水分与秸秆处理对玉米苗期素质及产量的影响

赵爱连, 范合琴, 杨豫龙, 温涛, 刘天学, 赵霞, 岳艳军

中国农学通报. 2024, 40(27): 1-6

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中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (27) : 1-6. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-1019
农学·农业基础科学

水分与秸秆处理对玉米苗期素质及产量的影响

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Effects of Water and Straw Treatment on Seedling Quality and Yield of Maize

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摘要

为了缓解因气候变化产生的播种期干旱对夏玉米幼苗发育的不利影响，以‘郑单958’为试验材料，在河南省许昌市灌溉试验站，采用不同底墒条件和麦茬处理方式，研究不同处理组合对播种层土壤水分和玉米苗期生长发育的差异。结果表明：土壤含水量随着土层的变深而增大，表现为偏湿平茬>正常平茬>偏湿除茬>偏干平茬>正常除茬>偏干除茬。SPAD值、光合速率及产量变化趋势一致，均表现为正常平茬>偏湿平茬>偏湿除茬>正常除茬>偏干平茬>偏干除茬。因此，平茬相比除茬可以更好地改善土壤水分环境，提高玉米的出苗率、光合速率和产量，可以在生产中进行广泛推广应用。

Abstract

In order to mitigate the adverse effects of drought on the development of summer maize seedlings caused by climate change, using ‘Zhengdan 958’ as experimental material, the effects of different treatment combinations on soil moisture and growth of maize seedling were studied. The results showed that the soil moisture content increased with the depth of the soil layer, and the pattern was moist soil, wheat straw returning to the field>normal moisture content, wheat straw returning to the field>moist soil, wheat straw not returning to the field>dry soil, wheat straw returning to the field>normal moisture content, wheat straw not returning to the field>dry soil, wheat straw not returning to the field. SPAD value, photosynthetic rate and yield showed the same trend, normal moisture content, wheat straw returning to the field>moist soil, wheat straw returning to the field>moist soil, wheat straw not returning to the field>normal moisture content, wheat straw not returning to the field>dry soil, wheat straw returning to the field>dry soil, wheat straw not returning to the field. Therefore, compared with the removal of stubble, plain stubble can better improve the soil water environment, increase the emergence rate and photosynthetic rate of maize, and increase the yield, which can be widely applied in production.

关键词

玉米 / 麦茬处理方式 / 土壤水分 / 干旱 / 玉米苗期 / 光合速率 / 产量

Key words

corn / treatment of wheat stubble / soil moisture content / drought / corn seedling stage / photosynthetic rate / yield

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赵爱连 , 范合琴 , 杨豫龙 , 温涛 , 刘天学 , 赵霞 , 岳艳军. 水分与秸秆处理对玉米苗期素质及产量的影响. 中国农学通报. 2024, 40(27): 1-6 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-1019
ZHAO Ailian , FAN Heqin , YANG Yulong , WEN Tao , LIU Tianxue , ZHAO Xia , YUE Yanjun. Effects of Water and Straw Treatment on Seedling Quality and Yield of Maize. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2024, 40(27): 1-6 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-1019

