不同灌水處理對(duì)春玉米生理特性的影響

徐晨，閆偉平，孫寧，劉曉龍，趙洪祥，譚國(guó)波，武志海，張治安，張麗華，邊少鋒*

不同灌水處理對(duì)春玉米生理特性的影響

徐晨1, 2，閆偉平1，孫寧1，劉曉龍3，趙洪祥1，譚國(guó)波1，武志海2，張治安2，張麗華1，邊少鋒1*

（1.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，長(zhǎng)春 130124；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，長(zhǎng)春 130118；3.宜春學(xué)院，江西 宜春 336000）

【】探究半干旱區(qū)玉米在不同灌溉定額條件下的生理響應(yīng)機(jī)制。以華農(nóng)887為試驗(yàn)材料，采用大田試驗(yàn)，全生育期設(shè)定4個(gè)灌溉定額：500（CK）、900（Q1）、1 700（Q2）和2 500 m3/hm2（Q3），開展了灌溉定額對(duì)玉米氮素積累、籽粒灌漿特性、葉片氮代謝酶活性、根系傷流強(qiáng)度和產(chǎn)量的研究。①玉米籽粒的平均灌漿速率和各階段的百粒質(zhì)量均隨灌溉定額的增加而增加，Q2與Q3處理的平均灌漿速率和百粒質(zhì)量均顯著高于Q1處理與CK。②灌溉定額的增加使玉米根系傷流強(qiáng)度增加，Q2與Q3處理的傷流強(qiáng)度要顯著高于Q1處理與CK。③含氮量呈籽粒＞葉片＞莖稈的變化趨勢(shì)，Q2與Q3處理的籽粒、莖稈、葉片和植株總的含氮量要顯著高于Q1處理與CK。④隨著灌溉定額的增加，葉片谷氨酰胺合成酶（GS）的活性增加，谷氨酸脫氫酶（GDH）的活性下降，Q2與Q3處理的GS活性在灌漿期顯著高于Q1處理與CK，GDH活性顯著低于Q1處理與CK。⑤玉米的產(chǎn)量隨灌溉定額的增加而增加，Q2與Q3處理的產(chǎn)量顯著高于Q1處理與CK。上述指標(biāo)在Q2與Q3處理間均無(wú)顯著性差異。灌溉定額為1 700 m3/hm2時(shí)，玉米籽粒的灌漿特性、根系傷流強(qiáng)度、植株氮素積累特性、葉片氮代謝酶活性和產(chǎn)量均表現(xiàn)較佳，該灌溉定額可作為吉林省半干旱區(qū)玉米全生育期灌溉的參考定額。

玉米；灌溉定額；灌漿特性；傷流液；氮積累；氮代謝酶

0 引言

【研究意義】玉米在吉林省的糧食生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位[1]。在吉林省西部的干旱與半干旱地區(qū)，玉米生長(zhǎng)期降水無(wú)法滿足要求，需要補(bǔ)充灌溉以保證玉米正常的生長(zhǎng)發(fā)育[2]?！狙芯窟M(jìn)展】玉米是需水較多的作物之一，玉米在遭受土壤水分虧缺時(shí)，生長(zhǎng)發(fā)育速度緩慢[3]、葉片與根系正常的生理活動(dòng)受到影響[4-5]，最終會(huì)影響到玉米的產(chǎn)量形成[6-7]。研究灌溉條件下玉米生理特性的變化，對(duì)半干旱區(qū)玉米的生產(chǎn)具有一定的理論和實(shí)踐意義。

