楊明達(dá) 關(guān)小康 劉 影 崔靜宇 丁超明 王靜麗 韓靜麗 王懷蘋 康海平 王同朝,*

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滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米干物質(zhì)和氮素積累與分配及水分利用的影響

楊明達(dá)1關(guān)小康1劉 影1崔靜宇1丁超明1王靜麗1韓靜麗1王懷蘋2康海平3王同朝1,*

1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心, 河南鄭州 450046;2?？h豐黎種業(yè)有限公司, 河南?？h 456250;3社旗縣農(nóng)業(yè)局植保植檢站, 河南社旗 473300

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)探究了地下滴灌和地表滴灌(drip underground, DU; drip surface, DS)模式下土壤水分調(diào)控(分別為田間持水量的40%~50%、60%~70%和80%~90%, 記為W40、W60和W80)對夏玉米干物質(zhì)和氮素積累與分配及水分利用效率的影響。結(jié)果表明, DU處理的吐絲后氮素積累量及水分利用效率分別較DS顯著提高了6.18%和4.85%~8.61%。夏玉米的干物質(zhì)、氮素指標(biāo)及產(chǎn)量對滴灌模式的響應(yīng)依賴于土壤水分調(diào)控水平, 在W40和W60處理?xiàng)l件下, DU處理顯著增加夏玉米的凈光合速率, 提高了吐絲后干物質(zhì)和氮素的積累量及向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn), 最終DU處理的干物質(zhì)積累量、籽粒氮素積累量、產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力分別提高了3.29%~19.94%、-1.10%~20.65%、3.29%~19.94%和3.31%~23.64%。而在W80處理?xiàng)l件下, DS處理的干物質(zhì)積累量、吐絲后氮素積累量、產(chǎn)量及蒸散量比DU處理分別提高了6.80%~12.24%、5.93%、8.39%~14.91%和9.73%~14.57%。綜上所述, 在限水灌溉條件下, 地下滴灌能夠增加吐絲后干物質(zhì)積累量、氮素積累量及其對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率, 最終增加產(chǎn)量。在充分供水條件下, 地表滴灌更有利于干物質(zhì)及氮素的積累, 但由于消耗過多的水分, 因此水分利用效率未顯著增加。

地下滴灌; 地表滴灌; 干物質(zhì); 氮素; 水分利用效率

冬小麥-夏玉米復(fù)種輪作是華北平原主要的種植制度。夏玉米生育期間雖然降雨量較多, 但時(shí)空分布不均, 在播種至拔節(jié)期極易缺水, 影響玉米的出苗及營養(yǎng)生長。2014年6月至7月, 河南省降雨量少且出現(xiàn)持續(xù)高溫天氣, 遭遇了63年來最嚴(yán)重旱情, 據(jù)統(tǒng)計(jì), 河南全省秋糧受旱面積1.81×106hm2, 其中重旱5.75×105hm2, 導(dǎo)致駐馬店、周口等多地夏玉米絕收[1]。季節(jié)性干旱嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量的穩(wěn)定性[2], 保證夏玉米的產(chǎn)量水平主要依靠灌溉。但華北平原水資源匱乏, 嚴(yán)重制約本區(qū)域的糧食生產(chǎn)[3]。如何充分利用有限的水資源, 提高水分利用效率, 使“每滴水生產(chǎn)更多的糧食”, 是解決華北平原農(nóng)業(yè)用水危機(jī)的必然選擇。滴灌(地表滴灌和地下滴灌)可以實(shí)時(shí)將水、肥、藥等精確、定量地輸送于作物根區(qū)附近, 減少養(yǎng)分的淋失, 既能保證作物出苗和苗期較好的水分和養(yǎng)分條件, 又能避免生育中后期因植株較高造成施肥困難等問題, 有利于作物生長, 能夠提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[4-6], 被認(rèn)為是最高效的節(jié)水灌溉技術(shù)之一[4]。但對于滴灌系統(tǒng)來說, 合適的水分管理是作物產(chǎn)量和水分利用效率最大化的關(guān)鍵, 特別是對于地下滴灌系統(tǒng)。因?yàn)榈卯?dāng)?shù)乃止芾聿粌H可以使地下滴灌系統(tǒng)根區(qū)水分分布均勻, 而且也能保持土壤表面干燥, 減少土面水分蒸發(fā)及抑制雜草的生長, 同時(shí)能夠消除深層滲漏[7]。因此, 優(yōu)化不同滴灌模式下的水分管理是推廣應(yīng)用滴灌技術(shù), 解決華北平原農(nóng)業(yè)用水危機(jī)的前提。

作物生產(chǎn)實(shí)質(zhì)上就是光合生產(chǎn)及同化產(chǎn)物在植株體內(nèi)的運(yùn)輸和分配過程。干物質(zhì)積累是籽粒產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ), 獲得高產(chǎn)的基本途徑就是增加干物質(zhì)積累量, 并使之盡可能多地分配到籽粒當(dāng)中。地下滴灌和地表滴灌雖同屬于局部灌溉, 但滴灌帶位置的不同必然會(huì)引起土壤水分分布的差異[8-10]。楊明達(dá)等[8]對滴灌夏玉米的研究表明, 在滴灌量相同的條件下(450 m3hm–2), 地下滴灌的垂直濕潤土體范圍(0~90 cm)遠(yuǎn)大于地表滴灌(0~60 cm)。田霄鴻等[9]采用模擬滴灌方法對夏玉米的研究認(rèn)為, 深層供水使植株深層根系發(fā)達(dá), 而地表供水根系主要集中在上層。不同的土壤水分分布狀況影響根系在土壤中的空間構(gòu)型[9], 影響根系對土壤水分及氮素營養(yǎng)的吸收, 進(jìn)而影響干物質(zhì)和氮素的積累與分配及最終產(chǎn)量。李鳳民等[11]對小麥的研究認(rèn)為, 深層供水(上干下濕的土壤水分狀況)能夠使小麥具有發(fā)達(dá)的根系, 特別是1 m以下, 提高旗葉和穗干重, 具有更高的產(chǎn)量潛力。深層供水及施肥提高玉米各器官及整株氮的含量及積累量[9]。前人對滴灌的研究, 大多集中在作物產(chǎn)量及水分利用對不同滴灌模式的響應(yīng)[8,10,12-14], 而對不同滴灌模式下作物干物質(zhì)及氮素積累與分配特征的研究還較少[9,11], 并且這些研究多以模擬滴灌法和柱栽相結(jié)合的方法為主, 在田間開放式環(huán)境下進(jìn)行的研究還不多見。為此, 本研究采用小區(qū)控水試驗(yàn)(更接近生產(chǎn)實(shí)際狀況), 探究了不同水分條件下滴灌模式對夏玉米干物質(zhì)及氮素積累與分配的影響, 并將其產(chǎn)量和水分利用效率對比分析, 以求得到本區(qū)域較為適宜的節(jié)水灌溉策略。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014年6月至2015年9月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)(113°38￠3￠￠N, 34°47￠51￠￠E)旱作棚下測坑內(nèi)進(jìn)行。測坑上口面積6.6 m2(2.2 m × 3.0 m), 深1.6 m, 四周用13.5 cm的墻磚隔離防止水分側(cè)滲, 底部用防水層隔離以防止水分上下移動(dòng)。試驗(yàn)地(0~40 cm)含有機(jī)質(zhì)12.82 g kg–1、速效氮53.48 mg kg–1、速效磷89.87 mg kg–1、速效鉀91.13 mg kg–1。試驗(yàn)地0~100 cm土壤物理特性及夏玉米生育期內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)如表1和圖1所示。

