滴灌條件下水肥耦合對春玉米光合速率及產量的影響

王 雯，張 雄，白盼盼，劉遠超

（1.榆林學院生命科學學院，陜西榆林 719000；2.新疆農業大學農學院，新疆烏魯木齊 830052）

陜北沙區光照充足，晝夜溫差大，有利于春玉米的干物質累積；并且該地區土地平坦、便于灌溉，是我國春玉米的優生區之一[1]。目前，滴灌技術已成為該地區玉米高產栽培的主要技術手段，但尚未形成科學合理的滴灌水肥管理制度，灌水和施肥隨意性較大，水肥利用效率較低，制約了春玉米高產、優質、高效生產。不合理的水肥配比造成水肥資源浪費，甚至影響產量和品質提升[2]。研究表明，滴灌水肥一體化技術是同時對灌水量與施肥量進行定量控制的節水節肥技術，根據土壤養分含量和作物的需肥規律，將合理配比的水肥均勻、定時、定量浸潤作物根區，實現以水帶肥、以肥促水、水肥耦合。合理的水肥配比可充分發揮水肥互作效應，提高作物的水肥利用率，減少化肥對環境的污染[3-5]，可顯著提高植株的光合速率（P＜0.05）[6-8]，增加作物產量[9-11]。滴灌條件下合理的水肥配比是提高春玉米產量的關鍵措施。然而，水肥耦合模式對陜北沙區滴灌春玉米產量影響的研究少見報道。

本研究通過開展滴灌條件下不同水肥耦合模式對春玉米產量影響的田間試驗，觀測不同水肥耦合模式下春玉米光合速率和產量構成因素的變化，以明確春玉米光合速率和產量對水肥耦合的響應，旨在篩選出適宜的水肥耦合模式，為陜北沙區春玉米高產優質栽培提供技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020 年4—10 月在國家級榆林現代農業科技示范園進行。該地地處牛家梁鎮榆卜界村（109°43′E，38°23′N），屬干旱半干旱大陸性季風氣候，年平均降水量410 mm，蒸發量1 800 mm，年日照時數2 900 h，年總輻射606.7×107J/m2，年均氣溫8.5 ℃，無霜期約為155 d。該地區光照充足，地勢平坦，地下水位相對較高，利于灌溉。土壤為風沙土，肥力水平中等。供試土壤pH 值為7.8，有機質含量為7.83 g/kg，全氮含量為0.35 g/kg，堿解氮含量為48.85 mg/kg，有效磷含量為13.92 mg/kg，速效鉀含量為185 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試春玉米品種為陜單609，由西北農林科技大學選育，2016 年通過國家玉米品種審定，適宜在陜北灌區春播種植。專用滴灌水溶肥由河北尚古田豐生物科技有限公司提供。

1.3 試驗方法

本試驗采用飽和D-416-A 最優設計（4 因素二次飽和最優設計），該設計是試驗處理組合數目與回歸方程中參數相等的試驗設計方案，該設計可在提高試驗精度，減少試驗誤差的同時，盡量減小試驗規模，提高試驗效率，已被廣泛應用[12]。試驗因素為灌溉量、純氮量、純磷量和純鉀量，具體因素水平如表1 所示，共設置16 個水肥一體化處理，每處理重復3 次，小區隨機排列，其中每個小區長為6 m，寬為5 m，小區面積為30 m2。春玉米于4 月中旬播種，寬窄行種植（60 cm＋40 cm），株距25 cm，密度為7.95 萬株/hm2，播種深度為2～3 cm。滴灌帶鋪設在2 行玉米中間（采用迷宮式滴灌帶，滴頭間距25 cm，滴頭流量1.38 L/h）。氮、磷、鉀肥總用量的30%作為基肥，隨翻耕施入土中；70%作追肥（專用滴灌水溶肥），在大喇叭口期到灌漿期隨水追施。每次灌溉時用水表測定各小區的容積灌溉量（m3）。

表1 滴灌春玉米水肥耦合模式的飽和D-416-A 最優設計方案

1.4 測定項目及方法

在春玉米不同生育期（苗期、拔節期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿期、成熟期），于晴朗無云的9：00—11：00，采用美國LI-COR 公司生產的LI-6400便攜式光合儀觀測春玉米穗位葉的凈光合速率（Pn），每小區選長勢一致的5 株，結果取其平均值。

春玉米成熟后，對小區產量單打單收測定小區產量，并將小區產量折算為公頃產量。每個小區采收中間2 行玉米果穗帶回實驗室進行室內考種，測定玉米的穗長、穗行數、行粒數、穗粗、穗質量、穗粒質量、千粒質量等產量構成因素。

1.5 數據分析

采用SPSS 19.0 軟件進行4 因素二次飽和最優設計，對試驗數據進行處理和分析，觀測數據采用單因素方差分析；平均數間的多重比較采用Duncan新復極差法（P＜0.05）；采用回歸分析揭示春玉米產量與不同水肥耦合模式關系；用Origin 2019 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同水肥耦合對春玉米凈光合速率的影響

從表2 可以看出，在春玉米整個生育期，滴灌條件下不同水肥耦合處理的春玉米葉片凈光合速率（Pn）依次為T10＞T13＞T15＞T6＞T9＞T1＞T8 ＞T5 ＞T2 ＞T7 ＞T4 ＞T16 ＞T3 ＞T14 ＞T11 ＞T12，T10 處理的Pn 值顯著高于其他處理（除T13和T15 處理）7.6%～150.0%（P＜0.05），略高于T13處理1.4%～6.7%，但二者無顯著差異；除苗期和大喇叭口期外，T10 處理的Pn 值較T15 處理顯著高6.5%～14.5%（P＜0.05）。

