播期与开沟深度对春玉米产量和资源利用效率的影响.pdf

中 国 农 业 气 象 第 44 卷 916 中国农业气象（Chinese Journal of Agrometeorology）2023 年doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2023.10.005 向午燕,白伟,冯良山,等.播期与开沟深度对春玉米产量和资源利用效率的影响J.中国农业气象,2023,44(10):916-928 播期与开沟深度对春玉米产量和资源利用效率的影响*向午燕，白 伟，冯良山，蔡 倩，张 哲，孙占祥*，冯 晨*（辽宁省农业科学院耕作栽培研究所，沈阳 110161/国家农业环境阜新观测实验站，阜新 123100）摘要：2020-2021 年在国家农业环境阜新观测实验站开展田间定位试验，试验采用完全随机区组设计，设置5 个不同播期和 3 个不同开沟深度处理。2020 年分别于 4 月 11 日（T1）、4 月 18 日（T2）、4 月 25 日（T3）、5 月 2 日（T4）和 5 月 9 日（T5）播种，2021 年分别于 4 月 18 日（T2）、4 月 25 日（T3）、5 月 2 日（T4）、5 月 9 日（T5）和 5 月 16 日（T6）播种；开沟深度分别为 5cm（D0，平作对照）、10cm（D1）和 20cm（D2）。玉米收获后测定地上部干重、籽粒产量及产量构成要素，并于播种日和收获日分别测定土壤含水量，计算土壤蓄水量和玉米水分利用效率，探寻播期和开沟深度共同影响下春玉米地上部干物质积累和分配的规律，以及资源利用效率的变化，以期筛选区域适宜播期和开沟深度，优化半干旱区春玉米耕作栽培技术。结果表明，4 月 18 日5 月 2 日播期处理有利于地上部干物质积累，与其他播期平均值相比，成熟期地上部干物质含量提高 8.0%，同时促进干物质向穗重分配，平均产量高于其他播期 9.9%，水分利用效率有效提升，光能生产效率、温度生产效率和降水生产效率随着播期推迟均呈现先增加后降低的趋势；不同沟深处理成熟期地上部干物质、穗重表现为 D2D1D0，D2、D1 处理籽粒产量显著高于 D0 处理（平均 11.1%），且 2020 年水分利用效率差异显著。综合产量、资源利用效率以及产量变异系数认为，适期播种（4 月 25 日5 月 2 日）和深沟 20cm 最利于辽西半干旱地区玉米高产高效。关键词：播期；开沟深度；水分利用效率；资源利用效率；产量 Effects of Sowing Dates and Furrow Depths on Resource Utilization Efficiency and Yield of Spring Maize XIANG Wu-yan,BAI Wei,FENG Liang-shan,CAI Qian,ZHANG Zhe,SUN Zhan-xiang,FENG Chen（Tillage and Cultivation Research Institute,Liaoning Academy of Agricultural Sciences,Shenyang 110161/National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment,Fuxin 123100,China）Abstract:A two-year(2020-2021)field experiment was conducted at the National Agricultural Environmental Station for Agricultural Environment in Fuxin.The experiment was conducted in a completely randomized block design,consisting of five sowing dates with three furrow depths each year.Seeds were sown on April 11(T1),April 18(T2),April 25(T3),May 2(T4)and May 9(T5),respectively,in 2020,and were sown on April 18(T2),April 25(T3),May 2(T4),May 9(T5)and May 16(T6),respectively,in 2021.The furrow depths including 5cm(D0,convention planting as the control),10cm(D1)and 20cm(D2),respectively.By measuring above-ground dry matter,grain yield and yield components,soil water content on the sowing and harvesting day,and soil water storage