0 引言

黄淮海地区是中国重要的商品粮基地，同时也是中国最大的夏玉米主产区[1]。每年6月上旬，在玉米播种时期，经常会出现干旱或者渍涝等极端天气，对玉米的出苗和后期的生长发育产生不利的影响[2-3]。现已成为黄淮海夏玉米全程机械化高效生产的关键瓶颈之一，制约着区域玉米产业持续增效与可持续发展。
大量研究表明，播种至萌发期出现干旱或者渍涝会引起玉米种子内各种淀粉分解酶的活性下降，导致种子发芽率显著降低、出苗时间延迟、出苗率下降，不利于玉米高产群体的建成，且幼苗生长活力及叶片光合作用性能也随之减弱[4⇓-6]。同时，在玉米苗期，干旱胁迫会抑制植株生长发育进程，且幼苗质量明显下降[7⇓-9]。研究表明，在玉米全生育期，平茬较立茬在光合速率、单株叶面积、单株干重、株高等方面均表现较好[10⇓-12]。目前针对不同土壤含水量和麦茬处理方式组合对玉米苗期的研究较少，对各种组合处理的评价较为笼统。因此在各处理下探讨土壤水分、玉米出苗进程及相关水分生理指标的变化差异，明确播种至苗期阶段玉米幼苗生长的影响规律，为不断研发黄淮海玉米全程机械化丰产增效关键技术、科学合理应对气候变化、加强防灾避灾能力提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验地点为河南省许昌市灌溉试验站，时间为2020年6—9月。试验田土壤类型为潮土，土壤养分含量主要为：速效磷31.56 mg/kg，速效钾89.56 mg/kg，有机质含量1.53 g/kg，水解氮71.34 mg/kg。试验采取‘郑单958’为供试品种。试验池长宽深分别为3.6 m×2.4 m×2 m，前茬作物为小麦，于6月1日收获。试验时期气象数据如表1所示。试验设土壤墒情（水分）、麦茬处理方式2个基本因素。根据前期研究结果，设为6个处理，偏干除茬、偏干平茬、正常除茬、正常平茬、偏湿除茬、偏湿平茬。偏干、正常、偏湿是耕层水分处理，指土壤耕层水分分别为土壤最大持水量的60%、75%、90%；平茬指全部秸秆覆盖地表上，除茬指把小麦秸秆切成2~3 cm后覆盖在地表上[6,13]，秸秆施用量约为9600 kg/hm2。6月2日播种，9月22日收获，其中苗期试验7月1日结束。
表1 气象数据
时间 平均气温/℃ 降雨量/mm 日照时数/h
5月下旬 20.07 38.7 50.5
6月上旬 22.89 0 78.1
6月中旬 25.62 0 78.9
6月下旬 28.02 7.4 71.9
7月上旬 23.65 94.9 17.2
7月中旬 26.2 16.1 27
7月下旬 27.58 0.8 40.2
8月上旬 23.89 45.8 31.8
8月中旬 24.81 95.6 33
8月下旬 27.79 45.7 34.5
9月上旬 27.55 40.7 42.2
9月中旬 25.1 5.9 69
9月下旬 24.82 78 91.2
开展试验前需测定试验池最大持水量，并按照试验设计控制灌水量。除要求外，苗期试验期间不再灌水。苗期试验结束正常管理。水分处理设计在3个池子里，2个麦茬处理各半设计在相应池子里，采用条播，等行距种植，播种深度为5 cm[6]。6行/池，定苗密度75000株/hm2，10株/行，每行为1次重复，共6次重复，其中3次为测定苗期播种质量指标，其他测定产量指标。苗期指标测完后的空地再次播种上玉米，其他采用大田管理。试验配备防雨设施，减少降水对试验的影响。

1.2 试验处理与设计

试验设置6个处理，分别为：（1）偏干除茬：播前土壤持水量60%，麦秸及残茬全部运走；（2）偏干平茬：播前土壤持水量60%，麦秸及残茬粉碎后覆盖2~3 cm；（3）正常除茬：播前土壤持水量70%，麦秸及残茬全部运走；（4）正常平茬：播前土壤持水量70%，麦秸及残茬粉碎后覆盖2~3 cm；（5）偏湿除茬：播前土壤持水量80%，麦秸及残茬全部运走；（6）偏湿平茬：播前土壤持水量80%，麦秸及残茬粉碎后覆盖2~3 cm。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 土壤水分测定

利用取土工具，分别取0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层，利用烘干法测定土壤含水量[14]。取样时期为播后第6天、第12天、第18天、第24天、第30天。

1.3.2 出苗率与幼苗素质

播种后第4天开始，每天固定时间调查出苗数，并计算出苗速率(GR)和出苗率(ER)，见公式(1)和(2)[15]。
出苗速率= 1出苗稳定的天数×100%
(1)
出苗率= 出苗数播种粒数×100%
(2)

1.3.3 叶绿素含量和光合速率

采用便携式叶绿素计(SPAD-502 PLUS)在苗期（3展叶）和拔节期（6展叶）测定SPAD值。采用CIRAS-1型便携式光合仪在5展叶时测定光合速率(Pn)。每个小区连续测定3株玉米，3次重复[4]。

