等高反坡阶措施下玉米水分利用效率对坡耕地土壤水分变化的响应

张 洋,王克勤,段 旭,刘晓微,赵露杨,赵洋毅

(西南林业大学 a生态与环境学院，b林学院，云南 昆明 650224)

作物的光合作用是获得光合产物以及籽粒产量的重要途径，90%以上的作物籽粒产量来自光合作用产生的光合物质，作物开花后的光合性能强弱直接影响干物质积累，因此光合作用的强弱直接影响作物产量的高低[1-4]。除作物基因型的影响外，作物光合特性还受到土壤水分、土壤温度、耕作方式及施肥等因素的影响[5-8]。不同的耕作方式可以改善土壤耕层环境，促进作物生长发育，提高光合作用，进而提高产量[9-11]。已有研究表明，合理的耕作措施可以构建良好的耕层结构，有效提高土壤水分及作物水分利用效率[3,12]。深耕深松不但能够破坏犁地层，改良土壤通透性，减少土壤水分的流失，为作物生长建立良好的耕作层环境；而且还可以提高作物水分利用效率，促进作物生长发育，提高作物产量[13]。王成雨等[14]研究发现，宽行垄作可以增大玉米功能叶叶面积，快速改善叶片光合能力，提高作物产量。许菁等[15]研究表明，在黄淮海地区，深松免耕等措施在作物各生育期均可以降低非气孔因素对光合作用的限制，延长玉米花后功能期，保障作物干物质积累与籽粒灌浆。李生平等[16]研究表明，黄瓜的叶面积和水分利用效率受到土壤含水率变化的影响，且不同生长期的适宜含水率也不同。

云南地处我国西南山区，耕地资源严重短缺，坡耕地面积占总耕地面积的80.61%，是云南山区人民赖以生存发展的耕作用地[17-18]。云南特殊的地形地貌、强度大且集中的降雨以及大量不合理的种植方式，如顺坡种植、大坡度种植等造成坡面土壤侵蚀加剧，土地生产力下降进而严重影响区域农业的可持续发展[19]。因此，在坡耕地现存基础上，如何低干预且高效地提高作物产量尤为重要。人工干预微地形整地措施——等高反坡阶是坡耕地水土保持措施之一，其可以蓄水保墒[20-21]，有效减少地表径流[22-23]及面源污染[24]，因而具有较高的推广使用价值。目前有关西南山区坡耕地实施等高反坡阶整地的相关研究主要集中在面源污染[25]、土壤侵蚀[26]、土壤理化性质改良[27]、土壤碳氮分布[28]等方面，但在该措施下作物水分利用效率及与土壤水分有效性以及阈值划分等问题尚缺乏深入的认识和研究。为此，本试验以玉米为材料，在坡耕地实施等高反坡阶措施的基础上，探究该措施影响下的玉米群体光合性能、叶片瞬时水分利用效率及其与土壤水分有效性和土壤水分效应阈值划分等，以期为坡耕地治理和作物高产种植管理提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于中国西南部的云南省昆明市松华坝水源区迤者小流域，流域面积13.26 km2，呈不规则纺锤形，南北长约6.7 km，海拔2 010～2 590 m。多年平均降雨量757.22 mm，其中5-10月为雨季，降雨量约为全年的85%以上，年蒸发量为1 341 mm，年平均气温为13.8 ℃。该流域为松华坝水源区内典型的农业小流域，土壤为红壤，流域内耕地面积约占25%，主要以坡耕地为主。流域内主要农作物为玉米、烤烟、辣椒等。

1.2 样地设置与试验设计

试验采用大田小区试验，裂区设计，选择3块5 m×20 m的标准径流小区，其基本概况见表1。如图1所示，等高反坡阶沿等高线自上而下里切外垫，修成一个台面，反坡5°，阶宽1.2 m，2条反坡阶间距离为7.5 m。样地1为坡度15°的无处理原状坡耕地径流小区；样地2布设两道等高反坡阶，坡度为15°；样地3布设2道等高反坡阶，坡度为10°。选用云南红壤坡耕地主要作物玉米品种云瑞668为试验材料，种子由西南林业大学重点实验室提供。试验于2019-2020年分别进行，2019年玉米5月20日播种，10月14日收获；2020年玉米6月11日播种，10月25日收获。种植密度为40 000株/hm2，管理措施同步，作物播种及收割时间、施肥水平均保持一致。主要施肥种类包括尿素和松华坝水源保护区施肥专用肥，总肥力32%，N∶P2O5∶K2O为10∶ 10∶ 12，过磷酸钙(有效P2O5)≥16%。试验期间降雨量的变化见图2。