表1 試驗(yàn)地土壤的主要物理特性

圖1 試驗(yàn)地夏玉米生育期間內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

采用雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì), 主處理為地下滴灌(drip underground, DU)與地表滴灌(drip surface, DS); 副處理為3種土壤水分, 即40%~50% FWC (field water capacity)、60%~70% FWC和80%~90% FWC, 記為W40、W60和W80。共6個(gè)處理, 每個(gè)處理重復(fù)4次, 共24個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。使用以色列Netafirm公司生產(chǎn)的滴灌帶(毛管內(nèi)徑15.9 mm, 滴孔直徑0.31 mm, 滴頭距離30 cm, 滴頭流量1.1 L h–1, 承壓0.14 MPa)。地下滴灌帶埋在距地表30 cm處, 地表滴灌帶置于夏玉米行邊, 滴灌帶間距均為60 cm (每個(gè)池子放置4條)。為了防止外界雨水的干擾, 在可移動(dòng)式旱作棚下進(jìn)行試驗(yàn)(下雨時(shí)將棚關(guān)閉, 雨后打開)。

用時(shí)域反射儀[time domain reflectometry, TDR (TRIME-PICO IPH, Germany)] 定期測定土壤水分, 確定滴灌量。

式中,為滴灌量(mm);h為第層土厚(cm);d為層土層容重(g cm–3);w、0分別為設(shè)定的目標(biāo)含水量和灌溉前實(shí)際的土壤體積含水量(%); 當(dāng)土壤水分含水量低于灌水下限, 灌溉至灌水上限。灌水計(jì)劃濕潤層深度: 拔節(jié)前為0.4 m, 拔節(jié)至抽雄期間為0.6 m, 抽雄以后為0.8 m。各處理的灌溉時(shí)間相同, 2014年和2015年分別滴灌了11次(2014年6月11日、7月2日、7月12日、7月17日、7月22日、8月1日、8月6日、8月16日、8月22日、9月4日、9月14日)和10次(2015年7月1日、7月7日、7月17日、7月22日、7月26日、8月6日、8月13日、8月20日、8月26日、9月7日), 用水表記錄各個(gè)小區(qū)的滴灌量。夏玉米生育期不同處理的滴灌量如表2所示。

表2 不同處理夏玉米生育期的滴灌量

DU: 地下滴灌; DS: 地表滴灌; W40: 土壤水分維持在40%~50% FWC; W60: 土壤水分維持在60%~70% FWC; W80: 土壤水分維持在80%~90% FWC。

DU: drip underground; DS: drip surface; W40: keep soil water content in 40%-50% FWC; W60: keep soil water content in 60%-70% FWC; W80: keep soil water content in 80%-90% FWC.

供試夏玉米品種為鄭單958, 種植密度為75,000株 hm–2(行距60 cm; 株距22 cm; 每個(gè)小區(qū)4行玉米, 每行13株), 前茬作物為冬小麥, 小麥?zhǔn)斋@后, 根據(jù)TDR測定的土壤水分, 用漫灌將各處理水分調(diào)至一致水平, 然后用點(diǎn)播器(新星牌2BD-11Y型多功能播種器, 遼寧省東港市新星電子播種器廠)分別于2014年6月7日和2015年6月4日直接播種夏玉米。采用壓力差施肥器于夏玉米拔節(jié)期、大喇叭口期和水分同步施肥, 肥料為可溶解的尿素(含氮量為46.4%), 總施肥量為純氮360 kg hm–2, 拔節(jié)期和大喇叭口期的追氮比例為3∶7。雜草和病蟲害防治同一般大田管理。于2014年9月23日和2015年9月26日收獲。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤水分 用時(shí)域反射儀分別于播種前、收獲后、灌溉前及灌溉后測定不同土層的體積含水量(試驗(yàn)開始控水后測定時(shí)間間隔為5~7 d)。測定深度為160 cm, 間隔20 cm, 并以此為依據(jù)計(jì)算所需的滴灌量。

1.3.2 凈光合速率 分別在夏玉米的拔節(jié)期(2014-07-15)、吐絲期(2014-08-01)、吐絲后10 d (2015-08-14)、吐絲后20 d (2015-08-24)和吐絲后30 d (2015-09-03)上午9:00—11:00, 用LI-6400便攜式光合測定系統(tǒng)(LI-COR, Lincolon, USA)測定穗位葉(拔節(jié)期測自上而下第1片全展葉)的凈光合速率, 設(shè)固定光源, 光強(qiáng)為1500 μmol m–2s–1, 于每小區(qū)測定3片葉。

1.3.3 干物質(zhì)積累 在苗期、拔節(jié)期、吐絲期、灌漿中期和成熟期每個(gè)小區(qū)邊行(由于中間兩行用于測產(chǎn))隨機(jī)選取一株樣品, 105℃殺青30 min, 80℃烘干至恒重, 測定其干重。

1.3.4 全氮 將待測的植株樣品粉碎過100目篩, 采用半微量凱氏定氮法測定氮含量。

1.3.5 測產(chǎn)及考種 夏玉米生理成熟后, 將試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)中間2行全部收獲, 首先在收獲的穗中隨機(jī)選取15穗考種，隨后將收獲的全部穗脫粒曬干并折算為公頃產(chǎn)量(kg hm–2)(籽粒含水率折算為14%)。

1.4 指標(biāo)計(jì)算

1.4.1 運(yùn)轉(zhuǎn)率 參照趙斌等[15]的取樣方法, 于吐絲期和成熟期按葉、莖(除葉和籽粒外的地上部分植株)和籽粒取樣, 80℃烘至恒重, 稱干重。

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg hm–2) = 開花期營養(yǎng)器官干重-成熟期營養(yǎng)器官干重;

花后干物質(zhì)積累量(kg hm–2) = 成熟期植株干重-開花期植株干重

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對籽粒貢獻(xiàn)率(%) = 營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干重×100;

花后干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻(xiàn)率(%) = 花后干物質(zhì)積累量/成熟期籽粒干重×100。

1.4.2 氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率 營養(yǎng)器官氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量(kg hm–2) = 開花期營養(yǎng)器官氮素積累量成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量;

花后氮素積累量(kg hm–2) = 成熟期植株氮素總量開花期植株氮素總量;

營養(yǎng)器官氮素貢獻(xiàn)率(%) = 營養(yǎng)器官氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量/成熟期籽粒氮素積累量×100;

花后氮素積累量對籽粒貢獻(xiàn)率(%) = 花后氮素積累量/成熟期籽粒氮素積累量×100;

植株總氮素積累量(kg hm–2) = 成熟期干物質(zhì)量×成熟期植株含氮量;

氮素收獲指數(shù)(%) = 籽粒氮素積累量/植株總氮素積累量×100;

氮肥偏生產(chǎn)力(kg kg–1) = 施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

水分利用效率(WUE, kg hm–2mm–1) = 籽粒產(chǎn)量(kg hm–2)/蒸散量(mm)

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2010處理數(shù)據(jù), SigmaPlot 12.5和Surfer 10作圖, SAS V8.0軟件統(tǒng)計(jì)分析。首先對不同處理間的指標(biāo)進(jìn)行方差分析, 若差異顯著, 再通過最小顯著極差法(least significant difference, LSD)進(jìn)行多重比較(0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 夏玉米生育期間的氣象數(shù)據(jù)

