調虧灌溉下滴灌玉米根冠生長與水分動態(tài)響應特征

魏永霞 馬瑛瑛 馮鼎瑞 熊 建 張雨鳳 張翼鵬

(1．東北農業(yè)大學水利與土木工程學院，哈爾濱150030;2．農業(yè)部農業(yè)水資源高效利用重點實驗室，哈爾濱150030)

調虧灌溉下滴灌玉米根冠生長與水分動態(tài)響應特征

魏永霞1，2馬瑛瑛1馮鼎瑞1熊 建1張雨鳳1張翼鵬1

(1．東北農業(yè)大學水利與土木工程學院，哈爾濱150030;2．農業(yè)部農業(yè)水資源高效利用重點實驗室，哈爾濱150030)

以玉米為試驗材料，在自動感應式遮雨棚下，采用測坑微區(qū)試驗方法，研究黑龍江西部滴灌條件下調虧灌溉對作物根冠生長、干物質分配特征、根冠比、耗水特征及植株傷流量的影響。以土壤相對含水率(占田間持水率的百分數)為控制上下限，設置5個水分調虧處理，分別為苗期輕度(60%～70%FC)處理，苗期中度(50%～60%FC)處理，拔節(jié)期輕度(60%～70%FC)處理，拔節(jié)期中度(50%～60%FC)處理，苗期中度、拔節(jié)期輕度處理，另設全生育期保持適宜土壤水分(70%～80%FC)作為對照。試驗結果表明，調虧灌溉不改變玉米根部和冠部生長的原有總趨勢，也不改變冠部各器官生長的基本趨勢，但是顯著地增大了作物根冠比(R/S)，復水后根、冠補償生長效應明顯，促進光合同化產物向生殖器官的運轉與分配，增大了生育后期干物質向果穗的分配率。苗期中度處理和拔節(jié)期輕度處理的玉米，在調虧期間使根系維持較高的根質量，水分脅迫復水后根系活力明顯提高，其傷流量表現出超補償效應，在灌漿期仍保持較高的傷流量并且在生育后期仍保持有較高的根冠比(R/S)，是協調玉米根冠生長關系的適宜水分調虧處理。

玉米;調虧灌溉;干物質分配率;根冠比;傷流量;耗水量

引言

玉米是黑龍江省四大主要糧食作物之一，干旱缺水和水土流失嚴重制約著該區(qū)玉米產業(yè)的發(fā)展。該區(qū)水資源已無法滿足農業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的需求，因此，發(fā)展高效的節(jié)水灌溉技術與制定合理的灌溉制度已成為黑龍江省農業(yè)生產應對水資源短缺、優(yōu)化農業(yè)用水配置的必然選擇。

地面滴灌作為一種重要的節(jié)水灌溉技術，由于其僅局部濕潤作物根區(qū)附近土壤，具有不破壞土壤結構、不致使土壤表層板結、減少土壤無效蒸發(fā)和雜草對土壤水分的消耗等優(yōu)點，對促進作物生長、增加產量、提高水分利用效率具有重要意義。相對地面灌溉方式而言，滴灌方式土壤水分入滲更加均勻且規(guī)律明顯［1］。韋彥等［2］的研究結果表明，滴灌比畦灌節(jié)水25.9%，增產11.6%，水分利用效率提高49.9%。王建東等［3］研究了灌水模式對冬小麥根系空間分布及多年產量的影響，結果表明滴灌模式下作物產量多年連續(xù)穩(wěn)定的幾率大于地面精細灌溉，且在非充分灌溉條件下，滴灌模式對提高作物產量較精細地面灌優(yōu)勢明顯。國外也進行了較多的相關研究［4－6］。

