不同灌水水平對河西綠洲玉米干物質積累過程及產量影響

吳 婕

(甘肅省水利科學研究院，蘭州 730000)

玉米是我國重要的糧食作物，在國民經濟和人民生活中占據重要地位。甘肅省河西內陸區是我國糧食主產區，玉米是主栽作物，種植面積達到92.4 萬hm2，占播種面積的22.4%。玉米生育期長，耗水量大，而甘肅河西屬內陸干旱地區，水資源嚴重短缺，因此，在有限的自然資源條件下，不斷深入研究和探討玉米高產理論與技術體系，對實現玉米持續增產、挖掘玉米的區域生產潛力、保證糧食安全具有重要作用。

作物產量是作物與環境條件緊密聯系中所進行的各種生命活動的結果，其在生理學上則是由光合作用、呼吸作用和物質的運轉分配三大基礎過程所決定。作物產量形成是一個復雜的生理過程，因此從作物生長的整個過程來分析產量形成過程[1]。干物質的積累量與作物產量呈密切正相關[2]，植株干物質的積累是作物產量形成的基礎[3]，其積累、轉運進程直接影響到產量形成[4]，因此探求干物質積累轉移規律對作物產量至關重要[5]，許多學者研究了關鍵時期干物質積累對作物產量的影響。蘇培璽等[6,7]研究表明，不同灌水量會影響作物的生長發育過程，進而影響作物干物質的累積量和產量形成。基于此，以河西綠洲玉米為例，研究不同灌水時機和灌水量對膜下滴灌玉米干物質積累動態影響，探明干物質積累轉運規律，解析干物質積累的關鍵時間節點，通過玉米產量及其構成要素相關性與回歸分析，為當地玉米生產提供科學依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于甘肅省水利科學研究院民勤試驗站內進行，該站位于民勤綠洲和騰格里沙漠交界地帶的民勤縣大灘鄉，地理坐標東經130°05′，北緯38°37′，屬于典型大陸性荒漠氣候，年日照時數3 028 h。多年平均降水110 mm，多年平均蒸發量2 644 mm，是年降雨量的24倍。多年平均氣溫7.8 ℃，極端最高氣溫39.5 ℃，極端最低氣溫-27.3 ℃，平均濕度45%，光照資源豐富，晝夜溫差大。試驗區地勢平坦，肥力中等，0～60 cm為黏壤土，60 cm以下逐漸由黏壤土變為沙壤土，土壤平均容重為1.54 g/cm3。2017年試驗區玉米生育期內分月降雨量見圖1。

圖1 試驗區2017年玉米生育期內降雨量圖

1.2 試驗材料與設計

試驗設5個處理，其中膜下滴灌區設置4個處理，對照區(即CK)1個處理，每個處理3個重復，即3個小區，小區面積90 m2(3.0 m×30 m)，在試驗地四周按地形和小區布置留有保護行。供試玉米品種為甘肅敦煌種業公司生產的“敦玉13”，于2017年4月21號玉米穴播機進行播種，9月25號收獲，全生育期總共157 d。玉米播種行距40 cm，株距20～25 cm，每穴2～3粒種植。玉米出苗后兩星期左右人工間苗，拔節和孕穗期分別追施一次尿素，在苗期、拔節期、大喇叭口期、開花期和灌漿期進行灌水，灌水時間分別4月下旬、6月上旬、6月下旬、7月中旬、7月下旬、8月上旬、8月中下旬。田間試驗灌溉方案見表1。

表1 田間試驗灌溉方案表

1.3 測定項目與方法

各處理按玉米的苗期(5月下旬)、拔節期(6月上旬)、大喇叭口期(6月下旬)、抽穗期(7月中旬)、灌漿期(8月中上旬)、成熟期(8月下旬)6個主要生育期進行采樣，每個小區取樣9株，每個處理取樣27株，每株按葉片、莖稈、籽粒等器官分開，樣品自然風干后測定各部分干物質重量。

玉米在不同發育時期干物質積累發育過程經過“慢-快-慢”的增長變化，生長過程符合Logistic 曲線，其基本模型為：

(1)

式中：y為玉米單株干物質積累量，g/株；t為相對生育天數，d；a、b均為方程具有特定的生物學意義待定系數；Km為干物質積累潛力。

1.4 數據處理分析

試驗數據采用SPSS22.0軟件進行單因素方差分析，采用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗(p<0.05)，并用SPSS22.0軟件對產量構成因素進行相關性分析和逐步回歸分析。