2014年和2015年夏玉米生育期間日均氣溫的變化范圍分別為14.4~35.3℃和18.8~33.0℃, 2014年夏玉米生育期間日均氣溫的波動(dòng)范圍要高于2015年。從圖1可以看出, 生育前期, 2014年夏玉米的日均氣溫高于2015年, 特別是在拔節(jié)至大喇叭口期間(7月1日至7月22日), 2014年日均氣溫達(dá)29.4℃, 比2015年(27.2℃)高2.2℃, 最高日均氣溫35.3℃, 加之期間降雨較少, 導(dǎo)致蒸發(fā)量較大, 因此2014年苗期、拔節(jié)期和大喇叭口期各處理的滴灌量較2015年高(表2)。而在灌漿期, 2014年日均氣溫低于2015年, 特別是在灌漿中后期(9月12日至9月18日), 日均氣溫為16.6℃, 比2015年(21.5℃)降低了4.9℃, 最低氣溫為14.4℃。另外, 2014年灌漿期降雨量較大, 低溫高濕導(dǎo)致蒸發(fā)量較小, 因此, 灌漿期各處理的滴灌量小于2015年(表2)。2014年夏玉米生育前期的階段性高溫及灌漿期的低溫可能對夏玉米營養(yǎng)生長及最終產(chǎn)量的形成不利。

2.2 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

滴灌模式對兩年夏玉米的水分利用效率影響顯著; 水分調(diào)控和兩者的交互作用對百粒重、產(chǎn)量、蒸散量和水分利用效率影響顯著(表3)。不考慮水分效應(yīng), DU處理2014的穗粒數(shù)和2015年百粒重顯著高于DS處理, 但兩年滴灌模式間產(chǎn)量的差異未達(dá)顯著水平。DU處理的水分利用效率比DS處理顯著提高了4.85%~8.61%。不考慮滴灌模式效應(yīng), 夏玉米的穗粒數(shù)、產(chǎn)量和蒸散量基本表現(xiàn)為隨滴灌量的增加而增加, 而水分利用效率則呈相反趨勢。對于DU處理, W60處理的穗粒數(shù)和產(chǎn)量與W80處理間差異未達(dá)顯著水平, 但比W40處理分別提高了3.92%~ 8.11%和22.52%~33.54%。對于DS處理, 夏玉米的穗粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量隨滴灌量的增加而增加。不同水分條件下, 產(chǎn)量和水分利用效率對滴灌模式的響應(yīng)不同。在W40處理?xiàng)l件下, DU處理的產(chǎn)量和水分利用效率較DS處理分別顯著提高了9.26%~ 19.94%和6.06%~22.75%; 在W60處理?xiàng)l件下, DU處理的產(chǎn)量比DS提高了3.29%~7.50%, 但處理間水分利用效率兩年的變化趨勢不一致; 在W80處理?xiàng)l件下, DS處理的產(chǎn)量及蒸散量則比DU處理分別顯著提高了8.39%~14.91%和9.73%~14.57%, 但滴灌模式間水分利用效率的差異未達(dá)顯著水平。與2015年相比, 2014年夏玉米的減產(chǎn)幅度為15.93%~ 29.09%, 主要是因?yàn)槠浒倭Ｖ仫@著降低, 這可能與2014年生育前期高溫和灌漿后期低溫高濕(圖1)有關(guān), 影響夏玉米營養(yǎng)生長及籽粒的灌漿。

因此, 在限水灌溉條件下(W40和W60), 與地表滴灌相比, 地下滴灌能夠提高夏玉米的穗粒數(shù)、產(chǎn)量和水分利用效率, 并且干旱程度越重表現(xiàn)越顯著。在充分供水條件下(W80), 地表滴灌能夠獲得更高的產(chǎn)量。

2.3 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.3.1 夏玉米的地上部干物質(zhì)積累量 兩年夏玉米地上部干物質(zhì)積累量如圖2所示。除苗期外, 水分調(diào)控對夏玉米各生育期干物質(zhì)積累影響顯著; 兩者交互作用對拔節(jié)期、灌漿期和成熟期夏玉米干物質(zhì)積累影響顯著。

不考慮滴灌模式效應(yīng), 除了苗期, 夏玉米的干物質(zhì)積累量在各個(gè)生育時(shí)期均隨著控水梯度的升高而顯著增加。不考慮水分效應(yīng), 滴灌模式間干物質(zhì)積累量的差異未達(dá)顯著水平。在W40和W60處理?xiàng)l件下, 吐絲期、灌漿期和成熟期DU處理的干物質(zhì)積累量比DS處理分別提高了16.44%~24.97%及8.24%~24.71%、12.31%~19.53%及9.50%~10.81%和8.03%~13.99%及7.11%~7.45%。在W80處理?xiàng)l件下, 吐絲期、灌漿期和成熟期DS處理比DU分別提高了1.90%~24.15%、8.21%~8.48%和6.80%~12.24%。可見, 在限水灌溉條件下(W40和W60), 地下滴灌能夠增加干物質(zhì)的積累, 而在充分供水條件下(W80), 地表滴灌獲得較高的干物質(zhì)積累量。

圖2 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米干物質(zhì)積累量的影響

縮寫同表2。Abbreviations are the same as those given in Table 2.

2.3.2 夏玉米營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn) 水分調(diào)控和兩者的交互作用對吐絲前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對籽粒貢獻(xiàn)率和吐絲后干物質(zhì)積累量及其對籽粒貢獻(xiàn)率影響顯著(表4)。

不考慮滴灌模式效應(yīng), 隨著控水梯度的升高, 吐絲后干物質(zhì)積累量及對籽粒的貢獻(xiàn)率顯著增加, 而吐絲前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為降低趨勢。不考慮水分效應(yīng), DU處理吐絲后干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻(xiàn)率顯著高于DS處理, 而DU處理吐絲前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率則顯著低于DS處理。W40和W60處理?xiàng)l件下, DU處理花后干物質(zhì)積累量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率比DS處理分別顯著提高8.43%~14.14%及2.90%~4.46%。W80處理?xiàng)l件下, DU處理吐絲后干物質(zhì)積累量則顯著低于DS處理。可見, 干旱促進(jìn)了吐絲前營養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn), 但降低吐絲后干物質(zhì)積累。在限水灌溉條件下(W40和W60), 地下滴灌能夠增加夏玉米吐絲后干物質(zhì)積累量, 提高吐絲后干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻(xiàn)率。

表4 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米花后營養(yǎng)器官干物質(zhì)再分配量及干物質(zhì)積累量的影響(2015)

(續(xù)表4)

處理Treatment吐絲前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量DMR (kg hm–2)吐絲前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率CDMR (%)吐絲后干物質(zhì)積累量ADM (kg hm–2)吐絲后干物質(zhì)積累量對籽粒貢獻(xiàn)率CADM (%) DSW401450.75 a25.57 a4221.81 e74.43 d W601355.37 ab17.25 c6499.70 c82.75 b W801328.63 b14.52 c7824.87 a85.55 a 平均值Mean1344.9219.116182.1380.89 F值F-value滴灌模式Drip irrigation pattern2.1210.50*4.7310.50* 水分調(diào)控Water regulation11.37**133.03**876.78**133.03** 交互作用Interaction17.86**44.81**106.89**44.81**

DU: 地下滴灌; DS: 地表滴灌。同列標(biāo)以不同小寫字母的值在不同處理間差異顯著(< 0.05)。*表示< 0.05,**表示< 0.01。其他縮寫同表2。

DU: drip underground; DS: drip surface; DMR: pre-silking dry matter remobilization during grain filling; CDMR: contribution of pre-silking dry matter remobilized to grain; ADM: accumulated dry matter after silking; CADM: contribution of post-silking dry matter to grain. Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments.*Significant at< 0.05.**Significant at< 0.01. Other abbreviations are the same as those given in Table 2.