作物調虧灌溉(Regulated deficit irrigation，RDI)理論自20世紀70年代中后期提出以來，已成功應用于果園、玉米、小麥、棉花、煙草等大田作物［7－12］，其基本思想是依據作物的遺傳和生理特性，在特定生長階段人為主動施加一定程度的水分脅迫，通過調節(jié)根冠比控制營養(yǎng)器官的生長，改變干物質在營養(yǎng)器官和生殖器官間的分配比例［13］，增加產量，提高水分利用效率［14］。根與冠構成了作物的整體功能系統(tǒng)，二者結構和功能的最優(yōu)匹配對提高作物水分利用效率具有重要意義。前期根冠比較大后期根冠比較小有利于促進冬小麥生長遺傳特性的發(fā)揮，增加生育后期冠層生物量的累積［13］。通過對土壤水分狀況的人為調節(jié)，使根系吸水與作物蒸騰量達到最優(yōu)匹配，根、冠處于最佳功能平衡狀態(tài)，干物質更多的向產量部分轉化和分配，對增加產量具有重要意義。孟兆江等［12］研究表明，適宜階段適當的水分虧缺對根系生長具有明顯的促進效應，可維持較高的根干質量，復水后有不同程度的根系補償生長效應或有延緩根系衰亡的作用。迄今，國內外學者對調虧灌溉已做了不少研究，其中關于調虧灌溉對作物根冠生長影響的研究也較多，但是在地面滴灌這種特殊灌溉方式下有關調虧灌溉對玉米全生育期內根冠動態(tài)響應特征的研究甚少，且有關玉米調虧復水后的補償效應研究主要在農藝性狀、光合作用、蒸騰速率方面，較少涉及調虧復水前后傷流量等的研究。

康紹忠等［7］和王密俠等［15］研究表明，苗期中度虧水(50%～60%的田間持水量)、拔節(jié)期輕度虧水(60%～70%的田間持水量)的灌溉方案增加了產量同時顯著提高了水分利用效率，抽雄期以后不宜進行調虧灌溉。孫繼鵬等［16］對黑龍江西部玉米進行了調虧灌溉試驗，結果表明苗期中度水分虧缺為最佳的灌水處理模式。本文在以上試驗的基礎上，從根、冠整體功能出發(fā)，對黑龍江西部玉米苗期和拔節(jié)期進行測坑微區(qū)調虧灌溉試驗，研究水分虧缺條件下玉米生長的自適應調節(jié)能力，調虧灌溉的正效應及調虧灌溉結束復水后根、冠功能的補償生長效應。分析根、冠關系對水分條件變化的響應特征與規(guī)律，以期為合理制定和評價黑龍江西部大田玉米節(jié)水高產用水方案提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年5—10月份在黑龍江省水利科學研究院綜合試驗基地(126°36'35″E、45°43'09″N，海拔高度137m，總面積55 hm2)進行。試驗地位于東北典型黑土帶上，年平均氣溫3.1℃，無霜期130～140 d，年降水量多介于400～650 mm之間;降水多集中在7—9月份，約占全年的70%，多年平均水面蒸發(fā)量796mm，屬中熱帶大陸性季風氣候。供試土壤主要為壤土，速效氮(N)154.4 mg/kg，速效磷(P2O5)40.1mg/kg，速效鉀(K2O)376.8 mg/kg，pH值為7.27。0～1m土層內的平均田間持水率(質量分數)為28.4%，土壤干容重為1.22 g/cm3。

1.2 試驗設計

試驗在自動感應式遮雨棚測坑(長250 cm、寬200 cm、深170 cm)內進行，測坑矩形有底，隔絕了與外部的水分交換。供試作物為春玉米(強盛31號)，5月9日播種，播前進行灌水、施肥、拌土、回填等處理，使各小區(qū)水分和養(yǎng)分狀況相近。采用開溝起壟點種的方式，每坑4壟，每壟7穴，株行距為28.5 cm×62.5 cm;灌水方式采用地面滴灌，一條毛管控制一壟作物，毛管長度與小區(qū)壟長相同。底肥514 kg/hm2，追肥330 kg/hm2，其中尿素與二胺的比例為2∶1。調虧處理主要在苗期和拔節(jié)期進行，灌水量按計劃濕潤層(苗期0～45 cm、拔節(jié)期0～60 cm)內平均土壤含水率占田間持水率的百分比計算，當土壤含水率低于水分處理下限時灌水至上限。共設6個處理，每個處理3次重復，其中第6個處理全生育期內進行適宜灌水，作為對照處理。具體試驗設計方案見表1。