and *收稿日期：2022-11-28 基金项目：辽宁省“兴辽英才计划”（XLYC2007041）；辽宁省农业科学院院长基金项目（2022QN2320；2021QN2007）；辽宁“百千万人才工程”资助项目（2021921035）；中国科学院战略性先导科技专项（XDA28090202）；辽宁省应用基础研究计划（2023JH2/101600048）*通讯作者：孙占祥，博士，研究员，主要从事旱地耕作制度研究，E-mail：；冯晨，博士，研究员，主要从事旱地耕作制度研究，E-mail：S 第一作者联系方式：向午燕，E-mail： 第 10 期 向午燕等：播期与开沟深度对春玉米产量和资源利用效率的影响 917maize water use efficiency were calculated,so as to explore the rule of dry matter accumulation and allocation of spring maize,and the changes in resource utilization efficiency under the influence of sowing dates and furrow depths.Both contribute to optimize the cultivation technology of spring maize by selecting suitable sowing date and furrow depth in semi-arid region.The results showed that the sowing dates from April 18 to May 2 were beneficial to the accumulation of above-ground dry matter.Compared with the average of other sowing dates,the maturity period was increased by 8.0%,and promoted the allocation of dry matter to ear weight,with an average yield 9.9%higher than other sowing dates.The water use efficiency was significantly improved.The production efficiency of solar radiation,growing degree days,and rainfall increased first and then decreased with the delay of sowing date.The above-ground dry matter and panicle ear weight were D2D1D0 in different furrow depth treatments at the maturity stage.The grain yield of D2 and D1 treatments was significantly higher than that of D0(11.1%on average),and there was a significant difference in water use efficiency in 2020.Considering yield,resource utilization efficiency and variation coefficient of yield,authors concluded that suitable sowing dates(April 25-May 2)and 20cm furrow depth were the most beneficial to high yield and resource utilization efficiency of maize in semi-arid area of western Liaoning.Key words:Sowing dates;Furrow depths;Water use efficiency;Resource utilization efficiency;Yield 辽西半干旱区是辽宁省春玉米主产区之一，对保障辽宁省粮食安全起到重要作用。2021 年辽宁省玉米种植面积 272.42104hm2，年产量 2.0107t1，近60a 随着辽西地区气温升高、降水减少、日照时数降低24，气候逐渐呈现暖干化趋势，制约着该区玉米高产稳产5。优化农艺措施可以提高资源利用效率，促进玉米生长发育和产量提高，如调整播期可显著影响净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及胞间CO2浓度等光合特性67，适宜播期有利于提高玉米出苗率，加快苗期出叶速度，增大叶面积与叶绿素含量；同时，还可增加可利用的光热资源，延长玉米生长期89，以保证灌浆期光合条件，稳定穗粒数，提高玉米产量1011。