保存，然后將每袋根樣放在透明塑料板上，用鑷子和解剖針將其完全展開后放入Epson Perfection V700根系掃描儀掃描獲取根系圖像；并用WinRhizo根系圖像分析系統(tǒng)獲取根系長度，將掃描后的根系再一次收集，于60 ℃烘干測定干質(zhì)量。

3）葉綠素相對含量（SPAD, soil and plant analyzer development）：

于吐絲期（R1）、乳熟期（R3），采用日本美能達(dá)公司產(chǎn)手持式SPAD-502型葉綠素計，測定各株玉米穗位葉葉中部上表面的葉綠素相對含量(SPAD值)，每葉測定10點(diǎn)，每個處理測定3株，計算平均值。

4）葉面積指數(shù)（LAI, leaf area index）：

2016年于吐絲期（R1）、乳熟期（R3），在各小區(qū)內(nèi)選取長勢均一的植株3株，利用直尺對葉片進(jìn)行長、寬測量。

葉面積（展開）=0.75×長×寬 （2）

葉面積（未展開）=0.5×長×寬 （3）

LAI=單株葉面積×單位土地面積株數(shù)/單位土地面積。 （4）

2017年采用SunScan type SS1冠層分析儀進(jìn)行葉面積指數(shù)測定。

5）植株干物質(zhì)積累量

于收獲期，每個小區(qū)選取符合密度標(biāo)準(zhǔn)被測植株3株，按葉片、莖稈、苞葉、籽粒等器官分開，放入烘箱中105 ℃殺青30 min，80 ℃恒溫烘干后稱質(zhì)量。

6）測產(chǎn)及考種

在收獲期進(jìn)行測產(chǎn)，去除邊行效應(yīng)，每處理驗(yàn)收4行，量取4 m長，計算實(shí)際面積，并調(diào)查該面積內(nèi)總株數(shù)、穗數(shù)、雙穗數(shù)、空稈數(shù)，倒伏數(shù)、實(shí)際收獲株數(shù)、收獲總穗數(shù)，并以實(shí)際收獲計產(chǎn)。隨后每處理隨機(jī)取10個果穗自然風(fēng)干，考種測定果穗長、穗粗、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、單穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和含水率等，最后計算產(chǎn)量（折算為14%含水率）。

1.5 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

文中所用數(shù)據(jù)均為2016年和2017年2 a數(shù)據(jù)平均值。采用Microsoft Excel 2003，SPSS Statistics 17.0和Sigmaplot 12.5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、作圖和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松對土壤物理特性的影響

2.1.1 土壤含水率

土壤中水分會直接影響植物根系的生長和分布，進(jìn)而影響植株器官的生長進(jìn)程，最終影響產(chǎn)量。由圖1可以看出，深松后土壤含水率顯著增加，隨著生育期的推進(jìn)，深松與淺旋之間的含水率差異逐漸減小。播圖1前，河套、土默川和西遼河平原灌區(qū)深松處理0～80 cm土層內(nèi)土壤含水率分別較淺旋提高了37.6%、51.3%和38.72%；吐絲期，河套平原灌區(qū)、土默川平原灌區(qū)與西遼河平原灌區(qū)深松處理0～80 cm土層內(nèi)土壤含水率分別較淺旋提高了3.5%、7.0%和12.2%；乳熟期，三大平原灌區(qū)深松處理0～80cm土層內(nèi)土壤含水率分別提高了7.6%、11.7%和12.9%。但不同地區(qū)土壤含水率在0～80 cm土層內(nèi)的分布有較明顯區(qū)別。其中，河套平原灌區(qū)含水率0～80 cm土層內(nèi)分布較均勻，土默川平原灌區(qū)20～50 cm土層內(nèi)土壤含水率相對較高，西遼河平原灌區(qū)40～80 cm土層內(nèi)土壤含水率相對較高。

2.1.2 土壤緊實(shí)度

土壤緊實(shí)度的大小可影響作物根系的生長和下扎，是用于評價土壤耕性的重要土壤物理特性指標(biāo)。從圖2可以看出，在三大平原灌區(qū)均表現(xiàn)為深松顯著降低了土壤緊實(shí)度，尤其是15～45 cm土層緊實(shí)度。隨生育進(jìn)程深松效果逐漸減弱。播前，河套平原灌區(qū)、土默川平原灌區(qū)和西遼河平原灌區(qū)0～45 cm土層的土壤緊實(shí)度分別降低了42.1%、24.1%和20.7%；吐絲期，河套平原灌區(qū)、土默川平原灌區(qū)與西遼河平原灌區(qū)分別降低了25.3%、28.1%、18.0%；乳熟期，河套平原灌區(qū)、土默川平原灌區(qū)和西遼河平原灌區(qū)分別降低了15.3%、29.5%、14.5%。

