水分虧缺條件下關(guān)中地區(qū)夏玉米生長(zhǎng)規(guī)律研究

王 偉 聶衛(wèi)波 周 蓓

（西安理工大學(xué)，陜西 西安712100）

0 引言

水分條件無(wú)疑是影響我國(guó)關(guān)中地區(qū)夏玉米生產(chǎn)力水平的重要環(huán)境因素之一，因此，研究夏玉米在水分虧缺條件下的生長(zhǎng)規(guī)律已成為當(dāng)前節(jié)水型農(nóng)業(yè)研究的重要課題之一。探索有效的節(jié)水灌溉方案，必須以試驗(yàn)為依據(jù)，考量作物的具體生理生態(tài)指標(biāo)。大量研究表明，作物個(gè)別生育時(shí)期的水分虧缺并不總是降低產(chǎn)量，特定生育階段的虧水處理還可以提高產(chǎn)量和水分利用效率[1]。根據(jù)作物不同生育期對(duì)水分的敏感程度不同，在水分影響不敏感的時(shí)期對(duì)作物進(jìn)行水分虧缺處理，不僅可以大大減少作物的無(wú)效耗水量，還能達(dá)到節(jié)水高產(chǎn)或改善品質(zhì)的目的[2-4]。本試驗(yàn)以關(guān)中地區(qū)主要農(nóng)作物——夏玉米為試驗(yàn)研究對(duì)象，研究其不同生育時(shí)期不同程度虧水處理?xiàng)l件下的生理生態(tài)變化及對(duì)產(chǎn)量的影響，旨在為該地區(qū)夏玉米節(jié)水高效灌溉制度的建立提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)選址在陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)的灌溉試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行。該試驗(yàn)站位于位于東經(jīng)108°24′，北緯34°20′，屬于亞熱帶陸地季風(fēng)氣候區(qū)，海拔高度521m，深居我國(guó)內(nèi)陸，位于渭河流域關(guān)中平原腹地。試驗(yàn)站內(nèi)地形平整，土壤質(zhì)地為中壤土，平均干容重為1.44g·cm-3，凋萎系數(shù)為8.5%，1m土層的平均田間持水量為23%～25%（重量含水量）。該站屬于渭河北岸三級(jí)階地的臺(tái)塬地區(qū)，土層深厚，地下水埋深較大，可不考慮地下水補(bǔ)給的影響。試驗(yàn)分矩形小區(qū)進(jìn)行，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)4.5m，寬1.6m。為排除小區(qū)間側(cè)滲干擾，小區(qū)之間縱向開(kāi)挖1m深，用塑料薄膜防滲隔水。試驗(yàn)區(qū)上方建有活動(dòng)遮雨棚，平時(shí)開(kāi)啟，降雨時(shí)關(guān)閉，防止降水對(duì)試驗(yàn)的影響。

夏玉米供試品種為鄭單958，播量、基肥施用量同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)大田。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為簡(jiǎn)化試驗(yàn)，本試驗(yàn)將夏玉米生育期劃分為：三葉-拔節(jié)期、拔節(jié)-抽雄期、抽雄-灌漿期和灌漿-成熟期共計(jì)4個(gè)生育階段。針對(duì)夏玉米4個(gè)生育階段，參照當(dāng)?shù)毓嗨?，?duì)每個(gè)生育階段進(jìn)行不同水平的水分處理。水分處理設(shè)置三個(gè)水平：正常供水（生育期內(nèi)灌水量75mm）、中度缺水（生育期內(nèi)灌水量60mm）、重度缺水（生育期內(nèi)灌水量45mm）。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)CK1（對(duì)照處理）、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9共計(jì)9個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)兩次。用水表控制灌水量，灌溉方式為畦灌。詳見(jiàn)表1。

表1 夏玉米各生育期水分處理表Table 1 Treatments in every grow th stage of summer maize

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 水分動(dòng)態(tài)變化測(cè)定

水分動(dòng)態(tài)變化的測(cè)定用中子土壤水分測(cè)定儀進(jìn)行，型號(hào)為CS830型。自播種之日起，每七天為一個(gè)周期測(cè)定一次土壤含水量，灌水前后加測(cè)。

