滴灌量對(duì)耐密宜機(jī)收玉米干物質(zhì)積累分配及產(chǎn)量形成的影響

師晶晶，蘭慧青，張向前，路戰(zhàn)遠(yuǎn)1,，步恒通，白東星，程玉臣，杜香玉，王滿秀，陳宣伊

?作物水肥高效利用?

滴灌量對(duì)耐密宜機(jī)收玉米干物質(zhì)積累分配及產(chǎn)量形成的影響

師晶晶1,2，蘭慧青1,2，張向前3,4*，路戰(zhàn)遠(yuǎn)1,3,4*，步恒通1,2，白東星1,2，程玉臣3,4，杜香玉5，王滿秀1,2，陳宣伊1,2

（1.內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010020；2.牧草與特色作物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010020；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，呼和浩特 010031；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)退化農(nóng)田生態(tài)修復(fù)與污染治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010031；5.內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)環(huán)境（集團(tuán)）股份有限公司，呼和浩特 010070）

【目的】探究增密種植條件下滴灌量對(duì)籽粒機(jī)收玉米干物質(zhì)積累分配規(guī)律及產(chǎn)量形成的影響?！痉椒ā恳?018年在內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田開(kāi)始的長(zhǎng)期定位滴灌灌溉試驗(yàn)為基礎(chǔ)，設(shè)置W1（415 m3/hm2）、W2（645 m3/hm2）、W3（945 m3/hm2）、W4（1 275 m3/hm2）、W5（1 605 m3/hm2）5個(gè)滴灌量，以自然雨養(yǎng)為對(duì)照（CK），定量分析籽粒機(jī)收玉米地上部干物質(zhì)積累分配規(guī)律，構(gòu)建Logistic模型擬合玉米干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)，探究不同滴灌水平下干物質(zhì)積累分配規(guī)律及灌水量與產(chǎn)量的關(guān)系和差異性?！窘Y(jié)果】灌水可顯著提高玉米單株地上部干物質(zhì)積累量，不同處理玉米干物質(zhì)積累過(guò)程符合Logistic模型，擬合度2均在0.888 0以上，2 a干物質(zhì)積累量的最大增長(zhǎng)速率均表現(xiàn)為隨灌水量增加而增加，以CK最低，W5處理最高。2020、2021年生物產(chǎn)量均以W5處理最高，收獲指數(shù)分別以W4處理和W3處理最高，分別為0.51和0.50。與CK相比，灌水處理降低成熟期干物質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)器官中的分配比例，但提高了籽粒干物質(zhì)分配比例。隨著灌水量增加，2020年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量呈先升高后降低趨勢(shì)，W4處理最大為14 282.42 kg/hm2；2021年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量呈隨灌水量增加而升高趨勢(shì)，W4（15 480.33 kg/hm2）處理和W5（15 892.52 kg/hm2）處理顯著高于其余處理?！窘Y(jié)論】適宜的灌水量能夠顯著提高干物質(zhì)積累速率，增加籽粒機(jī)收玉米地上部干物質(zhì)積累量并促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒分配，在年自然降水量364.2～390.7 mm范圍的干旱年，種植密度為7.5×104株/hm2的情況下，內(nèi)蒙古中西部干旱、半干旱地區(qū)以每年1 275 m3/hm2的滴灌灌水量進(jìn)行灌溉為最佳。

