深松和施氮与土壤特性及玉米生长发育关系的研究
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摘要
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/hm~2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。
Because of unreasonable farming methods in the major maize production area ofnortheast, lead plough layer become shallow, soil plough pan compaction and soil bulkdensity augment. Also reduces the ability of soil to hold moisture and permeable capability.The grow resistance of root increased. Accordingly, the risk of drought, waterlogging, lodgingand inanition in late growth stage was increased and thus affects the improvement of yield.The nitrogenous fertilizer application management was so extensive in the northeast regionthat fertilizer use efficiency is low. The nitrogenous fertilizer application increase rate wasgreater than the maize yield rise rate. In consideration of the premises, we carried outexperiments from2010to2011in the agronomy research base of Yuhong District experimentbase of Shenyang. Experiment with zhengdan958for material, analyzing the soil physicalcharacteristics and maize root with different deep loosening mode. And research the influenceof growth and development in different deep loosening mode and nitrogen management.Through the deep loosening measures to improve nitrogen use efficiency in different nitrogenmanagement, as well as the further research on response of development and increasingproduction mechanism. At the same time, we wanted to provide scientific evidence toresource efficient use and decrease cost of production. The main results were as follows:
1. Interleave row deep loosening(T1) and each row deep loosening(T2) can not onlyeffectively break the soil plough pan, but also decrease the volume weight of soil and soildensity in10~30cm. T1with the bigger effect to decrease the volume weight of soil and soildensity than T2. Deep loosening can enhance soil water permeability and capacity on waterdepositing and holding; Due to the soil plough pan, the roots of no-deep loosening(CK) wereconcentrated in0~20cm depth of soil. But the root bleeding intensity of CK was lower thanT1and T2. The maize root in deep loosening treatment not only extent to deepper layer soil,but also expand the scope to plant two sides. In20~50cm depth of soil, the root dry matter,root length density and root surface were bigger in T1and T2than in CK，and T1was biggerthan T2. Deep loosening can reduce the lodging rate and enhance the yield to some extent.Therefore, through interleave row deep loosening(T1) can structure well plough layer and make for maize root fasten and extend in soil and thus absorbed more water and nutrient. T1treatment was with the lower lodging rate and higher maize yield. In the same time, T1treatment could reduce machine power consumption and decrease cost of production than T2.
2. Appropriate increase nitrogen application rates can improve light energy useefficiency, decrease respiratory consumption and increase accumulation of photosynthate inmaize leaves. Photosynthetic capacity and light energy use efficiency of maize leaves wereincreased by topdressing nitrogen. Topdressing nitrogen in jointing stage, the photosynthesiswas strongest and light energy use efficiency was highest. The maximum net photosyntheticrate and light saturation point is bigger in deep loosening treatment than that of in non-deeploosening treatment. The trmmol and cond were highest in treatment of nitrogen applicationrates in225kg/hm2and topdressing nitrogen in jointing stage. In this treatment Ci was lowerand Pn was higher than other treatment relatively. In addition combine with interleave rowdeep loosening, the PSII photochemical efficiency was highest.
3. Appropriate increase nitrogen application and deep loosening all can improve themaximum leaf area index (LAImax), average leaf area index (MLAI) and high LAI sustaindays. The maximum growth rate of LAI was along with the increase of nitrogen applicationrates. The maximum growth rate of LAI was highest in treatment of nitrogen application ratesin337.5kg/hm~2. Through deep loosening and topdressing nitrogen all can adjust growth rateof LAI, and the effect in deep loosening was bigger than in topdressing nitrogen in earlygrowth period. The topdressing nitrogen treatment was through slow down the decay rate ofLAI to adjust growth rate of LAI in later growth period. Unreasonable nitrogen applicationrates can shorten leaf functional period, and made population photosynthetic potential reduced.Topdressing nitrogen can increase population LAD. The population LAD was highest injointing stage topdressing treatment.
4. Stem epidermis thickness, vascular bundle number and area, xylem and phloem areawas strongly inversely associated with lodging.Through deep loosening and appropriate rateof nitrogen all can adjust vascular bundle structure. The big vascular bundle was shaped earlythan small vascular bundle, so topdressing nitrogen in later growth period have less influenceon big vascular bundle. But topdressing nitrogen in later growth period has some facilitation to small vascular bundle increase. However, topdressing nitrogen has less influence on xylemarea of small vascular bundle, but increased the phloem area to some extent. Deep looseningand nitrogen can improve transmission efficiency of vascular bundle, and ensure the "flow"unblocked. Nitrogen content of stem had significantly negative correlated to lodging rate ofmaize. But phosphorus content and potassium content of stem had no significantly negativecorrelated to lodging rate of maize. The flexural strength of stem had negative correlated tolodging rate of maize. Nitrogen application rates in225kg/hm2and topdressing nitrogen injointing stage and combine with interleave row deep loosening treatment is the most rationalcombinations. In this treatment, the vascular bundle internal structure was developed, thetransmission efficiency was highest, the flexural strength was largest, and the rate of lodgingwas lowest.