2.2 深松對不同種植密度下玉米根系結(jié)構(gòu)特征的影響

2.2.1 單株總根長

由圖3可見，強(qiáng)耐密性品種（DH618）單株總根長顯著小于弱耐密性品種（JK968）。各品種總根長均隨種植密度增加顯著降低，強(qiáng)耐密性品種（DH618）降低幅度小于弱耐密性品種（JK968）。深松使玉米單株總根長增加，與淺旋相比，河套平原灌區(qū)、土默川平原灌區(qū)、西遼河平原灌區(qū)的強(qiáng)耐密性品種（DH618或NH101）在D1～D5各種植密度下單株總根長分別增加了40.4、58.0、32.7、24.5、38.5，31.8、40.1、25.9、30.5、27.5 m和2.6、2.5、3.6、3.9、3.2 m。弱耐密性品種（JK968）分別增加了25.2、21.0、23.5、34.4、27.7，26.7、37.5、31.3、31.8、12.3 m和2.2、2.7、2.3、1.9、1.7 m。總體表現(xiàn)為深松與淺旋相比，強(qiáng)耐密性品種的總根長增加幅度大于弱耐密性品種。

2.2.2 單株根干質(zhì)量

由圖4可見，強(qiáng)耐密性品種（DH618或NH101）根系干質(zhì)量顯著小于弱耐密性品種（JK968）。各品種根系干質(zhì)量均隨種植密度的增加顯著降低，但強(qiáng)耐密性品種在種植密度間的下降幅度明顯低于弱耐密性品種。深松使玉米根系干質(zhì)量顯著增加。河套平原灌區(qū)、土默川平原灌區(qū)和西遼河平原灌區(qū)的強(qiáng)耐密性品種(DH618或NH101)在D1-D5種植密度下的單株根系干質(zhì)量較淺旋分別增加了3.4、2.3、2.2、1.6、2.8，4.7、2.9、2.9、2.7、3.2 g和1.6、1.5、1.3、1.2、0.5 g；弱耐密性品種（JK968）較淺旋分別增加了3.8、4.4、3.9、3.5、2.1，3.6、2.9、2.2、2.1、1.6 g和3.6、3.0、0.7、2.4、2.5 g。總體表現(xiàn)為深松與淺旋相比，弱耐密性品種單株根系干質(zhì)量加的幅度大于強(qiáng)耐密性品種。

2.3 深松對不同種植密度下玉米葉片SPAD值的影響

由表3可見，各品種葉片SPAD值在深松和淺旋處理?xiàng)l件下均表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而降低。深松提高了玉米葉片SPAD值，與淺旋相比，在吐絲期，河套平原灌區(qū)、土默川平原灌區(qū)和西遼河平原灌區(qū)各地區(qū)強(qiáng)耐密性品種葉片SPAD值在D1~D5種植密度下分別增加了2.2、1.9、1.9、0.7、1.3，0.7、0.9、1.2、1.0、1.1和0.1、0.5、0.6、0.4、1.0；各地區(qū)弱耐密性品種SPAD值則分別增加了2.3、1.9、0.4、1.1、0.8，0.6、0.7、0.7、1.2、0.4和0.3、1.1、0.8、0.7、0.6。在乳熟期，各地區(qū)強(qiáng)耐密性品種SPAD值則分別增加了2.5、2.4、2.7、2.7、2.6，0.9、1.0、1.3、1.6、2.3和0.5、1.0、1.1、0.9、1.9；各地區(qū)弱耐密性品種SPAD值則分別增加了2.5、3.0、1.9、2.0、1.7，1.5、1.4、1.4、2.0、1.2和0.8、1.7、1.3、1.2、1.3。

各品種葉片SPAD值由吐絲期（R1）到乳熟期（R3）的降低幅度（R1～R3）隨種植密度增加而增大。而深松措施減緩了SPAD值降低的幅度，與淺旋相比，河套平原灌區(qū)和土默川平原灌區(qū)在D1～D5各種植密度下DH618葉片SPAD值的降低幅度分別減小了0.3、0.5、0.8、2.1、1.3和0.2、0.1、0.1、0.5、1.2；在西遼河平原灌區(qū)NH101葉片SPAD值的降低幅度則分別減小了0.4、0.5、0.5、0.6、0.9；3個地區(qū)JK968葉片SPAD值的降低幅度則分別減小了0.2、1.1、1.6、0.9、0.8，0.9、0.7、0.7、0.8、0.8和0.5、0.6、0.4、0.5、0.6。

表明深松能夠減緩?fù)陆z期至乳熟期的SPAD值降低的幅度，有效延緩葉片后期的衰老，提高葉片的持綠性；種植密度越高，減緩效果越明顯，且對強(qiáng)耐密性品種作用更大。