滴灌量；籽粒機(jī)收玉米；Logistic方程；干物質(zhì)分配和轉(zhuǎn)運(yùn)；玉米產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】水是作物生命活動(dòng)的主要限制因子之一，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量與品質(zhì)的形成都至關(guān)重要。內(nèi)蒙古自治區(qū)黃河流域部分處在半干旱、干旱甚至極端干旱地區(qū)，區(qū)域水資源短缺問(wèn)題已經(jīng)成為限制糧食作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。受氣候變化影響，水資源時(shí)空分布不均愈加嚴(yán)重，對(duì)干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響[1-2]。玉米作為內(nèi)蒙古自治區(qū)乃至全國(guó)播種面積最大、產(chǎn)量最高的作物[3]，以飼用、工業(yè)和糧食消費(fèi)為主，是發(fā)展中國(guó)家主要食物來(lái)源[4]。合理密植可協(xié)調(diào)個(gè)體和群體之間的補(bǔ)償效應(yīng)，能有效提高玉米產(chǎn)量[5]，在此基礎(chǔ)上，采用規(guī)?；N植方式、提高機(jī)械化程度是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中滿足生產(chǎn)需要、降低農(nóng)戶成本的有效途徑。玉米籽粒機(jī)收是提升玉米全程機(jī)械化生產(chǎn)程度的主要環(huán)節(jié)之一[6]，但內(nèi)蒙古沿黃河流域玉米籽粒機(jī)收方式的大面積推廣受水資源條件及節(jié)水灌溉制度不明確的限制，因此制定增密條件下合理的節(jié)水灌溉制度，對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化、提高籽粒機(jī)收玉米的產(chǎn)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！狙芯窟M(jìn)展】玉米籽粒機(jī)收技術(shù)是玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展中實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化的關(guān)鍵[7]，國(guó)內(nèi)多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)品種選育、增密栽培、收獲機(jī)械配套與應(yīng)用展開(kāi)了深入研究[8]，尤其是自“十三五”以來(lái)，逐步形成了從無(wú)到有、從點(diǎn)到面、從北到南的總趨勢(shì)。近年來(lái)，關(guān)于滴灌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的研究已經(jīng)較為全面，合理運(yùn)用滴灌技術(shù)，有助于水資源科學(xué)利用，保持土壤肥力，減少水土流失[9]，極大地降低灌溉過(guò)程中水資源浪費(fèi)量[10]。此外，玉米具有高灌溉需求且對(duì)水分脅迫敏感[11]，采用滴灌技術(shù)后，能夠顯著提高玉米的成苗株數(shù)和單位面積產(chǎn)量[12]。魏育國(guó)等[13]對(duì)比了滴灌、噴灌和漫灌3種灌溉方式，發(fā)現(xiàn)滴灌處理下，玉米干物質(zhì)積累量最高，產(chǎn)量構(gòu)成更為合理，有利于達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的效果。玉米作為一種具有高光合利用率的C4作物，合理密植可提高其光能利用效率[14]；干物質(zhì)作為光合作用的產(chǎn)物，其積累和分配規(guī)律是玉米產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[15]。灌溉水平對(duì)玉米生長(zhǎng)期干物質(zhì)積累具有顯著影響[16]，在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量正相關(guān)[17]，土壤水分會(huì)影響作物光合物質(zhì)生產(chǎn)量以及光合產(chǎn)物在產(chǎn)品與非產(chǎn)品器官之間的分配[18]，適宜的滴灌量對(duì)干旱地區(qū)籽粒產(chǎn)量形成具有顯著促進(jìn)作用[19]。

【切入點(diǎn)】在不同滴灌水量以及水分虧缺和漬水條件下，玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的差異性研究已較為充分，但內(nèi)蒙古沿黃河流域籽粒機(jī)械化收獲才剛剛起步，增密種植條件下，內(nèi)蒙古中西部地區(qū)籽粒機(jī)收玉米干物質(zhì)積累分配及產(chǎn)量對(duì)滴灌水量的響應(yīng)規(guī)律尚不明確?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】基于2018年在內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田開(kāi)展的長(zhǎng)期定位滴灌試驗(yàn)，采用Logistic模型擬合不同處理下生育期內(nèi)玉米單株地上部干物質(zhì)積累量的變化過(guò)程，探究各滴灌水平下干物質(zhì)積累分配以及產(chǎn)量和收獲指數(shù)的變化，明確適宜區(qū)域內(nèi)增密種植條件下籽粒機(jī)收玉米增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的滴灌水量，為內(nèi)蒙古中西部地區(qū)合理灌水量選擇與節(jié)水灌溉制度制定提供理論技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年開(kāi)始在內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田（40°82′N(xiāo)，111°65′E，海拔1 040 m）進(jìn)行。該地區(qū)屬于典型的中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，主要特征為雨熱同期、干旱多風(fēng)，四季特征明顯，無(wú)霜期113～134 d，平均年日照時(shí)間2 668.00 h（1990—2019年）。年平均氣溫7 ℃左右，2020年和2021年平均氣溫分別為7.0 ℃和7.9 ℃。2020年全年日照時(shí)間為2 817.8 h，2020年和2021年全生育期有效積溫分別為1 302.8 ℃和1 355.9 ℃，年平均降水量為408.9 mm（1998—2019年），2020、2021年降水量分別為364.2、390.7 mm，根據(jù)干旱系數(shù)法[20]計(jì)算可得2020、2021年均為枯水年。2020、2021年全年各月降水量及平均氣溫如圖1所示。試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為壤土，前茬作物為玉米，有機(jī)質(zhì)量為17.68 g/kg，全氮量為1.12 g/kg，全磷量為0.57 g/kg，堿解氮量為49.25 mg/kg，速效磷量為28.70 mg/kg，速效鉀量為93.58 mg/kg，最大田間持水率23%～25%，pH值為7.89，0～20 cm土層土壤體積質(zhì)量為1.18 g/cm3。