表1 試驗設計方案Tab．1 Experimental design schem e %

1.3 觀測指標與方法

(1)土壤含水率:處理開始后每隔5 d采用烘干法逐層測定計劃濕潤層(0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)土壤含水率，取樣點位于2條滴灌帶中間位置處和滴頭正下方，取其平均值，以確定灌水量和灌水時間，灌水前后加測。

(2)地上部分干質量:分別于苗期(播后33 d)、拔節(jié)期(播后57 d)、抽雄期(播后73 d)、灌漿期(播后91 d)、成熟期(播后121 d)、收獲時(播后136 d)將取樣的玉米植株從莖基部剪下，獲得完整的冠部，然后將植株地上各部分分開，擦拭表面塵污后分別裝入檔案袋內立即稱其鮮質量，105℃干燥2～3 h殺青，并在80℃下干燥至質量恒定，用精度為0.01 g電子天平稱取干質量。

(3)根部干質量:地上部分取樣同時進行根系取樣，根系取樣面積為植株周圍60 cm×60 cm，取樣深度根據根系深度而定，盡量取到以肉眼看不見細毛根為止，然后將其浸泡在盆中，到土柱變得松散時沖洗根系，洗凈后用無氮吸水紙吸干裝入檔案袋，80℃下干燥至質量恒定，用精度為0.01 g電子天平稱取干質量。

(4)傷流量:分別于拔節(jié)期(播后57 d)、抽雄期(播后73 d)、灌漿期(播后91 d)每小區(qū)選取長勢一致的植株3株，當天18:00在距地面10 cm處將玉米割斷，套上已稱量(W1)的裝有脫脂棉的自封袋密封，并用皮筋將其扎緊，12 h后取下稱量(W2)，傷流量(g/株)為W2與W1之差。另外，在抽雄期采用同樣方法于當天06:00開始，每隔12 h收集一次傷流量，直至收集不到為止。

1.4 計算方法

1.4.1 灌水量

式中 W——灌水量，m3

γ——土壤干容重，g/cm3

H——計劃濕潤層深度，cm

A——測坑面積，cm2

Ws——設計含水率上限，%

W0——灌前土壤實測含水率，%

1.4.2 干物質分配率

干物質分配率為各器官干物質質量與植株冠部干物質總量的百分比。

1.4.3 階段耗水量

試驗小區(qū)內的作物耗水量采用水量平衡法計算。由于試驗在自動感應式遮雨棚測坑內進行，且測坑矩形有底，因此生長季內降水量、地表徑流量、地下水補給量可忽略不計。另外，由于灌水前后0～60 cm土層未達到田間持水量，所以深層耗水量可忽略不計。因此，耗水量計算公式可簡化為

階段耗水強度計算式為

階段耗水模系數計算式為

式中 ETi——階段耗水量，mm

ΔW——計算時段0～60 cm土層儲水量變化量

I——計算時段內灌水量，mm

Ci——階段耗水強度，mm/d

di——階段生長天數，d

Ri——階段耗水模系數，%

ET——全生育期總耗水量，mm

1.5 數據處理

試驗數據采用Excel進行初步整理，用 Origin 7.5制圖，用SPSS 22.0進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 玉米冠部、根部干物質積累動態(tài)特征