5. Increasing nitrogen application rates appropriately could increase maximum drymatter accumulation rate(Gmax), the time that peak of dry matter accumulation rate curve (Tmax)became short. When the nitrogen application rates in225kg/hm2and topdressing nitrogen injointing stage, the Gmaxwas biggest. Deep loosening could increase Gmax. The increase effectin T1was bigger than in T2. Unreasonable nitrogen application rates had no benefit to grainfilling. In treatment of nitrogen application rates in225kg/hm2, the100-grain weight washighest, maximum dry matter accumulation rate(G-max) and average dry matter accumulationrate(G) was biggest, and the time of maximal filling rate of grains (T-max)emeraged earlier.Topdressing nitrogen in jointing and filling stage and combine with interleave row deeploosening treatment, the100-grain weight was highest and maximum dry matter accumulationrate(G-max) was biggest.
6. Nitrogen harvest index and physiological nitrogen use efficiency was decreased underexcessive nitrogen application rates. Although nitrogen transfer from fertilizer to grain ratewas larger in lower nitrogen application rates, but difficult to satisfy the need that yieldincreases. The suitable nitrogen application was helpful to increase fertilizer use efficiencyand crop yield. Nitrogen accumulation and allocation proportion to nutritive organ in matureperiod was increased under excessive nitrogen application rates. But nitrogen allocationproportion to grain was decreased. Topdressing nitrogen can increase the nitrogen percentage in grain to whoil maize plant. Topdressing nitrogen in jointing stage, the yield increase effectsand nitrogen use efficiency were highest, nitrogen redistribution rates and nitrogen invegetative organs contribution rate to grains were biggest. Deep loosening can increase grainyield, nitrogen use efficiency and nitrogen percentage in grain to whoil maize plant in matureperiod to some extent.
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/hm~2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。
Because of unreasonable farming methods in the major maize production area ofnortheast, lead plough layer become shallow, soil plough pan compaction and soil bulkdensity augment. Also reduces the ability of soil to hold moisture and permeable capability.The grow resistance of root increased. Accordingly, the risk of drought, waterlogging, lodgingand inanition in late growth stage was increased and thus affects the improvement of yield.The nitrogenous fertilizer application management was so extensive in the northeast regionthat fertilizer use efficiency is low. The nitrogenous fertilizer application increase rate wasgreater than the maize yield rise rate. In consideration of the premises, we carried outexperiments from2010to2011in the agronomy research base of Yuhong District experimentbase of Shenyang. Experiment with zhengdan958for material, analyzing the soil physicalcharacteristics and maize root with different deep loosening mode. And research the influenceof growth and development in different deep loosening mode and nitrogen management.Through the deep loosening measures to improve nitrogen use efficiency in different nitrogenmanagement, as well as the further research on response of development and increasingproduction mechanism. At the same time, we wanted to provide scientific evidence toresource efficient use and decrease cost of production. The main results were as follows:
1. Interleave row deep loosening(T1) and each row deep loosening(T2) can not onlyeffectively break the soil plough pan, but also decrease the volume weight of soil and soildensity in10~30cm. T1with the bigger effect to decrease the volume weight of soil and soildensity than T2. Deep loosening can enhance soil water permeability and capacity on waterdepositing and holding; Due to the soil plough pan, the roots of no-deep loosening(CK) wereconcentrated in0~20cm depth of soil. But the root bleeding intensity of CK was lower thanT1and T2. The maize root in deep loosening treatment not only extent to deepper layer soil,but also expand the scope to plant two sides. In20~50cm depth of soil, the root dry matter,root length density and root surface were bigger in T1and T2than in CK，and T1was biggerthan T2. Deep loosening can reduce the lodging rate and enhance the yield to some extent.Therefore, through interleave row deep loosening(T1) can structure well plough layer and make for maize root fasten and extend in soil and thus absorbed more water and nutrient. T1treatment was with the lower lodging rate and higher maize yield. In the same time, T1treatment could reduce machine power consumption and decrease cost of production than T2.
