種植方式和灌溉對(duì)冬小麥-夏玉米光能和水分利用率的影響.pdf

1、華北平原主要以冬小麥和夏玉米為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作物，是國(guó)家三大產(chǎn)量區(qū)之一，不合理的施氮量和灌溉不但造成農(nóng)業(yè)成本高消耗，還可能引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和地下水匱乏。本文通過(guò)種植方式、施氮量和灌溉構(gòu)建不同群體分布，探討對(duì)作物的光信號(hào)、水信號(hào)、光能利用率、水分利用率和產(chǎn)量的影響，為當(dāng)?shù)氐视昧亢图竟?jié)性干旱問(wèn)題提出新對(duì)策，最終在生產(chǎn)實(shí)踐中為農(nóng)業(yè)人員合理灌溉和施氮肥提供理論基礎(chǔ)。
　　本試驗(yàn)于2014、2015夏玉米生長(zhǎng)季節(jié)和2015-2016冬小麥生長(zhǎng)

2、季節(jié)，在冬小麥和夏玉米生長(zhǎng)區(qū)—山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站（36°09′N,117°09′E）進(jìn)行。夏玉米試驗(yàn)為人工收獲冬小麥后免耕播種夏玉米（鄭單958），種植密度為62500株/hm2，小區(qū)面積為3 m×3 m。種植方式：前茬冬小麥30 cm等行距種植方式改為夏玉米50cm（P50）和60 cm（P60）行距，“20+40”溝播改為60 cm壟作（ L60）；前茬施氮量：純氮112.5 kg/hm2（N1）和225 kg/hm2（N2），

3、生育期間雨養(yǎng)不施肥。冬小麥試驗(yàn)以“濟(jì)麥22號(hào)”為供試品種，密度為200×104株/hm2，小區(qū)面積為3 m×3 m。3種灌溉處理為主處理：在拔節(jié)期和抽穗期每次分別灌溉50 mm，總灌溉量為100 mm（W1）；在拔節(jié)期一次性灌溉100 mm（W2）；在拔節(jié)期和抽穗期每次分別灌溉100 mm，總灌溉量為200 mm（W3）。3種種植方式為副處理：30cm等行距平作（U），“20+40”c m溝播（F），20 cm平作雙-雙行（DD）。以上

4、試驗(yàn)中每個(gè)處理均有3次重復(fù)。主要研究結(jié)果如下：
　　1夏玉米部分
　　1.1冠層光合有效輻射
　　N1、N2的PAR截獲率分別為73.8和76.3％，N2的PAR截獲率顯著高于N1（P<0.05），N1的PAR反射率和透射率分別比N2高4%和8.9%。L60和P60的PAR截獲率分別77.1和73.0%，有顯著差異（P<0.05），P60 PAR反射率和透射率比L60高2.8%和14.9%。N2條件下，P60和P50的

5、PAR截獲率和反射率分別為74.3、74.1%和2.5、2.4%，P50的PAR透射率顯著高于P60（P<0.05）。
　　1.2光合特性
　　與P60相比，L60整個(gè)生育期內(nèi)維持較高的CCI、LAI和P n，且在R2-R4， L60和P60的 CCI和 LAI降低幅度分別為34.8%、36.6%和48.1%、48.7%。N2和壟作提高CCI和LAI，利于P n的增加，尤其生育后期，減緩CCI和 LAI降低幅度，延長(zhǎng)葉片功能

6、期。N2條件下，P60的CCI、LAI和Pn均高于P50。
　　1.3水分信號(hào)
　　N1、N2生育期內(nèi)水勢(shì)均值分別為-1.52和-1.58 MPa，有顯著差異（P<0.05）。在R0、R3和R4，N1葉片水勢(shì)顯著高于N2（P<0.05）。L60的葉片相對(duì)含水量、葉片水勢(shì)顯著高于 P60（P<0.05），L60土壤含水量在0-40、0-120cm和土壤貯水量分別比P60提高3.6、2.0%和2.0%。
　　1.4光能利用

7、率和水分利用率
　　L60光能利用率顯著高于P60（P<0.05）， L60水分利用率較P60提高6.1%（P>0.05）。產(chǎn)量與水分利用率呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與光能利用率無(wú)顯著正相關(guān)（P>0.05），PAR截獲率與光能利用率呈正相關(guān)。水分利用率與蒸散量無(wú)顯著正相關(guān)（P>0.05）。表明壟作使夏玉米群體形成合理的郁閉冠層，提高光能利用率，減少夏玉米蒸散量，提高水分利用率，有利于較高產(chǎn)量的形成。
　　1.5產(chǎn)量及產(chǎn)