2.4 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米光合速率的影響

圖3-a所示, 在2014年夏玉米生長季, 相同滴灌模式下, 夏玉米在拔節(jié)期和吐絲期各水分處理凈光合速率的變化趨勢基本相同, W40處理的凈光合速率顯著低于W60和W80處理。與拔節(jié)期相比, DU和DS處理吐絲期凈光合速率的下降幅度分別為6.02%~15.15%和16.63%~20.54%。

圖3-b所示, 在2015年夏玉米生長季, 與吐絲后10 d相比, 各處理吐絲后20 d的凈光合速率下降幅度為8.67%~31.00%; 與吐絲后20 d相比, 各處理吐絲后30 d的凈光合速率下降幅度為40.6%~63.54%; W40處理的下降幅度最大, 說明干旱脅迫顯著降低夏玉米的凈光合速率, 加速葉片衰老。相同滴灌模式下, W40處理的凈光合速率顯著低于W60和W80處理。對于DU處理, 吐絲后30 d, W60處理的凈光合速率顯著高于W80處理; 吐絲后10 d及20 d, W60和W80處理間的差異未達(dá)顯著水平。對于DS處理, 除吐絲后30 d, W60處理的凈光合速率顯著低于W80處理。在W40和W60處理?xiàng)l件下, DU在整個(gè)灌漿期的凈光合速率高于DS處理。在W80處理?xiàng)l件下, 滴灌模式間凈光合速率的差異未達(dá)顯著水平。兩者的交互作用對吐絲后夏玉米的凈光合速率影響顯著?？梢? 在限水灌溉條件下(W40和W60), 地下滴灌有利于提高夏玉米的凈光合速率。

圖3 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米凈光合速率的影響

標(biāo)以不同小寫字母的柱值在同一生育時(shí)期不同處理間差異顯著(< 0.05)?？s寫同表2。

Bars represented by different lowercase letters in the same growing stage are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments. Abbreviations are the same as those given in Table 2.

2.5 夏玉米生育期內(nèi)土壤水分的時(shí)空變化動(dòng)態(tài)

兩年不同處理的土壤水分變化動(dòng)態(tài)趨勢一致, 本文以2014年的數(shù)據(jù)分析和說明。2014年夏玉米生育期內(nèi)不同處理的土壤水分變化動(dòng)態(tài)如圖4所示。從拔節(jié)期到抽雄期和從抽雄期到灌漿期, 對于地下滴灌, 在W40、W60和W80處理?xiàng)l件下, 土壤水分波動(dòng)范圍分別為45.1%~50.8% FWC、57.4%~ 63.2% FWC和75.3%~82.0% FWC及40.9%~52.0% FWC、59.8%~69.4% FWC和76.2%~88.1% FWC; 對于地表滴灌, 不同水分處理?xiàng)l件下, 土壤水分波動(dòng)范圍分別為45.6%~48.6% FWC、57.1%~64.1% FWC和74.8%~80.5% FWC及42.2%~52.9% FWC、58.8%~69.4% FWC和78.3%~88.8% FWC。拔節(jié)期到抽雄期, 不同水分處理的土壤水分波動(dòng)范圍低于其設(shè)計(jì)水平, 主要與期間出現(xiàn)階段性高溫(圖1)導(dǎo)致蒸發(fā)量較大有關(guān)。相同控水條件下, 不同滴灌模式下土壤水分狀況存在顯著差異。在W40處理?xiàng)l件下, 拔節(jié)期以后(播種后30 d), DU處理＜40 cm土層土壤含水量(變化范圍為9.42%~12.95% cm3cm–3)顯著低于DS處理(土壤含水量變化范圍為11.62%~15.23% cm3cm–3), 而在40~80 cm土層, DU處理的土壤水分含量高于DS。在W60處理?xiàng)l件下, 播種50 d以后, DU處理>40 cm土層的土壤含水量均高于DS處理。在W80處理?xiàng)l件下, 播種50 d以后, 兩種滴灌模式在40~80 cm土層均具有較高的土壤含水量, 但DU處理在>80 cm土層的土壤含水量仍較高, DU處理80~160 cm土層的平均土壤含水量比DS處理提高了3.10%~22.02%。

圖4 不同處理夏玉米生育期內(nèi)土壤水分的時(shí)空變化動(dòng)態(tài)(2014)

縮寫同表2。Abbreviations are the same as those given in Table 2.

2.6 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.6.1 夏玉米吐絲期和成熟期各器官氮素積累量、氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率 在吐絲期和成熟期, 莖的氮素積累均高于葉片(表5)。不考慮滴灌模式效應(yīng), 吐絲期和成熟期各器官氮素積累量、吐絲后植株氮素積累量及其對籽粒氮素積累的貢獻(xiàn)率隨滴灌量的增加而增加, W40處理顯著低于W60和W80處理, 說明干旱顯著影響植株對氮素的吸收。不考慮水分效應(yīng), 與DS處理相比, DU處理吐絲期莖及成熟期葉和莖的氮素積累量、吐絲后植株氮素積累量顯著增加。在W40和W60處理?xiàng)l件下, DU處理吐絲期和成熟期各器官氮素積累量、吐絲后植株氮素積累量及其對籽粒氮素積累的貢獻(xiàn)率均高于DS處理, 且干旱程度越重表現(xiàn)越顯著。在W80處理?xiàng)l件下, DS處理吐絲后氮素積累量則比DU處理顯著提高了5.93%。從吐絲期到成熟期, 葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對籽粒氮素積累的貢獻(xiàn)率高于莖(表6)。水分調(diào)控對葉和莖氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量對籽粒氮素貢獻(xiàn)率影響顯著, 表現(xiàn)為W40處理顯著高于W60和W80處理, 而W60和W80處理間的差異未達(dá)顯著水平。而滴灌模式對葉和莖器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對籽粒氮素貢獻(xiàn)率的影響均不顯著?？梢? 滴灌模式對夏玉米氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響主要體現(xiàn)在吐絲后, 并且在限水灌溉條件下(W40和W60), 地下滴灌增加各器官的氮素積累和吐絲后氮素積累對籽粒的貢獻(xiàn)率。

2.6.2 夏玉米植株氮素積累量及氮肥偏生產(chǎn)力

水分調(diào)控及其與滴灌模式的交互效應(yīng)均對兩年夏玉米的植株及籽粒氮素積累量和氮肥偏生產(chǎn)力影響顯著(表7)。

夏玉米各處理氮肥偏生產(chǎn)力的變化范圍為13.61~29.57 kg kg–1, 由于各處理總施氮量相同, 因此, 各處理氮肥偏生產(chǎn)力的變化趨勢與產(chǎn)量的變化趨勢相同。收獲指數(shù)基本表現(xiàn)為隨滴灌量的增加而降低, 各處理的氮素收獲指數(shù)以DU+W40和DS+W40處理最高(2014年的DS+W40處理除外), 其他各處理間的差異未達(dá)顯著水平。植株氮素積累量和籽粒氮素積累量均隨滴灌量的增加而增加, W40處理顯著低于W60和W80。W40處理?xiàng)l件下, DU處理夏玉米的植株及籽粒氮素積累量分別比DS處理顯著提高了10.54%~11.53%和9.57%~20.65%, 而在W80處理?xiàng)l件下則表現(xiàn)相反。可見, 在限水灌溉條件下(W40和W60), 地下滴灌能夠提高夏玉米植株及籽粒氮素積累量, 而在充分供水條件下(W80), 地表滴灌獲得更高的植株及籽粒氮素積累量, 這主要與地表滴灌獲得較高的干物質(zhì)積累量有關(guān)。