土壤水分狀況對作物生長有著顯著影響，圖1為不同生育階段不同水分虧缺條件下玉米冠部、根部干物質累積生長動態(tài)曲線。地上干物質積累是反映作物生產能力的一個重要指標，是構成作物經濟產量的基礎［14］，由圖1a可以看出，不論土壤水分如何變化，隨著玉米生育時期的推進，冠部干物質累積均呈現出明顯的“S”型曲線遞增趨勢，這與周新國等［17］的研究結果一致，表明調虧灌溉并沒有改變玉米冠部生長的總體趨勢。但具體分析各生育階段顯示，各處理干物質量在苗期結束快進入拔節(jié)期時表現為:CK≈C3≈C4＞C1＞C2≈C5，處理C1、C2分別比對照降低22.99%、46.31%，表明苗期玉米干物質量增長與干旱的抑制程度表現出相應的負相關關系，這是由于苗期為玉米營養(yǎng)生長期，而水分脅迫抑制了此階段的營養(yǎng)生長。拔節(jié)期各處理干物質量呈現出與苗期相同的變化趨勢，處理C1、C2、C3、C4、C5比對照CK分別降低了17.88%、13.10%、26.70%、44.18%、48.26%，但是各處理間的這種差異相對于苗期有所降低，到抽雄期處理C2、C3基本已達對照水平，這是由于水分虧缺復水后玉米生長存在超補償效應，且這種補償生長一直延續(xù)到抽雄期。至成熟期，C5處理的干物質量比對照降低37.67%，差異達極顯著水平(P＜0.01)，說明生育期連續(xù)水分脅迫不利于玉米冠部干物質積累;C1、C4比對照有所降低，C3處理接近對照，C2處理超過對照水平，說明適時適度的水分虧缺可延緩后期葉片衰老，有利于光合產物向生殖器官分配，進而提高玉米籽粒產量。

圖1b顯示，各處理根部干物質累積生長動態(tài)變化特征與冠部呈現出相似的規(guī)律，且呈倒“V”型曲線，表明水分調虧期間也沒有改變玉米根系生長的總體趨勢。

圖1 不同處理的玉米冠部和根部干物質積累動態(tài)曲線Fig．1 Dynamic curves of accumulation of drymatters in root and crown ofmaize under different treatments

2.2 單株玉米各器官干物質量分配特征

對調虧灌溉條件下平均單株玉米各器官的干物質量分配與累積進行分析，結果如圖2所示。

圖2 玉米各器官的干物質累積動態(tài)曲線Fig．2 Accumulation curves of drymatter in each organ ofmaize

不同水分處理單株玉米各器官的干物質累積呈現出相同器官具有相同的變化趨勢且各處理之間差異明顯，表明調虧灌溉在不改變冠部生長總體趨勢的同時也不改變單株玉米各器官生長的基本趨勢，水分調虧有利于光合產物向籽粒的運轉與分配［18］。在播后73 d，各處理在玉米抽雄期的葉片干質量都已達到最大值，隨著葉片的衰老與光合產物向生殖器官的轉移［17］，其在干物質累積中所占的比例逐漸減小;莖干質量在拔節(jié)期之后進入快速增長階段，灌漿期達到最大值，之后基本保持不變，比例下降;雄干質量保持穩(wěn)定至成熟期(播后136 d)略有降低;玉米穗干質量在生物量累積中的比例逐漸增大;播種121 d以后，玉米各器官干物質量都趨于穩(wěn)定。這與周新國等［17］的研究在時間上稍有出入，可能是由于苗期調虧處理的玉米，若后期充分供水，生育階段將有所延長所致［19］。

由表2可知，隨著玉米生育期的推進，葉片光合作用的產物不斷向籽粒運輸，且逐步衰敗，使得干物質在葉片中的分配率逐漸降低，C2處理在成熟期(播后136 d)葉片的干物質分配率最低。光合作用產物儲存在莖中的干物質量隨生育期推進不斷調運到籽粒庫，呈現出先增大后減小的變化趨勢，拔節(jié)期(播后57 d)C5處理莖分配率顯著低于對照水平;抽雄期(播后73 d)玉米開始進入營養(yǎng)生長和生殖生長并進階段，光合產物開始逐漸向籽粒運輸，各水分處理的干物質在莖中的分配率差異不顯著。雄的干物質分配率呈下降趨勢，至成熟期，各處理之間差異不顯著。抽雄期以后籽粒的干物質分配率不斷上升，成熟期(播后136 d)C2處理略高于對照、C3處理接近對照，顯著高于C4、C5處理，可見滴灌條件下適時適度的水分虧缺在節(jié)約灌水量的同時有利于光合產物向籽粒的分配與積累。