圖1 2020年和2021年各月降水量及月平均氣溫

1.2 供試材料

供試玉米品種為廣德5（吉林廣德農(nóng)業(yè)科技有限公司）。滴灌管主管63 mm，副管32 mm，毛管直徑16 mm，滴灌孔間距20 cm，滴頭流量3.0 L/h，工作壓力0.1 MPa（新疆天業(yè)節(jié)水灌溉股份有限公司）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以滴灌灌水量為唯一變量，雨養(yǎng)處理為對(duì)照（CK），各處理單次及全生育期滴灌量如表1所示，共計(jì)6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積28 m2。灌溉方式采用不覆膜滴灌，每年在生育期中6、7、8月進(jìn)行灌水，2個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴菔状喂嗨畷r(shí)間均為6月25日，使用1條滴灌帶控制1行玉米，滴灌帶距離玉米種植行5 cm。2020年在4月25日播種，10月8日收獲，全生育期151 d；2021年在5月5日播種，10月10日收獲，全生育期143 d。玉米采用等行距播種，行距60 cm，株距22.2 cm，保苗密度為7.5×104株/hm2。玉米播種時(shí)施用磷酸二銨（（N）∶（P2O5）∶（K2O）=18∶46∶0）300 kg/hm2、硫酸鉀（K2O 51%）120 kg/hm2以及尿素（N 46%）75 kg/hm2，拔節(jié)期追施尿素（N 46%）300 kg/hm2。各處理其他田間管理方式均相同。

表1 各處理單次及全生育期滴灌量

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 干物質(zhì)積累量和分配量

當(dāng)小區(qū)內(nèi)超過(guò)50%的玉米植株表現(xiàn)出該生育期特征時(shí)，定為試驗(yàn)田玉米達(dá)到了相應(yīng)生育期，試驗(yàn)中玉米生育期劃分為苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿期、成熟期。每個(gè)生育期從各處理小區(qū)選取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，苗期和拔節(jié)期將植株拆分成莖和葉2部分，大喇叭口期將植株拆分成莖、葉、鞘3部分，抽雄吐絲期增加軸和苞葉，灌漿期和成熟期將整個(gè)植株分成葉、莖、鞘、軸、苞葉和籽粒6個(gè)部分，經(jīng)105 ℃條件下殺青0.5 h，再于80 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定全株干質(zhì)量及各部分干質(zhì)量。

采用Logistic方程擬合玉米干物質(zhì)積累過(guò)程（式（1）），對(duì)式（1）進(jìn)行求導(dǎo)可得增長(zhǎng)速率方程（式（2）），對(duì)式（2）進(jìn)行求導(dǎo)，并令所得導(dǎo)數(shù)等于0，可得最大干物質(zhì)積累速率（式（3））及達(dá)到最大積累速率時(shí)對(duì)應(yīng)的出苗后天數(shù)（式（4））。

式中：為不同時(shí)期干物質(zhì)積累量（g）；為干物質(zhì)積累潛力，即最大干物質(zhì)量（g）；、為模型固定系數(shù)；e為自然常數(shù)；為出苗后天數(shù)（d）；為單株干物質(zhì)積累速率（g/d）；為干物質(zhì)積累速率達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的出苗后天數(shù)（d）。

