滴灌条件下水肥耦合对春玉米光合速率及产量的影响

王 雯，张 雄，白盼盼，刘远超

（1.榆林学院生命科学学院，陕西榆林 719000；2.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052）

陕北沙区光照充足，昼夜温差大，有利于春玉米的干物质累积；并且该地区土地平坦、便于灌溉，是我国春玉米的优生区之一[1]。目前，滴灌技术已成为该地区玉米高产栽培的主要技术手段，但尚未形成科学合理的滴灌水肥管理制度，灌水和施肥随意性较大，水肥利用效率较低，制约了春玉米高产、优质、高效生产。不合理的水肥配比造成水肥资源浪费，甚至影响产量和品质提升[2]。研究表明，滴灌水肥一体化技术是同时对灌水量与施肥量进行定量控制的节水节肥技术，根据土壤养分含量和作物的需肥规律，将合理配比的水肥均匀、定时、定量浸润作物根区，实现以水带肥、以肥促水、水肥耦合。合理的水肥配比可充分发挥水肥互作效应，提高作物的水肥利用率，减少化肥对环境的污染[3-5]，可显著提高植株的光合速率（P＜0.05）[6-8]，增加作物产量[9-11]。滴灌条件下合理的水肥配比是提高春玉米产量的关键措施。然而，水肥耦合模式对陕北沙区滴灌春玉米产量影响的研究少见报道。

本研究通过开展滴灌条件下不同水肥耦合模式对春玉米产量影响的田间试验，观测不同水肥耦合模式下春玉米光合速率和产量构成因素的变化，以明确春玉米光合速率和产量对水肥耦合的响应，旨在筛选出适宜的水肥耦合模式，为陕北沙区春玉米高产优质栽培提供技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年4—10 月在国家级榆林现代农业科技示范园进行。该地地处牛家梁镇榆卜界村（109°43′E，38°23′N），属干旱半干旱大陆性季风气候，年平均降水量410 mm，蒸发量1 800 mm，年日照时数2 900 h，年总辐射606.7×107J/m2，年均气温8.5 ℃，无霜期约为155 d。该地区光照充足，地势平坦，地下水位相对较高，利于灌溉。土壤为风沙土，肥力水平中等。供试土壤pH 值为7.8，有机质含量为7.83 g/kg，全氮含量为0.35 g/kg，碱解氮含量为48.85 mg/kg，有效磷含量为13.92 mg/kg，速效钾含量为185 mg/kg。

1.2 试验材料

供试春玉米品种为陕单609，由西北农林科技大学选育，2016 年通过国家玉米品种审定，适宜在陕北灌区春播种植。专用滴灌水溶肥由河北尚古田丰生物科技有限公司提供。

1.3 试验方法

本试验采用饱和D-416-A 最优设计（4 因素二次饱和最优设计），该设计是试验处理组合数目与回归方程中参数相等的试验设计方案，该设计可在提高试验精度，减少试验误差的同时，尽量减小试验规模，提高试验效率，已被广泛应用[12]。试验因素为灌溉量、纯氮量、纯磷量和纯钾量，具体因素水平如表1 所示，共设置16 个水肥一体化处理，每处理重复3 次，小区随机排列，其中每个小区长为6 m，宽为5 m，小区面积为30 m2。春玉米于4 月中旬播种，宽窄行种植（60 cm＋40 cm），株距25 cm，密度为7.95 万株/hm2，播种深度为2～3 cm。滴灌带铺设在2 行玉米中间（采用迷宫式滴灌带，滴头间距25 cm，滴头流量1.38 L/h）。氮、磷、钾肥总用量的30%作为基肥，随翻耕施入土中；70%作追肥（专用滴灌水溶肥），在大喇叭口期到灌浆期随水追施。每次灌溉时用水表测定各小区的容积灌溉量（m3）。

表1 滴灌春玉米水肥耦合模式的饱和D-416-A 最优设计方案

1.4 测定项目及方法

在春玉米不同生育期（苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄吐丝期、灌浆期、成熟期），于晴朗无云的9：00—11：00，采用美国LI-COR 公司生产的LI-6400便携式光合仪观测春玉米穗位叶的净光合速率（Pn），每小区选长势一致的5 株，结果取其平均值。

春玉米成熟后，对小区产量单打单收测定小区产量，并将小区产量折算为公顷产量。每个小区采收中间2 行玉米果穗带回实验室进行室内考种，测定玉米的穗长、穗行数、行粒数、穗粗、穗质量、穗粒质量、千粒质量等产量构成因素。

1.5 数据分析

采用SPSS 19.0 软件进行4 因素二次饱和最优设计，对试验数据进行处理和分析，观测数据采用单因素方差分析；平均数间的多重比较采用Duncan新复极差法（P＜0.05）；采用回归分析揭示春玉米产量与不同水肥耦合模式关系；用Origin 2019 软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同水肥耦合对春玉米净光合速率的影响

从表2 可以看出，在春玉米整个生育期，滴灌条件下不同水肥耦合处理的春玉米叶片净光合速率（Pn）依次为T10＞T13＞T15＞T6＞T9＞T1＞T8 ＞T5 ＞T2 ＞T7 ＞T4 ＞T16 ＞T3 ＞T14 ＞T11 ＞T12，T10 处理的Pn 值显著高于其他处理（除T13和T15 处理）7.6%～150.0%（P＜0.05），略高于T13处理1.4%～6.7%，但二者无显著差异；除苗期和大喇叭口期外，T10 处理的Pn 值较T15 处理显著高6.5%～14.5%（P＜0.05）。