1.3.4 产量

夏玉米成熟时取每处理中间3株计产，并计算水分利用效率（公式(3)）[10]。
WUEy=YET
(3)
式中，WUE为子粒水分利用效率；Y为子粒产量；ET为有效农田阶段耗水量。

2 结果与分析

2.1 不同处理下土壤含水量变化

由表2可知，随着土层越深，含水量越高，不同处理间土壤的含水量差异越大。同一土层下，处理之间进行比较，均表现为，偏湿平茬>正常平茬>偏湿除茬>偏干平茬>正常除茬>偏干除茬。相同麦茬处理下的不同处理的含水量比较，偏湿平茬>正常平茬>偏干平茬，偏湿除茬>正常除茬>偏干除茬；同一土层相同土壤含水量不同农艺措施比较，平茬>除茬，覆盖作用明显。5次测试数据平均，覆盖的处理偏湿平茬、正常平茬、偏干平茬与偏湿除茬、正常除茬、偏干除茬相比，土壤水分在0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm分别增加了21.71%、32.85%和12.21%，21.06%、21.60%和6.34%，21.22%、22.11%和4.76%，由此表明，秸秆覆盖可以有效增加土壤含水量。土壤含水量高相比较低效果好，表明播后镇压结合麦茬覆盖可以有效提高土壤含水率，满足玉米苗期生长对水分的需求。在不同土层下也均表现出相似规律。
表2 不同处理地表下0~30 cm 土层含水量
土层/cm 处理 土壤含水量/%
6月8日 6月14日 6月20日 6月26日 6月30日 平均
0~10 偏干除茬 15.64d 12.18e 11.06d 10.44e 9.51d 11.77e
偏干平茬 17.36c 16.38d 14.26c 12.31d 11.29c 14.32c
正常除茬 16.53c 13.58c 11.42d 11.39d 10.48d 12.68 d
正常平茬 19.94b 18.39b 16.33b 15.64b 13.93b 16.85b
偏湿除茬 19.45b 17.82b 14.47c 14.36c 13.94b 16.01b
偏湿平茬 20.67a 19.39a 16.94a 16.65a 16.17a 17.96 a
10~20 偏干除茬 18.85d 16.04d 14.53d 13.22c 13.38c 15.20 e
偏干平茬 20.09c 19.06c 17.07c 16.7b 16.59b 17.90d
正常除茬 20.08c 17.74d 17.15c 16.09b 15.81b 17.37d
正常平茬 22.92b 22.15a 19.11b 18.43b 17.09a 19.94b
偏湿除茬 22.04c 19.94b 17.86c 17.43c 17.07a 18.87 c
偏湿平茬 23.69a 22.17a 21.06a 19.64a 17.79a 20.87a
20~30 偏干除茬 20.43e 18.02e 17.57d 16.23c 14.68e 17.39e
偏干平茬 22.98c 21.66c 19.91c 18.43b 16.55d 20.11c
正常除茬 21.79d 20.01d 18.68c 17.44c 15.96d 18.78d
正常平茬 23.83b 22.91b 20.16b 20.71a 19.18b 21.36b
偏湿除茬 23.76b 21.99c 20.05b 18.66b 17.49c 20.39c
偏湿平茬 24.64a 22.59a 21.56a 21.49a 20.63a 22.18 a

2.2 不同处理对玉米出苗速率和出苗率的影响

不同处理下玉米出苗率表现不同（表3）。相同麦茬处理下，土壤含水量高的处理较其他处理出苗率也较高，即偏湿>正常>偏干；平茬覆盖能提高出苗率，即平茬>除茬。出苗率在处理间表现为正常平茬>偏湿除茬>偏湿平茬>正常除茬>偏干平茬>偏干除茬，平茬较好地协调了偏干、偏湿处理中玉米出苗的需求。
表3 不同处理对玉米出苗速率和出苗率的影响
处理 出苗率/% 出苗速率/%
播种后第4天 播种后第5天 播种后第6天 播种后第7天 播种后第8天
偏干除茬 24.35f 48.24e 62.83f 63.32d 63.83d 14.29
偏干平茬 32.57e 63.44d 70.37d 71.51c 71.51c 14.29
正常除茬 47.99d 74.81c 81.69c 81.38b 83.76a 16.67
正常平茬 82.68a 98.72a 98.64a 98.64a 98.64a 20
偏湿除茬 59.82b 81.52b 85.33b 85.73b 88.64b 12.5
偏湿平茬 57.17c 76.35c 77.35e 77.64c 78.35c 12.5
不同处理下的出苗速率表现不同，但出苗速率表现出和出苗率的趋势不同。正常平茬出苗稳定的最快，第5天就基本出齐了；正常除茬晚了1 d，为16.67%；偏干除茬和偏干平茬都是第7天稳定；偏湿的2个处理出苗较慢第8天出苗稳定。