2.4 深松對不同種植密度下LAI的影響

由表4可見，在深松和淺旋條件下，不同耐密性品種LAI均隨種植密度的增加而增大。深松措施提高了群體LAI，與淺旋相比，在吐絲期，河套平原灌區(qū)和土默川平原灌區(qū)DH618的LAI在D1～D5種植密度下分別增加了0.1、0.2、0.3、0.3、0.4和0.2、0.2、0.5、0.4、0.3；在西遼河平原灌區(qū)NH101的LAI則分別增加了0.2、0.2、0.3、0.3、0.3；3個地區(qū)JK968的LAI則分別增加了0.1、0.2、0.1、0.2、0.3，0.2、0.1、0.2、0.2、0.2和0.2、0.1、0.2、0.2、0.1。在乳熟期，河套平原灌區(qū)和土默川平原灌區(qū)DH618的LAI則分別增加了0.2、0.3、0.3、0.4、0.4和0.3、0.3、0.4、0.5、0.5，西遼河平原灌區(qū)NH101的LAI則分別增加了0.2、0.2、0.4、0.4、0.4；3個地區(qū)JK968的LAI則分別增加了0.2、0.2、0.2、0.2、0.3，0.2、0.2、0.3、0.3、0.3和0.2、0.1、0.2、0.3、0.2。

深松和淺旋條件下，各品種由吐絲期（R1）至乳熟期（R3）LAI的降低幅度（R1～R3）隨種植密度的增加而增大；而深松措施減緩了LAI的降低幅度，與淺旋相比，河套平原灌區(qū)和土默川平原灌區(qū)DH618在D1～D5各種植密度下，由吐絲期（R1）到乳熟期（R3）LAI的降低幅度（R1～R3）分別減小了0.02、0.05、0.05、0.05、0.08和0.05、0.04、-0.01、0.08、0.21；西遼河平原灌區(qū)NH101則分別減小了0.06、0.06、0.06、0.14、0.12；3個地區(qū)JK968則分別減小了0.02、0.01、0.04、0.04、0.06，0.02、0.12、0.09、0.08、0.09和0.02、0.01、0.02、0.07、0.05。

綜合分析表明，深松顯著提高了玉米LAI，減小玉米生育后期LAI的降低幅度，對乳熟期LAI提高效果較吐絲期明顯，且種植密度越高作用效果越明顯，對強(qiáng)耐密性品種作用效果更好。

圖1 各平原灌區(qū)不同耕作方式下土壤含水率的變化

圖2 各平原灌區(qū)不同耕作方式下土壤緊實(shí)度的變化

圖3 各平原灌區(qū)2種耕作方式不同種植密度下吐絲期單株根系長度的變化

圖4 各平原灌區(qū)2種耕作方式不同種植密度下吐絲期單株總根系干質(zhì)量的變化

表3 各平原灌區(qū)2種耕作方式不同種植密度下各品種吐絲期(R1)和乳熟期(R3)的SPAD值

注：D1~D5依次為種植密度：4.5、6.0、7.5、9.0、10.5（104·hm-2），表中小寫字母表示0.05顯著水平上的差異性，下表同。

Note: D1~D5 are panting density 4.5, 6.0, 7.5, 9.0, 10.5（104·hm-2）,respectively, the lowercase letters in the table indicate the difference at the 0.05 significant level. The following table is the same.

表4 各平原灌區(qū)2種耕作方式不同種植密度下吐絲期（R1）和乳熟期（R3）的LAI

2.5 深松對不同種植密度下干物質(zhì)積累量的影響

2.5.1 單株干物質(zhì)積累量

由圖5可見，同一密度下強(qiáng)耐密性品種的單株干物質(zhì)積累量小于弱耐密性品種；各玉米品種單株干物質(zhì)量隨種植密度增加而降低。深松顯著增加了各種植密度下單株干物質(zhì)積累量，與淺旋相比，河套平原灌區(qū)和土默川平原灌區(qū)DH618在D1～D5各種植密度下單株干物質(zhì)積累量分別提高了31.4、25.9、20.8、23.9、31.6 g和58.9、46.2、35.6、35.1、44.4 g；西遼河平原灌區(qū)NH101則分別提高了22.4、26.2、26.3、23.2、23.4 g；3個地區(qū)JK968則分別提高了31.9、22.5、22.4、21.2、19.3，48.9、40.1、33.6、49.7、38.3 g和20.1、16.3、13.6、20.0、18.6 g。