灌溉影響玉米的籽粒灌漿程度。張俊鵬等[8]研究發(fā)現(xiàn)，增加灌溉量，提高土壤的田間持水率可提高玉米籽粒的平均灌漿速率和最大粒質(zhì)量，最終會(huì)促進(jìn)玉米產(chǎn)量形成。當(dāng)玉米生育期內(nèi)的總灌溉量過(guò)大時(shí)，玉米籽粒的灌漿速率會(huì)受到影響，Liu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)灌溉總量由270 mm增加到320 mm時(shí)，使用地膜覆蓋的玉米籽粒也難以增加灌漿速率。半干旱區(qū)作物的根系能否正常發(fā)揮轉(zhuǎn)運(yùn)養(yǎng)分和水分的作用與根系的形態(tài)變化和生理特性有關(guān)，也與灌溉量級(jí)關(guān)系密切。潘菊梅等[10]認(rèn)為，與充分灌溉對(duì)比，采用3 600 m3/hm2的灌溉定額時(shí)，有利于玉米根系的生長(zhǎng)發(fā)育、生物量增加。譚軍利等[11]研究認(rèn)為，灌水量較低時(shí)的玉米根系活力和根系傷流液強(qiáng)度均表現(xiàn)較佳，可促進(jìn)玉米生理代謝活動(dòng)的正常進(jìn)行，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的。氮素影響玉米物質(zhì)和能量的代謝，觀察氮的積累程度是判斷作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo)。郭丙玉等[12]研究發(fā)現(xiàn)，隨著灌水量的增加，玉米植株氮的積累在增加，但灌水量達(dá)到一定數(shù)值后，土壤水分便不再是限制玉米植株氮積累的主要因素。了解玉米氮代謝酶活性關(guān)系到玉米產(chǎn)量的形成，由硝態(tài)氮和銨態(tài)氮組成的氮源對(duì)玉米的各項(xiàng)生理活動(dòng)和代謝活動(dòng)起到關(guān)鍵作用[13]。趙鵬等[14]研究認(rèn)為，隨著田間持水率的增加，小麥葉片的谷氨酰胺合成酶和硝酸還原酶活性逐漸增加，在田間持水率達(dá)到60%時(shí)達(dá)到峰值，繼續(xù)增加土壤水分上述2種酶的活性將不再增加。這間接地說(shuō)明了，氮代謝酶活性可作為判斷作物體內(nèi)是否缺水的指標(biāo)。

【切入點(diǎn)】如何判斷灌溉條件下農(nóng)業(yè)用水是否被作物高效利用，使作物達(dá)到節(jié)水與產(chǎn)量的雙豐收，一方面可通過(guò)作物對(duì)水分的利用情況進(jìn)行分析，另一方面也可以通過(guò)對(duì)灌溉條件下作物的生理特性變化進(jìn)行分析。有學(xué)者曾對(duì)吉林省半干旱區(qū)玉米灌溉條件下的水分利用與產(chǎn)量形成之間的關(guān)系進(jìn)行了研究[15]，但關(guān)于吉林省半干旱區(qū)灌溉條件下玉米生理特性的研究并不多見。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為此，選擇吉林省西部地區(qū)常規(guī)種植的1個(gè)玉米品種，研究4個(gè)灌溉定額對(duì)玉米氮的積累、籽粒灌漿特性、葉片氮代謝酶活性、根系傷流強(qiáng)度和產(chǎn)量的變化，分析玉米生理特性與產(chǎn)量之間的關(guān)系，探討不同灌溉定額條件下玉米的生理響應(yīng)機(jī)制，分析不同灌溉定額條件下玉米生理特性與產(chǎn)量之間的關(guān)系，為吉林省的玉米生產(chǎn)及半干旱區(qū)的灌溉農(nóng)業(yè)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用吉林省西部半干旱區(qū)大面積種植的玉米雜交種華農(nóng)887（HN887）作為供試材料。