2.3 不同处理对玉米苗期素质的影响

不同处理下玉米幼苗素质有差异，3展叶和6展叶的差异也不同，但株高、单株叶面积、单株干重在各处理间趋势一致。不管是3展叶6 展叶，处理间株高、单株叶面积、单株干重表现为：正常平茬>偏湿平茬>偏湿除茬>正常除茬>偏干平茬>偏干除茬。相同土壤水分条件下，平茬各项指标好于除茬；3种水分条件下，平茬株高、单株叶面积、单株干重3展叶时比除茬高出19.6%、9.04%、4.98%，30.11%、17.02%、3.70%，24.49%、21.53%和9.05%，在偏干情况下效果更好，表明随着土壤水分的提高，麦秸覆盖对玉米生长的促进作用呈降低趋势。6展叶平茬株高、单株叶面积、单株干重3展叶时比除茬高出23.61%、16.05%、6.65%，52.12%、16.07%、5.78%，35.36%、30.83%和14%，除了在偏干情况下平茬的效果以外，6展叶的效果更能展示出来（表4）。
表4 不同处理对玉米苗期素质的影响
处理 3展叶 6展叶
株高/cm 单株叶面积/cm2 单株干重/g 株高/cm 单株叶面积/cm2 单株干重/g
偏干除茬 16.67c 43.97e 0.49d 57.82d 399.92e 12.78d
偏干平茬 19.95b 57.21c 0.61c 71.47c 587.06c 17.3c
正常除茬 20.12b 70.53d 0.65c 71.51c 505.77d 16.67c
正常平茬 21.94a 82.54a 0.79a 82.99a 608.35a 21.81a
偏湿除茬 20.65b 72.95b 0.74a 75.51b 564.43b 17.35b
偏湿平茬 21.68a 75.65b 0.67b 80.53a 587.68a 19.78a

2.4 不同处理对玉米苗期SPAD值和光合速率的影响

叶绿素在一定程度上可以代表叶片光合能力的大小，而SPAD值与叶绿素含量呈极显著的正相关[11]。由表5可知，处理3展叶时和处理6展叶变化趋势相同，SPAD值均表现为正常平茬处理下最大，分别为为25.02和53.48，与偏湿平茬处理未达到显著性差异，但与其他4个处理均达到显著性差异水平。偏干、正常、偏湿3种土壤水分处理下，平茬比除茬在3展叶和6展叶分别高出8.17%、7.47%、3.31%和10.87%、7.80%、5.04%，说明平茬随着生长进程的推进，效果更好，且在偏干情况下效果好。但随着土壤水分的提高，经过镇压和麦秸覆盖后对玉米生长的促进作用降低。
表5 不同处理对玉米苗期SPAD值和光合速率的影响
处理 3展叶SPAD 光合速率Pn/[μmol/(m2·s)] 6展叶SPAD 光合速率Pn/[μmol/(m2·s)]
偏干除茬 20.94c 21.4e 43.81c 22.9e
偏干平茬 22.65b 23.5d 48.57b 24.6d
正常除茬 23.28b 24.6c 49.61b 26.1c
正常平茬 25.02a 26.8a 53.48a 27.9a
偏湿除茬 23.58b 25.4b 50.37b 26.8b
偏湿平茬 24.36a 26.1a 52.91a 27.5a
不同处理夏玉米苗期光合速率(Pn)变化见表5。6个处理之间比较，正常平茬>偏湿平茬>偏湿除茬>正常除茬>偏干平茬>偏干除茬。随着土壤含水量变小，光合速率也变低。由表可知，平茬处理，玉米叶片的光合速率显著提高。将测得的光合数据平均后，偏干、正常、偏湿3种水分条件下，平茬比除茬光合速率高出8.58%、7.89%和2.68%。

