滴灌條件下水肥耦合對(duì)春玉米光合速率及產(chǎn)量的影響

王 雯，張 雄，白盼盼，劉遠(yuǎn)超

（1.榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林 719000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052）

陜北沙區(qū)光照充足，晝夜溫差大，有利于春玉米的干物質(zhì)累積；并且該地區(qū)土地平坦、便于灌溉，是我國(guó)春玉米的優(yōu)生區(qū)之一[1]。目前，滴灌技術(shù)已成為該地區(qū)玉米高產(chǎn)栽培的主要技術(shù)手段，但尚未形成科學(xué)合理的滴灌水肥管理制度，灌水和施肥隨意性較大，水肥利用效率較低，制約了春玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)。不合理的水肥配比造成水肥資源浪費(fèi)，甚至影響產(chǎn)量和品質(zhì)提升[2]。研究表明，滴灌水肥一體化技術(shù)是同時(shí)對(duì)灌水量與施肥量進(jìn)行定量控制的節(jié)水節(jié)肥技術(shù)，根據(jù)土壤養(yǎng)分含量和作物的需肥規(guī)律，將合理配比的水肥均勻、定時(shí)、定量浸潤(rùn)作物根區(qū)，實(shí)現(xiàn)以水帶肥、以肥促水、水肥耦合。合理的水肥配比可充分發(fā)揮水肥互作效應(yīng)，提高作物的水肥利用率，減少化肥對(duì)環(huán)境的污染[3-5]，可顯著提高植株的光合速率（P＜0.05）[6-8]，增加作物產(chǎn)量[9-11]。滴灌條件下合理的水肥配比是提高春玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵措施。然而，水肥耦合模式對(duì)陜北沙區(qū)滴灌春玉米產(chǎn)量影響的研究少見(jiàn)報(bào)道。

本研究通過(guò)開(kāi)展滴灌條件下不同水肥耦合模式對(duì)春玉米產(chǎn)量影響的田間試驗(yàn)，觀測(cè)不同水肥耦合模式下春玉米光合速率和產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化，以明確春玉米光合速率和產(chǎn)量對(duì)水肥耦合的響應(yīng)，旨在篩選出適宜的水肥耦合模式，為陜北沙區(qū)春玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020 年4—10 月在國(guó)家級(jí)榆林現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進(jìn)行。該地地處牛家梁鎮(zhèn)榆卜界村（109°43′E，38°23′N(xiāo)），屬干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量410 mm，蒸發(fā)量1 800 mm，年日照時(shí)數(shù)2 900 h，年總輻射606.7×107J/m2，年均氣溫8.5 ℃，無(wú)霜期約為155 d。該地區(qū)光照充足，地勢(shì)平坦，地下水位相對(duì)較高，利于灌溉。土壤為風(fēng)沙土，肥力水平中等。供試土壤pH 值為7.8，有機(jī)質(zhì)含量為7.83 g/kg，全氮含量為0.35 g/kg，堿解氮含量為48.85 mg/kg，有效磷含量為13.92 mg/kg，速效鉀含量為185 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試春玉米品種為陜單609，由西北農(nóng)林科技大學(xué)選育，2016 年通過(guò)國(guó)家玉米品種審定，適宜在陜北灌區(qū)春播種植。專(zhuān)用滴灌水溶肥由河北尚古田豐生物科技有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用飽和D-416-A 最優(yōu)設(shè)計(jì)（4 因素二次飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)），該設(shè)計(jì)是試驗(yàn)處理組合數(shù)目與回歸方程中參數(shù)相等的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)可在提高試驗(yàn)精度，減少試驗(yàn)誤差的同時(shí)，盡量減小試驗(yàn)規(guī)模，提高試驗(yàn)效率，已被廣泛應(yīng)用[12]。試驗(yàn)因素為灌溉量、純氮量、純磷量和純鉀量，具體因素水平如表1 所示，共設(shè)置16 個(gè)水肥一體化處理，每處理重復(fù)3 次，小區(qū)隨機(jī)排列，其中每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)為6 m，寬為5 m，小區(qū)面積為30 m2。春玉米于4 月中旬播種，寬窄行種植（60 cm＋40 cm），株距25 cm，密度為7.95 萬(wàn)株/hm2，播種深度為2～3 cm。滴灌帶鋪設(shè)在2 行玉米中間（采用迷宮式滴灌帶，滴頭間距25 cm，滴頭流量1.38 L/h）。氮、磷、鉀肥總用量的30%作為基肥，隨翻耕施入土中；70%作追肥（專(zhuān)用滴灌水溶肥），在大喇叭口期到灌漿期隨水追施。每次灌溉時(shí)用水表測(cè)定各小區(qū)的容積灌溉量（m3）。

