玉米冠層輻射分布和產(chǎn)量對種植密度和水分的響應研究

楊勝舉,佟 玲*,吳宣毅,陳 陽

玉米冠層輻射分布和產(chǎn)量對種植密度和水分的響應研究

楊勝舉1,2,佟 玲1,2*,吳宣毅1,2,陳 陽1,2

（1.中國農(nóng)業(yè)大學 中國農(nóng)業(yè)水問題研究中心，北京 100083；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物高效用水武威科學觀測實驗站，甘肅 武威 733000）

【】探究玉米冠層光分布和產(chǎn)量對種植密度和水分條件的響應。試驗選用石羊河流域普遍種植的先玉335為供試品種，設置D1（7萬株/hm2）和D2（9萬株/hm2）2個種植密度，以及充分灌水（W1）、輕度虧缺（W2）、中度虧缺（W3）3個水分梯度，共6個處理。觀測各生育期的葉面積指數(shù)、相對葉綠素量、輻射截獲率、干物質(zhì)積累以及產(chǎn)量等指標的變化。相對葉綠素量受水分影響顯著，隨灌水量減少而降低，但受密度影響不顯著；D2密度較D1密度有更大的葉面積指數(shù)（），能顯著提高玉米群體對輻射的截獲率，改善群體的光能利用，增加群體的干物質(zhì)積累量，促進冠層輻射利用率（）的提高。2個密度下，產(chǎn)量均隨灌水量減少而降低，但D2密度下的降幅小于D1密度。在D1密度下，充分灌溉的產(chǎn)量為13.39 t/hm2，輕度虧水和中度虧水分別降低2.63%和7.03%。在D2密度下，充分灌溉的產(chǎn)量達到了16.39 t/hm2，輕度虧水和中度虧水分別降低2.37%和6.73%。在3個水分條件下，D2密度較D1密度分別增產(chǎn)了22.44%、22.76%和22.84%，D2密度水分利用效率顯著高于D1密度；在相同密度條件下，水分利用效率都呈W2處理>W3處理>W1處理；在低密度下輕度虧缺的收獲指數(shù)最大，而高密度下，中度虧缺的收獲指數(shù)要大于其他處理。適度提高種植密度有利于構建合理高效的光合群體結構，增加玉米群體干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和。適度虧缺灌溉可以在不明顯減產(chǎn)的情況下有效提高水分利用效率。

種植密度；水分虧缺；冠層光結構；產(chǎn)量；玉米

0 引言

【研究意義】玉米作為我國種植面積最大的糧食作物[1]，有廣闊的種植前景。隨著水資源短缺和耕地面積的減少，開展農(nóng)作物節(jié)水增產(chǎn)研究，對于糧食安全以及水資源的合理分配具有積極意義[2]。【研究進展】國內(nèi)外多年的生產(chǎn)實踐證明，種植密度是影響玉米產(chǎn)量的關鍵因素之一，合理密植是玉米增產(chǎn)的有效途徑[3]，然而隨著密度的增加，玉米冠層結構也會發(fā)生改變，從而影響冠層內(nèi)光分布，改變植株中下部葉片的光照條件，甚至造成冠層葉片早衰，直接影響玉米植株的光合能力，從而造成產(chǎn)量的降低[4]。玉米密植提高產(chǎn)量是由于增加了群體生物量，使得群體葉面積指數(shù)增大，從而能夠截獲更多的光能[5]。玉米產(chǎn)量取決于生物量的積累，生物量是截獲的光合輻射的產(chǎn)物，密度影響冠層結構，導致和的差異[6]。玉米輻射利用效率對養(yǎng)分的響應依賴于冠層葉面積指數(shù)，而葉面積指數(shù)主要與種植密度有關[7]。Zheng等[8]發(fā)現(xiàn)隨著種植密度的增加，單株莖直徑、凈光合速率和葉綠素量趨于下降，而生物量出現(xiàn)單峰趨勢，產(chǎn)量受密度影響顯著。即使在最佳生長條件下，種植密度也會影響玉米的大多數(shù)生長指標，適度增加種植密度可以進一步提高谷物產(chǎn)量[9]。土壤水分條件是影響作物生長的又一重要因素，調(diào)虧灌溉（）就是根據(jù)作物的生理生化特征，在某一發(fā)育階段施加一定程度的虧水，調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物的分配比例，以達到節(jié)水增產(chǎn)和改善作物品質(zhì)的目的[10]。眾多學者在葡萄[11]、冬小麥[12]、獼猴桃[13]等作物上都做了虧缺灌溉研究，發(fā)現(xiàn)對于作物的生長指標及產(chǎn)量指標均有不同程度影響，且不同作物的影響程度不同。

