不同灌溉定額對玉米棒三葉葉面積熒光特性及產(chǎn)量的影響

吳佳瑞 馬文禮 張洪銀 殷韶梅 夏學智 蔡嶄紅

(寧夏農(nóng)墾農(nóng)林牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏 銀川 750024)

玉米是我國重要的糧飼兼用型作物，在全球糧食安全中起著至關(guān)重要的作用[1]，作為寧夏回族自治區(qū)重要的糧食作物之一，在區(qū)內(nèi)分布廣泛，玉米的生產(chǎn)對寧夏社會經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用。玉米的產(chǎn)量受多種因素的影響，如品種、肥料、灌水量、耕作措施和氣候條件等共同作用影響[2]。灌水量是影響玉米熒光特性和產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因素之一，也是可以根據(jù)降雨、生育期需水控制的因素。目前，農(nóng)業(yè)灌溉用水在我國總用水量中占比較大，占全國總用水量的70%左右[3,4]，農(nóng)業(yè)灌溉用水量大且水分利用效率低是阻礙我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因，因此研究確定玉米灌溉定額，對于實現(xiàn)研究區(qū)玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。滴灌水肥一體化技術(shù)由國外引進并在我國發(fā)展，現(xiàn)已在多種作物、果樹、蔬菜和牧草中應(yīng)用，由于水資源短缺，我國也重點開展節(jié)水項目，大力推廣滴灌水肥一體化技術(shù)，2022年中央一號文件提出，要建成高效節(jié)水灌溉面積2667萬hm2，并繼續(xù)推動水肥一體化技術(shù)研究應(yīng)用[5]。滴灌水肥一體化技術(shù)現(xiàn)已被廣泛推廣應(yīng)用，但針對不同地區(qū)、不同作物的灌水制度研究并不多。鑒于此，本研究以“先玉1225”玉米品種為研究對象，設(shè)置5個不同灌溉定額，研究滴灌水肥一體化條件下不同灌溉定額對玉米棒三葉葉面積、熒光特性、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響，旨在確定適宜研究區(qū)的最佳灌水量，試驗結(jié)果將為寧夏玉米節(jié)水高效栽培提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地概況

供試試驗玉米品種選用“先玉1225”。試驗于2021年4—10月在寧夏農(nóng)墾平吉堡農(nóng)場農(nóng)六隊試驗地(N38°25′，E106°01′)進行。該地海拔高度1120m，年均降雨量197mm，無霜期為160～181d左右，年均氣溫為8.5℃左右，屬于典型的溫帶大陸性氣候，土壤質(zhì)地為壤土、灰鈣土。試驗區(qū)地下水埋深1.5～2m，前茬作物為青貯玉米。土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計，共設(shè)5個灌溉定額處理，分別為60m3·667m-2(T1)、130m3·667m-2(T2)、200m3·667m-2(T3)、270m3·667m-2(T4)、340m3·667m-2(T5)，每個處理3次重復(fù)，共15個小區(qū)。玉米于2021年4月21日播種，2021年9月22日收獲，采用玉米滴灌鋪管播種一體機，玉米采用寬窄行播種，寬行70cm，窄行40cm，滴灌帶鋪設(shè)間距1.1m，滴頭間距30cm，滴頭流量2.1L·h-1，在每個小區(qū)單元管首加裝電子水表控制灌溉水量。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 棒三葉葉面積測定

于玉米灌漿期在測定小區(qū)選取長勢一致的10株玉米掛牌標記，用鋼卷尺分別測定上位葉、穗位葉、下位葉的葉長和葉寬，采用長寬系數(shù)法計算棒三葉葉面積。

1.3.2 熒光參數(shù)測定

在玉米灌漿期選擇晴天早上9∶00—11∶00，用FMS-2型便攜式熒光儀測定各小區(qū)掛牌標記的5株玉米棒三葉的熒光參數(shù)。

1.3.3 產(chǎn)量測定

于玉米成熟期，在各處理小區(qū)隨機選取長勢均勻一致的30株玉米，分別用鋼卷尺測定玉米穗長、禿尖長，用游標卡尺測定穗粗，用電子秤稱量玉米穗重、穗粒重、百粒重，并數(shù)玉米穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)，計算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉定額對玉米棒三葉葉面積性狀的影響