1.2 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年和2017年在吉林省洮南市農(nóng)業(yè)推廣中心試驗(yàn)站進(jìn)行（東經(jīng)122.49°，北緯45.20°），該地屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均日照時(shí)間為3 000 h，無(wú)霜期136 d，平均海拔156.8 m，2016年和2017年≥10 ℃的有效積溫分別為3 292.4、3 296.8 ℃。試驗(yàn)站土壤質(zhì)地為淡黑鈣土，0~40 cm土層土壤的田間持水率為19%，土壤0~10、10~20、20~30、30~40 cm的體積質(zhì)量分別為1.38、1.42、1.44、1.48 g/cm3，地下水埋深20 m左右。有機(jī)質(zhì)量為12.46 g/kg，速效氮量65.47 mg/kg，速效磷量21.65 mg/kg，速效鉀量為103.56 mg/kg，pH值7.8。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)實(shí)施前對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的灌溉水平進(jìn)行了調(diào)研，播種前當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的平均灌溉量為500 m3/hm2，玉米全生育期的平均灌溉量為2 000 m3/hm2，以此為基礎(chǔ)設(shè)置了4個(gè)灌溉定額水平，各水平在各生育期的具體灌水定額詳見表1，灌溉時(shí)間的確定是以所有小區(qū)50%以上的植株達(dá)到該生育期標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)。采用壟上滴灌的方式進(jìn)行灌溉，使用宏利公司生產(chǎn)的內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，鋪設(shè)于壟上，滴頭流量大小為2.3 L/h，滴頭間距為20 cm，滴灌帶壁厚度0.25 mm，通過(guò)水表記錄灌水量。采用常規(guī)壟作的種植方式，壟頂寬35 cm，壟底寬65 cm，壟高15 cm。小區(qū)面積設(shè)定為30 m2，小區(qū)長(zhǎng)度7.7 m，小區(qū)寬度3.9 m，每小區(qū)6壟。每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，各小區(qū)周圍設(shè)置1 m的保護(hù)區(qū)。種植密度為65 000株/hm2，行距65 cm，播種前統(tǒng)一灌溉500 m3/hm2。播種日期分別為2016年5月2日和2017年5月4日，收獲日期分別為2016年9月29日和2017年10月2日，全生育期日平均氣溫分別為20.26和20.52 ℃，全生育期降水量分別為273.7和197.7 mm，2016和2017年玉米全生育期的降雨量分布詳見圖1。基施由公主嶺市地富肥業(yè)公司生產(chǎn)的復(fù)合肥（N、P2O5、K2O質(zhì)量比為15∶15∶15）750 kg/hm2，在拔節(jié)期時(shí)補(bǔ)施尿素277.2 kg/hm2，肥料不隨水施入，其他田間管理措施各處理完全一致。

表1 灌溉定額

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 玉米籽粒的灌漿特性

玉米開花后第5天進(jìn)行第1次取樣，之后每10天取1次樣，直至玉米完全生理成熟，2016年和2017年均取樣6次，取樣起止時(shí)間分別為2016年8月4日—9月22日和2017年8月1日—9月20日。取樣時(shí)在各小區(qū)中選取5株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的玉米植株，取穗后在80 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，取穗中部籽粒飽滿的部位上的100個(gè)籽粒，使用電子天平稱質(zhì)量。

1.4.2 玉米根系傷流強(qiáng)度

采用質(zhì)量法進(jìn)行測(cè)定[16]，于玉米的拔節(jié)期（V8）、大喇叭口期（V12）和吐絲期（R1）在各小區(qū)內(nèi)選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的5株玉米，從根部離地面約4~5 cm處切斷，迅速將裝有固定質(zhì)量脫脂棉的塑料薄膜套套在切口上，套口處用棉線扎好，待2 h后取下塑料薄膜套，對(duì)脫脂棉采用電子天平進(jìn)行稱質(zhì)量。

圖1 2016年和2017年玉米全生育期降雨量

1.4.3 玉米植株氮的積累

于玉米成熟期（R6），在各小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的5株玉米，分為莖稈、葉片和籽粒3個(gè)部分，在80 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定干物質(zhì)質(zhì)量，后將其粉碎，采用凱氏定氮法[17]測(cè)定植株各部位的含氮量。

1.4.4 玉米葉片的氮代謝酶活性

于玉米吐絲期（R1）和灌漿期（R3），灌溉后第5天上午在各小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的5株玉米，取其穗位葉，使用液氮冷凍保存后在室內(nèi)測(cè)定谷氨酸脫氫酶（GDH）[18]和谷氨酰胺合成酶（GS）[19]的活性。

1.4.5 玉米產(chǎn)量

于2016年9月29日和2017年10月2日進(jìn)行全小區(qū)測(cè)產(chǎn)，使用谷物水分測(cè)定儀測(cè)定籽粒含水率，參照Sun等[20]的方法測(cè)定產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013和SAS 9.0處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉定額對(duì)玉米籽粒灌漿特性的影響

玉米籽粒在吐絲后的百粒質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化情況如表2所示。由表2可知，在吐絲后的各階段，Q1、Q2、Q3處理的百粒質(zhì)量均顯著高于CK，Q2與Q3處理的百粒質(zhì)量均顯著高于Q1處理，Q2與Q3處理的百粒質(zhì)量間均無(wú)顯著性差異。這說(shuō)明適宜的進(jìn)行灌溉有利于玉米籽粒干物質(zhì)的積累，從籽粒剛形成至玉米生理成熟，灌溉均會(huì)顯著地影響籽粒的干物質(zhì)積累。

