深松和施氮与土壤特性及玉米生长发育关系的研究

由于东北玉米主产区多年耕作方式不合理，导致耕层变浅，犁底层紧实，容重增加。使土壤蓄水和透水能力差，根系下扎阻力增加，从而增加了玉米旱灾、内涝、倒伏、中后期营养不足等风险，进而影响玉米产量的提高。东北地区施肥管理较为粗放，肥料利用效率低，增肥而不增产现象较为严重。鉴于此，本研究于2010年2011年在辽宁省沈阳市于洪区造化乡实验基地进行，试验以郑单958为材料，研究了不同深松方式下土壤物理特性的变化及根系的响应，以及深松与施氮对玉米生长发育的影响。通过深松措施提高不同施氮处理的氮肥利用效率，并对生长发育的响应和增产机理做进一步的系统研究，为资源高效利用及降低生产成本提供理论依据。主要研究结果如下： 1.隔行深松（T1）与行行深松（T2）可有效打破犁底层，10～30cm土壤容重和土壤紧实度显著降低，且T2处理对土壤容重和紧实度的降低作用大T1处理。深松增强了土壤的透水性和蓄水能力；由于犁底层的存在，不深松（CK）处理的根系大部分集中分布在地表0～20cm土层范围，而单株根系伤流强度却明显小于T1和T2；深松处理的根系能更好地向深层土壤下扎并向植株两侧扩展，20～50cm土层T1与T2的根干重、根长密度和根系体积均显著大于不深松处理，且T1>T2。深松后倒伏率降低，对增产有一定的促进作用。通过垄间隔行深松，可以构建良好的耕层结构，有利于根系的固定和下扎，使根系更好地吸收水分和养分，在倒伏率降低、产量增加的同时，也较行行深松减少了机械动力消耗，生产成本降低。 2.适当增施氮肥可以提高玉米叶片的光能利用率，降低呼吸消耗，增加光合产物的积累。等氮量下通过氮肥多次追施，可增强灌浆中期玉米叶片的光合能力，提高光能利用效率。拔节期追施氮玉米叶片光合作用最强、光能利用率最高。深松处理最大净光合速率和光饱和点均大于不深松处理，行行深松的最大净光合速率最大、光饱和点最高。施氮量为225kg/hm2时，在拔节期追氮，蒸腾速率（Trmmol）与气孔导度（Cond）最高，而胞间二氧化碳浓度（Ci）相对较低，Pn（净光合速率）高于其他氮肥处理。施氮量225kg/hm2时，在拔节期追施氮肥并结合隔行深松，PSII光化学效率最高。 3.适当增施氮肥与深松均可提高最大叶面积指数（LAImax）、平均叶面积指数（MLAI）与较高LAI持续天数。LAI最大增长速率随着施氮量的增加而升高，各施氮水平中以施氮量为337.5kg/hm2的LAI最大增长速率最高。通过深松和追氮均可调节群体LAI增长速率，深松对生育前期群体LAI增长速率的调节作用大于追氮处理，而追氮处理在生育后期通过减缓群体LAI衰减速率来调节群体LAI，且其调节作用大于深松措施。施氮量不合理会缩短叶片的功能期，使群体光合势降低，后期下降速度加快。通过追氮可增加群体LAD，拔节期追氮群体LAD最大。 4.茎杆表皮厚度、维管束的数量和面积、木质部和韧皮部面积与倒伏均呈显著的负相关关系，通过深松及适量施氮均可调节维管束结构。大维管束的形成早于小维管束，生育后期追施氮对大维管束面积的影响较小，而对小维管束面积的增加有一定的促进作用。然而追施氮肥对小维管束木质部面积的影响较小，但在一定程度上提高了韧皮部面积。深松和施氮均提高了维管束的输送效率，保证了“流”的畅通。茎杆中含氮量与玉米倒伏率呈显著的负相关关系，而含磷量和含钾量与倒伏率的关系并不密切。玉米茎杆的抗折强度与倒伏率呈负相关关系。施氮量为225kg/hm2时，在拔节期追施氮肥，并结合隔行深松，玉米茎杆维管束内部结构发达、输送效率最高、抗折强度最大、倒伏率最低。 5.适量增施氮肥可使最大干物质增长速率（Gmax）增加、干物质最大增长速率出现的天数（Tmax）提前，其中以施氮225kg/hm2和拔节期追氮最大干物质增长速率（Gmax）最大。通过深松可使最大干物质增长速率（Gmax）增加，与CK相比，T1对最大干物质增长速率（Gmax）的增加作用大于T2。施氮量不合理不利于籽粒灌浆，各施氮水平中以施氮225kg/hm2百粒重最高、最大灌浆速率（G-max）与平均灌浆速率（G）最大、最大灌浆速率出现的天数（T-max）最早。通过氮肥后移与深松均能提高百粒重和最大灌浆速率（G-max），拔节期与灌浆期追氮并结合隔行深松，百粒重最高，最大灌浆速率（G-max）最大。 6.施氮量过高，氮素收获指数和氮肥生理利用率降低。施氮量过低，虽然施入的氮素向籽粒中转移的比例较大，却难以满足增产的需要。合理的施氮量有利于氮肥肥效的发挥、获得较高的产量。施氮量过高增加了成熟期氮素向营养器官的积累和分配比例，却降低了氮素向籽粒的分配比例。追施氮肥能提高成熟期籽粒中氮素占单株总氮的比例。等氮量下在拔节期追氮，增产效果最好、氮肥利用效率最高、氮素再分配比例及营养器官对籽粒中氮的贡献率最大。深松可在一定程度上提高籽粒产量、氮肥利用效率和成熟期籽粒中氮素占单株总氮的比例。