圖5 各平原灌區(qū)2種耕作方式不同種植密度下收獲期單株干物質(zhì)積累量的變化

2.5.2 群體干物質(zhì)積累量

由圖6可見，低密度下強(qiáng)耐密性品種的群體干物質(zhì)積累量小于弱耐密性品種，隨著種植密度增加群體干物質(zhì)積累量趨同；各玉米品種群體干物質(zhì)量隨種植密度增加而呈現(xiàn)二次拋物線增加。深松與淺旋相比，河套平原灌區(qū)和土默川平原灌區(qū)DH618在D1-D5各種植密度下群體干物質(zhì)積累量分別增加了1.4、1.6 、1.6、2.2、3.3 t/hm2和2.7、2.8、2.7、3.2、4.7 t/hm2；西遼河平原灌區(qū)NH101分別增加了1.0、1.6、2.0、2.1、2.5 t/hm2；3個地區(qū)JK968則分別增加了1.4、1.3、1.7、1.9、2.0，2.2、2.4、2.5、4.5、3.9 t/hm2和0.9、1.0、1.0、1.8、2.0 t/hm2。深松可以顯著增加群體干物質(zhì)積累量，種植密度越高增加幅度越大。同時，深松進(jìn)一步提高了不同耐密性品種最高群體干物質(zhì)積累量所在種植密度，對強(qiáng)耐密性品種的增密作用效果更大。

圖6 各平原灌區(qū)2種耕作方式不同種植密度下群體干物質(zhì)積累量的變化

2.6 深松對玉米產(chǎn)量的影響

由圖7可見，深松明顯提高了各品種的產(chǎn)量，隨種植密度的增加，增產(chǎn)效果越明顯，且強(qiáng)耐密性品種在高種植密度條件下的增產(chǎn)效果更加顯著。深松與淺旋相比，河套平原灌區(qū)和土默川平原灌區(qū)DH618產(chǎn)量在D1～D5種植密度下分別提高了0.24、0.70、0.88、0.85、1.20 ，0.58、0.46、0.73、1.44、3.06 t/hm2，2地區(qū)JK968則分別提高了0.34、0.51、0.52、0.61、1.03，0.57、0.55、0.69、2.44、1.18 t/hm2；西遼河平原灌區(qū)NH101則分別提高了0.46、0.46、0.58、0.70、0.98 t/hm2，JK968分別提高了0.27、0.36 、0.50、0.71、0.38 t/hm2。

進(jìn)一步挖掘深松調(diào)控對各平原灌區(qū)玉米產(chǎn)量作用潛力，對各平原灌區(qū)不同耐密性品種產(chǎn)量與種植密度進(jìn)行線性關(guān)系分析。

由圖8可見，各品種均表現(xiàn)為產(chǎn)量與種植密度呈現(xiàn)“線性+平臺”關(guān)系。深松條件下，河套平原灌區(qū)強(qiáng)耐密性品種拐點(diǎn)出現(xiàn)在種植密度8.14萬株/hm2，低于8.14萬株/hm2時，每公頃增加1萬株，產(chǎn)量增加0.66t，高于8.14萬株/hm2時，產(chǎn)量為14.84 t/hm2；弱耐密性品種拐點(diǎn)出現(xiàn)在種植密度8.02萬株/hm2，低于8.02萬株/hm2時，每公頃增加1萬株，產(chǎn)量增加0.74 t，高于8.02萬株/hm2時，產(chǎn)量為15.03t/hm2；土默川平原灌區(qū)強(qiáng)耐密性品種拐點(diǎn)出現(xiàn)在種植密度10.06萬株/hm2，低于10.06萬株/hm2時，每公頃增加1萬株，產(chǎn)量增加0.98 t，高于10.06萬株/hm2時，產(chǎn)量為17.10 t/hm2；弱耐密性品種拐點(diǎn)出現(xiàn)在種植密度7.05萬株/hm2，低于7.05萬株/hm2時，每增加1萬株，產(chǎn)量增加0.96 t，高于7.05萬株/hm2時，產(chǎn)量為15.22 t/hm2；西遼河平原灌區(qū)強(qiáng)耐密性品種拐點(diǎn)出現(xiàn)在種植密度7.39萬株/hm2，低于7.39萬株/hm2時，每公頃增加1萬株，產(chǎn)量增加0.76 t，高于7.39萬株/hm2時，產(chǎn)量為13.67 t/hm2；弱耐密性品種拐點(diǎn)出現(xiàn)在種植密度6.83萬株/hm2，低于6.83萬株/hm2時，每公頃增加1萬株，產(chǎn)量增加0.71 t，高于6.83萬株/hm2時，產(chǎn)量為13.35 t/hm2。

