不同灌溉定额对玉米棒三叶叶面积荧光特性及产量的影响

吴佳瑞 马文礼 张洪银 殷韶梅 夏学智 蔡崭红

(宁夏农垦农林牧技术推广服务中心，宁夏 银川 750024)

玉米是我国重要的粮饲兼用型作物，在全球粮食安全中起着至关重要的作用[1]，作为宁夏回族自治区重要的粮食作物之一，在区内分布广泛，玉米的生产对宁夏社会经济发展起着举足轻重的作用。玉米的产量受多种因素的影响，如品种、肥料、灌水量、耕作措施和气候条件等共同作用影响[2]。灌水量是影响玉米荧光特性和产量形成的关键因素之一，也是可以根据降雨、生育期需水控制的因素。目前，农业灌溉用水在我国总用水量中占比较大，占全国总用水量的70%左右[3,4]，农业灌溉用水量大且水分利用效率低是阻碍我国农业发展的主要原因，因此研究确定玉米灌溉定额，对于实现研究区玉米高产优质高效生产和农业发展具有重要意义。滴灌水肥一体化技术由国外引进并在我国发展，现已在多种作物、果树、蔬菜和牧草中应用，由于水资源短缺，我国也重点开展节水项目，大力推广滴灌水肥一体化技术，2022年中央一号文件提出，要建成高效节水灌溉面积2667万hm2，并继续推动水肥一体化技术研究应用[5]。滴灌水肥一体化技术现已被广泛推广应用，但针对不同地区、不同作物的灌水制度研究并不多。鉴于此，本研究以“先玉1225”玉米品种为研究对象，设置5个不同灌溉定额，研究滴灌水肥一体化条件下不同灌溉定额对玉米棒三叶叶面积、荧光特性、产量及产量构成的影响，旨在确定适宜研究区的最佳灌水量，试验结果将为宁夏玉米节水高效栽培提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

供试试验玉米品种选用“先玉1225”。试验于2021年4—10月在宁夏农垦平吉堡农场农六队试验地(N38°25′，E106°01′)进行。该地海拔高度1120m，年均降雨量197mm，无霜期为160～181d左右，年均气温为8.5℃左右，属于典型的温带大陆性气候，土壤质地为壤土、灰钙土。试验区地下水埋深1.5～2m，前茬作物为青贮玉米。土壤理化性质见表1。

表1 基础土壤理化性质

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组试验设计，共设5个灌溉定额处理，分别为60m3·667m-2(T1)、130m3·667m-2(T2)、200m3·667m-2(T3)、270m3·667m-2(T4)、340m3·667m-2(T5)，每个处理3次重复，共15个小区。玉米于2021年4月21日播种，2021年9月22日收获，采用玉米滴灌铺管播种一体机，玉米采用宽窄行播种，宽行70cm，窄行40cm，滴灌带铺设间距1.1m，滴头间距30cm，滴头流量2.1L·h-1，在每个小区单元管首加装电子水表控制灌溉水量。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 棒三叶叶面积测定

于玉米灌浆期在测定小区选取长势一致的10株玉米挂牌标记，用钢卷尺分别测定上位叶、穗位叶、下位叶的叶长和叶宽，采用长宽系数法计算棒三叶叶面积。

1.3.2 荧光参数测定

在玉米灌浆期选择晴天早上9∶00—11∶00，用FMS-2型便携式荧光仪测定各小区挂牌标记的5株玉米棒三叶的荧光参数。

1.3.3 产量测定

于玉米成熟期，在各处理小区随机选取长势均匀一致的30株玉米，分别用钢卷尺测定玉米穗长、秃尖长，用游标卡尺测定穗粗，用电子秤称量玉米穗重、穗粒重、百粒重，并数玉米穗行数、行粒数、穗粒数，计算产量。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0统计分析软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 灌溉定额对玉米棒三叶叶面积性状的影响

光合作用中贡献最大的是玉米棒三叶，被称为光合有效层，直接影响玉米生长发育及干物质的积累[6]。不同灌溉定额对玉米棒三叶叶面积影响结果，见表2，棒三叶的叶长整体呈单峰曲线变化，其中下位叶在T3处理、穗位叶和上位叶在T4处理时，叶长达到峰值；在T1处理即灌溉定额最少时，棒三叶的叶长显著低于其他处理。叶宽随灌溉定额的变化无明显规律，T4处理的下位叶叶宽显著高于T2，与其他处理处理无明显差异；穗位叶叶宽在T3处理时最大，较T2处理显著增加了5.62%，与其他处理差异不明显。上位叶叶宽在T3、T4、T5处理之间差异不明显，但显著高于T1和T2处理。

表2结果显示，玉米棒三叶叶面积在436.17～598.34cm2变动，随灌溉定额的增加呈先增加后降低的趋势变化，均在T4处理时叶面积达到最大值。T2、T3、T4、T5处理的下位叶叶面积较T1处理分别增加了5.37%、10.25%、13.74%、4.16%；穗位叶叶面积在T4处理时显著高于T1和T2处理，分别显著增加了13.08%、6.60%，与T3和T5处理之间差异不明显；上位叶叶面积在T3、T4、T5处理之间无显著差异，但显著高于T1和T2处理。上述结果表明，在灌溉定额过少时，会影响玉米的生长发育，降低棒三叶叶面积。