8、量構(gòu)成
　　N2較 N1提高9%（單株粒數(shù)）、5.5%（莖粗）、2.3%（穗粗）和7.1%（穗長(zhǎng)）、11.9%（收獲指數(shù)）、13%（產(chǎn)量）（P<0.05）。L60較 P60提高5.9%（單株粒數(shù)）、7.1%（產(chǎn)量）和5.4%（收獲指數(shù)）（ P<0.05），3.2%（株高）、1.9%（莖粗）、4.7%（穗長(zhǎng)）、1.7%（穗粗）和5.4%（行粒數(shù)）（P>0.05）。P60單株粒數(shù)、穗長(zhǎng)和收獲指數(shù)顯著高于P50（P<0.05）。

9、　　2冬小麥部分
　　2.1群體發(fā)育動(dòng)態(tài)
　　DD種植方式提高生育前期莖蘗數(shù)，生育后期降低幅度較大，F(xiàn)種植方式降低幅度較小，利于生育后期維持較高有效莖蘗數(shù)，利于提高產(chǎn)量。F種植方式維持較高的LAI，減緩生育后期 LAI降低幅度。冬小麥莖蘗數(shù)和 LAI均有隨灌溉量的增加而增加，并減緩LAI降低幅度的趨勢(shì)，相同灌溉量下，隨灌溉次數(shù)的增加。
　　2.2冠層光合有效輻射
　　冠層光合有效輻射分布比例為截獲率>透射率>反射

10、率。F種植方式顯著提高 PAR截獲率和反射率，降低透射率。PAR截獲率有隨灌溉量的增加而增加，相同灌溉量下，隨灌溉次數(shù)增加而增加的趨勢(shì)，透射率趨勢(shì)與之相反。0-40 cm層次的 PAR截獲率高于>40 cm層次的PAR截獲率。F種植方式顯著提高0-40 cm和>40 cm的PAR截獲率。增加灌溉量提高>40 cm層次的PAR截獲率，降低0-40 cm層次的PAR截獲率，0-40 cm和>40 cm層次的PAR截獲率均隨灌溉次數(shù)的增加而降

11、低。
　　2.3光合生理指標(biāo)的測(cè)定
　　F種植方式顯著提高 CCI、Pn、Tr，減緩 CCI和 Pn生育后期的降低幅度。增加灌溉量顯著提高植株的 CCI、Pn和 Tr，減緩生育后期 CCI和 Pn的降低幅度，相同灌溉量下，增加灌溉次數(shù)提高植株 CCI、Pn和 Tr，減緩生育后期 CCI和 Pn的降低幅度，延長(zhǎng)葉片的綠葉功能期，利于產(chǎn)量的提高。
　　2.4農(nóng)田小生境指標(biāo)
　　DD種植方式顯著降低地上5和50cm空氣

12、溫度，提高空氣相對(duì)濕度。F種植方式降低0、5、10、15cm土層的土壤溫度。地上5、50cm和地下0-15cm溫度均有隨灌溉量的增加而降低，相同灌溉量下，隨灌溉次數(shù)增加而降低的趨勢(shì)，5和50cm空氣相對(duì)濕度趨勢(shì)與之相反。
　　2.5產(chǎn)量與光能利用率和水分利用率
　　F種植方式不僅能夠顯著提高各器官干物質(zhì)積累，而且合理地調(diào)節(jié)各器官的分配比例，并提高光能利用率、水分利用率、產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)，無(wú)效小穗數(shù)降低。隨灌溉量的增加，

13、光能利用率、水分利用率、產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)，無(wú)效小穗數(shù)降低，相同灌溉量下，隨灌溉次數(shù)的增加
　　華北平原主要以冬小麥和夏玉米為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作物，是國(guó)家三大產(chǎn)量區(qū)之一，不合理的施氮量和灌溉不但造成農(nóng)業(yè)成本高消耗，還可能引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和地下水匱乏。本文通過(guò)種植方式、施氮量和灌溉構(gòu)建不同群體分布，探討對(duì)作物的光信號(hào)、水信號(hào)、光能利用率、水分利用率和產(chǎn)量的影響，為當(dāng)?shù)氐视昧亢图竟?jié)性干旱問(wèn)題提出新對(duì)策，最終在生產(chǎn)實(shí)踐中為農(nóng)業(yè)人員合理灌