圖7 各平原灌區(qū)2種耕作方式不同種植密度下產(chǎn)量的變化

注：Y1表示DH618（RT）、Y2表示DH618（SS）、Y3表示JK968（RT）、Y4表示JK968（SS）

可見，強(qiáng)耐密性品種出現(xiàn)拐點(diǎn)時的種植密度（6.99～8.49萬株/hm2）均高于弱耐密性品種（5.79～7.66萬株/hm2），深松后，強(qiáng)耐密性品種平均增密0.79萬株/hm2，弱耐密性品種平均增密0.60萬株/hm2。強(qiáng)耐密性品種產(chǎn)量為12.83～14.84 t/hm2，弱耐密性品種產(chǎn)量為12.80～14.20 t/hm2；深松對強(qiáng)耐密性品種平均增產(chǎn)1.37 t/hm2，對弱耐密性品種平均增產(chǎn)1.06 t/hm2。說明深松對強(qiáng)耐密性品種增密增產(chǎn)效果更明顯，強(qiáng)耐密性品種增密增產(chǎn)潛力更大。

2.7 不同生態(tài)區(qū)深松效果差異性分析

通過對各指標(biāo)在不同生態(tài)區(qū)對深松響應(yīng)的方差分析表明（表5），不同生態(tài)區(qū)間LAI、單株干物質(zhì)、群體干物質(zhì)、根系形態(tài)和產(chǎn)量等指標(biāo)的深松效果差異性均達(dá)到顯著水平以上。

進(jìn)一步將深松條件下不同耐密性品種區(qū)域間存在差異的植株性狀與生態(tài)環(huán)境因子進(jìn)行通徑分析（見表6, 表7）可見：深松條件下，花后日溫差<10 ℃天數(shù)（P13-Y1=-0.880）和花前日均日照時數(shù)（P20-Y1=0.284）對強(qiáng)耐密性品種單株根長在區(qū)域間差異起到直接效應(yīng)，但是花前日均日照時數(shù)通過花后日溫差<10 ℃天數(shù)對單株根長起到間接效應(yīng)，且值為0.241，接近其直接通徑系數(shù)，因此，花后日溫差<10 ℃天數(shù)是影響強(qiáng)耐密性品種單株根長對深松響應(yīng)區(qū)域間差異的關(guān)鍵因素；土壤中速效磷含量是影響單株干物質(zhì)（P23-Y2=0.861）和群體干物質(zhì)（P23-Y30.834）對深松響應(yīng)區(qū)域間差異的直接因素；花后日照時數(shù)<8 h天數(shù)（P17-Y4=-0.899）是影響產(chǎn)量對深松響應(yīng)區(qū)域間差異的直接因素（表7）。對弱耐密性品種來說，花后日溫差<10 ℃天數(shù)（P13-Y1=-1.255）、花前日均溫度（P18-Y1=0.663）和土壤中堿解氮含量（P22-Y1=0.154）是影響單株根長對深松響應(yīng)差異的主要因素，但花前日均溫度和土壤中堿解氮含量通過花后日溫差<10 ℃天數(shù)間接影響根長，間接通徑系數(shù)為-0.943和0.929，大于其直接通徑系數(shù)，因此，花后日溫差<10℃天數(shù)是對深松響應(yīng)區(qū)域間差異的主要因素；花后日均溫度（P19-Y2=-0.907）和花后日照時數(shù)<8 h天數(shù)（P17-Y2=-0.169）是影響根干質(zhì)量對深松響應(yīng)差異的主要因素，但是花后日照時數(shù)<8 h天數(shù)通過花后日均溫度的間接系數(shù)為-0434，較其直接效應(yīng)大，因此，根干質(zhì)量對深松響應(yīng)區(qū)域間差異的關(guān)鍵因素是花后日均溫度；土壤中速效磷含量（P23-Y3=0.953、P23-Y4=0.949）和堿解氮含量（P22-Y3=0.282、X22-Y4=0.296）是影響單株干物質(zhì)和群體干物質(zhì)對深松響應(yīng)區(qū)域間差異的主要原因；土壤中速效磷含量（P23-Y5=0.899）是影響產(chǎn)量對深松響應(yīng)區(qū)域間差異的直接原因。對比不同耐密性品種各指標(biāo)與生態(tài)因子的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，耐密性強(qiáng)的品種各指標(biāo)對深松的作用更加穩(wěn)定，耐密性弱的品種各指標(biāo)對深松的效果更易受生態(tài)因子影響。且花后日溫差<10 ℃天數(shù)、花后日照時數(shù)<8 h天數(shù)、花后日均溫度和土壤中速效磷含量是不同耐密性品種對深松響應(yīng)區(qū)域間差異的共性影響因素。