2 試驗結果與分析

2.1 玉米各器官干物質分配與運轉變化分析

圖2為玉米地上部分各器官在生育期內干物質積累變化情況圖，從圖2可看出玉米干物質在各器官中的分配，隨生長中心的轉移而發生變化。玉米拔節期前干物質主要分配中心是葉片，葉片占整株總干重的比例最大，占整株干物質的51.06%～60.88%；進入拔節期后，植株生長迅速，這一時期光合產物的主要分配中心是莖稈，莖稈干物質量占整株干物質比例不斷提高，而葉片占整株干物質中的比例逐漸減小；在玉米抽穗以后，玉米進入營養生長和生殖生長兩旺時期，干物質開始向穗部積累，此時莖稈干物質迅速積累到最大，此階段莖稈干物質占整株干物質的63.70%～69.21%；從抽穗期到成熟期，器官存儲的營養成分逐漸向玉米籽粒移動，棒的干重在灌漿期急劇上升，棒干重所占比例呈線性增加，到成熟期棒的干重達到最大，占整株干物質的44.92%～52.94%，葉片干物質所占比例降至最低。從膜下滴灌各處理之間比較看出，玉米的葉片、莖稈和棒都隨著灌水量的增大而增大，這是因為灌水量越多，可以使促進植株的增長，植株葉片數量和大小隨之增長，節間伸長，使玉米葉片、莖和棒干物質積累量增加，灌水量與干物質積累呈正相關關系；從DT處理和CK比較看，全生育期以及最終干物質在各器官中的分配比例差異不顯著，說明膜下滴灌處理和CK對干物質的分配影響不大。

圖2 玉米各器官干物質量積累變化情況

2.2 玉米干物質積累動態變化分析

不同灌水處理玉米干物質積累整體顯出“慢-快-慢”的增長趨勢，拔節期前干物質增長較慢，拔節期后，干物質增加迅速，到抽穗期增長速率達到高峰，灌漿期初增長減緩(圖3)。膜下滴灌及CK相對生長速率最大值出現在“大喇叭口期-抽穗期”，約為5.12～7.58 g/d，其次是“拔節期-大喇叭口期”，“苗期-拔節期”相對生長速率最小。由表2可知，拔節期前DT各處理干物質積累量均高于CK處理，DT各處理干物質積累量較CK高出123.0%～292.2%，差異顯著(p<0.05)，此結果說明膜下滴灌有利于玉米初期生長發育。拔節期后，CK受氣溫持續升高影響相比DT處理較大，其干物質積累速率和積累量迅速增大，進而彌補了前期由于氣溫較低導致的差距，直至抽穗期各處理差異不顯著(p>0.05)。進入抽穗期后，各處理增長速率隨著生育進程而差異明顯，因而灌漿期、成熟期各處理又有了顯著差異(p<0.05)。總的來看，覆膜能增加玉米干物質積累量，其中抽穗期干物質積累量的大小直接影響后期干物質積累量的大小，也影響到作物最終產量。

2.3 玉米Logistic生長模型

玉米干物質積累Logistic生長方程及方程特征值見表3，Logistic擬合曲線的相關系數介于0.954～0.990之間，說明達到顯著相關的水平。

圖3 玉米干物質積累生長速率變化圖

表2 玉米不同灌水處理下干物質積累動態變化 g/株

注：5%水平下顯著性標注。

由表3可知，膜下滴灌干物質積累在播種后65 d左右進入旺長期，在播種后91 d左右結束旺長期，旺長期持續時間26 d左右，最大旺長期在播種后78 d，其中DT1在播種后進入旺長期、結束旺長期分別為63.5、89.4 d，最大積累速率僅為5.09 g/d，較DT2、DT3、DT4處理提前2.2～2.5 d進入旺長期，提前2.3～2.6 d結束旺長期，較DT2、DT3、DT4處理最大積累速率減小2.13～3.74 g/d，說明生育期灌水量大小對作物營養生長周期影響顯著，小定額灌水明顯縮短作物營養生長周期，較大定額灌水可延長作物生長周期，促進作物干物質積累。CK干物質積累在播種后68 d左右進入旺長期，在播種后91 d左右結束旺長期，旺長期持續時間22 d左右，最大旺長期在播種后80 d左右，CK較相同灌水定額DT4處理延遲3 d左右進入旺長期，最大積累速率較DT4小1.24 g/d，旺長期持續時間較DT4短3.86 d，說明膜下滴灌因地膜增溫效應，可促使作物提前進入旺長期。

