补充灌溉对玉米生理指标及水分利用效率的影响

宫 亮，孙文涛，隽英华，尹同波，刘玉军

(1.辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所，沈阳 110161；2.瓦房店市农业技术推广中心，辽宁 大连 116300)

0 引 言

“有收无收在于水，多收少收在于肥”，水分是影响旱地农业生产的最主要因素。保持作物体内的水分平衡，创造适于各种生理活动的水分环境，是获得作物稳产高产的基础[1,2]。我国是一个水资源短缺的国家，农业灌溉用水量约占全国总用水量的 70﹪，总水分生产率全国平均仅为 0.61 kg/m3，远低于发达国家的平均水平[3]。因此，水资源有效利用研究已成为农业科学研究重点之一。但目前大多研究集中在作物对水分胁迫的响应机制方面[4-7]，在补充灌溉对作物植株生理活动及增产作用等方面的研究则较少。玉米是我国的主要粮食作物，具有需水较多、对水分比较敏感等特点，因此，研究补充灌溉对玉米生长发育及增产的作用，对保障我国粮食安全具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

瓦房店市位于辽宁省南部，地处东经121°13′～122°17′，北纬39°20′～40°07′。属暖温带大陆性季风气候区，年平均气温9.3 ℃，无霜期165～185 d，平均降水量615 mm。土壤类型为棕壤，理化性质见表1。

表1 试验基础土壤理化性质

1.2 试验设计

试验在瓦房店市农业技术推广中心农业示范园内进行，每个试验处理面积 9.6 m2，小区之间地下100 cm 深度为水泥墙，防止处理间水分互渗。灌水方式采用垄沟沟灌的方式。每个处理3次重复，小区随机排列。玉米品种为良玉 88，种植密度及田间管理按当地习惯进行。施肥量N，P2O5，K2O分别为210，97.5，108 kg/hm2，全部磷钾肥和 50% 氮肥做基肥一次性施入，剩余 50% 氮肥在玉米大喇叭口期追施。不同处理灌水量见表 2。

表2 各处理不同生育时期灌水量 m3/hm2

1.3 调查测定项目

(1)在玉米拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期，用 SPAD502 型叶绿素仪测定各处理叶片叶绿素含量，每次测定10株，计算平均值。

(2)在玉米灌浆期、乳熟期和蜡熟期分别测定各处理玉米穗位叶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)和可溶性蛋白酶活性。SOD 采用氯化硝基四氮唑蓝光化还原法，POD 采用愈创木酚法，MDA用硫代巴比妥酸比色法，可溶性蛋白用考马斯亮蓝法测定。

(3)玉米成熟后每个处理随机取 5 穗考种。测定小区产量，按籽粒含水量为 14% 折算公顷产量。灌溉水利用效率=籽粒产量/灌溉水量。

1.4 数据处理与分析

数据处理使用 EXCEL2007 和 SPSS19.0进行。

2 结果与分析

2.1 不同灌水处理对玉米叶绿素含量的影响

为了直观形象地表述灌水量对叶片SPAD值的影响，将各处理在玉米不同生育时期测定的叶片SPAD值绘于图1。叶片是进行光合作用的主要器官，叶绿素是光合作用的基础物质，所以叶片叶绿素含量是反映叶片生理活性变化的重要指标。SPAD值代表叶片叶绿素含量的相对值, 数值越大, 叶绿素含量越高。不同处理玉米各生育时期叶片SPAD值见图 1。从图 1 可见，玉米叶片叶绿素含量变化呈单峰趋势，当玉米进入抽雄期后，叶绿素含量随叶片衰老的进程而逐步下降。各处理相比较，叶绿素含量H3>H2>H1>H0，说明灌水能够保持玉米叶片叶绿素含量，从而延长光合作用时间，促进玉米干物质积累。

图1 玉米叶片叶绿素含量(SPAD)