表1 滴灌春玉米水肥耦合模式的飽和D-416-A 最優(yōu)設(shè)計(jì)方案

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在春玉米不同生育期（苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿期、成熟期），于晴朗無(wú)云的9：00—11：00，采用美國(guó)LI-COR 公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合儀觀測(cè)春玉米穗位葉的凈光合速率（Pn），每小區(qū)選長(zhǎng)勢(shì)一致的5 株，結(jié)果取其平均值。

春玉米成熟后，對(duì)小區(qū)產(chǎn)量單打單收測(cè)定小區(qū)產(chǎn)量，并將小區(qū)產(chǎn)量折算為公頃產(chǎn)量。每個(gè)小區(qū)采收中間2 行玉米果穗帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定玉米的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粗、穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行4 因素二次飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，觀測(cè)數(shù)據(jù)采用單因素方差分析；平均數(shù)間的多重比較采用Duncan新復(fù)極差法（P＜0.05）；采用回歸分析揭示春玉米產(chǎn)量與不同水肥耦合模式關(guān)系；用Origin 2019 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥耦合對(duì)春玉米凈光合速率的影響

從表2 可以看出，在春玉米整個(gè)生育期，滴灌條件下不同水肥耦合處理的春玉米葉片凈光合速率（Pn）依次為T(mén)10＞T13＞T15＞T6＞T9＞T1＞T8 ＞T5 ＞T2 ＞T7 ＞T4 ＞T16 ＞T3 ＞T14 ＞T11 ＞T12，T10 處理的Pn 值顯著高于其他處理（除T13和T15 處理）7.6%～150.0%（P＜0.05），略高于T13處理1.4%～6.7%，但二者無(wú)顯著差異；除苗期和大喇叭口期外，T10 處理的Pn 值較T15 處理顯著高6.5%～14.5%（P＜0.05）。

2.2 不同水肥耦合對(duì)春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3 可知，不同水肥耦合處理春玉米各產(chǎn)量構(gòu)成因素大小表現(xiàn)為T(mén)10＞T13＞T15＞T6＞T9＞T1 ＞T8 ＞T5 ＞T2 ＞T7 ＞T4 ＞T16 ＞T3 ＞T14 ＞T11＞T12；其中，T10 處理的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)顯 著 高 于T2、T3、T4、T7、T11、T12、T14、T16 處 理（P＜0.05），分別較T12 處理顯著提高了60.2%、58.3%和41.9%（P＜0.05）；除T13 和T15 處理外，T10 處理的穗粗、穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量顯著高于其他處理8.6%～102.2%（P＜0.05），分別比T12 處理提高了78.7%、59.8%、100.1%和102.2%，且差異顯著（P＜0.05）；T10 處理的各產(chǎn)量構(gòu)成因素略高于T13 處理2.3%～8.2%。

從圖1 可以看出，除T13 和T15 處理外，T10處理的春玉米產(chǎn)量顯著高于其他處理10.3%～88.0%（P＜0.05），分別較T11 和T12 處理顯著提高77.1%和88.0%（P＜0.05），較T13 和T15 處理略高3.7%和5.1%（P＞0.05）。

2.3 春玉米光合速率和產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)水肥耦合的響應(yīng)