表3 玉米干物質積累Logisitic方程

2.4 膜下滴灌對玉米產量構成的影響

玉米不同處理產量構成因素方差分析見表4(p<0.05)，由表知除灌水量最小的DT1以外，其他處理與CK相比，穗長、穗行數、出籽率差異均不顯著，尤其是DT3、DT4與CK所有產量構成因素均無顯著差異，說明灌水量達到一定量的時候，灌水對穗長、穗行數、出籽率沒有影響,但對穗粗、禿尖長、穗粒數、百粒重均有一定影響。與對照CK相比，DT4穗粗、穗粒數、百粒重分別顯著增加8.0%、12.3%、13.0%，而禿尖長減小了56.3%；DT2穗粗、穗粒數、百粒重分別顯著減少1.6%、9.1%、3.08%，而禿尖長增加了49.1%，可見隨著灌水量的增大，各處理間的穗粗、禿尖長、穗粒數、百粒重差異性減小，說明合理的灌水會促進玉米穗粗、穗粒數、百粒重增加，且減小玉米禿尖長度。

表4 玉米產量及其構成要素分析

注：5%水平下顯著性標注。

2.5 玉米產量構成要素相關性分析

膜下滴灌玉米產量構成要素相關性分析見表5，表5中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分別為穗長、穗粗、禿尖長、穗行數、穗粒數、百粒重、出籽率。結果表明，產量除與禿尖長呈負相關，其他構成因素均呈正相關，且產量與穗粗、穗粒數、出籽率呈顯著正相關，說明通過提高穗粗、穗粒數和出籽率，在一定程度上可提高產量。從各構成要素之間相關性分析可知，穗粗、穗粒數與出籽率之間呈顯著相關，說明穗粗、穗粒數的增加可顯著提高出籽率，進而提高作物產量。

表5 膜下滴灌玉米產量構成要素相關性分析

膜下滴灌玉米產量與其構成要素通過逐步回歸分析，玉米產量(Y)與構成要素建立了最優線性回歸方程為：Y=-20 114.646+5 902.213X2-1 698.734X3+12.885X5，方程判定系數R2=0.975，F=105.958，回歸系數的顯著性概率p值均小于0.05，所以回歸方程的線性關系顯著，可用于預測膜下滴灌玉米的經濟產量。此方程表明穗粗、禿尖長、穗粒數是影響膜下滴灌玉米產量的重要因素，判定系數為0.975，表明玉米產量的97.5%是由穗粗、禿尖長、穗粒數來決定。

3 結 論

本研究以河西綠洲玉米為研究對象，對各生育時期玉米植株進行取樣分析，分析了不同灌水量對玉米全生育期干物質積累動態以及產量的影響。主要結論如下：

(1)玉米各器官干物質分配變化和相對生長率分析結果表明，玉米地上部分干物質積累量隨生育期的推進呈現出“慢-快-慢”的增長趨勢，干物質在各器官中的分配，隨生長中心的轉移而發生變化。拔節期前干物質主要分配中心是葉片，“拔節期-抽穗期”干物質主要分配中心是莖稈，“抽穗期-成熟期”主要干物質積累最終轉移為玉米籽粒。玉米相對生長速率最大值出現在“大喇叭口期-抽穗期”，約為5.12～7.58 g/d，是干物質快速增長期，注意這一時期灌水，對玉米的生長具有促進作用。

(2)通過Logistic模型分析得出，膜下滴灌干物質積累在播種后65 d左右進入旺長期，CK干物質積累在播種后68 d左右進入旺長期，可見膜下滴灌因地膜的保溫作用，可促使作物提前進入旺長期。膜下滴灌最小灌水量DT1較DT2、DT3、DT4處理提前2.2～2.5 d進入旺長期，提前2.3～2.6 d結束旺長期，說明生育期灌水量大小對作物營養生長周期影響顯著，小定額灌水明顯縮短作物營養生長周期，影響作物干物質積累。

(3)產量及構成要素相關性分析結果表明，產量除與禿尖長呈負相關，與穗粗、穗粒數、出籽率呈顯著正相關，且穗粗、穗粒數與出籽率之間呈顯著相關；膜下滴灌玉米產量的97.5%是由穗粗、禿尖長、穗粒數3個構成因素決定，通過提高玉米穗粗、穗粒數可提高玉米產量。本研究提出回歸方程判定系數為0.975，可用于預測玉米的經濟產量。