葉莖鞘苞葉干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量=抽雄-吐絲期葉莖鞘苞葉干質(zhì)量-成熟期葉莖鞘苞葉干質(zhì)量， （5）

葉莖鞘苞葉干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率=（葉莖鞘苞葉干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/抽雄-吐絲期葉莖鞘苞葉干質(zhì)量）×100%，（6）

葉莖鞘苞葉干物質(zhì)貢獻(xiàn)率=（葉莖鞘苞葉干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/成熟期籽粒干質(zhì)量）×100%。 （7）

1.4.2 產(chǎn)量

收獲期各小區(qū)取2行玉米，每行連續(xù)取10株果穗，每處理共60株果穗，脫粒后測(cè)其粒質(zhì)量及水分，計(jì)算經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及收獲指數(shù)。

式中：為生物產(chǎn)量（kg/hm2）；為單株干質(zhì)量（g）；為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（kg/hm2）；為收獲前20株果穗脫粒后籽粒質(zhì)量（g）；為收獲前20株果穗脫粒后含水率（%）；0.86為14%標(biāo)準(zhǔn)含水率的換算系數(shù)；0.85為校正系數(shù)；為收獲指數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2016處理數(shù)據(jù)及繪圖，使用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌量對(duì)籽粒機(jī)收玉米生育期干物質(zhì)積累規(guī)律的影響

隨著生育期推進(jìn)，各滴灌處理下玉米單株地上部干物質(zhì)積累量均呈上升趨勢(shì)，并在成熟期達(dá)到最大值（圖2）。與CK相比，灌水提高了玉米單株地上部干物質(zhì)積累量，隨著灌水量增加，部分生育階段干物質(zhì)積累量出現(xiàn)下降趨勢(shì)。2020年灌水后，大喇叭口期和抽雄吐絲期玉米單株地上部干物質(zhì)積累量隨滴灌量增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，均為W3處理最高，W4處理次之，CK最低；灌漿期和成熟期表現(xiàn)為W5處理最高。成熟期W1、W2、W3、W4、W5處理干物質(zhì)積累量分別為CK的1.10、1.21、1.32、1.35、1.35倍。2021年各生育期玉米單株地上部干物質(zhì)積累量在不同滴灌水平下的變化趨勢(shì)與2020年相同，大喇叭口期和抽雄吐絲期在W4處理達(dá)到最大值，灌漿期W4、W5處理高于其余處理，成熟期玉米單株地上部干物質(zhì)積累量在各處理之間存在差異，W1、W2、W3、W4、W5處理分別較CK提高7.31%、24.48%、33.18%、43.74%、54.52%。

對(duì)不同滴灌處理下干物質(zhì)積累量進(jìn)行Logistic方程擬合，如表2所示。由表2可知，2 a不同滴灌水平下干物質(zhì)積累最大速率均表現(xiàn)為W5處理＞W(wǎng)4處理＞W(wǎng)3處理＞W(wǎng)2處理＞W(wǎng)1處理＞CK，2020年W5處理顯著高于CK，2021年W4、W5處理顯著高于其他處理（<0.05）。2020年CK干物質(zhì)積累最大速率出現(xiàn)時(shí)間最早，W2處理最晚，W2、W4處理顯著晚于CK和W1處理；2021年出苗后W4處理不同滴灌處理下干物質(zhì)積累最大速率出現(xiàn)時(shí)間最早，為出苗后61.77 d，CK、W1、W2、W3、W5處理分別比W4處理晚6.38、2.11、3.20、2.49、4.73 d，其中W4處理顯著早于CK。