表1 试验坡耕地样地的基本概况Table 1 Basic general situation of test sloping plots

图1 试验小区平面(A)和等高反坡阶剖面(B)示意图Fig.1 Schematic diagram of test plots (A) and contour-reverse slopes (B)

图2 试验区2019-2020年降雨量的分布Fig.2 Distribution of rainfall in test plots in 2019-2020

1.3 测定指标及方法

1.3.1 光合势 分别在玉米拔节期(V6)、抽雄期(VT)、吐丝期(R1)、灌浆期(R2)、成熟期(R6)测定玉米植株最上端完全展开叶的单叶叶长和叶宽，先计算叶面积(cm2)(叶面积=叶长(cm)×叶宽(cm)×0.75)，然后计算叶片光合势(leaf area duration，LAD)。叶片光合势是指在某一生育时期或整个生育期内群体叶面积的逐日累积[29]，计算公式为：

LAD(m2·d)=1/2(L1+L2)×(t2-t1)。

(1)

式中：L1、L2为生长周期起止时的叶面积；t1、t2为生长周期起止的时间。

1.3.2 叶片瞬时水分利用效率 分别在玉米拔节期(V6)、抽雄期(VT)、吐丝期(R1)、灌浆期(R2)、成熟期(R6)，使用LI-3000C叶面积仪测定玉米叶片叶面积，并用Li-6400XT便携式光合仪在开放气路系统自然光照下测定作物的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)，计算叶片瞬时水分利用效率(leaf water use efficiency，LWUE)。测定均在晴朗无云的天气下进行，每个小区选取坡上、坡中、坡下3个位置样点，每样点随机选取3株长势相似且具代表性的植株，于上午09：00-11:00每隔1 h测定1次，重复测3次。每次测定时，均选取植株最上端完全展开叶进行测量。

叶片瞬时水分利用效率(LWUE) 的计算公式为：

LWUE=Pn/Tr。

(2)

1.3.3 土壤体积含水率 在玉米播种前及拔节期、抽雄期、吐丝期、灌浆期和成熟期后，于样地坡上、坡中、坡下随机选点，使用时域反射仪(TDR-300)测定各样点0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm耕作层土壤体积含水率(SVWC),并分析其动态变化，每组重复3次。

1.4 土壤水分有效性分析

根据土壤水分对植被生长的有效性原理[29]，将土壤水分有效性分为4个等级：不足田间持水量40%的土壤水分为无效水，田间持水量40%到田间持水量60%的土壤水分为难效水；田间持水量60%到田间持水量80%的土壤水分为中效水；大于田间持水量80%的土壤水分为易效水。土壤相对含水量(relative soil moisture content，RSMC)为土壤质量含水率占田间持水量的比值。

采用以下公式对原始数据进行隶属函数法标准化处理，得到ZPn+LWUE值来表示Pn和LWUE的综合评价值[30]，对不同样地下的净光合速率(Pn)与LWUE进行综合评价。

(3)

(4)

(5)

(6)

ZPn+LWUE=w1Ui+w2Vi。

(7)

式中：θ1为土壤质量含水率；θ2为土壤体积含水率；ρ为土壤容重；F为田间持水量；RSMC为土壤相对含水量；Ui和Vi分别为不同坡位玉米Pn和LWUE经过隶属函数转化后的标准值；Xi、Xi min和Xi max为第i个处理下的原始值、最小值和最大值；ZPn+LWUE为Pn和LWUE的综合评价值；w1和w2分别为Pn和LWUE的权重系数，取值为0.51和0.49。

1.5 叶片瞬时水分利用效率与土壤体积含水率的响应分析

在玉米不同生长期，分别取样地2和样地3的坡上、坡中、坡下3个坡位的叶片瞬时水分利用效率以及其他光合指标的平均值，通过SPSS 25.0软件进行相关性分析、多元回归分析及通径分析等。