【切入點】前人對種植密度對玉米冠層結構、光合作用、生長生理活動的響應進行了較全面的研究，而對于種植密度與水分虧缺對植株不同層次的輻射分布、葉片衰老、以及產(chǎn)量形成的耦合效應研究較少。【擬解決的關鍵問題】本試驗以“先玉335”為供試品種，研究種植密度和水分對玉米群體不同冠層光分布、葉片衰老及產(chǎn)量的影響，以期為石羊河流域大田春玉米的合理種植提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2020年4—10月在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物高效用水武威科學觀測實驗站（E102°51′，N37°52′，平均海拔1 581 m）進行，實驗站處于石羊河流域，屬大陸性溫帶干旱氣候，日照充足，多年平均降水量182 mm，多年平均蒸發(fā)量2 200 mm，干旱指數(shù)最高達52以上，為典型荒漠綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。圖1為2020年玉米生育期氣象數(shù)據(jù)，生育期內(nèi)有效降雨量為87.2 mm。試驗區(qū)土壤質(zhì)地為沙壤土，1 m深土層的平均土壤干體積質(zhì)量為1.51 g/cm3，平均田間持水率為0.29 cm3/cm3，凋萎點為0.12 cm3/cm3[14]。

1.2 試驗設計

試驗設置2個種植密度，分別為7萬株/hm2（行距、株距分別為40 cm、35.7 cm）和9萬株/hm2（行距、株距分別為40 cm、27.5 cm），等行距種植，采用1幅地膜2條滴灌帶4行作物的種植模式。試驗根據(jù)文獻[15]及多年試驗結果共設置3個灌水量梯度，分別為W1（充分灌溉W，灌水上限為田間持水率的95%～100%）、W2（輕度虧缺2/3W）與W3（中度虧缺1/2W），灌水頻率與當?shù)乇３忠恢拢s10～15 d，灌水方式為膜下滴灌，滴頭流量為2.5 L/h，分別在苗期后期、拔節(jié)期以及灌漿后期進行虧水處理，各處理生育期內(nèi)灌水時間與灌水量如表1所示。試驗采用隨機區(qū)組設計，共組成6個處理，每個處理3次重復，共18個試驗小區(qū)，每個小區(qū)長23 m，寬4.8 m。試驗用玉米品種為先玉335，于2020年5月6日播種。參考當?shù)厥┓仕剑趦?nèi)施用P2O5（磷酸二銨）、K2O（三安復合肥）、N（尿素）分別為225、55、300 kg/hm2，其中磷肥、鉀肥和40%的氮肥用作基肥在播種前撒入試驗田內(nèi)，其他管理措施與當?shù)卮筇锓N植保持一致。

圖1 2020年玉米生育期內(nèi)太陽輻射、溫度、降水量以及空氣相對濕度的變化

表1 玉米灌水時間與灌水量

1.3 測定項目與方法

1）葉面積指數(shù)：于苗期后期，從各試驗小區(qū)選取生長均勻且具有代表性的植株3株，做好標記。自苗期后期開始，每隔7～10 d，測量標記植株的株高、莖粗和葉片長寬，利用長寬系數(shù)法計算葉片面積，并計算葉面積指數(shù)[16]：

ab，（2）

式中：為單株葉片數(shù)；a為單株葉面積（cm2）；b為該植株所占土地面積（cm2）；DMAX為第葉片最大寬度（cm）；L為第葉片長度（cm）。

2）葉片相對葉綠素量：采用SPAD-502Plus便攜式葉綠素測定儀在葉片的上、中、下部位的中心分別測定相對葉綠素量，并取均值代表葉片葉綠素量。

3）積溫：積溫定義如下：

式中：a為日平均氣溫；b為生長發(fā)育的基礎溫度（℃）；為計算中溫度觀測的總天數(shù)。

4）植株干物質(zhì)積累量：于苗期后期，從每個處理取3株生長均勻且具有代表性的植株，苗期至拔節(jié)期按株高分為上部和下部，抽穗后按穗位分為穗上部和穗下部，將上下2部分的莖、葉、穗、果分別裝入檔案袋中，放入烘箱中105 ℃下殺青30 min，85 ℃烘干至恒質(zhì)量，通過精度0.01 g的電子秤稱量干物質(zhì)量。

5）光合有效輻射截獲及輻射利用效率：每個處理選取正常生長、有代表性的80 cm×80 cm區(qū)域作為測定區(qū)域。在拔節(jié)期、抽穗期灌漿期、成熟期內(nèi)選擇晴朗無云無風的天氣，于中午13:00—14:00使用AccuPAR植物冠層分析儀（美國Meter公司）對冠層光合有效輻射進行測定。拔節(jié)期分別測量植株的上中下3層，測定前用卷尺測量株高以確定植株中部位置，上層測定位置由冠層頂端向下10 cm，下層測定位置緊貼地面，抽穗期、灌漿期及成熟期測定頂層、穗位層和底層。每一層采用“十”字交叉的方式進行測定，東西向和南北向各5個測點，每隔20 cm一個測點，從底層開始，逐層往上開始測量。冠層頂端的光合有效輻射使用光量子傳感器測定。在測定冠層輻射后，將植株取下，按照測量時的分層測定地上部生物量。利用生物量和輻射截獲量[17]計算，利用[18]和，通過Beer定律[18]計算出消光系數(shù)，計算式為：