表2 各器官的干物質分配率Tab．2 Distribution rate of dry matters in different organs%

2.3 玉米全生育期內根冠比動態(tài)變化特征

調虧灌溉可有效調整作物營養(yǎng)生長與生殖生長的關系，調節(jié)光合產物在根冠間的分配比例。圖3為不同水分脅迫處理在各生育期結束時測定的玉米根和冠的干物質量之比(R/S)。從總體上看，各處理的R/S隨生育階段的推進均呈下降趨勢(C5處理除外)，至成熟期趨于穩(wěn)定。這說明前期根冠比較大后期根冠比較小，有利于玉米生長遺傳特性的表現，促進生育后期冠層生物量的累積，以形成最大的經濟產量。從不同生育階段看，水分虧缺基本可提高R/S，且隨著調虧度的加劇，R/S呈增大趨勢。苗期，輕度處理(C1)、中度處理(C2、C5)R/S分別較對照增加 8.00%(P＞0.05)、26.00%(P＜0.05);R/S最大值出現在拔節(jié)期C5處理，比同期CK處理增加98.40%，差異達極顯著水平(P＜0.01);抽雄期R/S，C1比對照略高，C2、C3較對照分別增加7.10%、14.29%，差異不顯著，C4較對照增加30.95%，差異達顯著水平，C5比對照增加97.60%，差異達極顯著水平;成熟期R/S，C1、C2、C3分別較對照增加0.20%、14.53%、11.52%，差異不顯著，C4較對照增加20.00%，差異達顯著水平，C5比同期對照增加98.79%，差異達極顯著水平;對比收獲時測得的各處理R/S，不難發(fā)現，前期適宜的水分虧缺可延緩后期根系衰老，具有較高的根系活力，相比成熟期保持較高的R/S。這說明當玉米在苗期發(fā)生水分虧缺時，盡管根系和冠層生長均受到一定限制，但在其對水分調虧的自適應性、水分調虧的后效性及水分調虧結束復水后的根冠補償生長效應的多重作用下，根系從土壤中獲得的水分被優(yōu)先滿足于根系生長發(fā)育的需求，使根系受害較地上部分減輕，根冠比增大;同時表明生育早期適宜程度的水分虧缺可促進玉米遺傳特性的表達［13］，增進玉米根系在生育前期獲得更大干物質分配的優(yōu)先權，從而控制地上部分旺長，提高植株抗倒伏能力。

圖3 不同水分條件下的根冠比(R/S)變化Fig．3 Variation of root-shoot ratio under different moisture contents

2.4 玉米各生育期耗水特征

控制階段耗水量是提高水分利用效率的生理基礎。表3為不同水分虧缺處理下玉米各生育期的耗水量(ETi)、耗水強度(Ci)、耗水模系數(Ri)。整體來看，各調虧處理玉米階段耗水量表現出相似的變化規(guī)律，均呈“V”形變化，全生育期內抽雄期—灌漿期各處理的耗水量最低。就不同處理而言，水分虧缺使得階段耗水量在一定程度上均較對照有所降低，且水分虧缺程度越大，耗水量越低。由于土壤持續(xù)干旱缺水形成的疊加效應明顯［20］，處理C5在調虧期間的耗水量顯著低于其他處理，復水后其階段耗水量仍顯著低于CK。處理C1、C2、CK耗水強度在拔節(jié)期—抽雄期達最大值，分別為4.70、4.23、4.84mm/d。抽雄期—灌漿期，處理C3耗水強度達峰值，為4.44mm/d，處理C5各生育階段耗水強度均低于其他處理。各處理耗水模系數在苗期—拔節(jié)期最大，為29.66% ～35.31%，這可能是由于苗期—拔節(jié)期階段歷時長，地表冠層覆蓋率低，土壤無效蒸發(fā)強所致;抽雄期—灌漿期最小，為13.79% ～18.94%;灌漿期—成熟期是籽粒產量形成的關鍵時期，作物對缺水的敏感程度最大，作物耗水量明顯增加，耗水模系數較前期有所提高，為 27.69% ～31.72%。