表2 不同灌溉定额对玉米棒三叶的影响

2.2 不同灌溉定额对玉米荧光参数的影响

随玉米灌溉定额的增加PSII最大光化学效率(Fv/Fm)呈先增加后降低的趋势，在T4处理时达到峰值为0.813，见图1，各处理之间均存在显著差异，T4处理的Fv/Fm较T1增加10.76%、较T2增加7.82%、较T3增加2.14%、较T5增加4.77%。光合系统潜在活性(Fv/Fo)随灌溉量增加呈逐渐增加的趋势，在T3处理时Fv/Fo增加速度快，较T2增加10.45%，且各处理之间存在显著差异。PI是综合反映PSII光合荧光性能的指标，PI的变化趋势与PSII最大光化学效率一致，表现为开口向下的一元二次方程，在T4处理时PI值最大，并且与其他各处理之间存在显著差异，各处理PI较T1分别增加3.91、5.64、8.04、4.60。热耗散量子比率(Fo/Fm)是反映作物衰老的指标，值越大越容易早衰。图1发现随灌水量的增加呈逐渐降低的变化趋势，T1与T2处理之间无明显差异，但显著高于其他处理。综上所述，在T4灌溉定额时，更能显著提高PSII最大光化学效率和PI，显著降低热耗散量子比率，所以更有利于玉米干物质的产生和积累，灌溉量较小会造成玉米叶片的早衰，反之则会贪青晚熟。

图1 不同灌溉定额对荧光参数的影响

2.3 不同灌溉定额对玉米产量及产量构成因素的影响

由表3可以看出，随着灌水量的增加，玉米的穗长、穗粗、穗重、穗粒数、百粒重及产量均呈显著增加后降低的趋势，在T4处理时各指标达到最大值，秃尖长在T1处理时显著高于其他处理，依次为T1>T5>T2>T3>T4。不同灌溉定额对玉米产量及产量构成因素影响显著，T3、T4和T5处理的穗长、穗重、穗粒数、穗粒重均显著高于T1和T2处理；百粒重在T3和T4处理时无显著差异，但显著高于T1和T2处理，与T1相比，T2、T3、T4、T5处理的百粒重分别增加了4.77%、23.46%、24.87%、17.51%；玉米籽粒产量随灌水量的增加呈开口向下的抛物线变化，在T4处理时产量最大，并且显著高于T1、T2和T5处理，与T3处理差异不明显。通过二次函数拟合，得到产量(Y)与灌溉定额(X)之间的二次函数为Y=-0.01168X2+6.1739X-208.3024，计算可得当灌溉定额在264.22m3·667m-2时，玉米产量达到最大值1023.95kg·667m-2。

表3 不同灌溉定额对玉米产量及产量构成因素的影响

3 讨论与结论

叶片是玉米进行光合作用的主要器官，棒三叶叶面积也是研究中主要监测的指标，可以代表作物的光合生产力[7]。唐海涛等[8]运用灰色关联度分析结果表明，与玉米棒三叶光合速率关联度最高的光合性状是叶长，且棒三叶的叶长、叶面积等指标基本能反映玉米的光合性能。本研究结果显示，玉米棒三叶的叶长和叶面积随灌水量的增加呈单峰曲线，在灌溉定额为270m3·667m-2时叶长和叶面积值最大，叶宽在灌溉定额200～270m3·667m-2时出现最大值。说明适宜的灌水量对玉米构建最大的光合有效层具有重要意义。

叶绿素荧光是一种高效、快速、灵敏的研究作物光合作用的内在探针，能够反映作物的光合效率的变化，光合系统II进行的原初光化学反应和光合系统结构状态，会因作物自身或外界环境因子的变化而变化，如作物的自然衰老、灌水量的变化、高温干旱等逆境均会影响光合系统II功能，最终影响作物的产量和产量构成[9,10]。本试验结果发现，玉米叶片的荧光特性与灌溉定额密切相关，在一定灌水量范围内，Fv/Fm和PI随灌溉定额变化呈现先增加后降低趋势，在270m3·667m-2时达到最大，光合系统潜在活性(Fv/Fo)和热耗散量子比率(Fo/Fm)随灌水量的增加变化趋势相反，灌溉定额较少时，玉米植株更易早衰，灌水量较多则会贪青晚熟，均不利于玉米产量的形成。

本研究表明，随着灌水量的增加，玉米的穗长、穗粗、穗重、穗粒数、百粒重及产量均呈显著增加后降低的趋势，在灌溉定额为270m3·667m-2时各指标达到最大值，秃尖长在此灌溉定额时最小。相关研究结果表明[11]，宁夏引黄灌区滴灌玉米最佳灌溉定额为4500m3·hm-2，玉米产量最高为17646.5kg·hm-2，本研究结果为，灌溉定额为270m3·667m-2时，产量最大为1062.17kg·667m-2，各处理产量依次为T4>T3>T5>T2>T1，产量与灌溉定额之间符合二次函数关系，呈开口向下的抛物线，计算可知灌溉定额为264.22m3·667m-2时产量最大，吕宁[12]研究结果表明，玉米产量与灌溉量呈抛物线关系，与本研究结果一致。综合玉米棒三叶叶面积、荧光特性、产量和产量构成因素，本研究得出，滴灌水肥一体化条件下，玉米灌溉定额270m3·667m-2时，各指标表现最佳。