全 文 ：文章编号 :100028551 (2005) 042269205
不同耕作措施对微环境变化的影响
李洪勋1 　吴伯志2
(1. 贵州省烟草科学研究所Π中国烟草西南农业试验站 ,贵州 贵阳　550003 ;2. 云南农业大学 ,云南 昆明　650201)
摘 　要 :用滇丰 4 号玉米做材料研究了 4 个栽培处理 (A、B、C、D)在 3 个坡度 (3°、10°和 27°) 上种
植玉米微环境的变化。结果表明 B 处理 (沿等高线 + 薄膜覆盖 + 秸秆覆盖 + 开沟种植) 效果
最佳 :B 处理构建了高产玉米冠层的微环境特性和冠层结构 ,并改善了叶片光合特性。生育期
间 3 个坡度上 B 处理的平均细胞间隙 CO2 浓度始终大于对照 (处理 D) ,2002 年平均比对照增
加 39137 % ,2003 年增加 36178 %。2003 年 9 月 2 日光合速率在 12 :00 时 ,处理 B 比对照增加
24135 %。经相关分析可知 ,各个坡度总体上玉米叶片净光合速率与蒸腾速率呈显著正相关关
系。
关键词 :耕作措施 ;玉米 ;微环境变化
EFFECTS OF DIFFERENT TILLAGE ON THE MICRO2ENVIRONMENTAL VARIATION
LI Hong2xun1 　WU Bo2zhi2
(11 Tobacco Research Institute of Guizhou Π TobaccoAgricultural Experiment Station of West South China , Guiyang Guizhou , 550003 ;
21 Yunnan Agricultural University , Kunming , Yunnan , 650201)
Abstract :Field experiments were carried out to study the effects of cultivation treatments (A ,B ,C ,D) in slope
lands(3°, 10°and 27°) on micro2environmental changes of planted corn (Dianfeng 4) . The results showed that
treatment B (contour + polythene mulch + straw mulch + furrow planting) provided the best micro2environment . with
a high yield canopy and canopy structure , an improved photosynthesis characteristic of corn leaves. The intercellular
CO2 concentration of treatment B in three slope ( 3°, 10°and 27°) was higher compared with control D , the
increasement was 39. 37 % in 2002 , and 36. 78 % in 2003. The diurnal net photosynthetic rate for treatment B at
12 :00 , Sep . 2 , 2003 , was increased by 24. 35 %. The correlation coefficient indicates a positive relation of the net
photosynthetic rate and transpiration rate for different slope cand.
Key words :tillage ; corn ; micro2environmental variation
收稿日期 :2004209208
作者简介 :李洪勋 (1975 - ) ,男 ,山东菏泽人 ,硕士 ,从事作物栽培研究。Email :lihx-666 @163. com
作物冠层结构系作物地上部分各器官的数量及其空间分布状态 ,由群体几何形态、数量和空间散三
方面性状组成。冠层结构不仅直接影响着太阳光的截获量 ,而且通过影响冠层内水、热、气等微环境最
终影响着群体的光合效率和作物产量 ,因此 ,多年来一直是作物生理、栽培和育种等学科研究的热点。
玉米植株冠层微环境是决定冠层内光合特性的直接因素。冠层变化要适应玉米生长所需 ,高光合冠层
一定要有与之相适应的微环境条件。本试验通过玉米几种不同耕作措施的微环境变化比较 ,以期找到
一种最佳的耕作措施来指导当地农业生产。
962　核 农 学 报　2005 ,19 (4) :269～273Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
1 　材料与方法
供试玉米品种为滇丰 4 号试验于 2002 —2003 年在云南农业大学农场进行。土壤为红壤 ,肥力中
等 ,采用随机区组设计 ,3 次重复 ,播期为 4 月中旬。试验分 4 个处理 :A :沿等高线 + 薄膜覆盖 + 开沟种
植 ;B :沿等高线 + 薄膜覆盖 + 秸秆覆盖 + 开沟种植 ;C :沿等高线 + 薄膜覆盖 + 打塘种植 ;D (对照) :无任
何覆盖的顺坡打塘种植 (穴播) 。其中处理 A、B、C重复 3 次 ;处理 D 重复 1 次。坡度 3°和 10°小区面积 3
m×8m ,27°小区面积 112 m ×6m。在 3°和 10°的试验地内 ,A、B、C 处理塘行距 82cm ×45cm ,等行距种植
10 行 ×7 塘 ;D 处理塘行距 80cm ×48cm ,种植 18 行 ×4 塘。27°的试验地内 ,A、B、C 处理塘行距为 93cm
×40cm ,等行距种植 7 行 ×3 塘 ;D 处理塘行距 80cm ×57cm ,种植 11 行 ×2 塘。
种时施入基肥 :有机肥 15tΠhm2 ,普钙 300kgΠhm2 ,尿素 225kgΠhm2 。B 处理行间覆盖麦秆 3000kgΠhm2 。
大约 50 %的玉米出苗时 ,开始分批破膜放苗。当玉米生长到 3～5 个叶片时 ,开始补苗。种后 40 和 60d
分别追肥尿素。追肥时对膜下和株行间的田间杂草进行拔除。所有管理措施各小区均保持一致。