1.3.2 株高、徑粗動(dòng)態(tài)變化測(cè)定

采用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺分別測(cè)定玉米株高和徑粗，每七天測(cè)定一次，灌水前后各加測(cè)一次。

1.3.3 葉綠素含量動(dòng)態(tài)變化測(cè)定

用葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量動(dòng)態(tài)，葉綠素儀型號(hào)為SPAD502型，測(cè)量時(shí)間與土壤含水量同步。

1.3.4 冠部鮮、干重動(dòng)態(tài)變化測(cè)定

采用電子天平和電烘箱每七天測(cè)定一次玉米冠部鮮、干重動(dòng)態(tài)。

1.3.5 產(chǎn)量的測(cè)定

玉米成熟后，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)人工收割、脫粒、測(cè)產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

根據(jù)中國(guó)農(nóng)科院研究成果，夏玉米根系在自地表向下0～70cm的圖層中占總根量的75%～90%，70cm以下深層相對(duì)較少[5]。因此，0～70cm土層的含水量變化與夏玉米的生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)系更為密切。由圖1可以看出，夏玉米0～70cm根系土層含水量變化與灌水密切相關(guān)，生育期內(nèi)含水量變化的四個(gè)峰值對(duì)應(yīng)四次灌水。灌水后整體土壤含水量逐日下降，直至下一次灌水。夏玉米生育期兩頭即三葉-拔節(jié)期、灌漿-成熟期根系土壤水分減少速度較快，其原因是夏玉米在這兩個(gè)生育期葉面覆蓋較少，地表蒸發(fā)作用較強(qiáng)。這也從一個(gè)側(cè)面反映出，夏玉米田間水分的消耗主要取決于地面的蒸散發(fā)作用，作物本身的蒸騰作用消耗的水分較少。

圖1 各灌水處理?xiàng)l件下夏玉米0～70cm土壤含水量動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Summer m aize 0～70cm soilmoisture dynam ic changes under the conditions of the irrigation

2.2 株高動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

株高是夏玉米生長(zhǎng)速度快慢的最直觀表現(xiàn)。圖2為不同灌水處理?xiàng)l件下夏玉米株高變化動(dòng)態(tài)。無(wú)論缺水與否，夏玉米株高在抽雄完成前，株高呈逐日增加的趨勢(shì)；抽雄完成后直到夏玉米成熟，夏玉米株高無(wú)變化。試驗(yàn)表明，夏玉米株高增速最快的時(shí)期為拔節(jié)-抽雄期，此段時(shí)期夏玉米株高的增速平均為每天4.5cm。

從各處理?xiàng)l件下夏玉米株高變化可以看出，由于在三葉-拔節(jié)期分別對(duì)T2和T3進(jìn)行了中度虧水和重度虧水處理，T2和T3的植株高度低于其他處理。自夏玉米抽雄開(kāi)始，一直到成熟（8月中旬-9月下旬），有三個(gè)處理的植株高度較其他處理為低，分別為T(mén)3、T4和T5，其中又有T3>T4>T5。T3和T5的虧水水平相同，虧水時(shí)期不同。T3為三葉-拔節(jié)期重度虧水，T5為拔節(jié)－抽雄期重度虧水。試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)為T(mén)3的植株高度大于T5，這說(shuō)明夏玉米在拔節(jié)-抽雄期對(duì)水分虧缺的反應(yīng)更加敏感。在三葉-拔節(jié)期對(duì)處理T2進(jìn)行了虧水處理，至下一次灌水前后，其株高較其它處理為低。拔節(jié)－抽雄期對(duì)處理T2進(jìn)行復(fù)水處理后，其株高增加明顯，至8月上旬株高達(dá)到最高，超過(guò)了未進(jìn)行虧水處理的小區(qū)植株，應(yīng)是夏玉米株高對(duì)水分的補(bǔ)償效應(yīng)。

圖2 各灌水處理?xiàng)l件下夏玉米株高動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Summer maize height dynam ic changes under the conditions of the irrigation