表2 不同灌溉定額條件下玉米籽粒百粒質(zhì)量

注 同一年份同一列數(shù)據(jù)后帶有不同小寫字母者差異顯著（＜0.05），下同。

表3 不同灌溉定額下玉米籽粒平均灌漿速率

從表3可以看出，隨著灌溉定額的增加，各處理玉米的籽粒平均灌漿速率均呈增加趨勢(shì)，與CK相比，Q1、Q2、Q3處理在2016年和2017年玉米籽粒的平均灌漿速率均顯著增加，Q1處理在2016年和2017年分別增加了20.05%和21.36%，Q2處理分別增加了32.27%和40.45%，Q3處理分別增加了34.47%和41.46%，Q2與Q3處理的平均灌漿速率顯著高于Q1處理，Q2與Q3處理的平均灌漿速率間沒(méi)有顯著性差異。灌溉促進(jìn)了籽粒積累干物質(zhì)的速率，但灌溉定額增加到一定程度后，平均灌漿速率增加的速率在減少，2016年和2017年，與Q2處理相比，Q3處理的平均灌漿速率僅增加了1.64%和0.71%。

由圖2可以看出，不同灌溉定額條件下玉米籽粒的灌漿速率均呈單峰曲線狀變化，不同灌溉定額處理的玉米籽粒灌漿速率達(dá)到最大時(shí)的天數(shù)基本是一致的，在灌漿速率達(dá)到最大值時(shí)，與CK相比，Q2與Q3處理的灌漿速率均顯著增加，2016年增加了47.65%和48.15%，2017年增加了46.15%和45.69%。

圖2 不同灌溉定額下玉米籽粒灌漿速率

2.2 不同灌溉定額對(duì)玉米根系傷流強(qiáng)度的影響

圖3是不同灌溉定額條件下玉米根系傷流強(qiáng)度的變化情況。由圖3可知，隨著灌溉定額的增加，玉米根系的傷流強(qiáng)度在3個(gè)生育時(shí)期均增加，與CK相比，Q1、Q2與Q3處理的根系傷流強(qiáng)度均呈顯著增加的變化趨勢(shì)，Q2與Q3處理的根系傷流強(qiáng)度均顯著高于Q1處理，與Q1處理相比，Q2處理在2016年的3個(gè)生育時(shí)期分別增加了12.25%、9.03%和9.12%，在2017年分別增加了12.19%、7.32%和8.83%，Q3處理在2016年的3個(gè)生育時(shí)期分別增加了13.13%、9.80%和11.94%，在2017年分別增加了12.98%、11.32%和10.04%，Q2與Q3處理的傷流強(qiáng)度間沒(méi)有顯著性差異。

圖3 不同灌溉定額下玉米根系傷流強(qiáng)度

2.3 不同灌溉定額條件下氮素積累的變化

從表4可以看出，玉米在成熟期后籽粒均積累了更多的氮素，植株中含氮量均呈籽粒＞葉片＞莖稈的變化趨勢(shì)，與CK相比，Q1、Q2與Q3處理的籽粒、莖稈和葉片中的含氮量均顯著增加，Q2與Q3處理的籽粒、莖稈和葉片含氮量要顯著高于Q1處理，Q2與Q3處理的上述指標(biāo)間均無(wú)顯著性差異。氮的積累總量變化趨勢(shì)與植株各部位基本一致，灌溉定額的增加顯著地增加了玉米氮素的積累量，與CK相比，Q2和Q3處理的氮素積累總量在2016年分別增加了47.88%和50.19%，在2017年分別增加了29.26%和29.63%。

表4 不同灌溉定額下玉米成熟期氮素積累

2.4 不同灌溉定額對(duì)玉米葉片氮代謝酶活性的影響

圖4是不同灌溉定額下玉米葉片GS活性。由圖4可知，隨著灌溉定額的增加，GS活性在吐絲和灌漿期均呈增加的變化趨勢(shì)，Q1、Q2和Q3處理均顯著高于CK。Q2與Q3處理的GS在灌漿期均顯著高于Q1處理，其中，2016年，與Q1處理相比，Q2與Q3處理分別增加了15.68%和16.03%，2017年分別增加了14.81%和16.50%。Q2與Q3處理的GS活性沒(méi)有顯著性差異（＜0.05）。