本试验定标准株取样 ,用植物冠层结构测定出苗期、拔节期、抽雄期和成熟期的平均叶倾角。出苗
期、拔节期、抽雄期、成熟期各生育时期分别选择一晴天用 CI301ps 便携式光合测定仪测定叶片的净光
合速率、气孔导度、光合有效辐射、蒸腾速率、细胞间隙 CO2 浓度等。拔节期测定第 6 片展开叶 ,以后测
定穗位叶 ,每小区测定 3 株 ,取平均值。另外 ,用光合测定仪在生育中期选择一晴天 (两年都是 9 月 2
日 ,记作 9Π2) ,从早 06∶00 到晚 18∶00 测定光合指标日变化 ,每 2h 测定 1 次。
2 　结果与分析
211 　光合有效辐射的变化
冠层内的光合有效辐射 ( Photosynthetically available radiation ,PAR) 是微环境中的一个重要指标。许
多研究结果表明[1～6 ] ,冠层内光照强度是决定冠层光合特性的主要微环境因子。因此 ,创制高光合冠层
结构 ,首先要创制出合理的冠层内光分布。吸收较多的光合有效辐射 ,不仅可以提高冠层内叶片的光合
效率 ,而且可以改善冠层内其它微环境条件[7 ] 。本试验结果表明 ,各个坡度总体上光合有效辐射 Y与
净光合速率 X拟合的线性回归方程为 :
2002 年 : Y净光合速率 = 01191 X光合有效辐射 + 551273 , R2 = 01679 33 ( F = 391339 , P = 01000)
2003 年 : Y净光合速率 = 012 X光合有效辐射 - 971749 , R2 = 01694 33 ( F = 421685 , P = 01000)
　　从表 1 可以看出 ,2003 年生育期玉米冠层内的光合有效辐射 9Π2 最大 ,其变化趋势可描述为一条单
峰型曲线。处理B 玉米冠层内穗位叶处的光合有效辐射较其他处理大 ,且光合有效辐射依次为B > A >
C > D。这主要因为开沟、覆膜、盖草种植可提高土壤温度和浅层土壤水分含量 ,改善作物生长的水、温
小环境 ,可以有效提高作物的光合能力[8 ] 。
由表 1 知 ,3 个坡度不同处理在 7Π31 (抽雄穗前时期) 冠层的光合有效辐射之间的差异达到了极其
显著水平。此时 ,3°覆膜处理 B、A、C比对照 D 处理 PAR 分别增加 223194 %、217119 %和 16511 % ;10°分
别为 229158 %、191187 %和 181114 % ;27°比例分别为 138189 %、111106 %和 50115 %。这是由于地膜及膜
下附着水珠对光的反射率较土壤大得多 ,因而增加了田间光照[9 ] ;这段时间处理 B 比 A 增加的比例在
3°、10°和 27°3 坡度上分别为 2114 %、12193 %和 13119 % ,这可能与处理 B (覆膜 + 盖草) 可以反射照到地
面的一部分太阳光从而增加叶片光照有关。
212 　玉米叶片胞间 CO2 浓度的变化
光合作用是植物利用光能将 CO2 和 H2O 转化为有机物的生理过程 ,呼吸作用则是将有机物分解并
释放 CO2 的过程 ,CO2 就成为这两个过程中的“源”和“库”。玉米胞间 CO2 浓度的变化将能反映光合作
用和呼吸作用的动态变化过程 ,因此是一个重要的微环境因子。
072 核　农　学　报 19 卷
表 1 　2003 年生育期内不同处理光合有效辐射的变化
Table 1 　Variation of Photosynthetically Available Radiation of different
treatments during the growing period of corn in 2003 (μmolΠm2·s)
坡度
gradient
日期
date
处理 treatment
D C A B
F P
3°
10°
27°
7Π31 40412aA 107114bB 128119cC 130913dD 732915 33 01000
8Π17 151212aA 184315bB 191612cBC 194314cC 16812 33 01000
9Π2 224018a 224612 224913 230517 01174 01911
9Π28 2207a 221316 222711 222912 01631 01615
7Π31 31015aA 873bB 90613bB 102315dD 828613 33 01000
8Π17 160318aA 176515bB 128114bB 183219bB 1514 33 01001
9Π2 223611a 223714a 2252a 2298a 30183 01000
9Π28 2183a 218914ab 220319bc 2215c 5106 0103
7Π31 21213aA 31817bB 448Cc 50711Dd 336303 01000
8Π17 158516 1594 163914 166114 11627 01258
9Π2 215618 223315 226514 227311 01008 01999
9Π28 209511aA 214711bB 220315cC 220513cC 793163 01000
注 : 表中数据后带有相同小写Π大写字母表示在 0105Π0101 水平差异不显著。处理 A :等高 + 开沟 + 地膜覆盖 ;B :等高 + 地膜覆盖 + 秸秆
覆盖 + 开沟 ; C :等高、打塘、地膜覆盖 ;D :顺坡、裸地、打塘。下表图同。
Note :the data followed by common small and capital letters indicated no significant at 0105 and 0101 levels , respectively1 treatment A :contour + polythene
mulch + furrow sowing ; treatment B :contour + polythene mulch + straw mulch + furrow sowing ; treatment C : contour + punch planting + polythene
mulch ;treatment D :in sloppy direction + without mulch + punch planting. The following tables and figures are same.