表3 各生育期耗水特征Tab．3 Characteristics of water consumption at each grow th stage

2.5 土壤含水率動態(tài)變化特征

農業(yè)生產中，灌溉水只有轉化為土壤水才能為作物吸收利用。對生育期內0～60 cm深土壤平均含水率的連續(xù)動態(tài)變化進行分析，結果如圖4所示?？傮w來看，灌水初期土壤水分消耗較劇烈，后期趨于平緩，且在播后55～73 d土壤水分消耗最劇烈，這可能是因為此段時期當地平均氣溫高、日照時數多、太陽輻射量大，土壤無效蒸發(fā)耗水大，同時玉米生長進入拔節(jié)期，生理耗水增加，在二者的綜合影響下使得此階段的土壤水分消耗在全生育期內最大。不同處理間土壤含水率變化差異明顯，調虧期間低水分處理玉米植株的蒸騰耗水量和株間土壤蒸發(fā)量均小于對照處理，各調虧處理的土壤水分消耗均緩于對照。

2.6 玉米莖傷流量變化特征

圖5為不同水分脅迫處理下玉米植株在拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期測得的傷流量。由圖5可知，抽雄期傷流量達到最大值。拔節(jié)期復水后，處理C1、C2根系活力有所提高，其傷流量分別比對照高2.57%、3.50%，差異不顯著(P＞0.05)，拔節(jié)期虧缺處理的玉米植株傷流量均低于對照(CK)，處理C3比對照低17.46%，差異不顯著(P＞0.05)，處理C4、C5分別比對照低28.63%、30.04%，差異達顯著水平(P＜0.05)。抽雄期復水后，除C5外，其他處理的傷流量均高于對照，說明補償生長一直延續(xù)到抽雄期，處理C5可能是因為一直受到緩慢的水分脅迫，加之根系比地上部有著更有效的滲透調節(jié)作用［7］，過量的碳水化合物滿足根系生長而抑制地上部生長明顯，葉面積減小，蒸騰能力減弱，傷流量降低。灌漿期，處理C1、C2、C3的傷流量相比對照均有所增加，增幅為2.97%～12.54%，處理C4盡管在抽雄期復水后表現出了一定的補償生長，但是由于拔節(jié)期為營養(yǎng)生長旺盛時期，中度的水分虧缺加速了葉片的老化，致使葉片蒸騰能力減弱，傷流量在灌漿期低于對照處理。對比抽雄期—灌漿期傷流量變幅，不難發(fā)現處理C1、C2、C3傷流量降低幅度低于對照處理。這說明玉米植株生長前期經受適宜程度的水分虧缺，在復水后其蒸騰存在明顯的補償效應，對根系的生長速率具有促進作用，在籽粒灌漿期仍保持較高的根系活力，以形成最大的經濟產量。

圖4 生育期內不同處理0～60 cm土層土壤含水率變化特征Fig．4 Variation characteristics of soil water contents in 0～60 cm soil layer under different treatments during growth period

圖5 不同水分條件下傷流量變化Fig．5 Variation of wound flow under different moisture contents

2.7 抽雄期復水后各調虧處理玉米的傷流量晝夜變化特征

圖6為抽雄期不同水分調虧處理單株玉米傷流量晝夜動態(tài)變化特征。通過連續(xù)收集4 d(7月22日—7月25日)內傷流量變化可以看出，玉米植株在割掉地上部后第1天，白天(06:00—18:00)收集傷流量較少，夜間(18:00—06:00)收集傷流量達到4 d內最大值，此后收集到的傷流量持續(xù)減少，這是因為白天隨著大氣溫度的升高，水分不斷被蒸發(fā)，土壤中可利用的水分逐漸減少，夜間隨著土壤溫度降低，土壤含水率略有回升［21］，使得根系對土壤水分的汲取在白天維持在較低水平，夜間十分活躍，從而玉米傷流量在夜間大于白天。就不同處理而言，處理C1、C2、C3、C4在24 h內收集的傷流量均大于對照水平，占總傷流量的60%左右，且脅迫程度越重，復水后傷流量越大，補償效應越明顯，處理C5收集的傷流量低于其他處理，可能是因為苗期、拔節(jié)期連旱，對冠層生長的抑制作用明顯，葉面積減小，蒸騰拉力減弱，傷流量降低。72 h后各處理傷流基本停止，但處理C2、C3、C5可延續(xù)較長時間，84 h后仍可采集到較少的傷流量。