3 討論

3.1 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米干物質(zhì)積累與分配的影響

光合作用是干物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)[16], 灌漿期較高光合能力和較長的葉功能期是提高作物產(chǎn)量的重要途徑[17]。W40處理在各生育期凈光合速率最低, 花后凈光合速率下降幅度最大(圖3), 導(dǎo)致最低的干物質(zhì)積累量(圖2)。與地表滴灌相比, 地下滴灌較小凈光合速率下降幅可能是其獲得較高干物質(zhì)積累量的主要原因。特別是在限水灌溉條件下, 地下滴灌顯著提高了凈光合速率, 獲得更高的干物質(zhì)積累量(圖2和圖3)。地下滴灌條件下, W60和W80處理均獲得較高的凈光合速率。對地下滴灌夏玉米的研究表明, 輕旱處理(灌水下限為60% FWC)的葉面積指數(shù)最高[18], 而較高的有效光合面積是獲得較高光合同化物的前提條件?；ㄇ案晌镔|(zhì)積累主要用于莖葉等營養(yǎng)器官的建立, 為產(chǎn)量奠定基礎(chǔ), 而花后的光合生產(chǎn)則是產(chǎn)量的關(guān)鍵[19]。本研究中, W40處理顯著降低了吐絲后干物質(zhì)積累量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率, 這可能是因?yàn)樵跔I養(yǎng)生長階段, 干旱影響光合器官葉片的生長, 到了生殖階段, 干旱加速葉片衰老, 顯著降低葉片的光合能力, 進(jìn)而顯著降低吐絲后干物質(zhì)積累量。馬玉平等[20]研究認(rèn)為, 干旱在營養(yǎng)生長階段使干物質(zhì)更多地分配向莖稈, 導(dǎo)致葉面積擴(kuò)展乏力, 在生殖生長階段減少向貯存器官的分配。Liu和Li[21]對小麥的研究表明, 花前儲(chǔ)藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量不能彌補(bǔ)因光合下降造成的產(chǎn)量損失。本研究對夏玉米的研究得出相似的結(jié)論, 干旱提高了吐絲前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量, 但與輕旱和充分供水處理相比, 吐絲后干物質(zhì)積累量的降低幅度更大。滴灌模式顯著影響吐絲后干物質(zhì)積累量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率, 這可能主要是因?yàn)楣喔确绞接绊懲寥浪址植糩22-23], 從而影響植株對水分的吸收。地下滴灌的土壤水分主要集中在30~70 cm, 地表滴灌的土壤水分主要集中在表層[22], 它們由于少量多次的灌溉方法可以使土壤水分波動(dòng)較小[23], 但地表滴灌受大氣蒸發(fā)的影響更大, 特別是在夏玉米生育中后期, 植株需水量大, 氣溫較高時(shí), 地下滴灌較地表滴灌有較高及穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境(圖4), 更有利于中后期作物的生長。本研究中, 在限水灌溉條件下(W40和W60), 與地表滴灌相比, 地下滴灌提高了吐絲后干物質(zhì)的積累量及其向籽粒的分配比例(表4), 而較高花后干物質(zhì)積累能力及其對籽粒的貢獻(xiàn)率是作物獲得高產(chǎn)的生理基礎(chǔ)[24]。然而, 充分供水條件下(W80), 地下滴灌的花后干物質(zhì)積累量和成熟期干物質(zhì)積累量低于地表滴灌, 這可能是由于較大的滴灌量導(dǎo)致地下滴灌中下層土壤較高的土壤水分, 特別是在生育中后期(圖4), 并且根區(qū)較高的土壤水分使其通透性變差, 降低根區(qū)氧氣擴(kuò)散率, 抑制根系及植株的生長[25]。因此, 適宜的水分管理是最大程度發(fā)揮地下滴灌優(yōu)勢的關(guān)鍵。

表6 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米葉莖器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對籽粒氮素貢獻(xiàn)率的影響(2015)

同列標(biāo)以不同小寫字母的值在不同處理間差異顯著(< 0.05)。DU: 地下滴灌; DS: 地表滴灌。*表示< 0.05,**表示< 0.01。字母縮寫同表2。

Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments. DU: drip underground; DS: drip surface.*Significant at< 0.05.**Significant at< 0.01. Abbreviations are the same as those given in Table 2.

3.2 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米氮素積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

本研究中, 吐絲后氮素積累量對籽粒氮素貢獻(xiàn)率的變化范圍為54.23%~69.22%, 這與周培祿等[26]對相同品種研究報(bào)道的吐絲后氮素積累量對籽粒氮素貢獻(xiàn)率波動(dòng)范圍為40.8%~66.6%的結(jié)果相似。水分是影響土壤中的氮素有效性及氮素吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)和同化的重要限制因子。玉米營養(yǎng)生長時(shí)期缺水會(huì)阻礙硝態(tài)氮的吸收, 不利于作物氮素的積累, 從而影響到后期氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移[27]。本研究中, 干旱處理顯著降低吐絲期和成熟期各器官氮素積累量, 顯著影響吐絲后氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn), 最終顯著降低了植株及籽粒氮素積累量(表5、表6和表7)。灌溉雖然促進(jìn)植株對氮素的吸收[28], 但灌漿期較高的土壤水分條件會(huì)影響穗部氮素的同化吸收[27]。本研究得出相似的結(jié)論, 與輕旱處理(W60)相比, 充分供水處理(W80)的花后氮素積累量及其對籽粒氮素貢獻(xiàn)率和籽粒氮素積累量未顯著增加(表5)。植物利用氮素是阻止氮素向深層遷移、提高其生物有效性的有效途徑, 而根系發(fā)育直接影響氮素的吸收[29]。因此, 通過優(yōu)化灌溉方式及水分管理進(jìn)而優(yōu)化根系空間構(gòu)建可以促進(jìn)對土壤水分和養(yǎng)分的吸收和利用, 提高水分和養(yǎng)分的利用效率。本研究中, 滴灌模式顯著影響吐絲后氮素的積累與分配, 這可能是因?yàn)殡S著生育期的推進(jìn), 玉米根系不斷向縱深發(fā)展, 地下滴灌更有利于促進(jìn)根系在較深土壤中的發(fā)育[9], 增強(qiáng)對深層水分和養(yǎng)分的吸收利用, 促進(jìn)地上部的生長[30], 在生育中后期(吐絲期、灌漿期和成熟期), 地下滴灌的地上部干物質(zhì)積累量高于地表滴灌也可以間接說明這點(diǎn)(圖2), 而較高干物質(zhì)積累量是獲得較高氮素積累的基礎(chǔ)。本研究還發(fā)現(xiàn), 不同水分條件下, 氮素積累與分配對滴灌模式的響應(yīng)不同。在限水灌溉條件下(W40和W60), 地下滴灌吐絲后氮素積累量及其對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率顯著高于地表滴灌, 最終獲得更高的籽粒氮素積累量及氮肥偏生產(chǎn)力(表5和表7)。而在充分供水條件下(W80), 與地表滴灌相比, 地下滴灌較大的滴灌量導(dǎo)致大量的氮素淋失到深層土壤, 不利于作物生長及對氮素的吸收, 降低吐絲后氮素積累對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率及植株氮素積累量, 導(dǎo)致較低的氮肥偏生產(chǎn)力(表5和表7)。因此, 在適當(dāng)?shù)墓喔葪l件下, 地下滴灌更有利于較深層根系的生長, 促進(jìn)根系對氮的吸收利用, 進(jìn)而有利于地上部植株的生長及氮素的積累。

