机械播种对作物养分吸收利用方式的影响

时间：2024-05-23

(洮南市向阳街道办事处,吉林洮南 137129)

0 引言

播种作为农业生产的关键环节之一,对作物的养分吸收和利用方式具有至关重要的影响[1-2]。随着现代农业技术的不断进步,机械播种逐渐成为取代传统人工播种的主要方式。然而,不同播种方式可能对作物的养分吸收和利用方式产生差异性影响,因此,对这一问题进行深入研究具有重要的理论意义和实际价值。

机械播种在现代农业生产中具有许多显著的应用优势[3-5]。

1)高效生产。机械播种能够实现迅速而均匀的种子分布,从而提高了播种的效率。这有助于在短时间内完成大面积播种工作,减少了人力成本和时间成本。

2)均匀种植。机械播种设备能够确保种子在土壤中均匀分布,保证了植株的间距一致性,有助于减少植株之间的竞争,使每棵植株都能够获得足够的空间和养分,从而提高了作物的产量。

3)准确的种子深度和间距控制。机械播种设备可以精确地控制种子的播种深度和间距,满足不同作物需求,保证种子在最适宜的深度和间距下生长,提高了根系的形成和养分吸收。

虽然机械播种具有较多应用优势,但是目前关于机械播种对作物生长及产量提升机理等方面的研究较少。

本文以玉米作为指示作物,通过文献综述和实验研究的总结,分析机械播种对播种效率、根系生长及作物产量的影响,进一步探明不同播种方式对作物养分吸收和利用的影响机理。旨在为农业生产提供科学依据和理论支持,同时也为相关领域的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本文选择玉米“吉玉335”作为试验材料。“吉玉335”是一种适应寒冷地区的早熟玉米品种,可以在较短时间内完成生长周期,从而减少了受霜冻等不利天气因素的风险,并且该品种在吉林各地已经广泛种植,并且在当地的土壤和气候条件下表现出良好的适应性[6]。

1.2 试验方法

本文采用单因素随机区组设计,设计机械播种(T1)和人工播种(T2)两种播种方式,每个玉米播种面积为600 m2,重复三次。通过采用单因素随机区组设计,可以更好地控制实验的变异性,识别出播种方式对玉米生长的潜在差异,有助于更深入地理解不同播种方式对农业生产的影响[7]。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 播种效率

本文选取播种速度和种子分布均匀性为主要指标,计算方法如下。

1)播种速度。使用计时器记录播种设备在一定时间内播种的面积。

2)种子分布均匀性。随机采集多个样本,测量相邻种子之间的距离,采用标准差(σ)和变异系数(Coefficient of Variation,CV)评估种子分布均匀性,计算公式如式(1)、式(2)所示[8-9]

(1)

式中σ—标准差;

xi—每个种子间距的数值;

μ—种子间距平均值;

N—样本数量。

(2)

式中CV—变异系数(以百分比表示),%;

σ—标准差;

μ—种子间距平均值。

1.3.2 玉米根系生长

玉米根系生长测定指标主要包括以下几个步骤:

1)样品采集。使用非破坏性根系采集技术,采集不同播种方式下的根系样本,需要注意的是样本采集应在适当的生长期间进行,通常在作物生长季节结束前采集。

2)根系扫描。使用根系分析软件和图像分析工具对采集的根系样本进行测量和分析,获取根系长度、根系表面积和根系体积等关键参数。

1.3.3 养分吸收利用效率

养分吸收利用效率主要测定步骤如下:

1)样品采集。从不同播种方式下的作物中收集样品,包括叶片、茎和根部样本,从每个播种方式下的多个植株中采集样品,然后合并以获得每个播种方式的均值。

2)计算养分吸收总量。针对每个播种方式,计算从各个作物部分(叶片、茎、根)中吸收的氮、磷和钾的总量。计算公式如式(3)～(5)所示

(3)

(4)

(5)

1.3.4 玉米产量

在玉米种植面积中,随机选择一块有代表性的样地(通常为一个相对小的矩形或正方形区域),将单位面积的产量扩大到整个玉米田地的面积来估算整个田地的产量,计算公式如式(6)所示