2.2 滴灌量對(duì)籽粒機(jī)收玉米生育期干物質(zhì)分配規(guī)律的影響

灌水降低了大喇叭口期和抽雄吐絲期玉米干物質(zhì)在葉中的分配比例，增加了莖中的干物質(zhì)分配比例（圖3）。抽雄吐絲期，2020年葉和鞘中干物質(zhì)分配比例隨灌水量增加而減少，而莖中的干物質(zhì)分配比例則呈隨灌水量增加先增加后降低趨勢(shì)，W3處理莖干物質(zhì)分配比例最大為40.83%，CK低于其他處理；2021年，莖中的干物質(zhì)分配比例以W4處理最大。灌水增加灌漿期籽粒干物質(zhì)量，但2 a籽粒干物質(zhì)分配比例變化趨勢(shì)不同，2020年W3、W4、W5處理低于CK，2021年W3、W4、W5處理高于CK。2021年成熟期，灌水降低了干物質(zhì)在營(yíng)養(yǎng)器官的分配比例，在籽粒中的分配比例呈隨滴灌量增加先升高后降低的趨勢(shì)，W4處理籽粒干物質(zhì)分配比例達(dá)到最大為58.32%，CK低于其他處理。

圖2 2020、2021年不同滴灌量處理下籽粒機(jī)收玉米單株地上部干物質(zhì)積累量動(dòng)態(tài)變化

注 表中干物質(zhì)積累最大速率出現(xiàn)時(shí)間為出苗后天數(shù)，數(shù)值后不同小寫(xiě)字母代表處理間在＜0.05水平差異顯著，下同。

圖3 2020年和2021年不同處理下籽粒機(jī)收玉米各器官干物質(zhì)分配比例

由表3可知，2020年和2021年，玉米葉、莖、鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率均呈隨滴灌量增加而先升高后降低的變化趨勢(shì)，其中2020年葉、莖干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率均以W3處理最高；2021年，葉、莖、鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率均以W4處理最高，W4處理莖的轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率及籽粒貢獻(xiàn)率均顯著高于CK（<0.05）。

表3 2020、2021年玉米各器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率以及貢獻(xiàn)率

2.3 滴灌量對(duì)籽粒機(jī)收玉米產(chǎn)量的影響

由表4可知，增密種植條件下不同滴灌處理對(duì)籽粒機(jī)收玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量有顯著影響，2020、2021年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別在9 420.32～14 282.42、11 659.08～15 892.52 kg/hm2之間，2020年W4處理顯著高于CK、W1、W3處理，與CK、W1、W2、W3、W5處理相比，W4處理經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別提高了51.61%、29.63%、7.48%、13.22%和7.25%（<0.05）。2021年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量呈隨灌水量增加而增加的趨勢(shì)，W5處理經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高，W5、W4處理顯著高于其他處理，與CK、W1、W2、W3、W4處理相比，W5處理分別增加了4 233.44、2 992.13、1 738.88、1 280.86、412.19 kg/hm2。2 a籽粒機(jī)收玉米在增密種植條件下不同滴灌水平生物產(chǎn)量均以W5處理最高，2020年顯著高于CK、W1、W2、W3處理，但W4、W5處理差異不顯著（<0.05）；2021年W5處理顯著高于其他處理（<0.05）。2020、2021年籽粒機(jī)收玉米的收獲指數(shù)分別在0.45～0.51和0.43～0.50之間，2020年W4處理顯著高于CK和W5處理，2021年W3、W4處理顯著高于CK、W1、W5處理（<0.05）。

表4 2020年和2021年不同滴灌處理下玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)

3 討論

3.1 滴灌量對(duì)籽粒機(jī)收玉米生育期干物質(zhì)積累規(guī)律的影響

干物質(zhì)積累量常用于衡量作物有機(jī)物質(zhì)的積累量[21]，適宜范圍內(nèi)隨灌水量升高呈先升高后降低的趨勢(shì)[22]，增密種植條件下，玉米植株地上部干物質(zhì)積累量是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一[23]。本研究中，玉米植株地上部干物質(zhì)積累量在CK與低灌水量處理下顯著低于其他處理，2020年干物質(zhì)積累量隨灌水量增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，這與前人[24]研究一致。高翠民等[25]認(rèn)為，玉米需水關(guān)鍵期—大喇叭口期有效降水可促進(jìn)干物質(zhì)積累及產(chǎn)量形成，該生育期水分不足會(huì)造成作物減產(chǎn)，本研究在6、7、8月進(jìn)行灌水處理，與雨養(yǎng)處理相比，灌水顯著提高成熟期干物質(zhì)積累量，有利于作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。