3.3 滴灌模式和水分調(diào)控對夏玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

本研究中, 地下滴灌夏玉米兩年產(chǎn)量的變化范圍為6058.42~9819.60 kg hm–2, 產(chǎn)量變異系數(shù)為0.19, 地表滴灌夏玉米產(chǎn)量的變化范圍為5050.95~ 10,643.60 kg hm–2, 產(chǎn)量變異系數(shù)為0.25, 地下滴灌產(chǎn)量的變異系數(shù)低于地表滴灌, 說明, 相對于地表滴灌, 地下滴灌更有助于夏玉米的穩(wěn)產(chǎn)。滴灌模式顯著影響作物的產(chǎn)量[8,12-13]。地下滴灌青椒的產(chǎn)量比地表滴灌平均提高了4%~13%, 主要是因?yàn)榈叵碌喂嗵岣邔Φ奈? 促進(jìn)根系發(fā)育[13]。在其他條件相同的條件下(滴灌量和密度), 地下滴灌夏玉米的產(chǎn)量顯著高于地表滴灌[8]。但是, 本研究中, 滴灌模式對產(chǎn)量的影響不顯著。這主要是因?yàn)樗终{(diào)控對夏玉米的產(chǎn)量影響顯著(表3), 并且水分對滴灌模式的響應(yīng)不同, 這可能削弱了滴灌模式對產(chǎn)量的影響。Hassanli等[31]對玉米的研究也得出相似的結(jié)果, 地下滴灌的產(chǎn)量高于地表滴灌, 但處理間的差異未達(dá)顯著水平。在地下滴灌條件下, W60處理產(chǎn)量最高, 與W80處理間的產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平, 但兩者均顯著高于W40處理, 而在地表滴灌條件下, 夏玉米的產(chǎn)量隨著滴灌量的增加而顯著增加。鄒慧等[18]的研究表明, 地下滴灌條件下, 豐水處理(灌水下限為75% FWC)夏玉米的產(chǎn)量與輕度水分虧缺處理(灌水下限為60% FWC)的產(chǎn)量差異不顯著, 這與本文的研究結(jié)果相似。地表滴灌條件下, 玉米的產(chǎn)量基本上隨滴灌量的增加而增加[32-33]。但張明智等[14]對陜西的夏玉米研究得出, 在地表滴灌條件下, 豐水處理(土壤水分含量維持在80%~90% FWC)夏玉米的產(chǎn)量顯著低于輕度水分脅迫處理, 這與本研究結(jié)果不同, 這可能與當(dāng)?shù)貧夂驐l件及土壤類型結(jié)構(gòu)不同有關(guān), 其內(nèi)在原因還有待進(jìn)一步深入研究。另外, 本研究結(jié)果還表明, 在限水灌溉條件下, 地下滴灌的穗粒數(shù)和產(chǎn)量高于地表滴灌, 其原因是, 地下滴灌在抽雄和灌漿期維持了較好的土壤水分(圖4), 促進(jìn)開花授粉, 提高結(jié)實(shí)率; 并且提高了葉片的凈光合速率(圖3), 增加花后干物質(zhì)向籽粒的分配比例(表4), 獲得了更高的花后干物質(zhì)積累量和地上部干物質(zhì)積累量(圖3和表4)。何華等[30]對管栽夏玉米的研究認(rèn)為, 與地下供水相比, 地表灌溉蒸發(fā)量大, 更容易發(fā)生水分脅迫, 并且其較大的根冠比占用較多資源, 抑制了地上部生長及籽粒產(chǎn)量形成。本研究與王建東等[12]對冬小麥的研究結(jié)果相似, 在非充分供水條件下, 地下滴灌的產(chǎn)量顯著高于地表滴灌。

產(chǎn)量與水分利用效率不具有同步性, 較高的產(chǎn)量往往需要有更多的水分消耗, 干旱可以獲得較高的水分利用效率, 但對產(chǎn)量提高不利[34]。這均與本研究的結(jié)果一致(表3)。W60處理的水分利用效率顯著高于W80處理(表3), 主要是因?yàn)閃60處理在水分消耗大幅度降低的情況下產(chǎn)量降幅較小(W60處理蒸散量平均降低29.63%, 產(chǎn)量平均降低5.81%)。前人對玉米的研究也表明, 中度水分脅迫(土壤相對濕度60%~70%)能夠提高水分利用效率, 因?yàn)樗軌蛲ㄟ^根源信號ABA產(chǎn)生、運(yùn)輸和分配, 優(yōu)化根系對水分的利用[34]。本研究中, 滴灌模式顯著影響夏玉米的水分利用效率, 主要是因?yàn)樵诘喂嗄Ｊ介g產(chǎn)量差異不顯著的情況下, 地下滴灌較大幅度減少了滴灌量(表2), 進(jìn)而降低了蒸散量(表3), 特別是在2015年。在限水灌溉條件下(W40和W60), 地下滴灌處理的水分利用效率顯著高于地表滴灌, 這得益于限水灌溉條件下地下滴灌處理夏玉米的產(chǎn)量顯著提高, 并且地下滴灌可以有效抑制土壤蒸發(fā)[35], 地下滴灌更大的地上部干物質(zhì)積累量并未造成更多的水分消耗。充分供水時(shí), 地下滴灌相對較多的水分貯存在深層土壤(圖4), 而深層相對較少的根系不利于水分的吸收利用, 另外, 較大的滴灌量使土壤水分上移至地表(圖4), 增加土面蒸發(fā), 這也不能充分發(fā)揮地下滴灌的節(jié)水優(yōu)勢。因此, 與地表滴灌相比, 地下滴灌未能增加水分利用效率。

本試驗(yàn)采用池栽試驗(yàn), 小區(qū)底部密封, 與大田環(huán)境還存在一定的差異。從圖4可以看出, 充分灌溉時(shí), 雖然地下滴灌80~160 cm土層土壤含水量較高, 但未達(dá)到該土層的田間持水量。另一方面, 從整體來看, 整個(gè)剖面含水量最高土層為40~80 cm土層, 說明滴灌量較大時(shí), 地下滴灌會(huì)存在部分土壤水分向深層移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。鄒慧等[18]等通過大田試驗(yàn)對地下滴灌夏玉米的研究認(rèn)為, 豐水處理顯著促進(jìn)土壤水分向深層運(yùn)移, 然而, 文中并未探究豐水處理是否存在滲漏。因此, 為了更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐, 在大田開放式環(huán)境下, 較大的滴灌量是否會(huì)引起深層滲漏以及產(chǎn)生滲漏的灌溉閾值是多少等一系列問題都需要通過大田試驗(yàn)進(jìn)一步探究及驗(yàn)證。

4 結(jié)論

W40和W60處理?xiàng)l件下, 地下滴灌提高吐絲后干物質(zhì)積累量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率和吐絲后氮素積累量及其對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率, 增加夏玉米干物質(zhì)及植株氮素積累量。W80處理?xiàng)l件下, 地表滴灌顯著提高了吐絲后干物質(zhì)積累量、吐絲后氮素積累量及氮肥偏生產(chǎn)力。與地表滴灌相比, 地下滴灌降低了滴灌量, 水分利用效率顯著提高了4.85%~8.61%。產(chǎn)量和水分利用效率對滴灌模式的響應(yīng)依賴于土壤水分調(diào)控水平。限水灌溉條件下, 地下滴灌能夠提高夏玉米的產(chǎn)量, 且干旱程度越重, 表現(xiàn)越顯著。充分供水條件下, 地下滴灌夏玉米產(chǎn)量與蒸散量顯著降低, 但滴灌模式間水分利用效率的差異未達(dá)顯著水平。大田夏玉米生產(chǎn)應(yīng)用地下滴灌使土壤保持適度干旱(全生育期滴灌量為250~350 mm)能夠獲得較高產(chǎn)量及水分利用效率。

[1] 王浩成. 河南旱災(zāi)大量人畜吃水難致?lián)p失40億凸顯“水危機(jī)”. http://www.chinanews.com/gn/2014/08-11/6478360.shtml, [2014-08-11].Wang H C. The drought disaster in Henan Province caused a large number of people and livestock drinking water difficulty, resulting a loss of 4 billion yuan, which highlighted the “water crisis”. http://www.chinanews.com/gn/2014/08-11/6478360. shtml, [2014-08-11].