=n-1-n，（4）

=/n-1，（5）

=/，（6）

=ln(1)，（7）

式中：為冠層輻射截獲量（MJ/（m2·d））；n為各層次光合有效輻射（μmol/（m2·s））；為冠層輻射截獲率（%）；為冠層輻射利用率（g/MJ）；為地上部干物質(zhì)量（g/(m2·d））；為消光系數(shù)；為葉面積指數(shù)。

6）產(chǎn)量及產(chǎn)量構成要素：于成熟期末期在每個小區(qū)隨機選取連續(xù)15株，每個試驗小區(qū)2個重復，進行考種測產(chǎn)，對穗長、穗粗、穗粒數(shù)、禿尖長、百粒質(zhì)量等產(chǎn)量構成要素進行記錄，并將產(chǎn)量折算為單位面積產(chǎn)量，計產(chǎn)時籽粒含水率統(tǒng)一按14%進行折算。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 19.0、Microsoft Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理分析和繪制圖表，采用雙因素方差分析法比較處理間的差異（<0.05）。

2 結果與分析

2.1 種植密度和水分條件對葉面積指數(shù)和相對葉綠素量的影響

圖2（a）顯示了整個生育期不同處理下玉米葉面積指數(shù)（）的變化。由圖2（a）可知，苗期各處理之間沒有顯著差異，進入拔節(jié)中期，開始出現(xiàn)差異，2個密度下的表現(xiàn)為W2處理>W1處理>W3處理，這表明復水后，植株表現(xiàn)出了強烈的復水補償效應，且輕度虧缺的補償效應較強[19]。2個密度下最大值均出現(xiàn)在抽穗期，的密度效應明顯，高密度的顯著大于低密度的，且高密度條件下的衰減速率大于低密度的。

圖2 玉米葉面積指數(shù)(LAI)、葉綠素量(SPAD)變化

圖2（b）顯示了在整個生育期不同處理下玉米葉片的相對葉綠素量（）變化，生長發(fā)育前期，葉片主要集中在40～60范圍內(nèi)變化，呈逐漸上升趨勢，葉綠素出現(xiàn)差異的時間與相同。從整體上看，全生育期內(nèi)呈單峰曲線變化，2個密度下都呈W1處理>W2處理>W3處理的規(guī)律，說明受水分條件影響，但受密度影響不顯著，復水處理能降低相對葉綠素量下降速率。生育期后期，隨著葉片衰老，快速下降。

2.2 種植密度和水分條件對玉米冠層光分布的影響

2.2.1 不同生育期不同層次輻射截獲率

冠層輻射截獲率是反映冠層結構的重要指標。從輻射截獲率（圖3）來看，拔節(jié)期整體輻射截獲率均低于其他生育期，尤其是中部冠層，最大輻射截獲率低于70%，這是由于拔節(jié)期玉米上部葉片還未完全展開，陽光能到達群體的下部。進入抽穗期后，冠層逐漸構建完成，各層的輻射截獲率顯著提高，其中中部冠層的增加較為明顯，提高了24.21%～26.76%，下部冠層截獲率提高了5.23%～8.41%，其中D2W1處理達到了95.5%，為各處理的最大值，此后隨著下部葉片開始變黃脫落，冠層開始衰老，輻射截獲率開始緩慢下降。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，上部10 cm的冠層所能截獲的輻射只有約10%，而中部冠層對于到達的光可截獲約80%，中部冠層截獲能力顯著大于下部冠層，輻射主要被中層葉片所截獲。冠層構建受水分條件影響顯著，中層和下層同一密度下不同水分梯度的差異達到顯著水平（<0.05）；密度對冠層結構有影響，但沒有達到顯著水平。同一密度條件下，輻射截獲率隨著灌水量的減少而降低，不同生育期、不同層次冠層輻射截獲率均呈相同規(guī)律。隨著密度增加，輻射截獲率有所提高，但未全部達到顯著水平。

圖3 不同生育期不同高度冠層輻射截獲率

表2 輻射截獲率各處理顯著性分析

注 NS表示>0.05，無顯著差異；*表示顯著性水平<0.05；**表示顯著性水平<0.01；***表示顯著性水平<0.001。

2.2.2 不同生育期輻射利用效率

拔節(jié)期是玉米干物質(zhì)快速積累的重要時期，此時中上部冠層未發(fā)育完全，因此中部冠層受密度和水分條件影響顯著，均達到顯著性差異（<0.05）。由表3可知，拔節(jié)期高密度下各處理的冠層結構優(yōu)于低密度，因此輻射利用效率（）顯著大于低密度，在低密度條件下，受水分影響顯著，隨灌水量減少而降低，且在低密度條件下，下部冠層的利用效率略高于中部冠層，這是由于拔節(jié)期玉米上部葉片還未完全展開，陽光能到達下部，而高密度條件下，由于增密效應，中部葉片截獲量略大于下部，且輕度虧缺未顯著降低。