適宜的灌水可以提高玉米植株地上部干物質(zhì)積累速率。試驗(yàn)中2 a均以W5處理最高，出苗后干物質(zhì)積累最大速率出現(xiàn)時(shí)間存在一定差異，2020年為出苗后57.57～70.15 d，2021年為出苗后61.77～68.15 d，均對(duì)應(yīng)于玉米生育期中的大喇叭口期至抽雄吐絲期。本研究中，2020年W4處理玉米干物質(zhì)積累最大增長(zhǎng)速率出現(xiàn)時(shí)間顯著晚于CK，侯云鵬等[26]研究證明，玉米干物質(zhì)積累最大增長(zhǎng)速率增加、干物質(zhì)最大增長(zhǎng)速率出現(xiàn)天數(shù)推遲，有利于玉米高產(chǎn)，其原因在于適宜的灌水量可能延緩葉片衰老，使植株生長(zhǎng)后期仍然保持較高的光合作用，增強(qiáng)光合效率及光合物質(zhì)的生產(chǎn)能力，進(jìn)而提高玉米花后干物質(zhì)積累量。也有研究[27]表明，苗期輕度干旱對(duì)玉米蹲苗及根系下扎具有促進(jìn)作用，但適時(shí)復(fù)水可增加干物質(zhì)積累速率，促進(jìn)其補(bǔ)償效應(yīng)，拔節(jié)期復(fù)水能夠產(chǎn)生明顯的補(bǔ)償效應(yīng)，復(fù)水后株高、葉面積指數(shù)及干物質(zhì)積累量均迅速增加。本研究中苗期均為雨養(yǎng)狀態(tài)，給玉米生長(zhǎng)造成一定程度的干旱脅迫，拔節(jié)期灌水處理后，補(bǔ)償效應(yīng)促使干物質(zhì)積累迅速增加，并使得最大干物質(zhì)積累速率出現(xiàn)時(shí)間提前。

3.2 滴灌量對(duì)籽粒機(jī)收玉米生育期干物質(zhì)分配規(guī)律的影響

隨著生育期推進(jìn)，玉米植株的生長(zhǎng)中心發(fā)生變化，營(yíng)養(yǎng)器官（葉、莖、鞘、苞葉）干物質(zhì)分配比例逐漸降低，籽粒干物質(zhì)占比逐漸增加。2020年大喇叭口期和抽雄吐絲期地上部干物質(zhì)在葉和鞘中的分配表現(xiàn)為隨灌水量升高而逐漸降低趨勢(shì)，在莖中的分配則呈先增高后降低趨勢(shì)，鞘的變化趨勢(shì)與葉相同，可能的原因是在一定范圍內(nèi)增加灌水量可以提高抽雄吐絲期玉米莖粗[28]，超過(guò)一定灌水量后繼續(xù)增加灌水則會(huì)對(duì)莖的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響，灌水可能促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)階段中莖的生長(zhǎng)，為籽粒形成積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。本試驗(yàn)中，2021年成熟期W5處理籽粒干物質(zhì)在地上部植株干物質(zhì)量的占比高于CK，但低于其他處理；灌水促進(jìn)干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量的形成，但是過(guò)量灌水不利于干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，這與前人[28-29]研究結(jié)果一致。適宜的灌溉有利于玉米籽粒干物質(zhì)積累[24]，本試驗(yàn)中2021年灌漿期和成熟期玉米地上部干物質(zhì)在籽粒中的分配隨灌水量的增加呈單峰曲線變化，在W4處理達(dá)到最大值，而在其余器官中的分配則大體上呈先降低后升高的趨勢(shì)。W5處理2 a籽粒機(jī)收玉米營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒的貢獻(xiàn)率低于CK，表明水分過(guò)高不利于玉米營(yíng)養(yǎng)器官吐絲前積累的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，宋霄君等[30]研究表明，干旱脅迫可提高小麥各營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量，但會(huì)受到品種的影響。

