高密度栽培下滴灌量對春玉米干物質(zhì)積累、穗部性狀、產(chǎn)量的影響

唐 誠，高 慧，褚貴新

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 石河子 832003）

為了實現(xiàn)玉米（Zea maysL.）穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)目標，高密度栽培（＞10萬株∕hm2）成為新疆玉米栽培的主推模式。玉米生育期長，高密度栽培下耗水量大。新疆是中國資源性缺水嚴重的地區(qū)之一，水分是該區(qū)域作物生產(chǎn)的關(guān)鍵限制因子。高密栽培模式下合理灌溉定額研究一方面可保障區(qū)域水資源可持續(xù)利用，另一方面可保障作物一定的產(chǎn)量目標。不同玉米種植地區(qū)，受氣候、土壤等多種因素的影響，農(nóng)戶大田灌水量差異較大，新疆伊寧市大田灌水量約為8 400 m3∕hm2，奇臺縣約為6 000 m3∕hm2［1］。玉米產(chǎn)量一般隨灌水量增加而逐步增加，達到一定程度則保持穩(wěn)定，呈拋物線變化［2，3］。玉米生育期間的干物質(zhì)積累、分配決定了玉米產(chǎn)量的高低［4］。多數(shù)研究表明，干物質(zhì)積累量與玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)，灌水量影響玉米的生長發(fā)育過程，進而影響其干物質(zhì)的累積及產(chǎn)量形成［5，6］。單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重為影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵要素，種植密度影響單位面積穗數(shù)，進而影響單位面積產(chǎn)量［7，8］。在伊寧市和奇臺縣，玉米的種植密度大于10萬株∕hm2時，產(chǎn)量≥15 000 kg∕hm2［1］。隨種植密度增加，玉米的耗水量也明顯增加［9，10］。一定種植密度下，隨灌水量的增加，穗粒數(shù)、千粒重亦呈增加趨勢［1］。目前，新疆天山北坡中部玉米種植中多采用高密度栽培模式，但玉米灌水量在此區(qū)域差異大，不同灌水量下玉米的干物質(zhì)積累、穗部性狀和產(chǎn)量表現(xiàn)尚缺乏深入分析。在高密度栽培下，探討該區(qū)域不同灌溉定額對玉米干物質(zhì)積累、穗部性狀、產(chǎn)量的影響，為新疆玉米高密度栽培合理灌水量制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗地位于新疆烏蘭烏蘇氣象站（44°17′N，85°49′E），海拔約468 m。烏蘭烏蘇鎮(zhèn)位于金溝河、瑪納斯河、寧家河沖積扇的緣接地帶，是天山北坡經(jīng)濟帶中部城鎮(zhèn)。2014年玉米全生育期（4—9月）平均氣溫為20.25℃，平均降水量為70.2 mm。試驗地土壤為灌耕灰漠土，表層土壤（0～20 cm）全氮0.96 g∕kg，速效磷23.87 mg∕kg，速效鉀340.95 mg∕kg，有機質(zhì)含量18.73 g∕kg。

1.2 試驗設(shè)計

供試玉米品種為春玉米良玉66。試驗于2014年4月16日進行玉米播種，采用寬窄行覆膜種植，膜寬70 cm，膜間距50 cm，玉米株距為15 cm，玉米行距為40 cm+80 cm，1膜2管4行高密度種植，種植密度為11.2萬株∕hm2。灌水量（滴灌設(shè)施）設(shè)置3個處理，分別為4 500 m3∕hm2（W1，平均灌水量的2∕3）、6 750 m3∕hm（2W2，當(dāng)?shù)仄骄嗨?，CK）、9 000 m3∕hm2（W3，平均灌水量的4∕3）。每個處理設(shè)置3個重復(fù)，共9個小區(qū)。小區(qū)采取完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計，每小區(qū)長10 m，小區(qū)面積38.5 m2。氮肥用量為330 kg∕hm2，磷肥用量為90 kg∕hm2，鉀肥用量為90 kg∕hm2，氮、磷、鉀肥全部作追肥隨水滴施。生育期內(nèi)滴水10次，各生育期田間管理措施等同當(dāng)?shù)卮筇铮嗨褪┓誓Ｊ揭姳?。