播种到出苗玉米对水分亏缺较敏感，播种期土壤水分状况显著影响玉米出苗率、营养生长和生殖生长阶段的干物质积累1214；适宜播期可充分利用降水资源，提高水分利用效率15。辽西地区常有春季“十年九旱”的情况发生16，沟播是该地区主要的播种方式之一，适宜的沟播深度可降低日均蒸发量，提高苗期土壤含水量，利于玉米出苗，延长生育期，为后期籽粒形成提供物质保障1719。气候变化下，虽然农艺措施包括品种、播期及种植密度等对不同地区作物生长发育与产量的影响研究已有诸多报道2024，但针对半干旱区农艺交互措施影响的研究鲜见报道。播期与播种开沟深度在作物生长前期水分利用方面均起到重要作用，但缺乏双因素共同影响对玉米生长发育的系统研究，辽西地区能否通过调整播期与开沟深度提升玉米产量尚未明确。因此，本研究在国家农业环境阜新观测实验站开展定位试验，设置不同播期和开沟深度，探讨气候变化背景下播期与开沟深度对玉米地上部干物质积累和分配规律、产量构成因素及最终产量的影响，明确不同模式下光、温、水资源利用效率，确定区域适宜播期与开沟深度，以期为辽西半干旱区域春播生产提供理论依据和技术支撑。1 材料与方法 1.1 试验地概况 20202021 年在国家农业环境阜新观测实验站（4206N、12143E）开展定位试验，试验区地势平坦，土壤类型为褐土，土壤耕层基本理化性质见表 1。该实验站位于典型半干旱区，年平均温度 8.3，10活动积温为 3351d，年均降水量为 480.5mm，降雨季节分配不均，70%以上降雨集中在 69 月，35月春旱较为严重。1.2 气象数据 玉米试验期内，温度和降水数据来自阜新国家基本气象站，选取每日 2：00、8：00、14：00、20：00 温度数据平均值作为逐日平均温度（），降水数据为前 1 日 20：00当日 20：00 累计降水量（mm）。逐小时太阳辐射量数据来自东方智感天圻智能气象站，其中 2021 年因仪器故障，太阳辐射数据缺测。中 国 农 业 气 象 第 44 卷 918 表 1 试验点土壤基本理化性质 Table 1 Soil physical and chemical properties at experimental site pH 有机质 Organic matter(gkg1)全氮 Total N(gkg1)全磷 Total P(gkg1)全钾 Total K(gkg1)速效氮 Available N(mgkg1)速效磷 Available P(mgkg1)速效钾 Available K(mgkg1)土壤容重 Bulk density(gcm3)6.58 15.3 0.8 0.68 21.9 76 46 108 1.42 1.3 试验设计 玉米分期播种试验于 2020 年 4 月2021 年 9 月在国家农业环境阜新观测实验站开展，玉米生长季按照当地常规播期、前后分别加 2 个播期，共设置 5个播期，2020 年分别于 4 月 11 日（T1）、4 月 18 日（T2）、4 月 25 日（T3）、5 月 2 日（T4）和 5 月 9 日（T5）播种，2020 年 9 月 26 日收获；2021 年分别于4 月 18 日（T2）、4 月 25 日（T3）、5 月 2 日（T4）、5 月 9 日（T5）和 5 月 16 日（T6）播种，2021 年 9月 27 日收获。其中，2021 年 4 月 1117 日试验地因低温影响，玉米试验推迟一周至 4 月 18 日开始分期播种。定位试验采用人工开沟、人工穴播的方式，设置 3 个开沟深度，分别为 5cm（D0，平作对照）、10cm（D1）和 20cm（D2），所有沟播播种后均覆土 5cm，不同沟深处理如图 1 所示。本试验共 15 个处理，采用随机小区分组，每个处理 3 次重复，共 45 个小区，小区长 10m，宽 2m。所有试验玉米供试品种均为“京科 968”，种植密度为 60000 株hm2；田间管理方式与当地农户一致，播前一次性深施复合肥 750kghm2。2020 年玉米生育期无灌溉；2021 年因春旱严重，苗期喷灌 10mm，保证玉米正常播种。1.4 测定项目与指标 1.4.1 地上部干物质积累和分配 在玉米生长发育的拔节期、开花期、灌浆期和成熟期 4 个关键期，每个小区选取生长发育较一致的代表性植株 3 株，测定地上部干物质重。采集样品放置烘箱内，在 105温度下杀青 30min，65恒温下烘 48h 后，用天平称重玉米穗重和地上部总重，取 3 次测定平均值。1.4.2 籽粒产量及产量构成要素 至玉米成熟后，每个小区随机取 10m2样区测定小区产量。利用谷物水分仪（浙江托普 PM8188A）测定玉米籽粒含水率，按 14%含水率折算公顷产量16。从收获样品中选取代表性果穗 5 个，测定玉米穗长、穗粗、穗粒数和百粒重，取平均值。1.4.3 土壤含水量与水分利用效率 玉米播种和收获日，以传统土钻法在小区对角线上选取 3 个采样点，采集 0100cm 土层土样，每10cm 一层16。