由圖5可以看出，隨著灌溉定額的增加，玉米葉片的GDH活性在吐絲和灌漿期均呈下降的變化趨勢(shì)，與CK相比，Q1、Q2與Q3處理的GDH活性均顯著降低，Q2與Q3處理的GDH活性顯著低于Q1處理，Q2與Q3處理的GDH活性沒(méi)有顯著性差異。

圖4 不同灌溉定額下玉米葉片谷氨酰胺合成酶活性

圖5 不同灌溉定額下玉米葉片谷氨酸脫氫酶活性

2.5 灌溉定額條件下玉米的產(chǎn)量及各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

表5是不同灌溉定額條件下玉米產(chǎn)量的變化，4個(gè)處理玉米的產(chǎn)量均隨著灌溉定額的增加而提高，與CK相比，Q1、Q2與Q3處理的產(chǎn)量均顯著增加，Q2與Q3處理間無(wú)顯著性差異，且均顯著高于Q1處理，與CK相比，Q2與Q3處理的產(chǎn)量在2016年增加了44.59%和45.37%，在2017年增加了47.36%和51.87%。灌溉可使這一地區(qū)的玉米增產(chǎn)，但灌溉量增加到一定數(shù)值后，玉米產(chǎn)量將不再顯著增加。

表5 不同灌溉定額條件下玉米的產(chǎn)量

由表6可以看出，產(chǎn)量、平均灌漿速率、氮積累總量、吐絲期時(shí)GS活性和傷流液強(qiáng)度與灌溉定額間均顯著相關(guān)，這說(shuō)明灌溉定額與玉米產(chǎn)量、籽粒的灌漿特性、氮的積累、葉片與根系的一些生理特性之間密切相關(guān)。平均灌漿速率與產(chǎn)量、吐絲期時(shí)傷流液強(qiáng)度、氮積累總量和GS活性顯著正相關(guān)。氮積累總量與產(chǎn)量、平均灌漿速率、吐絲期時(shí)傷流液強(qiáng)度和GS活性顯著正相關(guān)。吐絲期時(shí)GDH活性與其余5個(gè)指標(biāo)均顯著負(fù)相關(guān)。吐絲期時(shí)GS活性與產(chǎn)量、平均灌漿速率、氮積累總量和吐絲期時(shí)傷流液強(qiáng)度顯著正相關(guān)。吐絲期時(shí)傷流液強(qiáng)度與產(chǎn)量、平均灌漿速率、氮積累總量和GS活性均顯著正相關(guān)。

表6 灌溉定額條件下玉米各指標(biāo)的相關(guān)性

3 討論

作物籽粒灌漿特性的變化反映了作物群體的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，灌溉會(huì)對(duì)作物籽粒的灌漿特性造成影響[21]。本研究表明，不同灌溉定額條件下玉米籽粒的灌漿速率呈單峰曲線狀變化，在吐絲后25~35 d時(shí)達(dá)到峰值，各處理的灌漿速率達(dá)到最大時(shí)的時(shí)間基本是一致的，Q2與Q3處理的灌漿速率顯著高于CK與Q1處理，Q2與Q3處理的灌漿速率間沒(méi)有顯著差異，這與張作為等[21]研究結(jié)果基本一致，即小麥籽粒的灌漿速率在不同灌溉量級(jí)下呈拋物線狀變化，在開花后25~30 d達(dá)到籽粒干物質(zhì)積累的峰值，在小麥灌漿速率最高的時(shí)期，灌溉量較少的處理可以延長(zhǎng)灌漿的時(shí)間和活躍度。本研究表明，籽粒的平均灌漿速率和百粒質(zhì)量會(huì)隨著灌溉定額的增加而增加，Q2與Q3處理顯著高于CK和Q1處理，但Q2與Q3處理間沒(méi)有顯著性差異，這說(shuō)明灌溉定額的增加會(huì)影響到玉米籽粒的灌漿程度和干物質(zhì)積累，但灌溉定額達(dá)到一定數(shù)值后玉米的平均灌漿速率和干物質(zhì)積累量將不再增加，這與黃彩霞等[22]的研究結(jié)果基本一致，適當(dāng)?shù)販p少灌溉定額不但可以節(jié)約水資源，還可以使玉米擁有更充分灌漿時(shí)間，有利于莖稈與葉片的干物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)。