圖6 抽雄期傷流量晝夜變化動態(tài)曲線Fig．6 Diurnal variation curves of wound flow at anthesis stage

3 討論

玉米不同生育期根與冠的生長、干物質積累與分配、耗水量及傷流量因其自身的遺傳特性和不同生育階段灌水量的不同而表現出一定的差異。研究發(fā)現，生育期內灌水量對生產一季作物后田塊土壤含水率的影響不明顯，這說明土壤水分的無效消耗隨著灌水量的增多不斷增加，而調虧灌溉不但能夠減少株間土壤蒸發(fā)量，且在水分虧缺時段內顯著抑制蒸騰強度，復水后表現出顯著的補償效應，以彌補水分虧缺期間造成的生物產量的不足，有效減少了土壤水分的無效消耗。

作物根冠生長受遺傳因素控制，且環(huán)境變化影響遺傳特性的表達。本研究表明，水分虧缺期間作物根冠生長均受到抑制，復水后干物質超補償積累，且有利于向生殖器官的運轉與分配，這與孟兆江等［18］對夏玉米的研究結果一致。各處理玉米的根冠比變化趨勢一致，均隨生育期的推進不斷降低，這與楊貴羽等［13］對冬小麥的研究結果一致。調虧處理均可不同程度增大玉米的根冠比，這與孟兆江等［12］對棉花的研究結果一致。

玉米植株傷流量與其根系活力呈現正相關關系，縮小抽雄期—灌漿期傷流量減幅對延緩根系衰老以形成最大的經濟產量具有重要作用［22］。本研究表明，水分脅迫復水后根系活力明顯提高，其傷流量表現出超補償效應，這與趙偉杰等［23］的研究結果一致。有研究表明水分脅迫加速了作物的衰老［24］，但也有學者得出了相反的結論［24］，本試驗中苗期調虧處理的玉米在灌漿期仍保持較高的傷流量，這與郭相平等［19］認為苗期調虧處理能在生長后期保持較高的根系活力相吻合。以往對于玉米傷流量的研究集中在對其日變化和一晝夜內個體間傷流量差異的研究，但對其連續(xù)晝夜變化特征的研究還未見報道，本試驗通過對抽雄期連續(xù)4 d內晝夜傷流量的收集發(fā)現，24 h內玉米植株傷流量夜間大于白天，24 h后呈持續(xù)下降趨勢，這種現象是因為陰雨天氣晝夜溫差小，夜間土壤含水率回升不明顯導致傷流量夜間仍低于白天，還是因為夜間土壤含水率回升增加的傷流量本身不足以抵消因植株自愈和根壓消失減少的傷流量還有待進一步探討。

研究作物階段耗水特征，并結合高效的灌溉技術措施對減少農業(yè)生產用水、提高水分利用效率具有重要的現實意義。本研究表明，不同處理玉米在各生育階段的耗水強度變化趨勢表現出一定的差異，這可能與不同的灌水處理影響玉米的生育進程有關［20］。

4 結論

(1)各調虧處理玉米冠部生長均遵從“S”型曲線增長，根系生長均呈倒“V”型曲線變化，但各處理間差異顯著。與對照相比，調虧處理的玉米冠部最終干物質量增加了－25.07%～1.07%、根部最終干物質量增加了－5.74%～24.36%，表明調虧灌溉不改變玉米冠部和根部生長的總體趨勢，但能影響其數量。