整个田地的产量=单位面积产量×整个田地的面积

(6)

1.4 数据处理

使用Excel 2016建立数据库,包括所有相关的变量和观测值,使用DPS 7.0软件对数据进行统计分析,检验不同因素之间的差异性。确保正确设置分析的参数,并获得方差分析结果,在方差分析表明差异显著性后,采用最小显著差异法(LSD)进行多重比较,进一步分析不同播种方式之间的差异性。

2 结果与分析

2.1 不同播种方式对播种效率的影响

机械播种(T1)效率为0.4 hm2/h,人工播种效率(T2)为0.08 hm2/h,在机械播种(T1)和人工播种(T2)之间存在显著的播种速度差异(P<0.05),机械播种的播种速度远高于人工播种,对于大面积玉米田地而言,机械播种在播种效率方面具有明显的优势。

不同播种方式对种子分布均匀性的试验结果如表1所示,机械播种(T1)的种子分布更加均匀,其种子间距的标准差较低(1.8 cm),变异系数也相对较低(7.2%),表明机械播种能够更好地保持种子在土壤中均匀分布。

表1 不同播种方式下种子均匀性结果

2.2 不同播种方式对根系生长的影响

不同播种方式对根系生长的试验结果如图1所示,机械播种(T1)下玉米具有较长的根系、更大的根系表面积和更大的根系体积,更大的根系表面积和更大的根系体积可以促进根系水肥吸收利用效率,根系可以存储更多的水分和养分,有助于植物在土壤中均匀吸收水分和养分,从而促进了养分吸收的效率[10]。

图1 不同播种方式对根系生长的影响

2.3 不同播种方式对根系水肥吸收利用效率的影响

不同播种方式对根系水肥吸收利用效率的试验结果如图2所示。综合来看,机械播种在根系水分和养分(氮、磷、钾)吸收效率方面表现出一定优势,机械播种(T1)下水分吸收效率为0.42 cm3/g,氮、磷、钾的吸收效率分别为2.18,0.95,1.27 mg/g,与对照组T2相比分别提升16.67%、6.34%、7.95%和10.43%,有助于玉米植株更有效地利用土壤中的水分和养分,提高了养分利用效率。方差分析表明,在水分吸收效率、氮吸收效率、磷吸收效率和钾吸收效率方面,不同播种方式之间存在显著差异(P<0.05),表明播种方式对这些参数产生了统计上的显著影响。

2.4 不同播种方式对玉米产量的影响

收获后,机械播种(T1)玉米产量为7 650 kg/hm2,人工播种(T2)玉米产量为6 300 kg/hm2。机械播种(T1)在玉米产量方面相对于人工播种(T2)表现出了较高的产量,主要是由于机械播种能够确保种子的均匀分布和一致的播种深度,有助于每个植株的生长条件更为一致,此外,机械播种通常能够实现更高的植株密度,综合作用下机械播种可以实现较高的玉米产量[11]。

3 讨论

3.1 根系生长的积极影响

根系的生长和健康对于植物的生存和养分吸收至关重要。更大的根系表面积和体积为植物提供了更多的机会来吸收土壤中的水分和养分，从而有助于作物的整体生长和生存。本文试验结果表明，机械播种(T1)下的玉米根系相对于人工播种(T2)来说更长、具有更大的根系表面积和更大的根系体积，表明机械播种对于促进作物的根系生长具有显著的积极影响。更大的根系表面积和体积为根系吸收水分和养分提供了更多的机会和资源。

3.2 养分吸收利用效率提高

养分(包括氮、磷、钾等)是植物正常生长所必需的基本元素。作物通过根系吸收土壤中的养分来满足其生长和发育的需求。然而,在传统农业中,养分吸收效率通常较低,导致大量养分的浪费和过度使用,对农业和环境都构成了挑战,此外,养分过剩还会导致水体污染、生态系统破坏及高成本的养分管理[12]。本文试验结果表明,机械播种(T1)显著提高了水分、氮、磷和钾吸收效率,机械播种(T1)通过改善根系生长和分布,以及优化根系与土壤的接触,使作物能够更有效地吸收土壤中的水分和养分,从而提高了资源的利用效率。