2.2 不同水肥耦合對春玉米產量構成因素的影響

由表3 可知，不同水肥耦合處理春玉米各產量構成因素大小表現為T10＞T13＞T15＞T6＞T9＞T1 ＞T8 ＞T5 ＞T2 ＞T7 ＞T4 ＞T16 ＞T3 ＞T14 ＞T11＞T12；其中，T10 處理的穗長、穗行數、行粒數顯 著 高 于T2、T3、T4、T7、T11、T12、T14、T16 處 理（P＜0.05），分別較T12 處理顯著提高了60.2%、58.3%和41.9%（P＜0.05）；除T13 和T15 處理外，T10 處理的穗粗、穗質量、穗粒質量和千粒質量顯著高于其他處理8.6%～102.2%（P＜0.05），分別比T12 處理提高了78.7%、59.8%、100.1%和102.2%，且差異顯著（P＜0.05）；T10 處理的各產量構成因素略高于T13 處理2.3%～8.2%。

從圖1 可以看出，除T13 和T15 處理外，T10處理的春玉米產量顯著高于其他處理10.3%～88.0%（P＜0.05），分別較T11 和T12 處理顯著提高77.1%和88.0%（P＜0.05），較T13 和T15 處理略高3.7%和5.1%（P＞0.05）。

2.3 春玉米光合速率和產量構成因素對水肥耦合的響應

回歸分析結果表明（表4），春玉米的光合速率、各產量構成因素與水肥耦合因子均呈顯著正相關（r≥0.762，P≤0.035）；由回歸方程中的決定系數（R2）可看出，灌溉量和施肥量對春玉米光合速率和產量變化的解釋度高于58%。春玉米的光合速率和產量構成因素與氮肥施用量均呈顯著相關（P≤0.016），其中，春玉米的穗質量與氮肥、磷肥和鉀肥施用量相關性顯著（P≤0.043）；春玉米的光合速率、行粒數、千粒質量、產量與氮肥、磷肥施用量呈顯著相關（P≤0.042）。

表4 春玉米光合速率、產量構成因素與水肥耦合因子的回歸分析

3 結論與討論

滴灌條件下，適宜的水肥耦合配比可顯著提高春玉米的光合速率和產量。本研究中，不同水肥耦合處理的春玉米凈光合速率差異顯著（P＜0.05）。T10處理（灌溉量5 268.2 m3/hm2，純氮量251.2 kg/hm2，純磷量129.7 kg/hm2，純鉀量88.0 kg/hm2）顯著提高了春玉米的光合速率（P＜0.05）。但在水肥用量過高或者過低的處理中（如T11 和T12），春玉米的光合速率顯著下降，這與戚迎龍等[13]的研究結果一致。這是由于水分過多不利于玉米的蹲苗，且易造成土壤板結缺氧，而水分過低，不能滿足玉米正常的生長發育，導致光合速率下降[14-16]。本研究顯示，春玉米葉片的光合速率在抽雄吐絲期達到最大，該時期T10 處理的（灌溉量5 268.2 m3/hm2）的光合速率較T12 處理（灌溉量2 400.0 m3/hm2）提高84.1%，差異顯著（P＜0.05）。楊麗等[17]研究也發現，較低的水分供給導致小麥旗葉光合速率大幅下降。本研究表明，適宜的水肥配比有助于提高春玉米的產量，陜北沙區春玉米T10 處理下的產量各構成因素均為最高。在玉米的產量各構成因素中，穗粒質量是玉米產量的決定因素之一[18]。本研究發現，T10 處理（灌溉量5 268.2 m3/hm2）的穗質量、穗粒質量、千粒質量和產量顯著高于灌溉量相同的T4、T6 和T8 處理，在相同的灌溉量條件下，氮、磷、鉀肥料用量及配比是影響玉米產量形成的重要因素[19-20]。

春玉米的光合速率、產量構成因素與水肥耦合因子的回歸分析顯示，滴灌條件下，水肥耦合處理解釋了58%以上的春玉米光合速率和產量變化。在水肥因子中，氮肥對春玉米的光合速率和產量構成因素均呈顯著正相關，適宜的施氮量是滴灌春玉米產量形成的決定因素，這與楊宇等[21]和孟曉琛等[22]的研究結論基本一致。春玉米的各產量構成因素中，穗質量的形成對氮肥、磷肥和鉀肥施用量都較為敏感，行粒數、千粒質量和產量與氮肥和磷肥施用量密切相關。薛垠鑫等[3]研究也發現，滴灌條件下灌溉量對春玉米的光合速率和產量無顯著影響，這可能是由于滴灌方式通過均勻的供水方式將水分送到作物根區，從而降低了玉米生長發育過程中對不同灌溉水平的敏感性[4，23]，灌溉水和氮、磷、鉀肥料的耦合作用對玉米光合速率提高及產量形成的作用更為重要[23-24]。本研究中，T10 處理水肥配比對增強春玉米葉片光合速率、提高產量發揮了良好、作用，可作為陜北沙區滴灌春玉米適宜的水肥耦合模式。