回歸分析結(jié)果表明（表4），春玉米的光合速率、各產(chǎn)量構(gòu)成因素與水肥耦合因子均呈顯著正相關(guān)（r≥0.762，P≤0.035）；由回歸方程中的決定系數(shù)（R2）可看出，灌溉量和施肥量對(duì)春玉米光合速率和產(chǎn)量變化的解釋度高于58%。春玉米的光合速率和產(chǎn)量構(gòu)成因素與氮肥施用量均呈顯著相關(guān)（P≤0.016），其中，春玉米的穗質(zhì)量與氮肥、磷肥和鉀肥施用量相關(guān)性顯著（P≤0.043）；春玉米的光合速率、行粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量與氮肥、磷肥施用量呈顯著相關(guān)（P≤0.042）。

表4 春玉米光合速率、產(chǎn)量構(gòu)成因素與水肥耦合因子的回歸分析

3 結(jié)論與討論

滴灌條件下，適宜的水肥耦合配比可顯著提高春玉米的光合速率和產(chǎn)量。本研究中，不同水肥耦合處理的春玉米凈光合速率差異顯著（P＜0.05）。T10處理（灌溉量5 268.2 m3/hm2，純氮量251.2 kg/hm2，純磷量129.7 kg/hm2，純鉀量88.0 kg/hm2）顯著提高了春玉米的光合速率（P＜0.05）。但在水肥用量過(guò)高或者過(guò)低的處理中（如T11 和T12），春玉米的光合速率顯著下降，這與戚迎龍等[13]的研究結(jié)果一致。這是由于水分過(guò)多不利于玉米的蹲苗，且易造成土壤板結(jié)缺氧，而水分過(guò)低，不能滿(mǎn)足玉米正常的生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致光合速率下降[14-16]。本研究顯示，春玉米葉片的光合速率在抽雄吐絲期達(dá)到最大，該時(shí)期T10 處理的（灌溉量5 268.2 m3/hm2）的光合速率較T12 處理（灌溉量2 400.0 m3/hm2）提高84.1%，差異顯著（P＜0.05）。楊麗等[17]研究也發(fā)現(xiàn)，較低的水分供給導(dǎo)致小麥旗葉光合速率大幅下降。本研究表明，適宜的水肥配比有助于提高春玉米的產(chǎn)量，陜北沙區(qū)春玉米T10 處理下的產(chǎn)量各構(gòu)成因素均為最高。在玉米的產(chǎn)量各構(gòu)成因素中，穗粒質(zhì)量是玉米產(chǎn)量的決定因素之一[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，T10 處理（灌溉量5 268.2 m3/hm2）的穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量顯著高于灌溉量相同的T4、T6 和T8 處理，在相同的灌溉量條件下，氮、磷、鉀肥料用量及配比是影響玉米產(chǎn)量形成的重要因素[19-20]。

春玉米的光合速率、產(chǎn)量構(gòu)成因素與水肥耦合因子的回歸分析顯示，滴灌條件下，水肥耦合處理解釋了58%以上的春玉米光合速率和產(chǎn)量變化。在水肥因子中，氮肥對(duì)春玉米的光合速率和產(chǎn)量構(gòu)成因素均呈顯著正相關(guān)，適宜的施氮量是滴灌春玉米產(chǎn)量形成的決定因素，這與楊宇等[21]和孟曉琛等[22]的研究結(jié)論基本一致。春玉米的各產(chǎn)量構(gòu)成因素中，穗質(zhì)量的形成對(duì)氮肥、磷肥和鉀肥施用量都較為敏感，行粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量與氮肥和磷肥施用量密切相關(guān)。薛垠鑫等[3]研究也發(fā)現(xiàn)，滴灌條件下灌溉量對(duì)春玉米的光合速率和產(chǎn)量無(wú)顯著影響，這可能是由于滴灌方式通過(guò)均勻的供水方式將水分送到作物根區(qū)，從而降低了玉米生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)不同灌溉水平的敏感性[4，23]，灌溉水和氮、磷、鉀肥料的耦合作用對(duì)玉米光合速率提高及產(chǎn)量形成的作用更為重要[23-24]。本研究中，T10 處理水肥配比對(duì)增強(qiáng)春玉米葉片光合速率、提高產(chǎn)量發(fā)揮了良好、作用，可作為陜北沙區(qū)滴灌春玉米適宜的水肥耦合模式。