图 1 　不同处理穗位叶细胞间 CO2 浓度的变化
Fig. 1 　Variation of intercellular CO2 concentration in functional leaf of different treatments
　　从图 1 中可知 ,随生育期向后推移 ,胞间 CO2 浓度呈单峰曲线变化。从灌浆后期到蜡熟期 ,由于叶
片开始脱落 ,植物利用 CO2 的能力降低 ,胞间 CO2 浓度随之下降。由于覆膜处理具有增温、保墒等功
能 ,改善了土壤水、养、气、热 4 大肥力因素 ,促进了土壤有益生物的活动 ,可以放出一定量的 CO2 供叶片
吸收 ,覆膜土壤的 CO2 浓度在整个生长季都明显高于裸地土壤 ,平均高 3214 %[10 ] ,故生育期间各个坡度
处理 B、A、C 的平均胞间 CO2 浓度始终大于处理 D ,2002 年处理 B、A、C 平均比对照增加比例分别为
39137 %、29114 %和 14129 % ,2003 年的对应比例为 36178 %、27134 %和 13146 % ;开沟种植可能自然形成
一个通风通道 ,保证光合作用的“源”物质 CO2 不断送于冠层内 ;覆膜后地温提高 ,有利于土壤呼吸 ,改
善了群体内的小气候环境 ,有利于光合作用[11 ] 。
另外 ,秸秆在中期腐解过程中 ,可释放出 CO2 ,能够提高田间 CO2 浓度 ,据测定 ,作物利用当季覆盖
秸秆所释放出的 CO2 可达到总量的 416 % ,能够促进作物对 CO2 的吸收[12 ] 。本试验玉米生育期胞间
CO2 浓度动态变化为处理 B > A > C > D ,特别在玉米生殖生长期尤其明显 ,如 2002 年 9 月 2 日测定 , 10°
的处理 B、A、C平均分别比对照处理 D 高出 96、70 和 31mgΠL ,2003 年分别高 104、70 和 37mgΠL。在灌浆
期保证叶片有充足的胞间 CO2 浓度是处理 B 创高产的原因之一。
172　4 期 不同耕作措施对微环境变化的影响
213 　冠层内温、湿度的变化
温度不仅是作物冠层发展的一个重要环境因素 ,也是与光合作用特性密切相关的一个重要微环境
指标。许多研究表明[13～15 ] ,土壤温度和气温与玉米叶片的穗长、雌穗发育、叶面积以及产量都有密切关
系。因此 ,研究冠层内微环境的温、湿度变化对玉米的生长发育进程和光合特性的影响是很有意义的。
表 2 　冠层温度日变化
Table 2 　Diurnal variation of temperature in canopy ( ℃)
处理 treatment 06∶00 08∶00 10∶00 12∶00 14∶00 16∶00 18∶00
B 1712 2018 22 2516 2718 2619 2416
A 17 20 2115 25 27 26 24
C 1618 1917 2019 2417 2615 2515 2318
D 1615 1915 2016 2415 2611 2513 2314
从表 2 中 2003 年 9 月 2 日测定的结果可以看出 ,4 种种植方式下冠层温度的日变化比较平缓 ,且差
别不是很大。温度在一天中基本上保持逐渐上升的趋势 ,在 06∶00210∶00 之间温度上升比较缓慢 ,原因
是大气温度上升较慢 ,在加上与冠层郁闭 ,蒸腾作用较弱 ;10∶00214∶00 之间 ,冠层温度随太阳光照加强 ,
气温升高速度加快 ,但与大气温度有个时差 ,冠层温度上升延续到 14∶00 左右 ;以后 ,随气温的下降而下
降。总的来说 ,处理 B 接受更多的光照较其他处理冠层温度要稍稍高些。沟播方式保墒能力较强 ,有
防旱作用 ;又因采光面积大 ,没有播种孔 ,地温较高 ,能防止低温冷害[16 ] 。
从整个生育期看 ,各个坡度不同处理冠层相对湿度的变化规律基本一致 (见图 2) ,都呈单峰曲线变
化 ,生殖生长期最大 ,前、后期较小 ,与中期冠层郁蔽 ,前期叶面积发育较小 ,后期叶片逐渐干枯致使叶面