抽穗期有所下降，這可能是由于抽穗期較拔節(jié)期干物質(zhì)量積累速率下降造成的。由于灌漿期的復水效應，均有所提高。中部和下部的在全生育期內(nèi)對于密度的響應均達到顯著水平，除抽穗期外，受水分影響也顯著（<0.05）。全生育期中，由于高密度條件下所積累的群體干物質(zhì)量大于低密度，所以輻射利用率較高。從整體上看，高密度下的顯著大于低密度，但不同生育期存在著差異，這可能與降雨等其他因素有關。

表3 不同生育期玉米輻射利用效率

注 NS表示>0.05，無顯著差異；*表示顯著性水平<0.05；**表示顯著性水平<0.01；***表示顯著性水平<0.001。

2.2.3 不同生育期消光系數(shù)

由圖4（a）可知（圖中不同小寫字母表示同一水分條件下密度處理間差異顯著；不同大寫字母表示同一密度條件下水分處理間差異顯著，顯著水平<0.05），受水分條件影響顯著（<0.05），但密度的影響未達到顯著性水平。同一密度條件下，中部冠層消光系數(shù)和下部冠層消光系數(shù)均呈相同規(guī)律，隨著灌水量的減少而降低，說明水分條件對于冠層結構是有顯著影響。從全生育期消光系數(shù)變化規(guī)律來看，中部冠層的消光系數(shù)顯著大于下部冠層，說明到達冠層的輻射主要被中上部冠層所截獲，而到達下部冠層的輻射較少。

2.2.4與積溫的關系

由圖4（b）可知，在充分灌水條件下，每個生育時期的和積溫成一個良好的正相關曲線，都是隨著積溫的增加而增加，然而隨著虧水程度的加劇，與積溫的相關性在減弱，說明在水分充足時，積溫是影響的一個重要因素，隨著虧缺的增加，積溫對于的限制作用在降低，此時的主要限制因素可能是水分，當作物遭受水分脅迫時，水分不足，進行光合作用的酶活性降低，導致了干物質(zhì)積累減慢[20]。在充分灌溉條件下，積溫與有良好的相關關系，隨著虧水加劇，相關性減弱。

2.3 種植密度和水分條件對玉米產(chǎn)量及其構成要素的影響

從表4可以看出，不同水分和密度處理對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成要素有不同程度的影響，密度對種子百粒質(zhì)量的影響達到顯著水平（<0.05），虧缺灌溉較充分灌溉百粒質(zhì)量減少3.1%、4.7%。2個密度充分灌溉條件下，穗長最大，D1充分灌溉較虧缺灌溉分別大4.7%、4.4%，D2充分灌溉較虧缺灌溉大5.1%、4.3%，而虧水處理下穗長差異不大。虧水處理對穗粗也有一定程度的影響，隨著虧水加劇，穗粗減小，但未達到顯著水平。從單株穗粒數(shù)可以看出，在D1密度下，隨虧水減少，分別減少4.3%、5.0%。而D2密度下，輕度虧水穗粒數(shù)略有上升。禿尖長受水分影響明顯，虧水越多，禿尖越大。從總產(chǎn)量來看，2個密度下，產(chǎn)量均隨灌水量減少而降低，但減產(chǎn)幅度不同，在D1密度下，充分灌溉的產(chǎn)量達到了13.39 t/hm2，輕度虧水和中度虧水分別降低2.63%和7.03%。在D2密度下，充分灌溉的產(chǎn)量達到了16.39 t/hm2，輕度虧水和中度虧水分別降低2.37%和6.73%。在相同水分條件下，D2密度較D1密度增產(chǎn)22.44%、22.76%和22.84%。從水分利用效率來看，D2密度顯著高于D1密度，在相同密度條件下，都呈W2處理>W3處理>W1處理，收獲指數(shù)在不同密度下出現(xiàn)不同規(guī)律，在低密度下輕度虧缺的收獲指數(shù)最大，而高密度下，中度虧缺大于其他處理。由圖5（b）可知，不同處理下的與產(chǎn)量顯著正相關，可見當玉米的提高時，能夠增加玉米產(chǎn)量，因此提高玉米是提高玉米產(chǎn)量的途徑之一。試驗表明，適度提高玉米種植密度，有利于玉米冠層截獲更多的光，從而提高輻射利用效率。