各土壤样品分别装入直径 55mm、高度 35mm 铝盒中，带回实验室称湿重（包含铝盒重）后放置烘箱内，以 105温度烘 24h 后，测定干重（包含铝盒重），计算土壤含水量（b），取平均值作为小区土壤含水量。计算式为 b=（m1m2）/（m1m0）100%（1）式中，m0为烘干空铝盒质量（g），m1为烘干前铝盒及土样质量（g），m2为烘干后铝盒及土样质量（g）。土壤蓄水量（W）指单位面积和土层内储存水分的数量（mm），即 W=hab10/100（2）式中，h 为土层深度（cm），a 为土壤容重（gcm3），b 为土壤含水量（%）。玉米水分利用效率（Water use efficiency）是消耗单位水量所获得的玉米产量25，即 WUE=GY/ET （3）式中，WUE 是水分利用效率（kgmm1hm2），GY 为玉米籽粒产量（kghm2），ET 为蒸散量（mm），采用土壤水分平衡法计算蒸散量26，即 图 1 玉米不同沟深处理示意图 Fig.1 Schematic diagram of different furrow depths for maize 第 10 期 向午燕等：播期与开沟深度对春玉米产量和资源利用效率的影响 919ET=P+ID+WgR+SWD （4）式中，P 表示玉米生育期降水量（mm），I 表示灌溉量（mm），D 表示水分渗漏量（mm），Wg表示地下水补给量（mm），R 表示地表径流量（mm），SWD表示作物生育期土壤根层蓄水量的变化（mm）。试验为雨养条件，试验小区平坦，水分渗漏量和地表径流量忽略不计，试验地地下水位低于 4m，故地下水补给量忽略不计27。1.4.4 有效积温 玉米生育期10有效积温（GDD，growing degree day）28计算式为 GDD=(TiavgTbase)（5）式中，GDD 为生育期积累的10有效积温（d），Tiavg为日平均温度（），Tbase为玉米生育学下限温度 10。1.4.5 光能、温度、降水生产效率 光能、温度、降水生产效率29计算式分别为 PESR=GY/SR （6）PEGDD=GY/GDD （7）PERf=GY/Rf （8）式中，PESR为光能生产效率（gMJ1），PEGDD为温度生产效率（kghm21），PERf为降水生产效率（kghm2mm1），GY 为玉米籽粒产量（kghm2），SR 为太阳辐射量（MJm），GDD 为玉米生育期间10有效积温（d），Rf 为玉米生育期降水量（mm）。1.5 数据统计与分析 采用 Excel2016 进行数据整理，SPSS25.0 进行方差分析，Excel2016 和 Origin2022b 作图。2 结果与分析 2.1 玉米干物质积累与分配变化 不同播期玉米 4 个关键期地上部干物质重、穗重变化如图 2 所示。由图 2a1 和 2b1 可知，2020 年T1、T2 播期、2021 年 T2、T3 播期下玉米拔节期、开花期、灌浆期地上干物质重平均为 169.3g，高于其他处理 28%。灌浆成熟期，T1 播期玉米地上干物质重下降，T2、T3、T4 播期地上干物质重增加，2020 年 T2、T3、T4 播期处理平均值高出 T1、图 2 2020 年(a)和 2021 年(b)不同播期玉米地上部干物质重(1)、穗重(2)的变化 Fig.2 Changes of above-ground dry matter weight(1)and panicle weight(2)of maize in different sowing dates in 2020(a)and 2021(b)注：不同小写字母代表处理间差异达到 95%显著水平。下同。Note：Different lower case indicates the different significance among different treatments.The same as below.中 国 农 业 气 象 第 44 卷 920 T5 处理平均值10.1%；2021 年T2、T3、T4 播期处理平均值高出T5、T6 处理平均值6.0%，但差异均不显著。2020 年灌浆期玉米平均穗重为 25.7g，各播期处理差异不显著；成熟期玉米平均穗重为 204.5g，各处理间差异不显著，T2、T3、T4 播期下玉米成熟期平均穗重 212.8g，高于 T1、T5 平均值 10.8%，差异不显著（图 2a2）。2021 年不同播期下灌浆期玉米穗重差异显著（P0.05），T2、T3、T4 播期平均值较T5、T6 播期平均值高 74.4%，差异不显著（图 2b2）。由此可见，T2、T3、T4 播期下地上部干物质积累较高，成熟期地上部干物质较其他处理平均提高 8.0%，利于向穗重分配。两年玉米播期试验，玉米 4 个关键生育期地上部干物质重、穗重受到不同沟播深度影响如图 3 所示。由图可知，玉米成熟期地上部干物质重、穗重均表现为 D2D1D0，D2、D1 处理下，地上部干物质重平均比 D0 处理高 3.1%和 12.7%，D2、D1 处理下穗重平均比 D0 处理高 3.4%和 10.8%，深沟条件在生物量形成方面具有一定优势，但未达到显著。