光合作用中貢獻最大的是玉米棒三葉，被稱為光合有效層，直接影響玉米生長發(fā)育及干物質(zhì)的積累[6]。不同灌溉定額對玉米棒三葉葉面積影響結(jié)果，見表2，棒三葉的葉長整體呈單峰曲線變化，其中下位葉在T3處理、穗位葉和上位葉在T4處理時，葉長達到峰值；在T1處理即灌溉定額最少時，棒三葉的葉長顯著低于其他處理。葉寬隨灌溉定額的變化無明顯規(guī)律，T4處理的下位葉葉寬顯著高于T2，與其他處理處理無明顯差異；穗位葉葉寬在T3處理時最大，較T2處理顯著增加了5.62%，與其他處理差異不明顯。上位葉葉寬在T3、T4、T5處理之間差異不明顯，但顯著高于T1和T2處理。

表2結(jié)果顯示，玉米棒三葉葉面積在436.17～598.34cm2變動，隨灌溉定額的增加呈先增加后降低的趨勢變化，均在T4處理時葉面積達到最大值。T2、T3、T4、T5處理的下位葉葉面積較T1處理分別增加了5.37%、10.25%、13.74%、4.16%；穗位葉葉面積在T4處理時顯著高于T1和T2處理，分別顯著增加了13.08%、6.60%，與T3和T5處理之間差異不明顯；上位葉葉面積在T3、T4、T5處理之間無顯著差異，但顯著高于T1和T2處理。上述結(jié)果表明，在灌溉定額過少時，會影響玉米的生長發(fā)育，降低棒三葉葉面積。

表2 不同灌溉定額對玉米棒三葉的影響

2.2 不同灌溉定額對玉米熒光參數(shù)的影響

隨玉米灌溉定額的增加PSII最大光化學效率(Fv/Fm)呈先增加后降低的趨勢，在T4處理時達到峰值為0.813，見圖1，各處理之間均存在顯著差異，T4處理的Fv/Fm較T1增加10.76%、較T2增加7.82%、較T3增加2.14%、較T5增加4.77%。光合系統(tǒng)潛在活性(Fv/Fo)隨灌溉量增加呈逐漸增加的趨勢，在T3處理時Fv/Fo增加速度快，較T2增加10.45%，且各處理之間存在顯著差異。PI是綜合反映PSII光合熒光性能的指標，PI的變化趨勢與PSII最大光化學效率一致，表現(xiàn)為開口向下的一元二次方程，在T4處理時PI值最大，并且與其他各處理之間存在顯著差異，各處理PI較T1分別增加3.91、5.64、8.04、4.60。熱耗散量子比率(Fo/Fm)是反映作物衰老的指標，值越大越容易早衰。圖1發(fā)現(xiàn)隨灌水量的增加呈逐漸降低的變化趨勢，T1與T2處理之間無明顯差異，但顯著高于其他處理。綜上所述，在T4灌溉定額時，更能顯著提高PSII最大光化學效率和PI，顯著降低熱耗散量子比率，所以更有利于玉米干物質(zhì)的產(chǎn)生和積累，灌溉量較小會造成玉米葉片的早衰，反之則會貪青晚熟。