2.2 不同灌水处理对玉米穗位叶SOD、POD活性及MDA、可溶性蛋白含量的影响

为了直观形象地表述灌水量对穗位叶生理特性的影响，将各处理穗位叶SOD、POD活性及MDA和可溶性蛋白含量测定结果绘于图2～图5。从图 2 可见，不同处理SOD酶活性在玉米生育后期表现出了先降低后升高的变化趋势。处理H0三个需水关键时期SOD酶活性均最低，处理 H3 次之，处理 H2 最高。从图 3 可见，穗位叶中POD的活性随着玉米生育期的推进逐渐降低。处理H0在乳熟期POD活性就降到最低。处理H3和H1 POD活性呈直线下降趋势，且两者相差不大，处理H2下降趋势较为缓慢，且POD活性始终高于其他3个处理。从图 4 可见，穗位叶中MDA含量呈逐渐上升趋势，表明在玉米生育后期，随着衰老程度的加剧，叶片中MDA含量也随之增加。而其中以处理H0增加最快，处理H3最慢。从图 5 可见，可溶性蛋白含量变化趋势为先降低再升高。处理 H0 可溶性蛋白含量下降迅速且恢复缓慢，处理 H3 和 H2 在乳熟期可溶性蛋白含量相差不明显，H1、H2和 H3三个处理可溶性蛋白含量在蜡熟期相差不明显。

图2 不同处理穗位叶SOD酶活性变化

图3 不同处理穗位叶POD酶活性变化

图4 不同处理穗位叶MDA含量变化

图5 不同处理穗位叶可溶性蛋白含量变化

2.3 不同灌水处理对玉米根系生长的影响

从表3可见，各处理在拔节期根长、根重相差不大。抽雄期H0根长、根重最低， H2根长根重最大，H3次之，成熟期也表现出相同的趋势。因此，玉米拔节期前适当的干旱胁迫，抽雄期后适当灌水有利于玉米根系生长发育，增强了玉米抗旱、抗倒伏能力，为玉米高产奠定基础。

表3 不同灌水处理玉米根系生长发育状况

2.4 不同灌水处理对玉米产量的影响

从表4可见，H0百粒重等产量构成因素均最差，H3最优。

表4 不同灌水处理对玉米产量的影响

注：不同处理间不同字母表示差异显著。

产量也表现出相同的趋势， H3产量最高，比H2增产0.74%，但差异未达到显著水平。H0产量最低，较H3减产 6.36%。 H1也有显著的增产效果，比H0增产3.49%。灌水利用率随着灌水量的增加而逐渐降低。因此，在玉米需水关键时期补灌有利于增加玉米产量，但灌水的利用效率较低。

3 结 语

(1)玉米叶片的叶绿素含量对水分感应较为敏感，长期或重度干旱胁迫可以导致叶绿素含量减少[8]。本试验研究结果表明，在玉米不同生育时期补充灌溉可有效增加叶片叶绿素含量，且在玉米抽雄期后减缓叶绿素减少。这与王艳[9]等研究结果一致。

(2)植物对水分的利用具有高度的可塑性，少量水灌溉既能满足作物代谢需水[10-12]。玉米在水分逆境情况下，内源保护性物质和保护性酶会呈现出减轻或分散水分胁迫对细胞代谢过程的伤害的变化趋势[13-15]。本文的研究结果表明，玉米抽雄期和灌浆期进行补灌，有利于提高叶片内保护性酶活性，减缓叶片衰老，增强叶片光合作用，促进干物质积累。这与张淑勇[5]等研究结果一致。

(3)根系对水分的吸收是植物生长的基础和获得高产的关键。大量研究表明，植物根系的分布受土壤含水量的影响。表层土壤水分亏缺有利于作物根系向深土层生长，从而提高对深层土壤水分的利用[16，17]。不同的灌溉制度也会影响根系的发育。本试验结果表明，玉米拔节期不灌溉更有利于促进玉米根系生长发育，抽雄期后灌水则延缓了根系衰老，这与大多学者研究结果一致[18-20]。

(4)在保证肥料供应的前提下，玉米3个需水关键时期都补充灌溉，无疑是增加玉米产量最直接有效的措施。目前国内以见报道的超高产农田都具备灌溉条件。但这只适合于有充足水源的情况。实际生产中大多数情况为灌溉水资源不足，因此，要求精确的灌溉时间和灌溉量进行补灌。本试验条件下，在玉米灌浆期补灌450 m3/hm2，即有良好的增产效果。在玉米抽雄期和灌浆期分别补灌450 m3/hm2，增产作用则更为显著。这与邢维芹等[21]研究结果一致。但陈静静[22]等研究认为，在玉米苗期、拔节期适当灌溉更有利于提高产量和水分利用效率。这可能是受自然气候条件影响。本试验区玉米生育前期降雨量充沛，干旱多发生在8月末至9月，因此在玉米生育后期补灌就显得尤为重要。

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