2.2 玉米产量及产量构成因素的变化 不同处理下玉米籽粒产量及产量构成因素的影响如表 2 所示。由表可知，2020 年不同播期间籽粒产量差异显著（P0.05），T3 播期处理产量最高，为 10512.4kghm2，显著高于 T1 产量 22.3%（P0.05）。各播期处理间穗长、穗粗、穗粒数和百粒重差异均不显著。2021 年不同播期处理穗长、穗粒数、籽粒产量差异均显著（P0.05），T3 播期穗长比 T6处理高 12.4%（P0.05），穗粒数比 T6 处理高 10.1%（P0.05），籽粒产量比 T5 处理高 12.6%（P0.05），而各播期处理间穗粗、百粒重差异均不显著。2020 年各沟深处理间穗长、穗粒数、籽粒产量差异均显著（P0.05），而穗粗和百粒重差异不显著，D1、D2 处 理 下 产 量 分 别 为 10294.6kghm2、9996.0kghm2，分别比 D0 处理高 20.6%、17.1%；2021 年各沟深处理间穗粗和籽粒产量差异均显著（P0.05），而穗长、穗粒数、百粒重差异均不显著，D1、D2 处 理 下 产 量 分 别 为 14089.1kghm2、14505.7kghm2，比 D0 处理高 4.6%和 7.7%。由图 4 可知，播期与沟深处理存在显著交互作用（P0.05）。2020 年产量最高的 3 组处理为 T2D1、T3D0和T5D1，2021年产量最高的3组处理为T2D1、T3D2 和 T4D2，两年试验结果均显著高于 T2D0、图 3 2020 年(a)和 2021 年(b)不同沟播深度玉米地上部干物质重(1)、穗重(2)变化 Fig.3 Changes of above-ground dry matter weight(1)and panicle weight(2)of maize in different furrow depths in 2020(a)and 2021(b)第 10 期 向午燕等：播期与开沟深度对春玉米产量和资源利用效率的影响 921表 2 2020 年和 2021 年不同处理对玉米籽粒产量及产量构成因素的影响 Table 2 Yield and its components affected by different treatments in 2020 and 2021 2020 2021 播期 Sowing 沟深Depth EL ED GE 100W Yield EL ED GE 100W Yield T1 D0 13.9b 41.8a 340.0a 36.2a 6387.6a D1 14.9ab 46.4a 423.2a 37.9a 9326.7a D2 15.5a 46.8a 423.4a 36.7a 10075.2a Me 14.8 45.0 395.5 36.9 8596.5 T2 D0 13.7a 46.7a 330.4b 40.6a 8198.6b 18.5a 52.0a 616.6a 38.7a 13235.1b D1 15.7a 47.8a 493.6a 39.4a 11512.5a19.4a 53.9a 663.9a 41.2a 16165.9a D2 14.7a 46.1a 403.2ab 39.2a 9026.6b 19.3a 53.3a 648.6a 41.4a 14451.2ab Me 14.7 46.9 409.1 39.8 9579.2 19.1 53.0 643.0 40.4 14617.0 T3 D0 15.6a 48.6a 468.9a 39.1a 11338.9a19.8a 52.5b 637.1b 41.2a 14362.0b D1 15.7a 46.1a 430.6a 36.5a 9583.8a 20.1a 53.6ab 701.5a 38.7a 13824.2a D2 15.3a 46.0a 419.1a 38.7a 10614.6a19.9a 54.9a 676.5ab 42.2a 16040.4ab Me 15.5 46.9 439.5 38.1 10512.4 19.9 53.7 671.7 40.7 14742.2 T4 D0 15.0a 46.7a 405.1b 37.2a 8873.8a 17.9a 52.9a 599.6a 38.5a 13468.1a D1 15.9a 44.3a 457.6ab 39.4a 10107.6a19.2a 54.3a 645.2a 42.3a 13766.6a D2 16.4a 47.1a 563.6a 36.6a 10624.4a18.3a 53.1a 605.8a 40.7a 15328.9a Me 15.7 46.0 475.4 37.7 9868.6 18.4 53.4 616.9 40.5 14187.8 T5 D0 14.3b 46.8a 402.8a 38.8a 7881.9b 18.0a 53.2a 632.6a 39.4a 13045.4a D1 16.1a 47.8a 460.5a 40.0a 10942.4a17.7a 52.9a 579.3a 39.8a 12623.7a