表5 各植株性狀對深松的響應(yīng)在三大平原灌區(qū)的方差分析

3 討 論

合理的冠層結(jié)構(gòu)，高效的光合物質(zhì)生產(chǎn)系統(tǒng)有利于構(gòu)建高產(chǎn)群體結(jié)構(gòu)，是高產(chǎn)的基礎(chǔ)[15]。春玉米群體結(jié)構(gòu)主要受品種及栽培措施控制[16]。而種植密度對玉米冠層結(jié)構(gòu)及其功能的影響要大于其他栽培措施[17]。有研究認(rèn)為緊湊型玉米在適當(dāng)高的密度條件下最大LAI為5.5～6.0，成熟期仍能保持在3.5左右[18-19]。良好的株型有利于群體冠層結(jié)構(gòu)的改善，增加透光率，提高光合物質(zhì)生產(chǎn)能力，最終提高產(chǎn)量[20]。王富貴[21]研究表明種植密度增加后植株間簇?fù)硇?yīng)更加明顯，生育后期LAI、葉片SPAD值下降幅度增大，弱耐密性品種下降幅度更大，成熟期強(qiáng)耐密性品種單株干物質(zhì)積累量降低25.9%，弱耐密性品種降低42.0%，因此，導(dǎo)致了高密度下的減產(chǎn)。本試驗(yàn)在淺旋條件下的研究結(jié)果與王富貴的研究一致，但深松后葉片SPAD值、LAI和單株干物質(zhì)積累量均得到提高，尤其是對后期葉片SPAD值和LAI的作用效果更加明顯。表現(xiàn)為吐絲至乳熟期間，弱耐密性品種葉片SPAD值降低幅度由7.6～10.9變成7.1～10.1，強(qiáng)耐密性品種葉片SPAD值降低幅度由6.8～10.1變成6.3～8.9；弱耐密性品種LAI降低幅度由0.45～1.32變成0.43～1.23，強(qiáng)耐密性品種LAI降低幅度由0.36～1.19變成0.30～0.98。說明深松有效地延緩了植株后期的衰老，進(jìn)一步增加葉片的持綠期，延長光合生產(chǎn)時間。

表6 強(qiáng)耐密性品種各指標(biāo)與生態(tài)因子通徑分析

注：各生態(tài)因子為X1為花前積溫;X2為花后積溫;X3為全生育期積溫;X4為花前日照;X5為花后日照時數(shù);X6為全生育期日照時數(shù);X7為花前降雨量;X8為花后降雨量;X9為全生育期降雨量;X10為花前日溫差>10℃天數(shù);X11為花前日溫差<10℃天數(shù);X12為花后日溫差>10℃天數(shù);X13為花后日溫差<10℃天數(shù);X14為花前日照時數(shù)>8h天數(shù);X15為花前日照時數(shù)<8 h天數(shù);X16為花后日照時數(shù)>8 h天數(shù);X17為花后日照時數(shù)<8 h天數(shù);X18為花前日均溫度;X19為花后日均溫度;X20為花前日均日照時數(shù);X21為花后日均日照時數(shù);X22為土壤中堿解氮含量;X23為土壤中速效磷含量;X24為土壤中速效鉀含量;X25為土壤中有機(jī)質(zhì)含量.

Note: The expression patterns of ecological factors were as follows:X1 is Accumulated Temperature before Flowering;X2 is Accumulated Temperature after Flowering;X3 is Accumulated Temperature of Growth Period;X4 is Ssunshine Hours before Flowering;X5 is Funshine Fours after Flowering;X6 is Sunshine Hours of Growth Period;X7 is Precipitation before Flowering;X8 is Precipitation after Flowering;X9 is Precipitation of Growth Period;X10 is Days of Daily Temperature Difference > 10 ℃ before Flowering;X11 is Days of Daily Temperature Difference ＜10 ℃ before Flowering；X12 is Days of Daily Temperature Difference > 10 ℃ after Flowering;X13 is Days of Daily Temperature Difference ＜10 ℃ after Flowering;X14 is Days of Sunshine Hours > 8h before Flowering;X15 is Days of Sunshine Hours ＜ 8h before Flowering;X16 is Days of Sunshine Hours > 8h after Flowering; X17 is Days of Sunshine Hours ＜ 8h after Flowering;X18 is Average Temperature before Flowering; X19 is Average Temperature after Flowering; X20 is Average Sunshine Hours before Flowering;X21 is Average Sunshine Hours after Flowering; X22 is Alkaline Hydrolysis Nitrogen Content; X23 is Available Phosphorus Content; X24 is Available Potassium Content; X25 is Organic Matter Content.