表4 不同處理下玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成要素

注 NS表示>0.05，無顯著差異；*表示顯著性水平<0.05；**表示顯著性水平<0.01；***表示顯著性水平<0.001。

圖5 玉米收獲指數(shù)及產(chǎn)量與RUE的關系

3 討論

水分和密度是影響玉米生長的重要因素。其中，水分虧缺對玉米的影響最大[21]，玉米對水分虧缺較敏感，當水分虧缺到達一定程度時，會受到水分脅迫作用，水分脅迫會抑制玉米葉片的光合作用，從而會抑制細胞分裂和增大。當玉米水分虧缺時，葉片變小，葉片相對含水量下降，葉水勢降低。水分虧缺使葉片下垂，顏色變深，葉尖變黃，下部葉片枯死變黃脫落，隨著虧缺程度加劇，葉綠素量也呈下降趨勢[22]。玉米對一定時期的有限水分虧缺有適應性和抵抗性，適度虧缺的玉米復水后有較強的補償效應[23]，本研究中發(fā)現(xiàn)抽穗初期輕度虧缺條件下單株葉面積較充分灌溉條件下略大，分析這可能是與該時段內(nèi)的降雨及復水有關。種植密度，是通過改變單位面積上植株的數(shù)量，調(diào)節(jié)植株之間對陽光、土壤水分和養(yǎng)分等資源的競爭來影響作物生長[24]。梁烜赫等[25]研究發(fā)現(xiàn)適度增大鄭單958種植密度，能顯著提高，這與本研究中獲得的結論是一致的。

土壤水分和密度也是影響玉米產(chǎn)量的重要因素。馬興林等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在偏低密度下產(chǎn)量較低，抗倒伏性較強；隨著密度增加，產(chǎn)量逐漸增加；當密度增加到一定程度時，產(chǎn)量達到最高水平；再進一步增加密度，產(chǎn)量逐漸下降。陳金平等[27]發(fā)現(xiàn)隨著生育期內(nèi)灌水次數(shù)和灌水量減少，穗行數(shù)、行粒數(shù)等指標會下降。本研究也發(fā)現(xiàn)，隨著虧缺程度增加，玉米不同的產(chǎn)量指標都有所下降。也有研究發(fā)現(xiàn)，適度水分虧缺并不總是降低產(chǎn)量，適度水分虧缺有利于某些玉米品種的增產(chǎn)和水分效率的提高[28]。霍云云[29]研究發(fā)現(xiàn)，在不同生育期進行虧缺灌溉對產(chǎn)量產(chǎn)生不同的影響，在合適的時期進行虧缺并不會降低玉米產(chǎn)量，從而提高水分利用效率。本研究也證明了虧缺灌溉能提高水分利用效率。

葉片是植物進行光合作用的主要器官，光合作用能力受冠層結構的影響[30]。在一定環(huán)境條件下，玉米光合作用產(chǎn)量取決于葉片吸收的光合有效輻射和葉片的光合特性，而冠層內(nèi)的輻射狀況又表現(xiàn)出空間上的差異性，太陽輻射在玉米冠層中的分布除受太陽輻射變化影響外，還受株型、葉面積指數(shù)、葉片的形狀和大小、葉片方位角分布、葉片空間分布等特性的影響[31]。不同的農(nóng)藝措施對對冠層結構產(chǎn)生顯著影響，進而改變了冠層光分布[32]，丁相鵬等[33]研究發(fā)現(xiàn)，適當提高密度，有利于構建高效的光合群體結構，增加夏玉米群體干物質(zhì)生產(chǎn)與積累，從而提高產(chǎn)量。本研究中，提高種植密度，有效提高了輻射截獲率和輻射利用效率，冠層光結構指標較低密度好。不同土壤水分條件下，同一生育階段的玉米群體的葉層結構也有所差異，本研究中，除拔節(jié)期受水分影響顯著外，其他生育期各指標差異均不明顯，這可能是由于拔節(jié)期是虧缺灌溉的主要時期造成的。先玉335中層輻射截獲率在生育前期和中期均大于70%，說明該品種玉米中上層葉片平展，能截獲大量光能，使群體下部葉片截獲光能減少。本試驗結果與馬冬青等[34]2019年在同一站點所做試驗有相同規(guī)律。密度與水分的耦合作用對各層次冠層光結構指標均有影響，高密度下各光結構指標均優(yōu)于低密度。本研究中的數(shù)據(jù)均為正午時段所測得，對于是否能代替日平均變化規(guī)律還有待進一步研究。

良好的玉米生產(chǎn)需要了解各種管理措施以及影響作物產(chǎn)量的環(huán)境條件，因為作物管理措施如耕作、輪作、密度、供水會影響玉米的產(chǎn)量潛力和水分利用效率（）[35]。在水資源供應有限的情況下，進行虧缺灌溉是提高水分利用效率的途徑之一，虧缺灌溉能減少非生產(chǎn)性水損失（土壤水分蒸發(fā)、排水和徑流），將更多的水資源用于蒸騰。本研究中，不同密度下進行適度虧缺灌溉，玉米產(chǎn)量有小幅度下降，但水分利用效率有所提升，因此，在水資源短缺地區(qū)，可適度提高種植密度，并采用虧缺灌溉方式，有利于節(jié)約資源。但本研究只設置了2個種植密度，對于最佳種植密度的確定，還需進一步研究。

