保护性耕作对玉米产量和品质的影响

保护性耕作对玉米产量和品质的影响

保护农业（以保留作物为主要方式）在保水、增水、防沙和固土方面取得了良好的报告。目前对于保护性耕作条件下有关作物的研究主要集中在耕作方式对作物产量、生长发育、蓄水肥田以及土壤结构等方面的影响上。多数研究认为,保护性耕作可以引起土壤温度降低,微生物数量增加及活性增强;促进作物生长发育,提高产量;节水保墒,提高水分利用率;植株残体可以培肥地力,并且长期采用保护性耕作可以明显改善土壤结构和微环境。但是其对作物品质等方面的影响研究相对较少。为此,在研究保护性耕作提高作物产量的同时开展了其对作物品质的影响;分析比较了不同耕作方式下追施氮肥对玉米组织含氮量的影响和保护性耕作条件下玉米对氮素的吸收利用效率,为保护性耕作条件下实现玉米高产优质高效生产提供技术和科学依据。1玉米生育期7.8试验于2002年10月至2004年10月在内蒙古喀喇沁旗农业高新技术示范园保护性耕作试验区进行。土壤为沙壤土,0—20cm土层含有机质17.0g/kg,全氮1.14g/kg,碱解氮102mg/kg,有效磷14.4mg/kg,速效钾216mg/kg,pH7.8。试验采用两因素裂区设计,主区为耕作方式,设留茬(前茬玉米收获后留茬20cm,免耕)和常规翻耕(前茬玉米收获后秋翻地)2个处理;副区为追肥处理,设4个水平,追施尿素0、225、450、675kg/hm2(分别以N1、N2、N3、N4表示),于大喇叭口期人工开沟追施。玉米供试品种为“丹玉638”,小区面积3m×13.5m,3次重复。采用中国农大的2BMF-4型玉米免耕播种机播种,播前底施尿素75kg/hm2、磷酸二铵300kg/hm2。翻耕玉米田间管理正常,中耕起垄;留茬(免耕)玉米则不进行中耕起垄,采用除草剂和人工相结合除草,收获后继续留残茬。记录玉米各生育时期,田间生长状况,收获后进行室内考种及测产;玉米吐丝时标记生长状况相同的植株,每10d取样1次,包括茎秆、穗位叶、苞叶、穗轴和子粒,烘干粉碎后,采用半微量凯氏定氮法测定含氮量。2结果与分析2.1保护性耕作与玉米产量留茬地块玉米出苗时间较常规翻耕晚2d,且生育前中期(大喇叭口期以前)都相对落后2～3d;生育后期其生长速度加快,至抽雄时与常规翻耕玉米相同。由于留茬处理,前期土壤温度是制约作物生长的主要限制因素,由于田间留有残茬及植株残体,土壤温度较常规翻耕地块的温度低,且回升较慢。因此玉米前期生长较慢;到中后期,温度升高,已不再制约玉米生长,其生长速度加快,赶上常规翻耕玉米的生长进程,最终正常收获。留茬处理出苗率为85.98%,略低于常规翻耕的出苗率92.24%,主要是由于前期保护性耕作的地块地温低,再加上播种质量不太好,最终影响出苗率。因此,免耕播种的质量会直接影响作物生长。出苗率低是保护性耕作推广应用中的技术难题。据报道,保护性耕作能提高后期土壤含水量,改善土壤团粒结构和微生态环境,利于作物根系生长,不仅可以补偿前期因低温而造成的生长损失,并且能够促进作物生长,提高作物产量。本试验结果(表1)表明,留茬处理玉米产量较常规翻耕平均增产7.7%,但未达到差异显著水平。表1还看出,随着追施氮肥量的增加,两种耕作方式玉米产量均呈递增趋势。追施氮肥与未追施氮肥处理之间差异极显著,但不同追氮处理之间差异不明显。可见在本试验土壤肥力条件下,每公顷追施尿素225kg即可达到增产目的。