地膜覆盖和品种互作对玉米产量、根系特征及养分吸收的影响

摘要

覆膜双垄沟播技术广泛应用于我国黄土高原农业区的玉米生产。然而，目前国内却缺乏针对覆膜条件下，使用双垄沟播栽培技术进行玉米育种。当覆膜双垄沟播技术应用于不同玉米品种时，地膜覆盖和不同玉米品种间的交互作用，对产量、根系特征、根冠比和养分吸收及转运的影响鲜见报道。因此，为了进一步提高覆膜双垄沟播栽培技术中玉米的产量和质量，不同玉米品种对地膜覆盖的响应机制显得尤为重要。 本研究于2014年–2015年在甘肃省榆中县 (35°54′N，104°05′E) 进行双垄沟播技术的田间试验。试验为双因素完全随机区组设计：地膜覆盖 (覆膜和不覆膜)和玉米品种，分别为金穗4 (JS); 吉祥1 (JX); 平玉8 (PY); 先玉335 (XY); 玉源5 (YY)。以探究覆膜处理条件下，不同玉米品种的玉米产量、产量构成要素、水分利用效率、根系生物量、根长密度、根冠比、氮素吸收及转移和磷素吸收及转移的差异以及覆膜对这些指标的影响是否随品种变化而具有差异，以期筛选出高产和高质玉米的判断指标。本研究得出以下主要研究结果： 1、2014年五个品种的籽粒产量在不覆膜条件下为 685–898 g m?2，覆膜后为966–1228 g m?2。 在较为干旱的2015年，五个品种的籽粒产量在不覆膜条件下为179–353 g m?2，覆膜后为548–1021 g m?2。平均品种、覆膜和年份，吉祥1是籽粒产量最高的品种。与不覆膜的品种产量相比较，覆膜提高平玉8、金穗4和先玉335的籽粒产量是不覆膜处理的2倍，覆膜提高玉源5和吉祥1的籽粒产量是不覆膜处理的3倍，覆膜对籽粒产量的影响随品种不同而具有差异。在水热有限的地区，较高的收获指数和平均水平的地上生物量可形成较高的籽粒产量。 2、覆膜显著增加穗长、穗粒数和百粒重，降低秃尖长，且与品种交互影响穗长、穗数和百粒重。缺水年份，保证田间穗数是稳产的关键。而更大的籽粒形态 (百粒重) 有利于得到较高的籽粒产量，尤其是在水热有限的地区，提高穗数、穗粒数和百粒重是育种和品种筛选获得高产的关键。 3、品种吉祥1在不覆膜和覆膜处理下水分利用效率分别为1.8和3.2 g m-2mm-2，显著高于玉源2、金穗4和先玉335。玉米水分利用效率的差异主要是由于覆膜和品种对生长季蒸散量影响较小，对产量显著影响所引起。覆膜处理较不覆膜处理提高了玉米水分利用效率，解决了半干旱区玉米生育前期雨水不足，与玉米生长不一致的矛盾。 4、平均年份和覆膜处理，玉源5在土层0–60 cm中根生物量最高 (123 g m-2)，吉祥1在土层0–60 cm中根生物量最低 (88.5 g m-2)。平均年份，覆膜显著提高了品种平玉8和先玉335的根长密度。覆膜提高了玉米0–60 cm根系生物量和根长密度，增加幅度因品种而异。覆膜促进作物地上部积累并改变了土壤水热条件，不仅将深层土壤水分上提至表层，同时提高了表层土 (0–20 cm) 根重和根长的分布比例。根量和根长的大小与籽粒产量的变化不一致，因此不能确定较大的根系有利于籽粒产量的积累。 5、与不覆膜相比较，2014年覆膜增加先玉335的根冠比却降低平玉8的根冠比，对品种金穗4、吉祥1和玉源5没有显著影响。2015年覆膜显著增加金穗4和先玉335的根冠比，降低吉祥1和平玉8的根冠比，对品种玉源5没有影响。品种和年份引起的根冠比差异较大说明地上生物量确定的情况下用定值根冠比来估计作物根系对土壤的碳输入量具有较大的不确定性。 6、覆膜后不同品种籽粒的氮和磷的吸收能力不同。品种金穗4和玉源5的籽粒氮及磷浓度最高，但相应的籽粒产量较低。籽粒氮浓度和籽粒产量呈负相关，高产与高质存在矛盾性。 7、覆膜提高了地上部玉米茎和叶的氮磷含量，因此促进了玉米氮和磷的转移量。覆膜增强了玉米对生长环境的适应性，不仅体现在籽粒的增产稳定上，同时体现在养分吸收方面。 综上所述：覆膜对玉米产量、根系生物量和根长密度的影响随品种不同具有差异。在半干旱区，采用地膜覆盖种植玉米的地区应根据种植区特性选择适当的品种，以期在增产的同时高效利用有限的自然降水和土壤养分。

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