作物根系的生理活動(dòng)與該地域氣溫、地溫和水分之間關(guān)系密切，利用根系傷流強(qiáng)度這項(xiàng)指標(biāo)可以判斷植物根系吸收水分、養(yǎng)分能力的強(qiáng)弱[23]。本研究表明，Q2與Q3處理的傷流強(qiáng)度顯著高于CK與Q1處理，Q2與Q3處理的傷流強(qiáng)度間無(wú)顯著差異。陸大克等[24]研究認(rèn)為，改善灌溉方式，增加灌溉量的同時(shí)要增施一定比例的氮肥才能促進(jìn)灌溉后水稻根系的生長(zhǎng)，這是由于單位面積內(nèi)土壤可供作物吸收的養(yǎng)分和水分是有限的，過(guò)高的灌溉定額并不利于根系的生長(zhǎng)發(fā)育，這與本研究結(jié)果基本一致，增加灌溉定額的同時(shí)會(huì)影響作物的養(yǎng)分吸收，但關(guān)于玉米根系在灌溉定額與肥料施用比例之間的關(guān)系仍有待于進(jìn)一步深入研究。

成熟期后玉米籽粒積累的氮素隨灌溉量增加呈增加的變化趨勢(shì)，與CK相比，Q1、Q2和Q3處理的籽粒、莖稈和葉片中的含氮量均顯著增加，籽粒中氮素積累反映了作物的產(chǎn)量形成，氮素積累量與灌溉量、產(chǎn)量之間關(guān)系密切，這與張鴻等[25]研究結(jié)果一致。本研究表明，Q2與Q3處理間無(wú)顯著性差異，灌溉定額的增加并沒(méi)有顯著增加玉米各部位的氮素積累，這可能由于過(guò)多的水分改變了已施入土壤中的肥料，使其在土壤中的含量受到了影響，灌溉定額的變化與土壤肥力之間的關(guān)系仍然待進(jìn)一步研究。

谷氨酰胺合成酶（GS）在作物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中常被認(rèn)為是氮素代謝的重要產(chǎn)物，它可作為判斷作物是否遭受脅迫的重要指標(biāo)[26]，谷氨酸脫氫酶（GDH）也是判斷作物是否遭受逆境的一項(xiàng)指標(biāo)。不同的灌溉定額可對(duì)GS和GDH的活性造成一定影響，本研究結(jié)果表明，與CK相比，Q1、Q2與Q3處理的GS均顯著增加，GDH均顯著下降，Q2與Q3處理的GS在灌漿期顯著高于Q1處理，Q2與Q3處理的GDH在吐絲和灌漿期均顯著低于Q1處理，灌溉定額的增加促進(jìn)了玉米氮代謝的反應(yīng)過(guò)程，加速了玉米葉片氮的同化，同時(shí)也加速了玉米氮素的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)[27]，當(dāng)灌溉定額達(dá)到一定數(shù)值后，GS活性便不再顯著增加，氮代謝酶的活性與土壤肥力之間關(guān)系密切，灌溉定額過(guò)大不但會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，還會(huì)使土壤肥力下降，導(dǎo)致氮代謝酶活性也受到影響，這與徐國(guó)偉等[28]研究結(jié)果基本一致。

土壤水分虧缺影響著作物的產(chǎn)量形成[29]，本研究結(jié)果表明，與CK相比，Q1、Q2與Q3處理的玉米產(chǎn)量均顯著增加，且產(chǎn)量隨著灌溉定額的增加而增大，但Q2與Q3處理的產(chǎn)量間無(wú)顯著性差異，2016和2017年的全生育期降雨量和降雨分布不完全相同，這說(shuō)明通過(guò)灌溉定額的增加可增加該地區(qū)玉米的產(chǎn)量，緩解因土壤水分虧缺對(duì)玉米造成的影響，當(dāng)灌溉定額達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，玉米的產(chǎn)量不再增加，土壤水分過(guò)多同樣會(huì)影響玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響到玉米的產(chǎn)量形成，這與Farre[30]等研究結(jié)果基本一致。從本研究各指標(biāo)的相關(guān)性分析中可以看出，產(chǎn)量、平均灌漿速率、氮素積累總量、吐絲期時(shí)傷流液強(qiáng)度和GS活性均會(huì)隨著灌溉定額的增加而增加，GDH活性隨著灌溉定額的增加而下降，它們均與灌溉定額之間密切相關(guān)，這說(shuō)明通過(guò)合理灌溉能夠增強(qiáng)根系活力，促進(jìn)礦質(zhì)吸收、同化物合成與運(yùn)輸積累，為其產(chǎn)量形成奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