2.5 不同处理对玉米产量及产量利用效率的影响

不同处理下的玉米产量和水分利用效率有差异（表6）。产量在6个处理之间表现为正常平茬>偏湿平茬>偏湿除茬>正常除茬>偏干平茬>偏干除茬，正常平茬与偏湿平茬差异不显著，其他处理差异显著。依照表1气象资料2020年7—9月的降雨量为423.5 mm计算，正常平茬的水分利用效率最高，偏干除茬最低。
表6 不同处理对玉米产量及产量利用效率的影响
处理 产量/(kg/hm2) 水分利用效率/[kg/(hm2·mm)]
偏干除茬 9482.1d 22.39d
偏干平茬 9774.75c 23.08c
正常除茬 9802.05b 23.15 c
正常平茬 10683.45a 25.23 a
偏湿除茬 9938.1b 23.47c
偏湿平茬 10268.4a 24.25 b

3 讨论与结论

土壤含水量和麦茬处理方式均对玉米苗期的生长发育有一定的影响。李建鸽[13]研究表明，田间持水量大于80%以上的处理，玉米地上部的株高、茎粗、叶面积、干重及产量显著低于正常水分处理，这与本文研究一致。田间发生渍涝后，植株根部为了适应不利环境，胚根和次生根会受到抑制，呼吸作用增强，叶片SPAD和净光合速率降低，光合产物减少，最终导致干物质降低，产量下降。不同组合处理对玉米出苗耕层的水分运移也存在一定差异。随着土层变深，土壤含水量变高，接近地表的不同处理含水量差异变化较大，表现为偏湿平茬>正常平茬>偏湿除茬>偏干平茬>正常除茬>偏干除茬。相同麦茬处理下的不同处理的含水量比较，偏湿平茬>正常平茬>偏干平茬，偏湿除茬>正常除茬>偏干除茬；同一土层相同土壤含水量不同农艺措施比较，平茬>除茬，覆盖作用明显。出苗率在处理间表现为正常平茬>偏湿除茬>偏湿平茬>正常除茬>偏干平茬>偏干除茬，平茬较好地协调了偏干、偏湿处理中玉米出苗的需求。株高、单株叶面积、单株干重在各处理间趋势一致。这与前期研究结果一致[14]。光合效率是一个积累有机物的过程。而叶绿素含量的多少，直接影响玉米的光合效率，进而对玉米产量也有较大的影响[14]。本研究表明，植株SPAD值和光合速率变化趋势与产量变化趋势一致，各处理间均表现为正常平茬>偏湿平茬>偏湿除茬>正常除茬>偏干平茬>偏干除茬。正常平茬的水分利用效率最高，偏干除茬最低。
结合前期研究基础综合分析[15⇓-17]，平茬相比除茬可以提高玉米的株高、叶面积、光合效率以及产量的原因是，平茬能够调节土壤在偏干、偏湿条件下的水分运移，改善了土壤环境，增加出苗率，提高苗期质量。因此建议在实际生产中可以大面积推广小麦秸秆平茬处理，为黄淮海玉米优质高产提供理论依据和技术支持。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
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周宝元, 马玮, 孙雪芳, 等. 播/收期对冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源分配与利用特征的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(9):1501-1517.
https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.003
本文引用 [1] 摘要
【目的】优化冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源配置,探索两季最佳的资源搭配模式,进一步挖掘当前气候和生产条件下黄淮海地区周年产量潜力和资源利用效率。【方法】本研究通过10月上旬至12月上旬设置冬小麦不同播期和夏玉米不同收获期,建立了5种冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源分配方式,于2015—2017年在中国农业科学院河南新乡试验站进行田间试验,对其产量、光温水等气候资源分配及利用特征进行研究。