积减少等原因有关。各处理间同冠层湿度日变化相类似 ,生育期各个坡度不同处理的冠层相对湿度大
小比较存在一定规律 :处理 B < A < C < D。所以 ,处理 B 较其他处理 ,特别相对对照 D ,由于其改善的冠
层内光照和 CO2 浓度 ,因此具有良好的通风透光能力 ,降低了冠层湿度水平 ,为高光合冠层创制最佳微
环境条件。具有提高光合作用效率的冠层优势特点。朱自玺等试验表明[17 ] ,夏玉米实行麦秆覆盖后 ,
地面热量平衡发生明显变化 ,湍流热通量增大 ,而潜热通量减少 ,从而使地面温度降低 ,有效地抑制了土
壤水分蒸发 ,使土壤湿度增大 ,影响玉米田小气候。
图 2 　不同处理冠层相对湿度变化
Fig. 2 　Variation of relative humidity in canopy of different treatments
表 3 　冠层相对湿度日变化
Table 3 　Diurnal variation of relative humidity in canopy ( %)
处理 treatment 06∶00 08∶00 10∶00 12∶00 14∶00 16∶00 18∶00
B 5518 5917 5717 4718 4416 4217 5318
A 5612 6013 5815 4813 4515 4313 5411
C 57 6114 6018 5114 47 4516 5611
D 60 6413 6415 55 51 5016 6012
272 核　农　学　报 19 卷
表 3 显示 ,冠层湿度的日变化趋势与冠层温度的日变化 (2003 年 9 月 2 日测定)呈现显著负相关 ,两者拟
合的的线性回归方程为 :
Y冠层湿度 = - 114136 X冠层温度 + 861313 , R = 018 3 ( F = 81875 , P = 01031)
214 　平均叶倾角
一般叶倾角越小 ,株型越收敛 ,特别是穗位以上叶片叶倾角小 ,植株中、下部叶片受光态势好 ,品种
耐密植 ,光能利用率高 ,生物产量也就高。本试验结果表明 ,不同处理的平均叶倾角 (Mean leaf angle ,
MLA) 变化表现为处理B < A < C < D(见图 3) 。6Π24 处理B、处理 A、处理 C分别比处理 D 小 2918°、2117°
和 1716°,8Π2 的对应数值为 3714°、3514°和 2918°。经方差分析 ,处理 A、C、D 三者之间差异不显著 ,但都
与处理 B 达到显著水平。
图 3 　2002 年各处理 3°小区叶面积指数和 10°小区平均叶倾角
Fig. 3 　mean leaf angle on 10°and leaf area index on 3°in 2002 for each treatment
3 　结论
311 　开沟、覆膜、盖草种植改善了穗位叶的光照强度 ,创造了一个良好的冠层微环境 ,必然改善光合作
用 ,增加干物质积累 ,为以后的生殖生长提供物质基础。
312 　开沟、覆膜、盖草相结合的耕作方式不仅可以改善冠层内结构 ,还可以改善冠层内环境。
313 　冠层结构的自身特征是决定冠层微环境的自身因素 ,从而也显示了不同处理有不同的微环境特
征。随着耕作措施的优化 ,改善叶片的光合特性 ,增加冠层尤其是穗位叶片的光合速率。因此解析冠层
结构 ,将对阐明不同耕作措施和处理 B 种植方式改善冠层特性的原因提供一定的参考。
314 　处理B 的 MLA 较小 ,这可能是因为处理 B (沿等高线 + 薄膜覆盖 + 秸秆覆盖 + 开沟种植) 耕作方
式优越的水热条件要求其冠层截获更多的光能 ,形成使叶片向上冲等利于利用光能的株型 ,有关深层原
因有待进一步研究。正是不同的株型结构决定了不同的微环境特征和冠层特征。
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