表1 不同灌水量處理下的灌水、施肥模式

1.3 干物質(zhì)量測定

分別于玉米出苗后60 d（拔節(jié)期）、70 d（抽雄吐絲期）、90 d（子粒形成期）和115 d（成熟期），從各小區(qū)中選取代表性植株3株，按葉片、莖、雄穗、雌穗4部分分離樣品，在105℃烘箱中殺青30 min，75℃條件下烘干至恒重，冷卻后稱取質(zhì)量，計算玉米各生育期地上部分干物質(zhì)積累量。

1.4 玉米產(chǎn)量及穗部性狀因子測定

生理成熟期，每個處理去除邊行各2行以及兩端，每小區(qū)選取2 m寬，計算株數(shù)和穗數(shù)，得出實收株數(shù)、穗數(shù)；在收獲后，每小區(qū)選取代表性穗子20穗，裝入尼龍種子袋中，寫好標簽，標簽內(nèi)容包括采集人姓名、作物名稱、品種、收獲日期，然后帶回室內(nèi)風(fēng)干。果穗風(fēng)干后，進行玉米考種。先測定穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖長度、穗重，然后把所測穗脫粒、稱穗粒重。每個試驗處理另取20穗代表性果穗，稱總鮮重后立刻脫粒，隨機數(shù)100粒，重復(fù)3次，取其較為接近的2次平均，換算成千粒重。用PM-8188型谷物水分測定儀測定子粒含水量（重復(fù)4次）。另外計算以下指標：

出子率=穗粒重∕穗重；

單穗產(chǎn)量=鮮穗重×出子率×［1-含水率］÷（1-14%）；

理論產(chǎn)量=單位面積穗數(shù)×穗粒數(shù)×粒重。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2013處理后用GraphPad Prism 7.0進行圖表制作，用SPSS 22.0軟件進行回歸分析，單穗產(chǎn)量與穗部性狀指標多元回歸分析采取逐步回歸篩選變量，應(yīng)用F檢驗進行模型顯著性檢驗，T檢驗進行參數(shù)顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量處理玉米地上部干物質(zhì)積累與分配

2.1.1 不同灌水量處理玉米地上部干物質(zhì)積累動態(tài) 從玉米不同生長時期植株干物質(zhì)積累動態(tài)來看（圖1），出苗后90 d前各階段的地上干物質(zhì)積累總量、營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量在不同灌水量處理之間均無顯著差異（P＞0.05）；出苗后115 d不同灌水量處理顯著影響了玉米地上部干物質(zhì)積累總量和繁殖器官干物質(zhì)積累量（P＜0.05），多重比較分析表明，W3處理顯著高于W1（P＜0.05），而W2處理與其他2個處理之間均無顯著差異（P＞0.05）。關(guān)于營養(yǎng)器官，出苗后115 d營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量在不同灌水量處理之間無顯著差異（P＞0.05）。這表明相比對照，灌水量增加或降低對子粒形成期（出苗后90 d）前的干物質(zhì)積累量影響不明顯，但顯著影響了玉米子粒形成期后的繁殖器官干物質(zhì)積累量。

圖1 不同灌水量下玉米不同生育階段地上部干物質(zhì)量動態(tài)變化

W1、W2、W3處理下玉米地上部干物質(zhì)積累總量日增量出苗后60～70 d分別為6.9、6.3、7.3 g∕株，70～90 d分別為0.9、2.0、0.3 g∕株；90～115 d分別為1.6、1.9、4.0 g∕株；玉米營養(yǎng)器官干物質(zhì)日增量出苗后60～70 d分別為6.5、5.6、6.7 g∕株；70～90 d分別為-1.4、-0.9、-2.0 g∕株；90～115 d分別為-0.7、-0.6、0.0 g∕株；玉米繁殖器官干物質(zhì)日增量出苗后60～70 d分別為0.7、1.0、1.2 g∕株；70～90 d分別為4.7、5.8、4.4 g∕株；90～115 d分別為2.3、2.5、4.0 g∕株。這表明不同灌水量處理對玉米地上部干物質(zhì)積累量的總體趨勢并沒有明顯改變，干物質(zhì)積累總量和繁殖器官干物質(zhì)積累量隨著生育進程發(fā)展呈遞增趨勢，營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量抽雄吐絲期為分水嶺，在該時期之前增加、之后下降。灌水量加大，明顯提高了玉米子粒形成期至成熟期的繁殖器官干物質(zhì)日積累量。