4 結論

1）與D1密度相比，D2密度下的增密效應顯著，生育前期葉面積指數(shù)受水分條件和密度影響不大，拔節(jié)中期出現(xiàn)差異，復水后，輕度虧缺的葉面積的補償效應最大，葉綠素量受水分影響顯著，隨灌水量減少而降低，但密度影響不顯著。

2）與D1密度相比，D2密度能顯著提高玉米群體對輻射的截獲率，改善群體的光能利用，增加群體的干物質(zhì)積累量，促進的提高。

3）在D1密度下，充分灌溉產(chǎn)量最高，輕度水分虧缺能提高收獲指數(shù)和水分利用效率，但產(chǎn)量有小幅度下降；在D2密度下，充分灌溉達到了最大產(chǎn)量，但水分利用效率低于輕度虧缺。適度虧缺灌溉可以在不明顯減產(chǎn)的情況下有效提高水分利用效率。因此，水資源短缺地區(qū)可采用虧缺灌溉，以提高水資源利用效率。

[1] 戴景瑞, 鄂立柱. 百年玉米, 再鑄輝煌——中國玉米產(chǎn)業(yè)百年回顧與展望[J]. 農(nóng)學學報, 2018, 8(1): 74-79.

DAI Jingrui, E Lizhu. From the past centennial progress to more brilliant achievements in the future：The history and prospects of maize industrialization in China[J]. Journal of Agriculture, 2018, 8(1): 74-79.

[2] COMAS L H, TROUT T J, DEJONGE K C, et al. Water productivity under strategic growth stage-based deficit irrigation in maize[J]. Agricultural Water Management, 2019, 212: 433-440.

[3] 柏延文, 楊永紅, 朱亞利, 等. 種植密度對不同株型玉米冠層光能截獲和產(chǎn)量的影響[J]. 作物學報, 2019, 45(12): 1 868-1 879.

BAI Yanwen, YANG Yonghong, ZHU Yali, et al. Effect of planting density on light interception within canopy and grain yield of different plant types of maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2019, 45(12): 1 868-1 879.

[4] YAN P, CHEN Y, SUI P, et al. Effect of maize plant morphology on the formation of apical kernels at different sowing dates and under different plant densities[J]. Field Crops Research, 2018, 223: 83-92.

[5] LIU G Z, YANG Y S, LIU W M, et al. Leaf removal affects maize morphology and grain yield[J]. Agronomy, 2020, 10(2): 269.

[6] DU X B, WANG Z, LEI W X, et al. Increased planting density combined with reduced nitrogen rate to achieve high yield in maize[J]. Scientific Reports, 2021, 11(1): 358-358.

[7] LUCAS E. BONELLI, FERNANDO H, et al. Maize radiation use-efficiency response to optimally distributed foliar-nitrogen-content depends on canopy leaf-area index[J]. Field Crops Research, 2020: 247.

[8] ZHENG J, FAN J L, ZOU Y F, et al. Ridge-furrow plastic mulching with a suitable planting density enhances rainwater productivity, grain yield and economic benefit of rainfed maize[J]. Journal of Arid Land, 2020, 12(2): 181-198.

[9] KUAI J, SUN Y Y, ZHOU M,, et al. The effect of nitrogen application and planting density on the radiation use efficiency and the stem lignin metabolism in rapeseed (Brassica napus L.)[J]. Field Crops Research, 2016, 199: 89-98.

[10] 龐秀明, 康紹忠, 王密俠. 作物調(diào)虧灌溉理論與技術研究動態(tài)及其展望[J]. 西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版), 2005, 33(6): 141-146.

PANG Xiuming, KANG Shaozhong, WANG Mixia. Theory and technology research development and prospect of regulated deficit irrigation on crops[J]. Journal of Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry (Natural Science Edition), 2005, 33(6): 141-146.

[11] 溫越, 王振華, 李文昊, 等. 調(diào)虧灌溉與施肥配比對滴灌葡萄生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 灌溉排水學報, 2020, 39(11): 38-46.

WEN Yue, WANG Zhenhua, LI Wenhao, et al. The effects of regulated deficit drip irrigation coupled with different fertilizations on growth, yield and quality of grape[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(11): 38-46.

[12] 馬守臣, 張偉強, 段愛旺. 不同虧缺灌溉方式對冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學報, 2019, 38(8): 9-14.

MA Shouchen, ZHANG Weiqiang, DUAN Aiwang. Effects of different deficit irrigation modes on grain yield and water use efficiency of winter wheat[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(8): 9-14.

[13] 張效星, 樊毅, 崔寧博, 等. 不同灌水量對滴灌獼猴桃光合、產(chǎn)量與水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學報, 2019, 38(1): 1-7.

ZHANG Xiaoxing, FAN Yi, CUI Ningbo, et al. The effects of drip-irrigation amount on photosynthesis, yield and water use efficiency of kiwifruit[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(1): 1-7.

[14] 郭曉旭. 不同密度下水分虧缺對西北旱區(qū)制種玉米生長和耗水的影響[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學, 2018．

GUO Xiaoxu. Effects of density and water deficit on growth and Water consumption of maize for seed in an arid region of northwest China[D]. Beijing: China Agricultural University, 2018.