2. Appropriate increase nitrogen application rates can improve light energy useefficiency, decrease respiratory consumption and increase accumulation of photosynthate inmaize leaves. Photosynthetic capacity and light energy use efficiency of maize leaves wereincreased by topdressing nitrogen. Topdressing nitrogen in jointing stage, the photosynthesiswas strongest and light energy use efficiency was highest. The maximum net photosyntheticrate and light saturation point is bigger in deep loosening treatment than that of in non-deeploosening treatment. The trmmol and cond were highest in treatment of nitrogen applicationrates in225kg/hm2and topdressing nitrogen in jointing stage. In this treatment Ci was lowerand Pn was higher than other treatment relatively. In addition combine with interleave rowdeep loosening, the PSII photochemical efficiency was highest.
3. Appropriate increase nitrogen application and deep loosening all can improve themaximum leaf area index (LAImax), average leaf area index (MLAI) and high LAI sustaindays. The maximum growth rate of LAI was along with the increase of nitrogen applicationrates. The maximum growth rate of LAI was highest in treatment of nitrogen application ratesin337.5kg/hm~2. Through deep loosening and topdressing nitrogen all can adjust growth rateof LAI, and the effect in deep loosening was bigger than in topdressing nitrogen in earlygrowth period. The topdressing nitrogen treatment was through slow down the decay rate ofLAI to adjust growth rate of LAI in later growth period. Unreasonable nitrogen applicationrates can shorten leaf functional period, and made population photosynthetic potential reduced.Topdressing nitrogen can increase population LAD. The population LAD was highest injointing stage topdressing treatment.
4. Stem epidermis thickness, vascular bundle number and area, xylem and phloem areawas strongly inversely associated with lodging.Through deep loosening and appropriate rateof nitrogen all can adjust vascular bundle structure. The big vascular bundle was shaped earlythan small vascular bundle, so topdressing nitrogen in later growth period have less influenceon big vascular bundle. But topdressing nitrogen in later growth period has some facilitation to small vascular bundle increase. However, topdressing nitrogen has less influence on xylemarea of small vascular bundle, but increased the phloem area to some extent. Deep looseningand nitrogen can improve transmission efficiency of vascular bundle, and ensure the "flow"unblocked. Nitrogen content of stem had significantly negative correlated to lodging rate ofmaize. But phosphorus content and potassium content of stem had no significantly negativecorrelated to lodging rate of maize. The flexural strength of stem had negative correlated tolodging rate of maize. Nitrogen application rates in225kg/hm2and topdressing nitrogen injointing stage and combine with interleave row deep loosening treatment is the most rationalcombinations. In this treatment, the vascular bundle internal structure was developed, thetransmission efficiency was highest, the flexural strength was largest, and the rate of lodgingwas lowest.
5. Increasing nitrogen application rates appropriately could increase maximum drymatter accumulation rate(Gmax), the time that peak of dry matter accumulation rate curve (Tmax)became short. When the nitrogen application rates in225kg/hm2and topdressing nitrogen injointing stage, the Gmaxwas biggest. Deep loosening could increase Gmax. The increase effectin T1was bigger than in T2. Unreasonable nitrogen application rates had no benefit to grainfilling. In treatment of nitrogen application rates in225kg/hm2, the100-grain weight washighest, maximum dry matter accumulation rate(G-max) and average dry matter accumulationrate(G) was biggest, and the time of maximal filling rate of grains (T-max)emeraged earlier.Topdressing nitrogen in jointing and filling stage and combine with interleave row deeploosening treatment, the100-grain weight was highest and maximum dry matter accumulationrate(G-max) was biggest.
6. Nitrogen harvest index and physiological nitrogen use efficiency was decreased underexcessive nitrogen application rates. Although nitrogen transfer from fertilizer to grain ratewas larger in lower nitrogen application rates, but difficult to satisfy the need that yieldincreases. The suitable nitrogen application was helpful to increase fertilizer use efficiencyand crop yield. Nitrogen accumulation and allocation proportion to nutritive organ in matureperiod was increased under excessive nitrogen application rates. But nitrogen allocationproportion to grain was decreased. Topdressing nitrogen can increase the nitrogen percentage in grain to whoil maize plant. Topdressing nitrogen in jointing stage, the yield increase effectsand nitrogen use efficiency were highest, nitrogen redistribution rates and nitrogen invegetative organs contribution rate to grains were biggest. Deep loosening can increase grainyield, nitrogen use efficiency and nitrogen percentage in grain to whoil maize plant in matureperiod to some extent.
引文
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