[2] 薛昌穎, 劉榮花, 馬志紅. 黃淮海地區(qū)夏玉米干旱等級劃分. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014, 30(16): 147156. Xue C Y, Liu R H, Ma Z H. Drought grade classification of summer maize in Huang-Huai-Hai area., 2014, 30(16): 147156 (in Chinese with English abstract).

[3] Liu H, Yu L, Luo Y, Wang X, Huang G. Responses of winter wheat (L.) evapotranspiration and yield to sprinkler irrigation regimes., 2011, 98: 483492.

[4] Lenoner R S, María G, Raúl S, Javier B. Evaluation of drip and subsurface drip irrigation in a uniform loamy soil., 2012, 177: 147152.

[5] 劉洋, 栗巖峰, 李久生, 嚴(yán)海軍. 東北半濕潤區(qū)膜下滴灌對農(nóng)田水熱和玉米產(chǎn)量的影響. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2015, 46(10): 93104. Liu Y, Li Y F, Li J S, Yan H J. Effects of mulched drip irrigation on water and heat conditions in field and maize yield in sub- humid region of northeast China., 2015, 46 (10): 93104 (in Chinese with English abstract).

[6] Meshkat M, Warner R C, Workman S R. Evaporation reduction potential in an undisturbed so irrigated with surface drip and sand tube irrigation., 2000, 43: 7986.

[7] ?olak Y B, Yazar A, Sesveren S, ?olak ?. Evaluation of yield and leaf water potantial (LWP) for eggplant under varying irrigation regimes using surface and subsurface drip systems., 2017, 219: 1021.

[8] 楊明達(dá), 關(guān)小康, 白田田, 張鵬鈺, 韓靜麗, 王靜麗, 王同朝. 不同滴灌模式對土壤水分空間變異及夏玉米生長的影響. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 50(1): 17. Yang M D, Guan X K, Bai T T, Zhang P Y, Han J L, Wang J L, Wang T C. Effect of different drip irrigation modes on spatial distribution variance of soil water and summer maize growth., 2016, 50(1): 17 (in Chinese with English abstract).

[9] 田霄鴻, 聶剛, 李生秀. 不同土壤層次供應(yīng)水分和養(yǎng)分對玉米幼苗生長和吸收養(yǎng)分的影響. 土壤通報(bào), 2002, 33: 263267. Tian X H, Nie G, Li S X. Effect of water and nutrients supplying in different soil layers on growth and nutrition absorption of corn seedlings., 2002, 33: 263267 (in Chinese with English abstract).

[10] 李蓓, 李久生. 滴灌帶埋深對田間土壤水氮分布及春玉米產(chǎn)量的影響. 中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào), 2009, 7: 222226. Li B, Li J S. Effects of drip irrigation placement depth on distribution of soil water & nitrogen and spring maize yield., 2009, 7: 222226 (in Chinese with English abstract).

[11] 李鳳民, 郭安紅, 雒梅, 趙松嶺. 土壤深層供水對冬小麥干物質(zhì)生產(chǎn)的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 1997, 8: 575579. Li F M, Guo A H, Luo M, Zhao S L. Effect of water supply from deep soil on dry matter production of winter wheat., 1997, 8: 575579 (in Chinese with English abstract).

[12] 王建東, 龔時(shí)宏, 高占義, 鄒慧, 于穎多. 滴灌模式對農(nóng)田土壤水氮空間分布及冬小麥產(chǎn)量的影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)保, 2009, 25(11): 6873. Wang J D, Gong S H, Gao Z Y, Zou H, Yu Y D. Effects of drip irrigation mode on spatial distribution of soil water and nitrogen and winter wheat yield., 2009, 25(11): 6873 (in Chinese with English abstract).

[13] 孔清華, 李光永, 王永紅, 溫義剛. 不同施肥條件和滴灌方式對青椒生長的影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 26(7): 2125. Kong Q H, Li G Y, Wang Y H, Wen Y G. Influences of subsurface drip irrigation and surface drip irrigation on bell pepper growth under different fertilization conditions., 2010, 26(7): 2125 (in Chinese with English abstract).

[14] 張明智, 牛文全, 許健, 李元. 微灌與播前深松對根際土壤梅活性和夏玉米產(chǎn)量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 27: 19251935. Zhang M Z, Niu W Q, Xu J, Li Y. Influences of micro-irrigation and subsoiling before planting on enzyme activity in soil rhizosphere and summer maize yield., 2016, 27: 19251935 (in Chinese with English abstract).

[15] 趙斌, 董樹亭, 張吉旺, 劉鵬. 控釋肥對夏玉米產(chǎn)量和氮素積累與分配的影響. 作物學(xué)報(bào), 2010, 36: 1760-1768. Zhao B, Dong S T, Zhang J W, Liu P. Effects of controlled- release fertilizer on yield and nitrogen accumulation and distribution in summer maize., 2010, 36: 1760-1768 (in Chinese with English abstract).

[16] Guo Z J, Yu Z W, Wang D, Shi Y, Zhang Y L. Photosynthesis and winter wheat yield responses to supplemental irrigation based on measurement of water content in various soil layers., 2014, 166: 102111.

[17] Thomas H, Morgan W G, Thomas A M, Ougham H J. Expression of the stay-green character introgressed into Lolium temulentum Ceres from a senescence mutant of Festuca pratensis., 1999, 99: 9299.

[18] 鄒慧, 黃興法, 龔時(shí)宏. 水分調(diào)虧對地下滴灌夏玉米田水熱動(dòng)態(tài)的影響. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2012, 43(9): 7277. Zou H, Huang X F, Gong S H. Effects of water deficit on soil moisture and temperature regimes in subsurface drip irrigated summer corn field., 2012, 43(9): 7277 (in Chinese with English abstract).

[19] Hashemi A M, Herbert S J, Putnam D H. Yield response of corn to crowding stress., 2005, 97: 839846.

[20] 馬玉平, 孫琳麗, 馬曉群. 黃淮海地區(qū)夏玉米對干旱和澇漬的生理生態(tài)反應(yīng). 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2016, 34(4): 8593. Ma Y P, Sun L L, Ma X Q. Ecophysiological responses of summer maize to drought and waterlogging in Huang-Huai-Hai plain., 2016, 34(4): 8593 (in Chinese with English abstract).

[21] Liu H, Li F. Root respiration, photosynthesis and grain yield of two spring wheat in response to soil drying., 2005, 46: 233240.

[22] 魏子涵, 魏占民, 李春強(qiáng), 邊新洋, 李志紅. 不同灌溉方式對玉米植株生長參數(shù)及產(chǎn)量的影響. 水土保持研究, 2017, 24(3): 183187 Wei Z H, Wei Z M, Li C Q, Bian X Y, Li Z H. Effects of different irrigation methods on maize plant growth parameters and yield., 2017, 24(3): 183187 (in Chinese with English abstract).

[23] 呂寧, 侯振安, 龔江. 不同滴灌方式下成水灌溉對棉花根系分布的影響. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2007, 26(5): 5862. Lyu N, Hou Z A, Gong J. Effects on cotton root distribution under different drip irrigation with saline-water., 2007, 26(5): 5862 (in Chinese with English abstract).