1.6 数据计算与处理

采用Microsoft Excel 2016录入并整理数据，用SPSS 25.0软件最小显著性极差法(LSD)进行多重比较，Origin2018绘图。

2 结果与分析

2.1 等高反坡阶措施下玉米叶片光合势的变化特征

叶片群体光合势是衡量叶片光合面积和光能截获时间的指标，与作物干物质量直接相关，可以反映群体光合能力的强弱[31]。由表2可知，在玉米生长期内，光合势的整体变化均表现为先增长后下降趋势，不同样地和不同坡位下均在灌浆期达到峰值。布设等高反坡阶措施后，玉米叶片光合势(LAD)均高于原状坡耕地，且大部分坡位的LAD差异达到显著水平(P<0.05)。与样地1相同坡位相比，2019年样地3和2坡上位玉米叶片光合势增加13.3%，6.9%，坡中位增加17.2%，10.6%，坡下位增加9.7%，4.2%；2020年，样地3和2坡上位玉米叶片光合势增加13.8%，5.3%，坡中位增加21.4%，11.7%，坡下位增加9.6%，1.28%，其中以样地3玉米群体光合势的提高效果最为明显。总体而言2019年玉米的平均光合势高于2020年，这可能与2020年玉米生长前期降雨量过多导致的淹水情况有关。样地内部不同坡位间相比，样地1玉米叶片LAD表现为坡下>坡中>坡上，而样地2和3则表现为坡中>坡下>坡上。

表2 等高反坡阶措施对不同生长期玉米叶片群体光合势的影响Table 2 Effects of contour reverse-slope on LAD of maize populations with different growth cycles m2·d

由表2还可以看出，2019年玉米拔节期至灌浆期，2和3样地相同坡位之间LAD差异不显著，但均高于相同坡位的1样地，成熟期2和3样地坡上位和坡下位之间LAD差异显著，坡中位之间差异不显著(P>0.05)；2020年玉米抽雄期，2和3样地相同坡位之间差异显著，吐丝期坡上位和坡中位LAD差异同样显著。2和3样地生长期总光合势较1样地分别高7.2%和13.3%。该结果表明，采用等高反坡阶措施可以提高玉米灌浆期的LAD，较原状坡耕地年平均提高9.0%。说明布设等高反坡阶不仅可以提高LAD，还可以使玉米LAD维持在较高水平并延长其持续时间。

2.2 等高反坡阶措施下玉米水分利用效率的变化特征

图3和图4表明，同一样地同一坡位玉米Pn、Tr和LWUE的年际变化差异不显著(P>0.05)。在布设等高反坡阶措施的样地2和3中，除2020年3样地外，拔节期坡中位玉米叶片净光合速率高于坡上位和坡下位，2和3样地拔节期年平均Pn值分别达到22.0和23.1 μmol/(m2·s)；除2019年3样地外，玉米抽雄期2和3样地内Pn值变化趋势均表现为坡中>坡下>坡上，原状坡耕地样地1坡中位Pn值显著低于2和3样地，说明在玉米需水量最强的生长阶段，该措施可以提高玉米叶片净光合速率，且以坡中位提高幅度最为显著(P<0.05)。玉米Pn均在吐丝期达到峰值，但2和3样地较1样地分别提高17.1%和22.1%，且2和3样地与1样地相同坡位之间差异显著(P<0.05)；灌浆期至成熟期，尽管各坡位玉米Pn值均有所下降，但坡中位仍高于其他坡位，平均达到45.8 μmol/(m2·s)，这表明在一定范围内布设等高反坡阶措施可以提高玉米叶片净光合速率。玉米叶片蒸腾速率(Tr)与净光合速率变化趋势大致相似，但相对于净光合速率，玉米叶片蒸腾速率的峰值出现在抽雄期，这与抽雄期降雨量大于其他生长期而导致土壤含水率较高有关。

由图3和图4可以看出，玉米叶片LWUE的变化趋势与Pn和Tr并不相同，LWUE在玉米生长前期处于较低水平，在生长中后期(吐丝期-灌浆期)升至较高水平，成熟期下降但仍高于生长前期。基于两年试验数据，玉米抽雄期坡中位3样地玉米叶片LWUE均显著高于2和1样地，可见同样布设等高反坡阶措施，坡度较缓的3样地LWUE增幅更大。在吐丝期LWUE达到峰值，2和3样地平均LWUE分别为9.9和10.3 μmol/mmol，较1样地分别提高13.0%和18.6%；玉米灌浆期时LWUE提升幅度达到最大，2样地增幅为35.1%，3样地增幅为47.9%。在玉米整个生长期内，2和3样地的LWUE值均表现出高于1，说明该措施有利于提高LWUE，并且在玉米生长中后期大幅提高叶片的水分利用能力。