D2 14.7ab 48.1a 418.a 40.2a 9639.0ab18.5a 52.5a 625.5a 39.5a 13591.1a Me 15.0 47.6 427.2 39.7 9487.8 18.1 52.8 612.5 39.6 13086.8 T6 D0 17.7a 52.9a 631.6a 38.8a 13207.7a D1 18.4a 53.6a 620.7a 40.9a 14064.9a D2 17.1a 53.6a 578.4a 40.7a 13116.8a Me 17.7 53.4 610.2 40.2 13463.1 T 2.24 1.14 2.67 2.56 3.37*4.36*0.94 4.53*0.28 4.10*D 5.85*0.27 5.79*0.12 11.13*0.69 3.55*1.03 1.43 3.43*ANOVA TD 1.23 1.24 2.86*0.78 3.86*0.43 1.45 1.84 0.85 2.33*注：T 表示播期，D 表示沟深，TD 表示播期和沟深交互作用，方差分析（ANOVA）为 F 值。Me 表示各播种期不同沟深处理的平均值。EL 表示穗长(cm)，ED 表示穗粗(mm)，GE 表示穗粒数，100W 表示百粒重（g），Yield 表示产量（kghm2）。*表示通过 0.05 水平显著性检验，*表示通过 0.01 水平显著性检验。下同。Note:T represents sowing date,D represents furrow depth,TD represents the interaction between sowing date and furrow depth.ANOVA is F-value.Me is average value of different furrow depth in each sowing treatment.EL is ear diameter(mm),ED is ear diameter(mm),GE is grains per ear,100W is 100-grain weight(g),yields unit is kgha1.*is P0.05,*is PD1D0，为高产奠定了基础。李俊红等研究表明，沟播耗水量较平播高 10.6mm，水分利用效率高 2.87%37。本试验中 D1 沟深处理下的玉米耗水量比 D0 沟深处理平均高 0.9mm，水分利用效率比 D0 沟深处理平均高11.1%；D2 沟深处理下的玉米耗水量比 D0 沟深处理平均高 8.7mm，水分利用效率比 D0 沟深处理平均高9.9%，沟播水分利用效率有一定提高，该研究结果与李俊红等37的研究一致。此外，深沟处理下春玉米可能根系生长具有优势，地上部生长良好，利于气孔开放、叶片蒸腾，形成光合物质，对气候资源利用率影响显著。中 国 农 业 气 象 第 44 卷 926 目前，关于播期与沟深的共同作用对作物产量及稳产性方面尚未见报道，本研究两年结果显示，T2D1、T3D2、T4D2 处理下明显提高了玉米产量且稳定性较好，通过本研究，证实了辽西地区通过播期和沟深的合理配置能够提高玉米产量。3.2 结论 春玉米播期过早或过晚影响干物质积累向穗部分配，不利于水分利用效率、气候资源利用效率的提升；浅沟种植不利于温度生产效率与降水利用效率的提高；适宜播期（4 月 25 日5 月 2 日）和深沟20cm 有利于提高春玉米干物质积累并向穗部转移，有助于产量形成和资源效率提高，增加产量及其稳定性。参考文献 References 1 辽宁省统计局.辽宁统计年鉴M.北京:中国统计出版社,2022.Liaoning Provincial Bureau of Statistics.Liaoning statistical yearbookM.Beijing:China Statistics Press,2022.(in Chinese)2 安昕,张国林.辽宁西部半干旱区近50年降水趋势及周期变化J.中国农学通报,2012,28(5):214-220.An X,Zhang G L.The precipitation trend and periodical changes in recent 50 years in semiarid region of western Liaoning provinceJ.Chinese Agricultural Science Bulletin,2012,28(5):214-220.(in Chinese)3 马永忠,黄英华,刁军,等.辽西地区降水农业满足度与干旱发生规律分析J.气象与环境学报,2016,32(5):131-138.Ma Y Z,Huang Y H,Diao J,et al.Analysis of satisfactory rainfall for agriculture and occurrence rules of drought in 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