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期刊：European Journal of Agronomy 1区TOP/IF=5.2
![]() 由于气候变化频繁，东北地区玉米生产不稳定；![]() 半干旱雨养区少耕和免耕提高了产量稳定性；![]() 东北地区农业应提倡少耕和免耕；![]() 提高辐射生产效率是保护性耕作的一个重要目标。 |
受气候变化影响，旱作农业的东北地区玉米生产的稳定性面临严峻挑战。为了研究长期少耕和免耕是否能提高或削弱东北地区玉米对气候变化的适应能力，维持玉米高产稳产，在4年的田间试验中，采用不同的种植密度和耕作方式，重点研究了不同年降水量和时间下玉米产量形成、冠层辐射截留和叶片光合生理特征。本研究的目的:1)长期少耕和免耕是否能提高不同降水年份的产量稳定性?2)长期少耕和免耕是否通过影响光合特性来维持玉米产量稳定性?试验在吉林省长春市吉林省农业科学院公主岭试验站(北纬43°52′N，东经124°81′E)。土壤为典型的“黑土”(soil Survey Staff, 1998)，当地称之为“黑土”。该地区处于温带和寒温带，气候湿润和半湿润。冬天寒冷干燥，夏天温暖短暂。生长期平均日照时数1222.3 h，太阳总辐射1679 MJ m - 2，平均气温18.6℃，平均降水量458.1 mm。气候和良好的土壤质量是北春玉米地区成为中国主要玉米产区的原因。研究期间的气象资料如图1所示。研究期间(2018—2021年)的年降水量与过去18年(2004—2021年)的年平均降水量几乎相等，但大部分年降水量发生在播种期(4月和5月)，占比很低。![]()
图1 2018 - 2021年东北地区玉米生长季日平均气温、太阳辐射和降水特征。长期田间试验从1983年开始，采用3个重复的随机区组设计，采用常规耕作(CT)、免耕(NT)和少耕(RT) 3个处理。在过去35年中，连续种植玉米，每年收获一次，并在2018年至2021年的长期耕作地块上进行了一项新的实验，也试验了植物密度效应。该试验在2018-2021年使用玉米杂交湘玉998 (XY998)，在6万株/ha和9万株/ha两个密度下进行。因此，试验分为CT6、NT6、RT6 6个处理，“6”表示6万;CT9、NT9和RT9，“9”表示90,000)(表1)。每个地块包含15个20米长的行。![]()
表2描述了试验处理、播种和农艺措施，包括化肥和除草剂的应用。杂草、病虫害在整个生长季节都得到了很好的控制。播种时施氮63 kg/ha、磷92 kg/ha、钾80 kg/ha。6叶期追加施氮180kg/ha。在2018年试验开始前，采用对角线法在每个小区选取5个点采集0 ~ 20 cm的土壤样品，测定土壤特征。![]()
产量
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图2 在两个种植密度下(2018-2021年平均)，长期常规耕作(CT)、免耕(NT)和少耕(RT)处理的玉米籽粒产量。(A) 6万株/ha (CT6、NT6、RT6);(B) 9万株/ha(CT9、NT9、RT9)。
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图3 两种种植密度下长期常规耕作(CT)、免耕(NT)和少耕(RT)处理播种-出苗期和出苗-收获期玉米籽粒产量与降水量的相关性
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图4 在两个种植密度下(2018-2021年的平均水平)，长期常规耕作(CT)、免耕(NT)和少耕(RT)处理的玉米收获指数(HI)。
冠层特性
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图5 在两个种植密度下(2018-2021年平均)，长期常规耕作(CT)、免耕(NT)和少耕(RT)处理的拔节期玉米株高。
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图6 两种种植密度下(2020-2021年平均值)，长期常规耕作(CT)、免耕(NT)和免耕(RT)处理玉米冠层不同位置的辐射截获率。(A和B) 60000株/ha玉米(A)花期和(B)收获期(CT6、NT6、RT6);(C和D) 90,000株/ha在玉米(C)花期和(D)收获期(CT9, NT9, RT9)。![]()
图7 在两种种植密度下(2020-2021年平均值)，长期常规耕作(CT)、免耕(NT)和少耕(RT)处理的玉米花后0、20和40天的叶片净光合速率(Pn)。(A) 60000株ha - 1 (CT6、NT6、RT6);(B) 9万株ha - 1 (CT9、NT9、RT9)。![]()
图8 (A和B)长期常规耕作(CT)、免耕(NT)和少耕(RT)处理(2020-2021年两种种植密度下的平均)玉米开花后0、20和40天的光系统II光化学最大量子产量(Fv/Fm)和(C和D)光系统II实际光化学效率(ΦPSII)。(A和C) 6万株/ha (CT6、NT6、RT6);(B和D) 90000株/ha (CT9, NT9, RT9)。
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图9 在两个种植密度下，长期常规耕作(CT)、免耕(NT)和少耕(RT)处理的玉米辐射生产效率(2020-2021年平均水平)和温度生产效率(2018-2021年平均水平)。(A和C) 6万株/ha(CT6、NT6、RT6);(B和D) 90000株/ha (CT9, NT9, RT9)。
长期少耕和免耕处理的玉米籽粒产量高于常规耕作处理。在气候变化的背景下，长期少耕对产量的影响较小，6万株和9万株/ha的少耕处理产量最高。与常规耕作相比，少耕和免耕均提高了玉米株高，提高了玉米冠层中部的辐射截留率，提高了生殖生长过程中的光合生理功能，其提高与产量的增加有关。因此，在东北旱作玉米种植区采用少耕和免耕技术可以提高玉米生产的稳定性，尽管不同年份的降水量存在差异。为保持该地区未来的高玉米产量，需要提高东北地区的收获指数。（欢迎大家投稿、转发和建议，也希望与您共同讨论相关知识，共同进步！）