[15] 張英普, 何武全, 韓健. 玉米不同生育期水分脅迫指標[J]. 灌溉排水, 2001, 20(4): 18-20.

ZHANG Yingpu, HE Wuquan, HAN Jian. Suitable irrigation indexes in different growing stage of corn[J]. Irrigation and Drainage, 2001, 20(4): 18-20.

[16] 孫銳, 朱平, 王志敏, 等. 春玉米葉面積系數(shù)動態(tài)特征的密度效應[J]. 作物學報, 2009, 35(6): 1 097-1 105.

SUN Rui, ZHU Ping, WANG Zhimin, et al. Effect of plant density on dynamic characteristics of leaf area index in development of spring maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2009, 35(6): 1 097-1 105.

[17] HIPPS L E, ASRAR G, KANEMASU E T. Assessing the interception of photosynthetically active radiation in winter wheat[J]. Agricultural Meteorology, 1983, 28(3): 253-259.

[18] RUIZ R A, BERTERO H D. Light interception and radiation use efficiency in temperate quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) cultivars [J]. European Journal of Agronomy, 2008, 29(2/3): 144-152.

[19] 李彪, 孟兆江, 段愛旺, 等. 調(diào)虧灌溉對夏玉米根冠生長關系的調(diào)控效應[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2018, 36(5): 169-175, 186.

LI Biao, MENG Zhaojiang, DUAN Aiwang, et al. Effect of regulated deficit irrigation on growth relation of root to shoot in summer maize[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2018, 36(5): 169-175, 186.

[20] 王云奇, 陶洪斌, 趙麗曉, 等. 玉米對水分虧缺的響應[J]. 玉米科學, 2014, 22(2): 87-92.

WANG Yunqi, TAO Hongbin, ZHAO Lixiao, et al. Response of maize to water deficit[J]. Journal of Maize Sciences, 2014, 22(2): 87-92.

[21] STEPANOVIC S, RUDNICK D, KRUGER G. Impact of maize hybrid selection on water productivity under deficit irrigation in semiarid western Nebraska[J]. Agricultural Water Management, 2021, 244: 106610.

[22] HAGHJOO M, BAHRANI A. Grain yield, dry matter remobilization and chlorophyll content in maize (Zea mays L.) as influenced by nitrogen and water deficit[J]. Bangladesh Journal of Botany, 2018, 44(3): 359-356.

[23] 肖鋼, 蔡煥杰, 沐青, 等. 夏玉米苗期對不同時長干旱-復水的生理響應機制[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2020, 38(5): 57-63.

XIAO Gang, CAI Huanjie, MU Qing, et al. Physiological response mechanism of summer maize seedlings to drought-rewatering of different durations[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2020, 38(5): 57-63.

[24] GOBEZE Y L, CERONIO G M, RENSBURG L D V. Effect of row spacing and plant density on yield and yield component of maize (Zea mays L.) under irrigation[J]. Journal of Agricultural Science and Technology B, 2012, 2(2): 263-271.

[25] 梁烜赫, 徐晨, 趙鑫, 等. 干旱對不同種植密度玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學報, 2018, 37(11): 15-19.

LIANG Xuanhe, XU Chen, ZHAO Xin, et al. The impact of drought and planting density on growth and yield of maize[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(11): 15-19.

[26] 馬興林, 徐安波, 楊久臣, 等. 關于玉米種植密度的思考與討論[J]. 玉米科學, 2020, 28(2): 96-99.

MA Xinglin, XU Anbo, YANG Jiuchen, et al. Consideration and discussion on maize planting density[J]. Journal of Maize Sciences, 2020, 28(2): 96-99.

[27] 陳金平, 王和洲, 劉安能, 等. 不同灌水策略對夏玉米水分利用效率和產(chǎn)量構成要素的影響[J]. 灌溉排水學報, 2017, 36(7): 7-13.

CHEN Jinping, WANG Hezhou, LIU Anneng, et al. Impact of irrigation schedule on water use efficiency and yield of summer maize[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2017, 36(7): 7-13.

[28] COMAS L H, TROUT T J, DEJONGE K C, et al. Water productivity under strategic growth stage-based deficit irrigation in maize[J]. Agricultural Water Management, 2019, 212: 433-440.

[29] 霍云云. 不同生育期水分虧缺對春玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J].湖北農(nóng)機化, 2020(17): 21-22.

HUO Yunyun. Effects of water deficit in different growth stages on growth and yield of spring maize[J]. Hubei Agricultural Mechanization, 2020(17): 21-22.

[30] 司轉運, 高陽, 李雙, 等. 不同灌水條件下施氮量對滴灌夏棉冠層指標的影響[J]. 灌溉排水學報, 2019, 38(6): 31-36.

SI Zhuanyun, GAO Yang, LI Shuang, et al. Response of canopy traits of summer cotton to different fertigations[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(6): 31-36.