2.1.2 不同灌水量處理地上部干物質(zhì)分配比例 由不同灌水量處理下玉米開花前后干物質(zhì)量占干物質(zhì)總量的比例可知（圖2），與W1相比，W2和W3處理在玉米開花期至成熟期，干物質(zhì)積累量均顯著提高（P＜0.05），分別平均提升9.0%和10.3%，但W2與W3之間并無顯著差異（P＞0.05）。

圖2 不同灌水量下玉米開花前后地上部干物質(zhì)量占整個干物質(zhì)量的比例

2.2 不同灌水量處理玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因子、穗部性狀的比較

2.2.1 不同灌水量處理下玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因子的比較 由表2可知，不同灌水量處理對玉米單穗產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒重影響顯著（P＜0.05）。多重比較表明，W1與W2和W3之間單穗產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒重的差異均達顯著水平（P＜0.05），而這3個指標在W2和W3之間均無顯著差異（P＞0.05）。與W1相比，W2和W3處理的玉米單穗產(chǎn)量分別增加42.2%和49.9%，穗粒數(shù)分別增加26.9%和31.0%，千粒重分別增加12.3%和14.9%。

表2 不同灌水量處理對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2.2.2 不同灌水量處理下玉米穗部性狀的比較 由表3可知，不同灌水量處理除對玉米穗行數(shù)影響不顯著外（P＞0.05），對單穗穗長、穗粗、禿尖長度、行粒數(shù)、穗重和穗粒重均影響顯著（P＜0.05）。多重比較結(jié)果表明，W2和W3之間除禿尖長度差異顯著外（P＜0.05），其他指標2個處理間均無顯著差異（P＞0.05）。與W1相比，W2和W3處理均顯著提高了穗長（15.8%和17.1%）、行粒數(shù)（26.8%和26.0%）、穗重（43.5%和56.9%）、穗粒重（42.3%和54.5%），均顯著降低了禿尖長度（30.0%和55.0%）。

表3 不同灌水量處理對玉米穗部性狀的影響

2.3 不同灌水量下玉米單穗產(chǎn)量與穗部性狀的相關(guān)及回歸分析

2.3.1 不同灌水量下玉米單穗產(chǎn)量與穗部性狀的相關(guān)分析 對玉米穗部性狀指標與單穗產(chǎn)量進行相關(guān)性分析，結(jié)果（表4）表明，3種灌水量處理下，玉米穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、穗重、穗粒重與單穗產(chǎn)量均為正相關(guān)，禿尖長度與單穗產(chǎn)量為負相關(guān)，穗粗和千粒重在W1處理下與單穗產(chǎn)量表現(xiàn)為負相關(guān)，而在W2和W3處理下表現(xiàn)為正相關(guān)。不同灌水量水平下，玉米穗長、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、穗重、穗粒重與單穗產(chǎn)量的相關(guān)性均達到極顯著水平（P＜0.01），其中穗粒數(shù)與單穗產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)最高。

表4 不同灌水量下玉米單穗產(chǎn)量與各穗部性狀的相關(guān)系數(shù)

2.3.2 不同灌水量下玉米單穗產(chǎn)量與穗部性狀的回歸分析 不同灌水量水平下，玉米穗部單一性狀指標與單穗產(chǎn)量線性回歸方程中常數(shù)項都不顯著（表5），無截距的回歸方程都能很好反映二者之間的關(guān)系。3種灌水量下，單穗產(chǎn)量與穗粒數(shù)的決定系數(shù)R2最高，與禿尖長度的決定系數(shù)R2最低。玉米單穗產(chǎn)量與穗部性狀的多元逐步回歸分析表明，除穗粒數(shù)和千粒重2個指標保留外，其他指標皆被剔除，多元回歸方程中穗粒數(shù)和千粒重系數(shù)均為正，常數(shù)項均為負。這表明，3種灌水量水平下，玉米單穗產(chǎn)量主要受穗粒數(shù)和千粒重的制約。