V6.拔节期，VT.抽雄期，R1.吐丝期，R2.灌浆期，R6.成熟期。图柱上标不同小写字母表示在同一试验年份、同一玉米生长期内不同坡位之间差异显著(P<0.05)。图4同V6.Jointing stage,VT.Tasseling stage,R1.Silking stage,R2.Filling stage,R6.Matur stage.Different letters indicate significant differences between different slope positions at same maize growth period (P<0.05).The same for Figure 4图3 等高反坡阶措施下不同生长期玉米叶片瞬时水分利用效率的变化特征(2019年)Fig.3 Variation characteristics of leaf water use efficiency of maize with different growth cycles under contour-reverse slopes (2019)

图4 等高反坡阶措施下不同生长期玉米叶片瞬时水分利用效率的变化特征(2020年)Fig.4 Variation characteristics of leaf water use efficiency of maize with different growth cycles under contour-reverse slopes (2020)

采取合理的耕作措施提高土壤含水率，使玉米维持较高的叶片净光合速率和瞬时水分利用效率是促进玉米生长及水分高效利用的重要措施之一。由表3可以看出，布设等高反坡阶措施后，样地2和3的ZPn+LWUE均高于原状坡耕地(样地1)，其中2和3样地的ZPn+LWUE均表现为坡中>坡下>坡上，1样地的ZPn+LWUE表现为坡上>坡中>坡下。

表3 等高反坡阶措施下不同生长期玉米的ZPn+LWUE值Table 3 ZPn+LWUE values of maize at different growth stages under contour-reverse slopes

2.3 等高反坡阶措施下土壤体积含水率的变化特征及其有效性

由图5可以看出，在玉米全生长期土壤体积含水率的变化趋势大致呈倒“V”型，除1样地坡上位土壤体积含水率在玉米吐丝期达到峰值外，其余处理均在玉米抽雄期达到峰值。布设等高反坡阶措施的样地(2和3)坡中位、坡下位土壤体积含水率均显著高于原状坡耕地(1)，其坡上位的土壤体积含水率仅在抽雄期和成熟期高于1样地，但差异不显著。2和3样地土壤体积含水率变化趋势为坡中>坡下>坡上。3块样地坡上位土壤体积含水率相差不大；玉米抽雄期至成熟期，3样地坡中位土壤体积含水率高于其他坡位，分别较坡上位、坡下位平均高30.3%和21.4%；2样地坡中位较坡上位、坡下位平均高27.3%，18.5%。不同样地坡中位、坡下位土壤体积含水率变化趋势基本一致，其中以坡中位土壤体积含水率提高效果最为明显，其他坡位土壤体积含水率消退速率更快。综上可知，布设等高反坡阶措施可以提高土壤体积含水率，从而提高作物光合性能及光合势，进而提高作物产量[32]。

图柱上标不同小写字母表示不同生长期土壤体积含水率差异显著(P<0.05)Different lowercase letters indicate significant difference in soil volumetric water contents among different growing periods (P<0.05)

2.4 等高反坡阶措施下的土壤水分有效性

对不同样地玉米不同生长期各坡位土壤水分有效性进行分析，结果见表4。由表4可知，原状坡耕地土壤水分大多为难效水和中效水(87%)，少部分为无效水(13%)；而布设等高反坡阶措施的样地(2和3)多数为中效水和易效水(90%)，仅有少量难效水(10%)存在，不存在无效水。在抽雄期至吐丝期3块样地土壤水分有效性均为有效水，且2和3样地大多数为易效水，在玉米需水最强的生育期为玉米良好的生长发育提供了保障。在成熟期，2和3样地土壤水分有效性表现为中效水，而1样地为难效水，虽然该时期处于雨季旱季交替阶段，降雨量减少导致有效性下降，但布设等高反坡阶措施可提高玉米生长后期的土壤水分有效性，防止玉米因水分供给不足而过早衰老，这与群体光合势的变化规律一致。由表5可知，1样地土壤水分有效性多为无效水和难效水，偏度为负值；2和3样地多为中效水与易效水，其中3样地平均值为易效水，偏度为正值，说明原状坡耕地土壤水分有效性更偏向无效水和难效水，等高反坡阶样地土壤水分有效性更偏向易效水。