[24] 郭增江, 于振文, 石玉, 趙俊曄, 張永麗, 王東. 不同土層測墑補(bǔ)灌對小麥旗葉光合特性和干物質(zhì)積累與分配的影響. 作物學(xué)報(bào), 2014, 40: 731738. Guo Z J, Yu Z W, Shi Y, Zhao J Y, Zhang Y L, Wang D. Photosynthesis characteristics of flag leaf and dry matter accumulation and allocation in winter wheat under supplemental irrigation after measuring moisture content in different soil layers.2014, 40: 731738 (in Chinese with English abstract).

[25] Bhattarai S P, Midmore D J, Pendergast L. Yield, water-use efficiencies and root distribution of soybean, chickpea and pumpkin under different subsurface drip irrigation depths and oxygation treatments in vertisols., 2008, 26: 439450.

[26] 周培祿, 任紅, 齊華, 趙明, 李從鋒. 氮肥用量對兩種不同類型玉米雜交種物質(zhì)生產(chǎn)及氮素利用的影響. 作物學(xué)報(bào), 2017, 43: 263276. Zhou P L, Ren H, Qi H, Zhao M, Li C F. Effects of nitrogen application rates on dry matter productivity and nitrogen utilization of different type maize hybrids., 2017, 43: 263276 (in Chinese with English abstract).

[27] 苗文芳, 陳素英, 邵立成, 孫宏勇, 張喜英. 不同灌溉處理對夏玉米氮素吸收及轉(zhuǎn)移的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2011, 19: 293299. Miao W F, Chen S Y, Shao L C, Sun H Y, Zhang X Y. Effect of irrigation on nitrogen uptake and translocation in summer maize., 2011, 19: 293299 (in Chinese with English abstract).

[28] 王朝輝, 王兵, 李生秀. 缺水與補(bǔ)水對小麥氮素吸收及土壤殘留氮的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 15: 13391443. Wang C H, Wang B, Li S X. Influence of water deficit and supplemental irrigation on nitrogen uptake by winter wheat and nitrogen residual in soil., 2004, 15: 13391443 (in Chinese with English abstract).

[29] 彭亞靜, 汪新穎, 張麗娟, 郝曉然, 喬繼杰, 王瑋, 吉艷芝. 根層調(diào)控對小麥-玉米種植體系氮素利用及土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊? 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48: 21872198. Peng Y J, Wang X Y, Zhang L J, Hao X R, Qiao J J, Wang W, Ji Y Z. Effects of root layer regulation on nitrogen utilization and soil NO3--N residue of wheat-maize system., 2015, 48: 21872198 (in Chinese with English abstract).

[30] 何華, 康紹忠. 灌溉施肥深度對玉米同化物分配和水分利用效率的影響. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2002, 26: 454458. He H, Kang S Z. Effect of fertigation depth on dry matter partition and water use efficiency of corn., 2002, 26: 454458 (in Chinese with English abstract).

[31] Hassanli A M, Ebrahimizadeh M A, Beecham S. The effects of irrigation methods with effluent and irrigation scheduling on water use efficiency and corn yields in an arid region., 2009, 96: 9399.

[32] 張國強(qiáng), 王克如, 肖春華, 謝瑞芝, 侯鵬, 李健, 徐文娟, 初振東, 劉廣周, 劉朝巍, 李少昆. 滴灌量對新疆高產(chǎn)春玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響研究. 玉米科學(xué), 2015, 23(4): 117123. Zhang G Q, Wang K R, Xiao C H, Xie R Z, Hou P, Li J, Xu W J, Chu Z D, Liu G Z, Liu C W, Li S K. Effect of drip irrigation on yield and water use efficiency of spring maize with high yield in Xinjiang., 2015, 23(4): 117123 (in Chinese with English abstract).

[33] 隋娟, 龔時(shí)宏, 王建東, 鄒慧, 于穎多. 滴灌灌水頻率對土壤水熱分布和夏玉米產(chǎn)量的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2008, 22(4): 148152. Sui J, Gong S H, Wang J D, Zou H, Yu Y D. Effects of drip irrigation frequency on the distribution of soil water, soil temperature and maize grown in North China., 2008, 22(4): 148152 (in Chinese with English abstract).

[34] 郭安紅, 劉庚山, 任三學(xué), 安順清, 陽園燕. 玉米根、莖、葉中脫落酸含量和產(chǎn)量形成對土壤干旱的響應(yīng). 作物學(xué)報(bào), 2004, 30: 888893. Guo A H, Liu G S, Ren S X, An S Q, Yang Y Y. The response of yield formation and abscisic acid content in root, stem, and leaf of maize to soil drying., 2004, 30: 888893 (in Chinese with English abstract).

[35] Ayars J E, Fulton A, Taylor B. Subsurface drip irrigation in California-Here to stay?, 2015, 157: 3947.

Effects of drip irrigation pattern and water regulation on the accumulation and allocation of dry matter and nitrogen, and water use efficiency in summer maize

YANG Ming-Da1, GUAN Xiao-Kang1, LIU Ying1, CUI Jing-Yu1, DING Chao-Ming1, WANG Jing-Li1, HAN Jing-Li1, WANG Huai-Ping2, KANG Hai-Ping3, and WANG Tong-Chao1,*

1Agronomy College, Henan Agricultural University / Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops, Zhengzhou 450046, Henan, China;2Xun County Fengli Seed Industry Co., Ltd., Xunxian 456250, Henan, China;3Sheqi County Bureau of Agricultural Plant Protection and Phytosanitary Station, Sheqi 473300, Henan, China

A split-plot experiment was conducted to explore the dry matter and nitrogen accumulation and allocation characteristics, and water use efficiency of maize in response to different drip irrigation regimes. Drip underground (DU) and drip surface (DS) were applied with three levels of water treatment [W40, W60, and W80 referring to 40%-50% field water capacity (FWC), 60%-70% FWC, and 80%-90% FWC, respectively]. The nitrogen accumulation and water use efficiency of DU treatment has been significantly increased by 6.18% and 4.85%-8.61% respectively compared with DS treatment. The response of dry matter and nitrogen characteristics to drip irrigation patterns was depended on soil water regulation levels. Under W40 and W60 conditions, DU significantly increased the net photosynthetic rate of summer maize, improved dry matter and nitrogen accumulation after silking and their contribution to grains. At last, DU increased the dry matter accumulation, nitrogen accumulation in grains, yield and nitrogen partial factor productivity by 3.29% to 19.94%,-1.10% to 20.65%, 3.29% to 19.94%, and 3.31% to 23.64% respectively. While under W80 condition, dry matter and nitrogen accumulations, yield and crop evapotranspiration were 6.80% to 12.24%, 5.93%, 8.39% to 14.91%, and 9.73% to 14.57% respectively higher in DS than in DU. In conclusion, drip underground could improve dry matter and nitrogen translocated to grain, and increase yield under limited irrigated condition (W40 and W60), while under adequate water supply (W80), drip surface could enhance the dry matter and nitrogen accumulation with lower water use efficiency due to excessive water consumption.

drip underground; drip surface; dry matter; nitrogen; water use efficiency

2018-03-29;

2018-10-08;

2018-11-09.

10.3724/SP.J.1006.2019.83026

王同朝, E-mail: wtcwrn@126.com, Tel: 0371-63558122

E-mail: yangmingda1020@163.com

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0301106)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31471452, 31601258)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0301106) and the National Natural Science Foundation of China (31471452, 31601258).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20181108.0959.004.html