2.3 莖粗動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

莖粗也是反映夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo)之一，其前期的形態(tài)數(shù)值和其產(chǎn)量成正比例關(guān)系[6]。圖3所示為不同灌水處理?xiàng)l件下夏玉米莖粗動(dòng)態(tài)變化。從圖中可以看出，夏玉米的莖粗主要形成于灌漿期，灌漿期后期的水分虧缺對(duì)其莖粗不再構(gòu)成影響。

從圖3還可以看出，夏玉米莖粗增速最快的時(shí)期與株高增速最快的時(shí)期同步，均為拔節(jié)期前后。同時(shí)，這一時(shí)期也是夏玉米莖粗形成的關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)期的水分虧缺會(huì)嚴(yán)重影響夏玉米莖粗的形成。試驗(yàn)對(duì)處理T2和T3在夏玉米生育階段初期即三葉-拔節(jié)期分別進(jìn)行了中度缺水和重度缺水處理，但從這一生育期來(lái)看，T2和T3的莖粗較未進(jìn)行水分虧缺處理的小區(qū)植株無(wú)明顯差異。在拔節(jié)期后，處理T2和T3的莖粗才逐漸表現(xiàn)出較其它處理為低的趨勢(shì)，這說(shuō)明夏玉米莖粗對(duì)水分虧缺的反應(yīng)存在一定的滯后效應(yīng)。

圖3 各灌水處理?xiàng)l件下夏玉米莖粗動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Summer m aize diam eter dynam ic changes under the conditions of the irrigation

2.4 冠部物質(zhì)量變化規(guī)律

作物的生理生化過(guò)程受土壤水分作用的影響，最終以植物各部分生物量的累計(jì)以及最終產(chǎn)量的形式加以體現(xiàn)。夏玉米的生長(zhǎng)發(fā)育和土壤水分狀況關(guān)系比較密切，其生育期內(nèi)需水較多，水分條件直接影響其地上部分的生長(zhǎng)發(fā)育情況和最終產(chǎn)量的情況[7-10]。

圖4 各灌水處理?xiàng)l件下夏玉米冠部干重積累動(dòng)態(tài)Fig.4 Summer maize crownlike dry mater dynam ic accumulates under the conditions of the irrigation

由夏玉米冠部干重積累動(dòng)態(tài)圖（圖4）我們可以看出，直至最終收獲，夏玉米冠部干重在整個(gè)生育期內(nèi)逐日增加。在夏玉米生育初期和生育末期，其冠部干重增加緩慢，拔節(jié)-抽雄期和抽雄-灌漿期其冠部干重增加較快。經(jīng)過(guò)三葉-拔節(jié)期虧水處理的T2和T3在三葉-拔節(jié)期其冠部干重低于其它未經(jīng)虧水處理的小區(qū)；后期復(fù)水后，T2和T3冠部干重增長(zhǎng)較其它處理為快，直至后期基本與未經(jīng)虧水處理的小區(qū)持平。在拔節(jié)-抽雄期對(duì)T4和T5分別進(jìn)行中度虧水和重度虧水處理，其冠部干重增長(zhǎng)顯著低于其它未在此生育階段虧水處理的小區(qū)；即使后期復(fù)水后，其冠部干重始終較其它處理明顯偏低。在抽雄-灌漿期對(duì)T6和T7進(jìn)行虧水處理后，其冠部干重增長(zhǎng)變緩，但直至生育期末，其冠部干重積累始終大于T4和T5。在灌漿-成熟期對(duì)T9進(jìn)行重度虧水處理后，其冠部干重積累速率迅速下降；此階段對(duì)T8進(jìn)行中度缺水處理后效果并不明顯。由此我們可以得到，拔節(jié)-抽雄期夏玉米根部水分狀況對(duì)其物質(zhì)量的積累影響最大，抽雄-灌漿期次之。生育初期即三葉-拔節(jié)期的中度水分虧缺對(duì)夏玉米冠部物質(zhì)量的最終形成無(wú)明顯影響。