2.2 不同水肥耦合对春玉米产量构成因素的影响

由表3 可知，不同水肥耦合处理春玉米各产量构成因素大小表现为T10＞T13＞T15＞T6＞T9＞T1 ＞T8 ＞T5 ＞T2 ＞T7 ＞T4 ＞T16 ＞T3 ＞T14 ＞T11＞T12；其中，T10 处理的穗长、穗行数、行粒数显 著 高 于T2、T3、T4、T7、T11、T12、T14、T16 处 理（P＜0.05），分别较T12 处理显著提高了60.2%、58.3%和41.9%（P＜0.05）；除T13 和T15 处理外，T10 处理的穗粗、穗质量、穗粒质量和千粒质量显著高于其他处理8.6%～102.2%（P＜0.05），分别比T12 处理提高了78.7%、59.8%、100.1%和102.2%，且差异显著（P＜0.05）；T10 处理的各产量构成因素略高于T13 处理2.3%～8.2%。

从图1 可以看出，除T13 和T15 处理外，T10处理的春玉米产量显著高于其他处理10.3%～88.0%（P＜0.05），分别较T11 和T12 处理显著提高77.1%和88.0%（P＜0.05），较T13 和T15 处理略高3.7%和5.1%（P＞0.05）。

2.3 春玉米光合速率和产量构成因素对水肥耦合的响应

回归分析结果表明（表4），春玉米的光合速率、各产量构成因素与水肥耦合因子均呈显著正相关（r≥0.762，P≤0.035）；由回归方程中的决定系数（R2）可看出，灌溉量和施肥量对春玉米光合速率和产量变化的解释度高于58%。春玉米的光合速率和产量构成因素与氮肥施用量均呈显著相关（P≤0.016），其中，春玉米的穗质量与氮肥、磷肥和钾肥施用量相关性显著（P≤0.043）；春玉米的光合速率、行粒数、千粒质量、产量与氮肥、磷肥施用量呈显著相关（P≤0.042）。

表4 春玉米光合速率、产量构成因素与水肥耦合因子的回归分析

3 结论与讨论

滴灌条件下，适宜的水肥耦合配比可显著提高春玉米的光合速率和产量。本研究中，不同水肥耦合处理的春玉米净光合速率差异显著（P＜0.05）。T10处理（灌溉量5 268.2 m3/hm2，纯氮量251.2 kg/hm2，纯磷量129.7 kg/hm2，纯钾量88.0 kg/hm2）显著提高了春玉米的光合速率（P＜0.05）。但在水肥用量过高或者过低的处理中（如T11 和T12），春玉米的光合速率显著下降，这与戚迎龙等[13]的研究结果一致。这是由于水分过多不利于玉米的蹲苗，且易造成土壤板结缺氧，而水分过低，不能满足玉米正常的生长发育，导致光合速率下降[14-16]。本研究显示，春玉米叶片的光合速率在抽雄吐丝期达到最大，该时期T10 处理的（灌溉量5 268.2 m3/hm2）的光合速率较T12 处理（灌溉量2 400.0 m3/hm2）提高84.1%，差异显著（P＜0.05）。杨丽等[17]研究也发现，较低的水分供给导致小麦旗叶光合速率大幅下降。本研究表明，适宜的水肥配比有助于提高春玉米的产量，陕北沙区春玉米T10 处理下的产量各构成因素均为最高。在玉米的产量各构成因素中，穗粒质量是玉米产量的决定因素之一[18]。本研究发现，T10 处理（灌溉量5 268.2 m3/hm2）的穗质量、穗粒质量、千粒质量和产量显著高于灌溉量相同的T4、T6 和T8 处理，在相同的灌溉量条件下，氮、磷、钾肥料用量及配比是影响玉米产量形成的重要因素[19-20]。

春玉米的光合速率、产量构成因素与水肥耦合因子的回归分析显示，滴灌条件下，水肥耦合处理解释了58%以上的春玉米光合速率和产量变化。在水肥因子中，氮肥对春玉米的光合速率和产量构成因素均呈显著正相关，适宜的施氮量是滴灌春玉米产量形成的决定因素，这与杨宇等[21]和孟晓琛等[22]的研究结论基本一致。春玉米的各产量构成因素中，穗质量的形成对氮肥、磷肥和钾肥施用量都较为敏感，行粒数、千粒质量和产量与氮肥和磷肥施用量密切相关。薛垠鑫等[3]研究也发现，滴灌条件下灌溉量对春玉米的光合速率和产量无显著影响，这可能是由于滴灌方式通过均匀的供水方式将水分送到作物根区，从而降低了玉米生长发育过程中对不同灌溉水平的敏感性[4，23]，灌溉水和氮、磷、钾肥料的耦合作用对玉米光合速率提高及产量形成的作用更为重要[23-24]。本研究中，T10 处理水肥配比对增强春玉米叶片光合速率、提高产量发挥了良好、作用，可作为陕北沙区滴灌春玉米适宜的水肥耦合模式。