玉米高產(chǎn)栽培中，種植密度是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一[22]，只有保持單株和群體效應(yīng)之間的平衡，即在一定的密度下保持較高的單株生產(chǎn)力，品種才能獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[23]。然而，當(dāng)種植密度達(dá)一定程度后，產(chǎn)量又隨種植密度的增加而降低。不同株型的品種，群體產(chǎn)量的適宜密度不同，所以生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)品種類型及產(chǎn)量構(gòu)成因素間的關(guān)系，合理密植，提高單產(chǎn)[24]。本研究表明深松能夠增加生育期內(nèi)土壤含水率、降低土壤容重和土壤緊實(shí)度，從而為根系生長提供更為舒適的環(huán)境，促進(jìn)根系的生長發(fā)育，緩解單株干物質(zhì)積累量由于種植密度增加引起的迅速下降，最終增加了最大群體干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量，使強(qiáng)耐密性品種最高產(chǎn)量時的種植密度由8.28～9.62增加到8.68～10.12萬株/hm2，最高產(chǎn)量由13.22～13.81增加到13.88～14.89 t/hm2；弱耐密性品種最高產(chǎn)量時的種植密度由8.16～8.89增加到8.17～9.62萬株/hm2，最高產(chǎn)量由13.26～14.30增加到13.83～14.80 t/hm2；深松條件下，強(qiáng)耐密性品種的根系伸長生長大于弱耐密性品種，而根系的加粗生長則相反，這種根系生長的結(jié)構(gòu)功能特性，決定了強(qiáng)耐密性品種較弱耐密性品種在更高種植密度下其增密增產(chǎn)效果更明顯。

表7 弱耐密性品種各指標(biāo)與生態(tài)因子通徑分析

2006-2007年全國出現(xiàn)39塊超高產(chǎn)玉米田, 絕大多數(shù)集中在光照充足和晝夜溫差大的高海拔地區(qū)[25]。生態(tài)條件是影響玉米生長發(fā)育的主要因素，其中，溫度是影響玉米生育進(jìn)程的主要因素，隨著緯度的北移，玉米產(chǎn)量顯著變化，先增加再降低，在39°08′達(dá)到最高[26]。李梁[27]表示在日照充足，積溫相對較低的地區(qū)可以繼續(xù)增加種植密度，產(chǎn)量不同主要是千粒質(zhì)量的差異造成的，花后積溫是影響千粒質(zhì)量的重要因子，尤其是灌漿中期到成熟期的積溫，24.98 ℃最有利于千粒質(zhì)量。白美蘭[28]以通遼，赤峰，臨河，呼市為代表站，分析1971-2000多年玉米產(chǎn)量與氣象因子的相互關(guān)系，認(rèn)為降水量，氣溫，風(fēng)速是影響玉米產(chǎn)量的主導(dǎo)因子，溫度是影響生育進(jìn)程快慢的主要因子，天然降水對玉米產(chǎn)量的影響的相關(guān)系數(shù)在0.27以上，生育后期日照時數(shù)對產(chǎn)量的影響在0.23。趙錦[29]認(rèn)為降水，土壤條件，栽培管理和農(nóng)業(yè)技術(shù)對中國玉米產(chǎn)量的影響程度分別占光溫潛在產(chǎn)量的45.8%、9.2%、14.3%，降水是全國玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要影響因子。陳亮[30]研究表明光照、積溫與降雨量是造成丹東、沈陽、鐵嶺產(chǎn)量差異的主要原因。李雅劍[31]研究結(jié)果表明提升土壤基礎(chǔ)生產(chǎn)力可以實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量的提高。

本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上，著重研究不同生態(tài)區(qū)春玉米各指標(biāo)對深松調(diào)控響應(yīng)差異的原因及其在不同耐密性品種間的差異。研究結(jié)果表明不同生態(tài)區(qū)間春玉米根系形態(tài)、冠層生理特性和產(chǎn)量及其構(gòu)成等指標(biāo)對深松調(diào)控的響應(yīng)程度均存在顯著差異?；ê笕諟夭?10 ℃天數(shù)、花后日照時數(shù)<8 h天數(shù)、花后日均溫度和土壤中速效磷含量是區(qū)域間深松效果存在差異的關(guān)鍵因素。

4 結(jié) 論

深松改善了土壤環(huán)境，從而促進(jìn)了根系的生長，其中，單株根系長度增加7.1%，單株根系質(zhì)量增加13.0%，幫助吸收更深土層的水分和養(yǎng)分，保證植株生長健壯。深松減緩了葉片SPAD值和LAI后期的下降速度，有效地延緩了植株后期的衰老，延長光合物質(zhì)生產(chǎn)時間，從而提高產(chǎn)量6.1%，并且增加最高產(chǎn)量時的種植密度亦增加。強(qiáng)耐密性的品種較弱耐密性品種在更高種植密度下增密增產(chǎn)效果更明顯,并且，耐密性強(qiáng)的品種在不同平原灌區(qū)對深松的響應(yīng)更加穩(wěn)定。因此，選用強(qiáng)耐密性品種通過深松耕作再增密（在改土改品種的基礎(chǔ)上再增密即“兩改一增”技術(shù)）是進(jìn)一步增產(chǎn)的有效途徑。