[31] 郭江, 肖凱, 郭新宇, 等. 玉米冠層結構、光分布和光合作用研究綜述[J]. 玉米科學, 2005, 13(2): 55-59.

GUO Jiang, XIAO Kai, GUO Xinyu, et al. Review on maize canopy structure, light distributing and canopy photosynthesis [J]. Journal of Maize Sciences, 2005, 13(2): 55-59.

[32] 樸琳, 李波, 陳喜昌, 等. 優(yōu)化栽培措施對春玉米密植群體冠層結構及產(chǎn)量形成的調(diào)控效應[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2020, 53(15): 3 048-3 058.

PIAO Lin, LI Bo, CHEN Xichang, et al. Regulation effects of improved cultivation measures on canopy structure and yield formation of dense spring maize population[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(15): 3 048-3 058.

[33] 丁相鵬, 白晶, 張春雨, 等. 擴行縮株對夏玉米群體冠層結構及產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2020, 53(19): 3 915-3 927.

DING Xiangpeng, BAI Jing, ZHANG Chunyu, et al. Effects of line-spacing expansion and row-spacing shrinkage on population structure and yield of summer maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(19): 3 915-3 927.

[34] 馬冬青, 佟玲, 吳宣毅, 等. 不同種植密度和土壤水分條件下大田玉米冠層光結構分析[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2020, 38(4): 259-265.

MA Dongqing, TONG Ling, WU Xuanyi, et al. Analysis of canopy light structure of maize with different planting density and soil water conditions[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2020, 38(4): 259-265.

[35] YADA L G. Effect of spatial arrangements of row spacing and plant density on water use and water use efficiency of maize under irrigation[J]. Journal of Natural Sciences Research, 2016, 6(1): 13-22.

Changes in Radiation in Canopy and the Yield of Maize in Response to Planting Density and Irrigation amounts

YANG Shengju1,2, TONG Ling1,2*, WU Xuanyi1,2, CHEN Yang1,2

(1.Center for Agricultural Water Research in China, China Agricultural University, Beijing 100083, China;2. Wuwei Experimental Station for Efficient Water Use in Agriculture, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuwei 733000, China)

【】Planting density and soil moisture combine to modulate plant growth and its ultimate yield. Taking maize as an example, this paper investigates the response of light radiation in the canopy and yield of the maize to different combinations of plant density and irrigation amounts.【】Maize variety Xianyu 335 was used as the model plant, and we compared two planting densities: 70 000 plants/hm2(D1) and 90000 plants/hm2(D2). Added to each planting density were three irrigation treatments: Sufficient irrigation (W1), mild (W2), and moderate (W3) deficit irrigation. In each treatment, we measured the changes in leaf area index, chlorophyll content, radiation interception rate, dry biomass accumulation at different growth stages and the final maize yield. 【】Chlorophyll content was significantly affected by soil water but not by planting density, and it hence increased with irrigation amount.was higher in D2 than in D1 at significant level, indicating that increasing planting density boosted radiation interception thereby improving light energy utilization and dry matter accumulation. Reducing irrigation amount in both planting densities led to a decline in yield, though the reduction in D2 was less than that in D1. Under sufficient irrigation, increasing planting density from D1 to D2 increased the yield from 3.39 t/hm2to 16.39 t/hm2. Imposing mild or moderate deficit irrigation reduced the yield of D1 by 2.63% or 7.03%, and the yield of D2 by 22.76% or 22.84% respectively. Water use efficiency of both planting densities was contingent on irrigation, ranked in the order of W2>W3>W1. The harvest index varied with planting density and irrigation amount. Mild deficit irrigation in D1 gave the highest harvest index, while moderate irrigation in D2 worked better.【】A moderate increase in planting density of maize can benefit photosynthesis and increase dry matter accumulation, thereby improving both yield and water use efficiency. Combining with moderate deficit irrigation can further improve water use efficiency without compromising yield.

planting density; water deficit irrigation; canopy light interception; yield; maize

S274.1；S513

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021006

1672 – 3317（2021）08 - 0019 - 09

楊勝舉, 佟玲, 吳宣毅, 等. 玉米冠層輻射分布和產(chǎn)量對種植密度和水分的響應研究[J]. 灌溉排水學報, 2021, 40(8): 19-26, 34.

YANG Shengju, TONG Ling, WU Xuanyi, et al. Changes in Radiation in Canopy and the Yield of Maize in Response to Planting Density and Irrigation Amounts[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(8): 19-26, 34.

2021-01-07

國家重點研發(fā)計劃課題（2016YFC0400207）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費項目（201503125）

楊勝舉（1995-），男，云南保山人。碩士研究生，研究方向為節(jié)水灌溉理論與新技術。E-mail: YSJ1689772903@163.com

佟玲（1979-），女，遼寧大石橋人。教授，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術研究。E-mail: tongling2001@cau.edu.cn

責任編輯：趙宇龍