(2)各調虧處理單株玉米冠部相同器官生長均表現出相同的變化趨勢，處理間存在差異性。苗期中度處理的玉米在播種后73、91、121、136 d，其干物質量向果穗的分配率較對照分別增加11.62%、5.83%、4.01%、2.00%，拔節(jié)期輕度處理的玉米其干物質量向果穗的分配率接近對照處理，表明調虧灌溉不改變單株玉米各器官生長的基本趨勢，但適宜的水分調虧處理有利于干物質向果穗的轉移與分配。

(3)調虧灌溉基本可提高根冠比，且隨水分調虧度的加重，根冠比明顯增大。成熟期，苗期中度處理和拔節(jié)期輕度處理的玉米仍保持有較高的根冠比，與同期對照相比，根冠比分別增加14.55%、11.52%，苗期、拔節(jié)期連旱處理可顯著抑制玉米的營養(yǎng)生長，與同期對照相比，根冠比增加72.12%，差異達極顯著水平(P＜0.01)。

(4)各調虧處理均能減緩土壤水分消耗速率，降低作物耗水量。苗期輕度、苗期中度、拔節(jié)期輕度、拔節(jié)期中度、苗期和拔節(jié)期連旱處理的玉米其耗水量依次比對照組降低8.26%、16.71%、14.07%、28.35%和38.54%。

(5)復水對調虧處理玉米植株傷流量的補償作用顯著。苗期中度、拔節(jié)期輕度處理的玉米植株復水后根系活力明顯提高，其傷流量表現出超補償效應，在灌漿期仍保持較高的傷流量，與同期對照組相比，分別增加12.54%、12.28%，是協調滴灌玉米根冠生長關系的適宜水分調虧處理。

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Characteristics of Water Dynam ic Response and Grow th of Root and Crown of Maize under Drip Irrigation of Regulated Deficit Irrigation

WEIYongxia1，2MA Yingying1FENG Dingrui1XIONG Jian1ZHANG Yufeng1ZHANG Yipeng1
(1．School ofWater Conservancy and Civil Engineering，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China 2．Key Laboratory of High Efficiency Utilization of AgriculturalWater Resources，Ministry of Agriculture，Harbin 150030，China)

The experimentwithmicro plots under automatically inductive type of rain preventing condition was carried out to analyze the influence of regulated deficit irrigation on root and crown growth，characteristics of drymatter distribution，water consumption，root-shoot ratio and thewound flow ofmaize plant．Choosing the relative water content(the percent of field water-holding rate)of soil as the upper and lower controlling limits，five treatments of water deficit were set，which were respectively the mild treatment(60% ～70%FC)and the moderate treatment(50% ～60%FC)at seedling stage，the mild treatment(60% ～70%FC)and the moderate treatment(50% ～60%FC)at jointing stage，moderate treatment at seedling stage and mild treatment at jointing stage，and the appropriate water content (70% ～80%FC)was set as control in the whole growth period．The result showed that the regulated deficit irrigation did not change the total tendency of growth of root and crown ofmaize and the basic tendency of the growth of different organs in crown，but it increased the root-shoot ratio of plant and the distribution ratio of drymatters to ear in later stage of growth obviously，accelerated the transportation and distribution of photoassimilate to reproductive organs and enhanced the compensatory growth of root and crown after rehydration．Themild andmoderate treatments at seedling stage ofmaize sustained higher root quality during deficit period，remarkably increased the root activity after rehydration，showed super compensatory effect ofwound flow，kept higherwound flow at filling stage and sustained higher root-shoot ratio in later growth period，which was the appropriate water deficit treatment for coordinating the relationship of the growth of root and crown ofmaize．

maize;regulated deficit irrigation;distribution rate of dry matter;root-shoot ratio;wound flow;water consumption

S513

A

1000-1298(2017)07-0180-09

2016-11-24

2016-12-14

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2014BAD12B01)

魏永霞(1964—)，女，教授，博士生導師，主要從事農業(yè)水土資源高效利用與保護研究，E-mail:wyx0915@163．com

10．6041/j．issn．1000-1298．2017．07．023