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Mechanism behind densification and yield increase of spring maize with different density-tolerance regulated by subsoiling

Yu Xiaofang1, Sun Hongli1, Gao Julin1※, Wang Zhigang1, Yang Hengshan2, Zhang Ruifu2, Hu Shuping1, Sun Jiying1

(1.010019,2.028042,)

In order to explore the effect mechanism of subsoiling on density-tolerance of maize varieties, and provide a scientific basis for increasing density and improving production in Inner Mongolia plain irrigation area by subsoiling measures. This study was implemened in the three major plain irrigation districts of Inner Mongolia. Different density tolerant spring maize varieties were used as test materials, Denghai 618 (DH618, density tolerant ) was planted in the irrigation areas of Hetao Plain and Tumochuan Plain, Nonghua 101 (NH101, density tolerant) in the irrigation area of Xiliaohe Plain, and Jingke 968 (JK968, density sensitive) in the irrigation area of above three plains. In the experiment, we set up 5 planting density gradients (45 000, 60 000, 75 000, 90 000 and 105 000 plants/hm2) under subsoiling and shallow rotation tillage conditions, respectively, and determined and analyzed the indexes of configuration characteristic of root system, canopy physiological characteristics, yield and yield components. The results showed that subsoiling measures improved soil water content in 0–80 cm, and reduced soil compaction. Compared to shallow rotation, the root length and dry weight of maize significantly increased under subsoiling condition. Meanwhile, SPAD value, leaf area index (LAI) and dry matter per plant were too obviously improved, especially in late growth stage. From spinning to milk-cooking, the reduction extent of density tolerant varieties leaf SPAD was decreased from 6.8- 10.1 to 6.3-8.9, and that of density sensitive varieties was reduced from 7.6-10.9 to 7.1-10.1. The decreasing range of density tolerant varieties LAI was changed from 0.45-1.32 to 0.43-1.23, and that of density sensitive varieties was decreased from 0.45-1.32 to 0.43-1.23. Subsoiling effectively delayed senescence, prolonged photosynthetic time, alleviated the decline rate of dry matter accumulation per plant with density increasing, and improved the density tolerance of maize. Finally, yields of different density tolerant spring maize varieties were increased under various planting densities, and achieved the effect of increasing density and yield. The responses of different density-tolerant varieties to subsoiling were different. Subsoiling made the planting density of density tolerant varieties reaching the highest yield to increase from 82 800–96 200 to 86 800 –112 000 plants/hm2, and the highest yield improved from 13.22-13.81 to 13.88-14.89 t/hm2. However, the planting density of density sensitive varieties increased from 81 600-89 000 to 81 700-96 200 plants/hm2, and the highest yield increased from 13.2 -14.30 to 13.83-14.80 t/hm2. Yield and planting density was fitted with "linear + platform". The results showed that the density tolerant varieties could increase 7 900 plants/hm2with yield by 1.37 t/hm2, while the density sensitive variety could increase 6 000 plants/hm2with yield by 1.06 t/hm2through subsoiling measure. Variance analysis of maize plant characters responsing to subsoiling in three plain irrigation in three plain irrigation areas showed that the root length, root dry weight, LAI, group dry matter quality and yield of maize shoots were significantly (< 0.05) different in different ecological regions. Path analysis of plant indices with ecological factors indicated that the main ecological factors of causing interregional differences in subsoiling effect were mainly determined by the after anthesis day temperature difference <10℃, the after flowering sunshine duration <8 h, the after flowering anthesis average temperature and the content of soil available phosphor. The deep loosening effect of density tolerant varieties was more stable among regions.

crops; subsoiling; tillage; spring maize; density tolerance; increasing plant- density and improving yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.004

S513

A

1002-6819(2019)-13-0035-12

2018-11-21

2019-05-29

國家自然科學(xué)基金（31560360）；國家科技支撐計劃（2013BAD07B04）；國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-02-50）

于曉芳，博士，副教授，從事玉米生理生態(tài)研究，Email：yuxiaofang75@163.com；

高聚林，博士，教授，主要從事玉米生理生態(tài)研究，Email：nmgaojulin@163.com。

于曉芳，孫洪利，高聚林，王志剛，楊恒山，張瑞富，胡樹平，孫繼穎. 深松對不同耐密性春玉米增密增產(chǎn)調(diào)控機(jī)制 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(13)：35－46. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.004 http://www.tcsae.org

Yu Xiaofang, Sun Hongli, Gao Julin, Wang Zhigang, Yang Hengshan, Zhang Ruifu, Hu Shuping, Sun Jiying.Mechanism behind densification and yield increase of spring maize with different density-tolerance regulated by subsoiling [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 35－46. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.004 http://www.tcsae.org