川西高原藏區(qū)不同栽培模式對(duì)玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響

肖啟銀， 張禎勇， 高明文， 岳麗杰， 馬松明， 張 英， 韋 瀟， 閆艷紅

(1.甘孜藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所， 四川 康定 626000；2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所， 成都 610066； 3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院， 成都 611130)

玉米是川西高原藏族人民的主要糧食作物，從海拔1 200 m的低山河谷地帶到海拔3 000 m的高山高原區(qū)域均有玉米種植，主要分布在大渡河、雅礱江、金沙江流域的高山峽谷地帶，地勢(shì)復(fù)雜，生態(tài)氣候多樣。受地理環(huán)境、歷史、交通、人文、生產(chǎn)條件等眾多因素影響，該地區(qū)基礎(chǔ)研究薄弱、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平落后，玉米產(chǎn)量低。畜牧業(yè)一直以來(lái)是甘孜州的主要支柱產(chǎn)業(yè)，玉米是各種牲畜的優(yōu)質(zhì)飼料來(lái)源，隨著甘孜州畜牧業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)玉米的需求量越來(lái)越大。因此，研究與玉米產(chǎn)量相關(guān)的指標(biāo)，探究最佳栽培植模式，對(duì)提高該地區(qū)玉米的產(chǎn)量具有重要意義。有研究表明，美國(guó)玉米增產(chǎn)原因有50%～60%歸功于玉米品種的創(chuàng)新[1-2]，40%～50%歸功于施肥量、灌溉量、播種密度的增加和機(jī)械化程度的提高等栽培手段[3]。合理提高種植密度是目前玉米最有效增產(chǎn)技術(shù)[4-5]，過(guò)量使用化肥不僅會(huì)使玉米產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差、而且會(huì)造成大氣、土壤和水源的污染[6-8]。因此，在保證產(chǎn)量的同時(shí)提高氮肥利用率，才能協(xié)調(diào)作物高產(chǎn)與生態(tài)保護(hù)共同發(fā)展[9]。本試驗(yàn)以川西高原廣泛種植的涼單10號(hào)為試驗(yàn)材料，設(shè)置4種栽培模式，研究其對(duì)春玉米葉面積指數(shù)、葉綠素含量、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量等的影響，探索定量栽培措施對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，找到玉米獲得高產(chǎn)的原因，為高原藏區(qū)春玉米的高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)于2018年在四川省甘孜州丹巴縣聶呷鄉(xiāng)聶呷村(E：101°51′50″， N：30°56′40″)實(shí)施，試驗(yàn)地海拔2 550 m，供試玉米品種為凉單10號(hào)，土壤類型為棕壤，質(zhì)地為沙壤土，耕作層(0～20 cm)土壤養(yǎng)分情況如表1所示。

表1 試驗(yàn)地土壤理化性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采取大區(qū)對(duì)比設(shè)計(jì)，設(shè)4種不同栽培模式，即超高產(chǎn)模式(SH)、高產(chǎn)高效(HH)、農(nóng)戶水平(FP)、不施肥處理(ck)，每個(gè)處理種植66.7 m2。其中，種植密度SH為9 萬(wàn)株·hm-2(行距×窩距=0.65 m×0.33 m，每窩留2 株)，HH為7.5 萬(wàn)株·hm-2(行距×窩距=0.65 m×0.4 m，每窩留2 株)，F(xiàn)P、ck均為6 萬(wàn)株·hm-2(行距×窩距=0.65 m×0.24 m，每窩留1株)。各處理施肥量見(jiàn)表2，施肥比例為：SH氮肥按底肥∶苗肥∶拔節(jié)肥∶攻包肥=3∶1∶1∶5的比例施入，P2O5、K2O按底肥∶苗肥∶拔節(jié)肥=3∶1∶1的比例施入，有機(jī)肥作為底肥一次性施入；HH氮肥按底肥∶拔節(jié)肥∶攻包肥=1.5∶1∶2.5的比例施入，P2O5、K2O按底肥∶拔節(jié)肥=1.5∶1的比例施入，有機(jī)肥(牛糞)作為底肥一次性施入；FP氮肥按底肥∶拔節(jié)肥=3∶7的比例施入，P2O5、K2O作為底肥一次性施入。2018年4月15日播種，按常規(guī)栽培進(jìn)行田間管理，適時(shí)收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1不同生育時(shí)期葉面積指數(shù)(LAI)

每個(gè)大區(qū)選擇3個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)不少于20 m2，分別于拔節(jié)期、吐絲期、成熟期，每個(gè)樣點(diǎn)取3株代表性植株，計(jì)算單葉葉面積及葉面積指數(shù)。

葉面積公式=葉長(zhǎng)×葉寬×0.75；

葉面積指數(shù)=單株葉面積總和/單株所占土地面積(平均行距×株距)。

1.3.2不同生育時(shí)期地上部干物重

葉面積測(cè)定后，將樣株放入烘箱105 ℃殺青30 min，然后80 ℃下烘干至恒重，稱地上部干物質(zhì)積累量。

1.3.3葉綠素相對(duì)含量

于吐絲期，每個(gè)大區(qū)選擇3個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)取3株代表性植株，采用SPAD葉綠素測(cè)量?jī)x測(cè)定穗位葉片的葉綠素相對(duì)含量值，每葉測(cè)定5點(diǎn)后求平均值。

1.3.4玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)