表4 不同样地的土壤水分有效性Table 4 Soil moisture availability under different plots

表5 土壤相对含水量基本参数的估计Table 5 Estimation of relative soil moisture content

根据玉米叶片Pn和LWUE的综合评价值(ZPn+LWUE，y)与土壤相对含水量(RSMC，x)的关系，可以看出ZPn+LWUE与土壤相对含水量之间存在显著的抛物线关系(表6)，在玉米不同生长周期进行土壤相对含水量的阈值划分，得到玉米光合作用下的土壤水分效应等级划分见表7。其中，“产”代表玉米叶片Pn的大小，“效”代表玉米LWUE的大小[33]。由表7可以看出，以原状坡耕地为例，在玉米拔节期，当RSMC小于28.6%时，水分亏缺导致玉米Pn和LWUE很低，属于“低产低效水”；RSMC为28.6%～32.3%时，玉米叶片Pn为其最大值的60%～80%，LWUE仍低于其最大值的60%，此时属于“中产低效水”；RSMC在32.3%～36.5%时，Pn和LWUE均为各自最大值的60%～80%，此时为“中产中效水”；RSMC在36.5%～43.5%时，Pn大于其最大值的80%，LWUE为其最大值的60%～80%，此时为“高产中效水”；RSMC在43.5%～48.7%时，Pn和LWUE均为其最大值的80%以上，此时为“高产高效水”；RSMC大于48.7%时，Pn和LWUE随着RSMC的增加而下降，此时为“中产中效水”。据此也可以得出等高反坡阶样地玉米其他生育期的土壤水分效应等级。

表7 不同样地玉米各生育期的土壤水分效应等级划分Table 7 Classification of soil water effect in different growth stages of maize in different plots

2.5 等高反坡阶措施下玉米叶片瞬时水分利用效率对土壤含水率的响应

由表8可知，综合2019年和2020年2和3样地的各指标平均值，叶片净光合速率(Pn)与光合势(LAD)呈极显著正相关(P<0.01)，与土壤体积含水率(SVWC)呈显著正相关(P<0.05)；叶片瞬时水分利用效率(LWUE)与Pn、LAD呈极显著正相关，与土壤体积含水率呈显著正相关。为探究等高反坡阶措施下玉米水分利用效率对光合指标的直接和间接影响，对LWUE(Y)与净光合速率(X1)、蒸腾速率(X2)、叶片光合势(X3)和土壤体积含水率(X4)进行多元回归分析后，得到方程Y=2.985+0.169X1-0.956X2+0.002X3+0.125X4，说明以上指标是影响玉米叶片瞬时水分利用效率的主要因素。为进一步明确各指标对LWUE影响的差异，本试验进行了通径分析，结果(表9)表明，4个因变量中，Pn对LWUE的直接作用最大，土壤体积含水率次之，叶片光合势的直接效应最小，Tr对LWUE的直接效应呈负值。分析各指标下的间接通径系数，表明土壤体积含水率与叶片光合势通过Pn对LWUE的间接作用较大，其间接系数分别为0.756 2和0.688 7。说明通过布设等高反坡阶措施可以提高土壤体积含水率以及叶片光合势，进而提高Pn，并最终提高作物叶片瞬时水分利用效率。

表8 等高反坡阶措施下玉米叶片瞬时水分利用效率与作物光合指标的相关性Table 8 Correlation analysis of leaf water use efficiency and crop photosynthetic index under contour-reverse slopes

表9 等高反坡阶措施下玉米作物水分利用效率与光合指标的通径系数Table 9 Path coefficients of LWUE and photosynthetic index of maize under contour-reverse slopes

3 讨 论

叶片光合势(LAD)既能反映作物群体叶面积大小及持续时间，也能指示作物冠层结构与作物生长发育状况，其大小可直接反映叶片的光合能力[34]。良好的光合作用是作物增产的重要途径之一，高效的LAD可以改善光合性能。本研究结果表明，等高反坡阶措施可以显著提高坡耕地玉米叶片的光合势，且在玉米生育后期叶片衰老时LAD降幅减缓，使叶面积维持在较高水平，提高玉米群体的光合性能。水分是影响作物水分利用效率的重要因素，水分胁迫会影响作物正常的生理状态与代谢，但玉米本身的需水规律决定了其在不同生育期的需水量也不同。前人的大量研究表明，玉米最为敏感的需水关键期在抽雄期至灌浆期[35]，在此期间，作物LWUE受土壤水分变化的影响最为显著。本研究发现，等高反坡阶措施可以明显提高玉米需水关键期的土壤水分，保证玉米的正常生长发育，达到作物高产的目的。胡敏杰等[36]研究表明，在玉米需水关键期，土壤含水率低可使玉米叶片的生长受到明显抑制。本研究中，反坡阶措施可提高玉米需水期的土壤水分，其中以坡中位的促进效果最为显著，这也与该坡位玉米LAD最大的情况相符。