有研究认为,保护性耕作对玉米多数性状没有太大影响;也有的认为,在整个生育期间保护性耕作条件下玉米根量及活力均要高于常规翻耕。本试验对玉米农艺性状比较结果表明,留茬处理玉米百粒重略有增加,最大叶面积及总根数略有下降,叶片和根的功能期相对延长。由于作物产量受到年份、耕作制度和管理投入的综合影响。因此留茬对作物的综合影响,有待于进一步深入研究。2.2栽培方式对玉米器官含氮量的影响不同处理玉米子粒、穗位叶、茎秆、苞叶及穗轴等组织含氮量测定结果(图1)看出,随着生育进程的渐进,两种耕作方式玉米植株各器官含氮量变化规律相同,即从吐丝至收获均呈下降趋势。其中穗位叶呈线性下降;子粒含氮量在吐丝后前30d内降低速度很快,30d后开始缓慢下降;穗轴、苞叶、茎秆在吐丝后20d内下降幅度较大,20d后则表现为平缓下降态势。表明在玉米子粒形成初期玉米各器官含氮量较高,随着生育进程的进展,叶片中养分合成速度加快,营养物质向植株其他部分转移并转化合成其它成分的速度也加快,同时各营养器官中的氮素向子粒转移,含氮量则逐渐降低。而子粒中的碳水化合物和氮素都在迅速增加,前者比后者增加的速度快,致使子粒中的含氮量相对降低。试验证明,玉米植株氮素变化规律与栽培方式无太大关系。两种耕作方式玉米各组织含氮量比例相近,以苞叶含氮量最低,不足7%;子粒最高,为40%左右,穗位叶占25%以上(图2),表明成熟时玉米叶片中仍有大量氮素未转移到子粒中。因此,应通过改进栽培技术,增加茎叶中有机物向子粒转运,以利于提高产量及子粒中的养分含量。试验结果还表明,耕作方式对玉米器官氮素含量也有影响,留茬处理可使穗叶和苞叶含氮量降低0.99和0.23个百分点,使子粒、穗轴、茎秆含氮量提高0.52、0.27、0.43个百分点。表明留茬提高了玉米养分的运转效率,增加养分向库器官转运量,相应降低了源器官中残余养分量,有利于提高养分利用率。随着追施氮肥量的增加,两种耕作方式下,玉米器官含氮量表现增加趋势(表2)。施肥处理玉米子粒蛋白质平均含量较不施肥处理高出0.58个百分点。其中常规翻耕N4处理的子粒含氮量较N1处理增加0.072个百分点(折合增加蛋白质0.45个百分点),相应留茬处理之间增加0.180个百分点(折合增加蛋白质1.125个百分点),增幅高于常规翻耕2.5倍;叶片含氮量也呈现增加趋势,常规翻耕增加0.16个百分点,留茬处理增加0.227个百分点,高于常规翻耕。茎秆、穗轴、苞叶变化规律不明显,有待于进一步研究。结果表明增施氮肥能提高玉米子粒蛋白质含量,留茬免耕则有利于提高氮肥转化利用率,对改善玉米品质有促进作用。3施肥对作物产量和子粒蛋白质含量的影响试验结果表明,与常规翻耕相比,保护性耕作(留茬)条件下玉米生长进程表现为前慢后快的规律,产量增加7.7%。各器官含氮量的变化主要表现为子粒、穗轴、茎秆含氮量分别增加0.52、0.27、0.43个百分点,穗叶和苞叶含氮量则分别降低0.99和0.23个百分点。追施氮肥比不追肥处理可以显著提高玉米产量和子粒蛋白质含量;但不同耕作方式下,常规翻耕追施氮肥(N4)平均能提高玉米子粒蛋白质含量0.45个百分点,而保护性耕作则可提高1.125个百分点,增幅为前者的2.5倍。表明保护性耕作不仅能增加作物产量,并且能促进作物对肥料的吸收,提高氮肥利用率,促进作物源器官的营养物质向库器官中转移,提高有机物在子粒中的转化合成效率。本试验