每個(gè)處理選擇3個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)面積不少于20 m2，每個(gè)點(diǎn)連續(xù)調(diào)查20株的有效穗數(shù)(少于20個(gè)籽粒即視為無(wú)效穗)，按平均穗重法選取20個(gè)樣穗，自然風(fēng)干后進(jìn)行室內(nèi)考種，各處理實(shí)打?qū)嵤?，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表3 不同栽培模式對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

1.3.5數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用DPS 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培模式對(duì)玉米葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)直接決定作物光能捕獲量以及光的吸收面積，對(duì)光合作用有重要的影響。由圖1可見(jiàn)，不同栽培模式在各個(gè)生育時(shí)期的葉面積指數(shù)均為SH>HH>FP>ck，其葉面積指數(shù)差異在吐絲期達(dá)最大。SH和HH模式明顯大于FP和ck模式，F(xiàn)P和ck間差異較小。這說(shuō)明SH、HH 模式能大幅度提高植株葉面積指數(shù)。

注：EP為拔節(jié)期；SP為吐絲期；MP為成熟期。圖1 不同栽培模式下玉米葉面積指數(shù)的變化

2.2 不同栽培模式對(duì)玉米吐絲期穗位葉SPAD值的影響

SPAD值與葉片葉綠素含量密切相關(guān)，SPAD值越高，葉綠素含量越高，葉片光合作用就越旺盛[10]。從吐絲期穗位葉SPAD值來(lái)看(圖2)，4種栽培模式下SPAD表現(xiàn)為SH>HH>FP>ck。其中，SH模式與HH模式間差異不顯著，但顯著高于FP和ck模式。

注：圖中小寫(xiě)字母表示差異達(dá)到0.05顯著水平。下同。圖2 吐絲期不同栽培模式下SPAD值變化

2.3 不同栽培模式對(duì)玉米干物質(zhì)積累的影響

從圖3可看出，不同栽培模式下干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為SH>HH>FP>ck，SH和HH模式顯著高于FP和ck模式，SH與HH模式主要是顯著增加了花后干物質(zhì)積累量。

2.4 不同栽培模式對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可見(jiàn)，不同栽培模式的產(chǎn)量達(dá)到顯著差異，表現(xiàn)為SH>HH>FP>ck，其中SH、HH、FP分別較ck增產(chǎn)25.73%、20.78%、11.57%；從產(chǎn)量因素來(lái)看，不同栽培模式下有效穗數(shù)和千粒重達(dá)到顯著差異水平，穗粒數(shù)差異不顯著，其中有效穗數(shù)表現(xiàn)為SH>HH>FP>ck，千粒重表現(xiàn)為FP>HH>ck>SH，說(shuō)明SH和HH模式增產(chǎn)的主要原因是有效穗數(shù)顯著提高。

注：BS為吐絲前；AS為吐絲后。圖3 不同栽培模式下玉米干物質(zhì)積累的變化

2.5 不同栽培模式對(duì)氮肥偏生產(chǎn)力的影響

從圖4可以看出，隨著施氮量的增加，氮肥偏生產(chǎn)力顯著下降。不同栽培模式下氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為FP>SH>HH， SH和HH模式較農(nóng)戶模式氮肥偏生產(chǎn)力分別降低了24.87%和15.46%。

圖4 不同栽培模式下氮肥偏生產(chǎn)力的變化

3 討 論

LAI是衡量群體結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，是決定群體吸收光能利用效率的重要因素。葉片SPAD值是多種因素綜合作用的結(jié)果。研究表明，配方施肥有利于增加玉米葉面積指數(shù)[11]，提高葉片SPAD值[10]，增強(qiáng)玉米吐絲后光合生產(chǎn)率[12]，高密度條件下SPAD值有所下降[13]。本研究結(jié)果表明，涼單10號(hào)在不同生育時(shí)期LAI和SPAD關(guān)系均為SH>HH>FP>ck，說(shuō)明HH、SH栽培模式下，形成足夠的群體光合勢(shì)，提高玉米葉片的光合生產(chǎn)能力。

干物質(zhì)是玉米籽粒產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)[14]，玉米最終的籽粒產(chǎn)量是由生育期內(nèi)干物質(zhì)的積累分配與轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律所決定[15-16]。玉米產(chǎn)量是單位面積生產(chǎn)玉米籽粒的總量表現(xiàn)，由有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重三個(gè)要素構(gòu)成。研究表明，施氮量[17-19]、種植密度[20]與玉米產(chǎn)量密切相關(guān)。本試驗(yàn)條件下，HH與SH栽培模式較FP和ck提高了生育期內(nèi)干物質(zhì)積累量，為提高籽粒產(chǎn)量奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。說(shuō)明氮肥和有機(jī)肥有效改善了玉米的生存環(huán)境，促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。產(chǎn)量與有效穗數(shù)關(guān)系密切，說(shuō)明合理密植，適度提高有效穗數(shù)仍是目前決定玉米產(chǎn)量高低的關(guān)鍵因素。在HH、SH模式下進(jìn)一步縮小千粒重和穗粒數(shù)的降幅是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵。

4 結(jié) 論

SH和HH栽培模式較FP、ck栽培模式顯著增強(qiáng)了生育期內(nèi)尤其是生育后期葉片的光合能力，提高了干物質(zhì)積累量，最終促進(jìn)玉米增產(chǎn)；HH模式與SH模式間產(chǎn)量差異不顯著，但其氮肥效率顯著提高。因此，通過(guò)加大種植密度，合理施氮，增施有機(jī)肥，進(jìn)一步優(yōu)化玉米群體，有利于提高籽粒產(chǎn)量和氮肥效率，實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效。