3.3 滴灌量對(duì)籽粒機(jī)收玉米產(chǎn)量的影響

獲得較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量是玉米生產(chǎn)的主要任務(wù)，而經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量取決于生育期干物質(zhì)積累、分配及轉(zhuǎn)移的特征。玉米產(chǎn)量會(huì)隨灌溉量增加而增加，一定程度上土壤水分虧缺不但可以維持產(chǎn)量穩(wěn)定，還可以提高水分利用效率，有利于節(jié)約灌溉水資源[31]。灌水影響作物根系空間分布，過(guò)量灌水導(dǎo)致土壤通透性變差，也易造成養(yǎng)分流失[32]，抑制根系向更深層土壤生長(zhǎng)[33]，但是僅依靠自然降水或低灌水量則又無(wú)法滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育所需，本研究中，2020年和2021年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別隨灌水量增加呈先升高后降低和持續(xù)增加的趨勢(shì)，2020年和2021年均以CK最低，2020年隨灌水量增加經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增加，在W4處理達(dá)到最大值后下降，表明過(guò)高或過(guò)低的灌水都對(duì)產(chǎn)量有不利影響。在較高產(chǎn)量水平下（大于15 000 kg/hm2），產(chǎn)量的增加主要是依靠干物質(zhì)積累量的增加[34]。在本研究中，2021年W4、W5處理的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量在15 000 kg/hm2以上，屬于高產(chǎn)水平，干物質(zhì)積累量和生物產(chǎn)量均以W5處理最高，但W5處理的收獲指數(shù)僅高于CK，但與CK差異不顯著，表明W5處理的高產(chǎn)是干物質(zhì)積累增加的結(jié)果，這與Liu等[34]的Meta分析結(jié)果一致。

在一定范圍內(nèi)，充分供水能使作物生長(zhǎng)發(fā)育良好，獲得高產(chǎn)，達(dá)到需水臨界值后繼續(xù)提高灌水量，玉米產(chǎn)量的增加趨于平緩，甚至減產(chǎn)。在灌水量保持不變時(shí)，生育期內(nèi)灌水量和灌水頻次不同均會(huì)改變玉米干物質(zhì)積累規(guī)律從而影響產(chǎn)量形成[35]。因此，在未來(lái)的研究中，結(jié)合自然降水對(duì)生育期內(nèi)灌水量和灌水頻次進(jìn)行分配和控制，特別是拔節(jié)期、抽雄期及灌漿期的水分管理，進(jìn)一步探究籽粒機(jī)收玉米不同生育期的水分需求，為內(nèi)蒙古河套灌區(qū)促進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展、提升作物水分利用效率和保障糧食安全提供理論依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

1）適宜的灌水量能增加玉米單株干物質(zhì)積累量，并顯著提高玉米干物質(zhì)積累速率，促進(jìn)干物質(zhì)由營(yíng)養(yǎng)器官向生殖器官轉(zhuǎn)運(yùn)，調(diào)節(jié)干物質(zhì)在籽粒中的分配比例，獲得高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和收獲指數(shù)。

2）W4處理的2 a經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均顯著高于CK及低灌水量處理，并與高灌水量處理之間不存在顯著差異，收獲指數(shù)在2020年和2021年分別為最高值0.51、次高值0.49，故1 275 m3/hm2可作為內(nèi)蒙古中西部地區(qū)籽粒機(jī)收玉米密植條件下的推薦滴灌灌水量。

（作者聲明本文無(wú)實(shí)際或潛在的利益沖突）

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Influence of Drip Irrigation on Dry Matter Distribution and Yield Formation of the Grains of Densely Planted Maize

SHI Jingjing1,2, LAN Huiqing1,2, ZHANG Xiangqian3,4*, LU Zhanyuan1,3,4*, BU Hengtong1,2,BAI Dongxing1,2, CHENG Yuchen3,4, DU Xiangyu5, WANG Manxiu1,2, CHEN Xuanyi1,2

(1. School of Life Science, Inner Mongolia University, Hohhot 010020, China; 2. Key Laboratory of Herbage & Endemic Crop Biotechnology, Ministry of Education, Hohhot 010020, China; 3. Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences, Hohhot 010031, China; 4. Inner Mongolia Key Laboratory of Degradation Farmland Ecological Remediation and Pollution Control, Hohhot 010031, China; 5. Inner Mongolia Mengcao Ecology and Environment (Group) Company Limited, Hohhot 010070, China)

