高密度栽培下滴灌量對春玉米干物質積累、穗部性狀、產量的影響

唐 誠，高 慧，褚貴新

（石河子大學農學院，新疆 石河子 832003）

為了實現玉米（Zea maysL.）穩產增產目標，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之一，水分是該區域作物生產的關鍵限制因子。高密栽培模式下合理灌溉定額研究一方面可保障區域水資源可持續利用，另一方面可保障作物一定的產量目標。不同玉米種植地區，受氣候、土壤等多種因素的影響，農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］。玉米產量一般隨灌水量增加而逐步增加，達到一定程度則保持穩定，呈拋物線變化［2，3］。玉米生育期間的干物質積累、分配決定了玉米產量的高低［4］。多數研究表明，干物質積累量與玉米產量呈正相關，灌水量影響玉米的生長發育過程，進而影響其干物質的累積及產量形成［5，6］。單位面積穗數、穗粒數、千粒重為影響玉米產量的關鍵要素，種植密度影響單位面積穗數，進而影響單位面積產量［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、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域差異大，不同灌水量下玉米的干物質積累、穗部性狀和產量表現尚缺乏深入分析。在高密度栽培下，探討該區域不同灌溉定額對玉米干物質積累、穗部性狀、產量的影響，為新疆玉米高密度栽培合理灌水量制定提供理論依據。

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，是天山北坡經濟帶中部城鎮。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，有機質含量18.73 g∕kg。

1.2 試驗設計

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（滴灌設施）設置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，當地平均灌水量，CK）、9 000 m3∕hm2（W3，平均灌水量的4∕3）。每個處理設置3個重復，共9個小區。小區采取完全隨機區組試驗設計，每小區長10 m，小區面積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。生育期內滴水10次，各生育期田間管理措施等同當地大田，灌水和施肥模式見表1。

表1 不同灌水量處理下的灌水、施肥模式

1.3 干物質量測定

分別于玉米出苗后60 d（拔節期）、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，冷卻后稱取質量，計算玉米各生育期地上部分干物質積累量。

1.4 玉米產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，每小區選取2 m寬，計算株數和穗數，得出實收株數、穗數；在收獲后，每小區選取代表性穗子20穗，裝入尼龍種子袋中，寫好標簽，標簽內容包括采集人姓名、作物名稱、品種、收獲日期，然后帶回室內風干。果穗風干后，進行玉米考種。先測定穗長、穗粗、穗行數、行粒數、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100粒，重復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4次）。另外計算以下指標：

出子率=穗粒重∕穗重；

單穗產量=鮮穗重×出子率×［1-含水率］÷（1-14%）；

理論產量=單位面積穗數×穗粒數×粒重。

1.5 數據處理

試驗數據經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，應用F檢驗進行模型顯著性檢驗，T檢驗進行參數顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同灌水量處理玉米地上部干物質積累與分配

2.1.1 不同灌水量處理玉米地上部干物質積累動態 從玉米不同生長時期植株干物質積累動態來看（圖1），出苗后90 d前各階段的地上干物質積累總量、營養器官干物質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積累總量和繁殖器官干物質積累量（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）。關于營養器官，出苗后115 d營養器官干物質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量動態變化

W1、W2、W3處理下玉米地上部干物質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；玉米營養器官干物質日增量出苗后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積累量的總體趨勢并沒有明顯改變，干物質積累總量和繁殖器官干物質積累量隨著生育進程發展呈遞增趨勢，營養器官干物質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日積累量。

2.1.2 不同灌水量處理地上部干物質分配比例 由不同灌水量處理下玉米開花前后干物質量占干物質總量的比例可知（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量占整個干物質量的比例

2.2 不同灌水量處理玉米產量及構成因子、穗部性狀的比較

2.2.1 不同灌水量處理下玉米產量及構成因子的比較 由表2可知，不同灌水量處理對玉米單穗產量、穗粒數、千粒重影響顯著（P＜0.05）。多重比較表明，W1與W2和W3之間單穗產量、穗粒數、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處理的玉米單穗產量分別增加42.2%和49.9%，穗粒數分別增加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量及其構成因子的影響

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影響不顯著外（P＞0.05），對單穗穗長、穗粗、禿尖長度、行粒數、穗重和穗粒重均影響顯著（P＜0.05）。多重比較結果表明，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（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量與穗部性狀的相關及回歸分析

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

表4 不同灌水量下玉米單穗產量與各穗部性狀的相關系數

2.3.2 不同灌水量下玉米單穗產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量線性回歸方程中常數項都不顯著（表5），無截距的回歸方程都能很好反映二者之間的關系。3種灌水量下，單穗產量與穗粒數的決定系數R2最高，與禿尖長度的決定系數R2最低。玉米單穗產量與穗部性狀的多元逐步回歸分析表明，除穗粒數和千粒重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和千粒重系數均為正，常數項均為負。這表明，3種灌水量水平下，玉米單穗產量主要受穗粒數和千粒重的制約。

表5 不同灌水量下玉米單穗產量與各穗部性狀的回歸分析

3 討論

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

有關研究表明，在3 000～6 000 m3∕hm2灌水量范圍內，玉米產量與灌水量呈正相關關系，但超過6 000 m3∕hm2灌溉定額后，灌水量對產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，玉米產量與灌水量呈顯著的正相關關系，但9 000 m3∕hm2灌水量水平與6 750 m3∕hm2相比未有顯著提升，說明過量灌溉現象存在于當地農戶玉米大田灌溉中，水資源利用不合理。灌水量與產量的關系與一定的產量目標亦有關系，關于新疆奇臺地區≥15 000 kg∕hm2產量目標下，滴灌水量減少10%對其產量沒有顯著影響，但繼續減少20%以上則產量顯著降低［15］。本研究中，灌水量為6 750 m3∕hm2，產量可以保證≥15 000 kg∕hm2，灌水量提高對產量提升無顯著影響，灌水量降低1∕3則顯著降低產量。

玉米產量主要是由玉米穗部性狀的諸多因子決定的［16］。其中，禿尖長度與產量多呈負相關，其他穗部性狀指標多呈正相關［17，18］。本試驗相關分析結果與此基本一致。在一定灌水定額范圍內，灌水量降低，穗粒數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，灌水量顯著影響穗部性狀指標，進而影響玉米產量。多元回歸分析表明，在單位面積穗數不變的情況下，穗粒數和千粒重對玉米產量的貢獻最大，可達99%以上。吳婕［17］的研究得出，玉米產量的97.5%是由穗粗、禿尖長度、穗粒數決定；呂瑩瑩等［20］的研究得出，穗長和出子率是影響玉米產量的關鍵性狀；陳燦等［21］的研究得出，不同的產量水平下，穗部性狀指標與產量的相關性不同。可見，玉米產量構成因子由哪些穗部性狀指標組成尚存在不一致性。

4 小結

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