圖1 不同灌溉定額對熒光參數(shù)的影響

2.3 不同灌溉定額對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可以看出，隨著灌水量的增加，玉米的穗長、穗粗、穗重、穗粒數(shù)、百粒重及產(chǎn)量均呈顯著增加后降低的趨勢，在T4處理時各指標達到最大值，禿尖長在T1處理時顯著高于其他處理，依次為T1>T5>T2>T3>T4。不同灌溉定額對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響顯著，T3、T4和T5處理的穗長、穗重、穗粒數(shù)、穗粒重均顯著高于T1和T2處理；百粒重在T3和T4處理時無顯著差異，但顯著高于T1和T2處理，與T1相比，T2、T3、T4、T5處理的百粒重分別增加了4.77%、23.46%、24.87%、17.51%；玉米籽粒產(chǎn)量隨灌水量的增加呈開口向下的拋物線變化，在T4處理時產(chǎn)量最大，并且顯著高于T1、T2和T5處理，與T3處理差異不明顯。通過二次函數(shù)擬合，得到產(chǎn)量(Y)與灌溉定額(X)之間的二次函數(shù)為Y=-0.01168X2+6.1739X-208.3024，計算可得當灌溉定額在264.22m3·667m-2時，玉米產(chǎn)量達到最大值1023.95kg·667m-2。

表3 不同灌溉定額對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3 討論與結(jié)論

葉片是玉米進行光合作用的主要器官，棒三葉葉面積也是研究中主要監(jiān)測的指標，可以代表作物的光合生產(chǎn)力[7]。唐海濤等[8]運用灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明，與玉米棒三葉光合速率關(guān)聯(lián)度最高的光合性狀是葉長，且棒三葉的葉長、葉面積等指標基本能反映玉米的光合性能。本研究結(jié)果顯示，玉米棒三葉的葉長和葉面積隨灌水量的增加呈單峰曲線，在灌溉定額為270m3·667m-2時葉長和葉面積值最大，葉寬在灌溉定額200～270m3·667m-2時出現(xiàn)最大值。說明適宜的灌水量對玉米構(gòu)建最大的光合有效層具有重要意義。

葉綠素熒光是一種高效、快速、靈敏的研究作物光合作用的內(nèi)在探針，能夠反映作物的光合效率的變化，光合系統(tǒng)II進行的原初光化學反應(yīng)和光合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，會因作物自身或外界環(huán)境因子的變化而變化，如作物的自然衰老、灌水量的變化、高溫干旱等逆境均會影響光合系統(tǒng)II功能，最終影響作物的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成[9,10]。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玉米葉片的熒光特性與灌溉定額密切相關(guān)，在一定灌水量范圍內(nèi)，F(xiàn)v/Fm和PI隨灌溉定額變化呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，在270m3·667m-2時達到最大，光合系統(tǒng)潛在活性(Fv/Fo)和熱耗散量子比率(Fo/Fm)隨灌水量的增加變化趨勢相反，灌溉定額較少時，玉米植株更易早衰，灌水量較多則會貪青晚熟，均不利于玉米產(chǎn)量的形成。

本研究表明，隨著灌水量的增加，玉米的穗長、穗粗、穗重、穗粒數(shù)、百粒重及產(chǎn)量均呈顯著增加后降低的趨勢，在灌溉定額為270m3·667m-2時各指標達到最大值，禿尖長在此灌溉定額時最小。相關(guān)研究結(jié)果表明[11]，寧夏引黃灌區(qū)滴灌玉米最佳灌溉定額為4500m3·hm-2，玉米產(chǎn)量最高為17646.5kg·hm-2，本研究結(jié)果為，灌溉定額為270m3·667m-2時，產(chǎn)量最大為1062.17kg·667m-2，各處理產(chǎn)量依次為T4>T3>T5>T2>T1，產(chǎn)量與灌溉定額之間符合二次函數(shù)關(guān)系，呈開口向下的拋物線，計算可知灌溉定額為264.22m3·667m-2時產(chǎn)量最大，呂寧[12]研究結(jié)果表明，玉米產(chǎn)量與灌溉量呈拋物線關(guān)系，與本研究結(jié)果一致。綜合玉米棒三葉葉面積、熒光特性、產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素，本研究得出，滴灌水肥一體化條件下，玉米灌溉定額270m3·667m-2時，各指標表現(xiàn)最佳。