2.5 不同虧水處理?xiàng)l件下的夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率

夏玉米收獲后進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，其結(jié)果如表2所示。除了穗粒數(shù)外，處理T2較其它處理表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。T2的穗長(zhǎng)、穗粒重、百粒重、產(chǎn)量超過(guò)了整個(gè)生育期未經(jīng)過(guò)虧水處理的CK1，水分利用效率最高。這說(shuō)明在在三葉－拔節(jié)期對(duì)夏玉米進(jìn)行中度虧水處理，在拔節(jié)－抽雄期對(duì)其復(fù)水，后期正常供水，夏玉米產(chǎn)量不僅不會(huì)減少，還會(huì)增加，同時(shí)還達(dá)到了節(jié)水的目的。經(jīng)過(guò)抽雄-灌漿期虧水處理的T6和T7，整體產(chǎn)量指標(biāo)都要低于其它處理，尤其是此生育階段中度虧水的處理T7，其整體產(chǎn)量指標(biāo)較其它處理明顯偏低，最終產(chǎn)量?jī)H為T(mén)2的45%。這說(shuō)明抽雄-灌漿期是夏玉米產(chǎn)量形成的最關(guān)鍵時(shí)期，此生育階段內(nèi)夏玉米不宜缺水，否則嚴(yán)重影響最終產(chǎn)量。雖然夏玉米整個(gè)生育期內(nèi)有些處理的總灌水量相同，由于水分虧缺的生育階段不同，其最終的產(chǎn)量和水分利用效率差別卻較大。對(duì)比各個(gè)處理，我們不難看出抽雄-灌漿期和灌漿-成熟期缺水對(duì)會(huì)使夏玉米嚴(yán)重減產(chǎn)，尤其是抽雄-灌漿期更要保證夏玉米根系土壤水分充足方能高產(chǎn)。由本試驗(yàn)得出夏玉米生育初期即三葉-拔節(jié)期中度缺水，后期正常灌水能起到節(jié)水高產(chǎn)的目的，是最理想的灌溉方式。

表2 夏玉米測(cè)產(chǎn)結(jié)果及水分利用率Table.2 Result of yield survey and water use efficiency of summ er m aize

3 結(jié)論與討論

1）夏玉米生育期內(nèi)其根部土壤含水量在三葉-拔節(jié)期和灌漿-成熟期變化劇烈，水分損失較快，其余兩個(gè)生育階段夏玉米根系土壤含水量變化緩慢。地面蒸散發(fā)作用造成的土壤水分損失大于夏玉米蒸騰損耗。

2）夏玉米株高定型于抽雄期末期，后期的土壤水分含量對(duì)其株高無(wú)明顯影響。拔節(jié)-抽雄期為夏玉米整個(gè)生育期內(nèi)株高增速最快的時(shí)期，日平均增速可達(dá)4.5cm左右。拔節(jié)-抽雄期的水分虧缺會(huì)顯著降低夏玉米的株高。三葉-拔節(jié)期缺水，后期復(fù)水對(duì)夏玉米株高無(wú)明顯影響。

3）至灌漿期前期，夏玉米莖粗逐日增加。灌漿期后的缺水處理對(duì)夏玉米莖粗不再構(gòu)成影響。拔節(jié)期是夏玉米莖粗增長(zhǎng)最迅速的時(shí)期，此時(shí)期灌水后一周莖粗增長(zhǎng)速度最快可達(dá)4mm～5mm。這一時(shí)期的水分虧缺會(huì)顯著降低夏玉米莖粗。

4）整個(gè)生育期內(nèi)夏玉米冠部干重一直處于逐漸增加的狀態(tài)。拔節(jié)-抽雄期和抽雄-灌漿期夏玉米冠部干重對(duì)根部土壤水分比較敏感，也是夏玉米增長(zhǎng)較快的兩個(gè)生育階段，其它兩個(gè)生育階段增長(zhǎng)緩慢。

5）本試驗(yàn)表明抽雄-灌漿期是夏玉米需水關(guān)鍵期，此生育階段缺水會(huì)嚴(yán)重降低夏玉米的產(chǎn)量。對(duì)夏玉米在三葉-拔節(jié)期虧水處理，后期復(fù)水能起到節(jié)水高產(chǎn)的目的，是最優(yōu)的灌溉方式。

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