2019年玉米平均Pn、叶片光合势、叶片瞬时水分利用效率整体小于2020年，这是由于2020年玉米生育前期降雨量大且集中，造成淹水情况，导致作物光合特性下降，这与前人研究滴灌量过多的结果[37]一致。前人研究表明，通过改变播种方式[38]、耕作方式[39]、种植密度[40]和覆膜[41]等措施均对作物光合特性有显著提高作用。本研究结果表明，布设等高反坡阶措施对玉米叶片光合特性、作物水分利用效率具有改善作用，该措施可以显著提高玉米生育中后期叶片的净光合速率。前人研究指出，蒸腾效率对土壤水分变化的影响较光照变化更为敏感，若蒸腾速率提高幅度小于净光合速率的升幅，会导致叶片水分利用效率显著提高[35]。前人研究指出，通过改善玉米灌浆期光合特性可促进作物花后干物质积累[15]。本研究结果表明，在玉米生育后期(灌浆期、乳熟期)，采用等高反坡阶措施可以显著提高玉米叶片的光合特性，增加干物质积累，进而有利于玉米灌浆[42]。

坡耕地水土保持耕作措施是为了防止水土流失，改善土壤理化环境，提高作物光合特性以利于作物生长，进而保证农作物稳产高产。马丽等[31]研究表明，在北方平原地区，通过垄作措施可以改善玉米的立地条件，提高土壤表面积，改善玉米群体的透光条件，提高作物群体光合势，进而提高玉米光合特性，促进光合产物的积累。本试验在西南坡耕地地区，通过布设等高反坡阶措施，在坡上、中、下3个坡位进行玉米种植，结果表明，该措施可以提高玉米叶片净光合速率、叶片水分利用效率，促进光合产物的合成。在西南地区，垄作耕作模式(平地耕作)可以显著提高土壤水分(10.0%)、土壤有机质含量以及氮磷钾含量，缓解夏季季节性高温对玉米后期生长的伤害，垄作后玉米光合特性较普通耕地显著提高，从而提高叶片瞬时水分利用效率[34]；采用等高反坡阶措施对土壤水分有明显的提高效果，其中坡上、坡中和坡下的提高幅度分别为13.5%，23.9%和18.7%[43]。与垄作措施类似，反坡阶措施可以增大土壤与雨水的接触面积，减少降雨径流量，当降雨较小时，该措施可将径流全部拦蓄在反坡内，并入渗至土壤下层；降雨较大时，只有径流量超过反坡的拦蓄量与入渗量之和时，径流方可流入下一反坡[26]。闫腾云等[44]研究指出，等高反坡阶通过增加作物蒸腾，减少土壤蒸发，相对原状坡耕地可以增加作物生育前期的供水量，促使作物更早进入发育期，延长玉米的结实时间。这与本试验结果一致。

4 结 论

1)等高反坡阶措施可以有效提高玉米叶片光合势(LAD)，增幅在4.2%～21.4%，并延缓叶片衰老；其中样地坡中位对LAD的促进幅度最大，平均增幅为19.3%；布设等高反坡阶措施可以提高土壤水分，平均增幅为24.4%,并改善玉米叶片光合特性，叶片净光合速率平均增幅达24.9%，叶片瞬时水分利用效率平均提高34.2%。该措施下玉米叶片净光合速率和叶片瞬时水分利用效率的综合评价值高于原状坡耕地，等高反坡阶样地内呈现为坡中>坡下>坡上；原状坡耕地样地内呈现为坡上>坡中>坡下。

2)对原状坡耕地样地和等高反坡阶样地进行土壤水分效应阈值划分以及土壤水分有效性界定，发现不同生长期下玉米叶片净光合速率和叶片瞬时水分利用效率的最高值对应的土壤相对含水量不同；等高反坡阶措施能提高土壤水分有效性，增加了中效水和易效水的占比(90%)，在不同生长期为玉米提供高产中效水、高产高效水，为玉米生长提供了保障。

3)本研究还发现，玉米叶片瞬时水分利用效率与叶片净光合速率、叶片光合势呈极显著正相关关系(P<0.01)，与土壤体积含水率呈显著正相关关系(P<0.05)。通径分析表明：布设等高反坡阶后，对玉米叶片瞬时水分利用效率直接效应系数较大的是叶片净光合速率和土壤体积含水率，说明叶片净光合速率和土壤体积含水率对玉米叶片瞬时水分利用效率起主导作用，而等高反坡阶措施通过提高叶片净光合速率和土壤体积含水率，进而获得较高的叶片瞬时水分利用效率。