【Objective】The purpose of this paper is to investigate the effect of drip irrigation amount on dry matter accumulation and distribution, as well as the yield formation of the grain machine harvest maize .【Method】The study was based on the drip irrigation experiment established in 2018 in the Experimental Field of Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences. The experiment consisted of five irrigation treatments by irrigating 415 m3/hm2(W1), 645 m3/hm2(W2), 945 m3/hm2(W3), 1 275 m3/hm2(W4) and 1 605 m3/hm2(W5), respectively. A rain-fed plot was taken as the control (CK). In each treatment, we measured the accumulation and distribution of above-ground dry matter in 2020 and 2021. Logistic model was used to describe the temporal change in dry matter accumulation, from which we further analyze the characteristics of dry matter accumulation and distribution, as well as the relationship of drip irrigation amount and yield under different treatments. 【Result】Irrigation significantly increased the dry matter accumulation in the upper part of the plant; temporal change in the dry matter accumulation is well described by the logistic model, with2>0.888. In 2020 and 2021, the maximum growth rate of the dry matter accumulation increased as the irrigation amount increased, with the increase in the CK being the least and the increase in W5 being the highest. The biological yield in W5 was the highest in both 2020 and 2021; the harvest index in W4 and W3 was the highest, being 0.51 and 0.50 respectively. Compared with CK, irrigation reduced dry matter distribution in the vegetative organs at maturity stage but increased dry matter accumulation in the grains. With the increase in irrigation amount, the economic yield in 2020 first increased, followed by a decline, maximizing in W4, reaching 14 282.42 kg/hm2in 2021. The yield in W4 (15 480.33 kg/hm2) and W5 (15 892.52 kg/hm2) was significantly higher than that in other treatments. 【Conclusion】Optimizing irrigation amount can significantly increase dry matter accumulation in the aboveground part, and promote distribution of dry matter in the grain. In drought years with average annual natural precipitation between 364.2 and 390.7 mm, the optimum drip irrigation amount is 1 275 m3/hm2for grain machine harvest maize (planting density is 7.5×104plants/hm2) in the arid and semi-arid areas in central and western Inner Mongolia.

drip irrigation amount; grain machine harvest maize; Logistic equation; dry matter allocation and transport; maize yield

1672 - 3317（2023）09 - 0001 - 08

S275.6；S513

A

10.13522/j.cnki.ggps.2023022

師晶晶, 蘭慧青, 張向前, 等.滴灌量對(duì)耐密宜機(jī)收玉米干物質(zhì)積累分配及產(chǎn)量形成的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2023, 42(9): 1-8.

SHI Jingjing, LAN Huiqing, ZHANG Xiangqian, et al. Influence of Drip Irrigation on Dry Matter Distribution and Yield Formation of the Grains of Densely Planted Maize[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(9): 1-8.

2023-01-19

2023-05-10

2023-08-21

內(nèi)蒙古自治區(qū)“科技興蒙”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)（2021EEDSCXSFQZD011）；內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2021GG0064）；內(nèi)蒙古自治區(qū)人才引進(jìn)項(xiàng)目（2020YJ007）；內(nèi)蒙古自治區(qū)草原英才項(xiàng)目（CY2020016）

師晶晶（1999-），女。碩士研究生，主要從事抗逆栽培與農(nóng)業(yè)生態(tài)等方面的研究。E-mail: 15848929502@163.com

張向前（1984-），男。研究員，主要從事土壤耕作與農(nóng)業(yè)生態(tài)等方面的研究。E-mail: zhangxiangqian2008@126.com

路戰(zhàn)遠(yuǎn)（1964-），男。研究員，主要從事保護(hù)性耕作與農(nóng)業(yè)生態(tài)等方面的研究。E-mail: lzhy281@163.com

@《灌溉排水學(xué)報(bào)》編輯部，開(kāi)放獲取CC BY-NC-ND協(xié)議

責(zé)任編輯：白芳芳