表5 不同灌水量下玉米單穗產(chǎn)量與各穗部性狀的回歸分析

3 討論

玉米栽培實現(xiàn)高產(chǎn)與灌水量密切相關(guān)，適當(dāng)增加灌水量有利于玉米干物質(zhì)積累［6］。干物質(zhì)積累是玉米子粒產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，干物質(zhì)積累量增加并將其更多地分配到子粒中是玉米高產(chǎn)的途徑［11］。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，灌水定額降低（W1）或增加（W3）均未對生育期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累有顯著影響，較高的灌水量更有利于生育后期干物質(zhì)總量及繁殖器官干物質(zhì)量的積累。有研究表明，生育后期光合生產(chǎn)干物質(zhì)量對子粒的貢獻率為80%左右［12］，花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移對子粒增產(chǎn)的貢獻較大，是子粒增產(chǎn)的主要來源［13］。本研究中，相比W1處理，灌水量增加提高了花后干物質(zhì)的分配比例，但過高的灌水量對此并未有顯著的影響。

有關(guān)研究表明，在3 000～6 000 m3∕hm2灌水量范圍內(nèi)，玉米產(chǎn)量與灌水量呈正相關(guān)關(guān)系，但超過6 000 m3∕hm2灌溉定額后，灌水量對產(chǎn)量的增加無顯著提高［14］。本研究中，灌水量在4 500～6 750 m3∕hm2時，玉米產(chǎn)量與灌水量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，但9 000 m3∕hm2灌水量水平與6 750 m3∕hm2相比未有顯著提升，說明過量灌溉現(xiàn)象存在于當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶玉米大田灌溉中，水資源利用不合理。灌水量與產(chǎn)量的關(guān)系與一定的產(chǎn)量目標亦有關(guān)系，關(guān)于新疆奇臺地區(qū)≥15 000 kg∕hm2產(chǎn)量目標下，滴灌水量減少10%對其產(chǎn)量沒有顯著影響，但繼續(xù)減少20%以上則產(chǎn)量顯著降低［15］。本研究中，灌水量為6 750 m3∕hm2，產(chǎn)量可以保證≥15 000 kg∕hm2，灌水量提高對產(chǎn)量提升無顯著影響，灌水量降低1∕3則顯著降低產(chǎn)量。

玉米產(chǎn)量主要是由玉米穗部性狀的諸多因子決定的［16］。其中，禿尖長度與產(chǎn)量多呈負相關(guān)，其他穗部性狀指標多呈正相關(guān)［17，18］。本試驗相關(guān)分析結(jié)果與此基本一致。在一定灌水定額范圍內(nèi)，灌水量降低，穗粒數(shù)和千粒重也隨之降低［1］。灌水量大小影響土壤水分分布，進而影響玉米的生長，玉米的穗長、穗粗隨著灌水量的降低而降低［19］，禿尖長度隨灌水量的降低而增大［17］。本研究亦證明，一定灌水量范圍內(nèi)，灌水量顯著影響穗部性狀指標，進而影響玉米產(chǎn)量。多元回歸分析表明，在單位面積穗數(shù)不變的情況下，穗粒數(shù)和千粒重對玉米產(chǎn)量的貢獻最大，可達99%以上。吳婕［17］的研究得出，玉米產(chǎn)量的97.5%是由穗粗、禿尖長度、穗粒數(shù)決定；呂瑩瑩等［20］的研究得出，穗長和出子率是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵性狀；陳燦等［21］的研究得出，不同的產(chǎn)量水平下，穗部性狀指標與產(chǎn)量的相關(guān)性不同?？梢?，玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子由哪些穗部性狀指標組成尚存在不一致性。

4 小結(jié)

在該試驗區(qū)平均灌水量6 750 m3∕hm2可以保證玉米高產(chǎn)（產(chǎn)量≥15 000 kg∕hm2），降低1∕3灌水量使玉米產(chǎn)量顯著降低，增加1∕3灌水量對產(chǎn)量影響不明顯，造成水資源浪費，此研究可作為該區(qū)域玉米高密度栽培合理灌水量制定的依據(jù)。