半干旱區(qū)玉米受缺水的影響較大，隨著灌溉定額的增加，玉米產(chǎn)量、籽粒平均灌漿速率和百粒質(zhì)量、玉米根系傷流強(qiáng)度、玉米植株氮素積累量和葉片GS活性均會(huì)增加，葉片GDH活性下降。在吉林省西部半干旱區(qū)，玉米全生育期采用1 700 m3/hm2的灌溉定額時(shí)，玉米的灌漿特性、根系傷流強(qiáng)度、氮素積累特性、葉片氮代謝酶活性和產(chǎn)量均表現(xiàn)較佳，上述生理指標(biāo)與產(chǎn)量間呈顯著相關(guān)變化。從高效節(jié)水的角度分析，1 700 m3/hm2可作為吉林省西部半干旱區(qū)玉米全生育期的最適灌溉定額。

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The Impacts of Irrigation Amount on Physiological Characteristics and Yield of Spring Maize

XU Chen1, 2, YAN Weiping1, SUN Ning1, LIU Xiaolong3, ZHAO Hongxiang1, TAN Guobo1, WU Zhihai2, ZHANG Zhian2, ZHANG Lihua1, BIAN Shaofeng1*

(1. Jilin Academy of Agriculture Sciences, Changchun 130124, China;2. Jilin Agriculture University, Changchun 130118, China; 3. Yichun University, Yichun 336000, China)

【】Maize production in Jilin province of China needs irrigation because precipitation and antecedent soil water in its growth season cannot meet its demand. Although the impact of water stress in maize growth has been well documented, how its physiological characteristics respond to irrigation amount is an issue remaining obscure for maize production in Jilin province.【】This paper aims to elucidate irrigation-water use efficiency of the maize under different irrigation amounts, with a view to improve water use efficiency without compromising yield in the semi-arid areas in the west of the province.【】A two-year field experiment was conducted with the variety Huanong 887 as the model plant. We compared four irrigation amounts: 500 (CK), 900 (Q1), 1 700 (Q2) and 2 500 m3/hm2(Q3), and in each treatment we measured the accumulation of nitrogen, grain filling, activities of nitrogen metabolizing enzymes in leaves, as well as root injury level.【】①The average grain-filling rate, 100-grain weight and root injury level all increased with the irrigation amount, but their values in Q2 and Q3 were significantly higher than those in Q1 and CK. ②Compared to Q1 and CK, Q2 and Q3 significantly increased nitrogen content in grains, stems and leaves. ③With the increase in irrigation amount, the activities of glutamine synthetase (GS) in the leaves increased, while the activities of glutamate dehydrogenase (GDH) in the leaves decreased. ④The yield increased with irrigation amount, especially in Q2 and Q3. ⑤No significant difference in yield and physiological traits was found between Q2 and Q3.【】Soil moisture is an important factor limiting growth and development of maize in the semi-arid areas in the western Jilin province. With the increase in irrigation amount, the yield, average grain-filling rate, 100-grain weight, root injury level, nitrogen accumulation and GS activity in the leaves all increased, while the activity of GDH in the leaves decreased. The physiological traits were significantly correlated with the yield. When the irrigation amount was 1 700 m3/hm2, the grain-filling rate, root injury level, nitrogen accumulation, nitrogen metabolizing enzyme activity in the leaves were optimal, giving the highest yield. It thus can be used as the reference irrigation strategy for maize production for the studied areas.

maize; irrigation quota; grouting characteristics; bleeding sap; nitrogen accumulation; nitrogen metabolism enzyme

1672 - 3317（2021）01 - 0007 - 08

S311

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020227

2020-04-24

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFD0300205；2017YFD0300605）

徐晨（1987-），男。博士，主要從事作物生理生態(tài)研究。E-mail: 497836232@qq.com

邊少鋒（1963-），男。研究員，主要從事作物旱作節(jié)水研究。E-mail: bsf8257888@sina.com

徐晨,閆偉平, 孫寧,等. 不同灌水處理對(duì)春玉米生理特性的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(1): 7-14.

XU Chen, YAN Weiping, SUN Ning, et al. The Impacts of Irrigation Amount on Physiological Characteristics and Yield of Spring Maize[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021,40(1): 7-14.

責(zé)任編輯：趙宇龍