【结果】随冬小麦播期及夏玉米收获期推迟,两作物生长季光温水资源分配比例分别由处理Ⅰ的46%﹕54%、60%﹕40%、42%﹕58%调整至处理V的34%﹕66%、49%﹕51%、34%﹕66%范围内,小麦季生长天数及其分配的光温水资源量逐渐减少,将更多的资源分配到玉米季,从而导致小麦产量降低,但由于处理V的ZM66小麦品种维持了较高的穗数和穗粒数,因此与处理Ⅰ比产量降低不显著。然而,处理V玉米季生理生长时间较处理Ⅰ延长约15 d,2016和2017年光温水资源分配量分别增加143.8和120.7 MJ·m-2、290.5和281.6℃、12.4和25.7 mm,粒重分别增加13.1%和15.5%,周年产量两年分别提高7.9%和6.7%;籽粒脱水时间增加约45d,光温水资源分配量两年分别增加322.5和336.3 MJ·m-2、509.6和497.8℃、56.7和14.1mm,籽粒含水量降至14.4%—17.3%,达到机械直接收获标准。同时,由于处理V小麦季光温水资源分配量显著降低,特别是减少底墒水和越冬水灌溉约150mm,2016和2017年其光能、温度和水分生产效率较处理Ⅰ分别提高12.5%和15.8%、10.9%和7.7%、39.6%和59.3%,玉米季虽然光能、温度生产效率有所降低,但水分生产效率显著提高,因此周年光能、温度和水分生产效率两年分别提高7.3%和9.1%、5.6%和5.1%、17.3%和29.3%。【结论】在不增加任何投入的前提下通过播/收期的调整（小麦12月上旬播种,玉米11月中旬收获）优化冬小麦-夏玉米一年两熟模式周年气候资源配置,可进一步提升其周年产量和光温水资源利用效率,对于促进黄淮海冬小麦-夏玉米种植模式可持续发展具有重要意义。
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本文引用 [1] 摘要
干旱是对农业影响最大的农业气象灾害,进行干旱风险评估对于提升区域灾害风险管理和决策水平、减轻农业损失具有重要的指导意义.本文基于自然灾害风险理论,利用黄淮海夏玉米主产区69个站点的气象、夏玉米播种面积和产量数据,以及当地有效灌溉面积等数据,从灾害风险的危险性、脆弱性、暴露性和防灾减灾能力4个方面构建风险评估指标和模型,对黄淮海夏玉米主产区干旱灾害的风险进行评估分析.结果表明: 黄淮海地区夏玉米生长季(6—9月),干旱发生危险性最大的阶段主要是播种-出苗期和乳熟-成熟期,其中,河北中南部、河南西部和北部的危险性最大.经加权叠加脆弱性、暴露性和防灾减灾能力后,夏玉米干旱综合风险最大的地区主要分布在河南西部和西南部部分地区;其次是河南南部、河北沧州、邢台以及山东德州等地,属于次高风险区;风险低值区主要分布在山东南部、安徽北部和河南的信阳等地;其他地区属于中度风险区.
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本文引用 [1] 摘要
为进一步探明种肥对玉米免耕精密播种的作用，2013 年运用大田2 点试验，测定生理与产量指标，研究了5 种处理(NPK、NP、NK、PK、CK)的种肥对夏玉米免耕精密播种的影响。NPK种肥处理后的夏玉米的幼苗素质、根干重、根体积、根条数、叶片Pn和SPAD值都最好，进而降低了玉米果穗的秃尖长，增加了玉米的穗长、穗行数、行粒数、千粒重。NPK处理的产量比处理NP、NK和PK、CK增产4.52%、6.06%、13.21%和29.05%，增产效果大于其他施用组合。种肥影响夏玉米免耕精密播种的效果，且N、P、K都是夏玉米免耕精密播种种肥必不可少的营养成分。

基金

国家重点研发计划任务“高淀粉玉米全链条技术模式构建应用”(2022YFD2300805)
河南省科技攻关项目“基于无人机多源影像的玉米群体株高监测研究”(32102520005)
河南省农业科学院基础性科研项目“玉米种质资源鉴定与评价”(2023JC09)
河南省引智项目“玉米绿色精准生产研究”(2023)
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