14、溉和施氮肥提供理論基礎(chǔ)。
　　本試驗(yàn)于2014、2015夏玉米生長(zhǎng)季節(jié)和2015-2016冬小麥生長(zhǎng)季節(jié)，在冬小麥和夏玉米生長(zhǎng)區(qū)—山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站（36°09′N,117°09′E）進(jìn)行。夏玉米試驗(yàn)為人工收獲冬小麥后免耕播種夏玉米（鄭單958），種植密度為62500株/hm2，小區(qū)面積為3 m×3 m。種植方式：前茬冬小麥30 cm等行距種植方式改為夏玉米50cm（P50）和60 cm（P60）行距，“20+40”溝播改為6

15、0 cm壟作（ L60）；前茬施氮量：純氮112.5 kg/hm2（N1）和225 kg/hm2（N2），生育期間雨養(yǎng)不施肥。冬小麥試驗(yàn)以“濟(jì)麥22號(hào)”為供試品種，密度為200×104株/hm2，小區(qū)面積為3 m×3 m。3種灌溉處理為主處理：在拔節(jié)期和抽穗期每次分別灌溉50 mm，總灌溉量為100 mm（W1）；在拔節(jié)期一次性灌溉100 mm（W2）；在拔節(jié)期和抽穗期每次分別灌溉100 mm，總灌溉量為200 mm（W3）。3種種植方

16、式為副處理：30cm等行距平作（U），“20+40”c m溝播（F），20 cm平作雙-雙行（DD）。以上試驗(yàn)中每個(gè)處理均有3次重復(fù)。主要研究結(jié)果如下：
　　1夏玉米部分
　　1.1冠層光合有效輻射
　　N1、N2的PAR截獲率分別為73.8和76.3%，N2的PAR截獲率顯著高于N1（P<0.05），N1的PAR反射率和透射率分別比N2高4%和8.9%。L60和P60的PAR截獲率分別77.1和73.0%，有顯著差異

17、（P<0.05），P60 PAR反射率和透射率比L60高2.8%和14.9%。N2條件下，P60和P50的PAR截獲率和反射率分別為74.3、74.1%和2.5、2.4%，P50的PAR透射率顯著高于P60（P<0.05）。
　　1.2光合特性
　　與P60相比，L60整個(gè)生育期內(nèi)維持較高的CCI、LAI和P n，且在R2-R4， L60和P60的 CCI和 LAI降低幅度分別為34.8%、36.6%和48.1%、48.7%

18、。N2和壟作提高CCI和LAI，利于P n的增加，尤其生育后期，減緩CCI和 LAI降低幅度，延長(zhǎng)葉片功能期。N2條件下，P60的CCI、LAI和Pn均高于P50。
　　1.3水分信號(hào)
　　N1、N2生育期內(nèi)水勢(shì)均值分別為-1.52和-1.58 MPa，有顯著差異（P<0.05）。在R0、R3和R4，N1葉片水勢(shì)顯著高于N2（P<0.05）。L60的葉片相對(duì)含水量、葉片水勢(shì)顯著高于 P60（P<0.05），L60土壤含水量在

19、0-40、0-120cm和土壤貯水量分別比P60提高3.6、2.0%和2.0%。
　　1.4光能利用率和水分利用率
　　L60光能利用率顯著高于P60（P<0.05）， L60水分利用率較P60提高6.1%（P>0.05）。產(chǎn)量與水分利用率呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與光能利用率無(wú)顯著正相關(guān)（P>0.05），PAR截獲率與光能利用率呈正相關(guān)。水分利用率與蒸散量無(wú)顯著正相關(guān)（P>0.05）。表明壟作使夏玉米群體形成合理的郁

20、閉冠層，提高光能利用率，減少夏玉米蒸散量，提高水分利用率，有利于較高產(chǎn)量的形成。
　　1.5產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成
　　N2較 N1提高9%（單株粒數(shù)）、5.5%（莖粗）、2.3%（穗粗）和7.1%（穗長(zhǎng)）、11.9%（收獲指數(shù)）、13%（產(chǎn)量）（P<0.05）。L60較 P60提高5.9%（單株粒數(shù)）、7.1%（產(chǎn)量）和5.4%（收獲指數(shù)）（ P<0.05），3.2%（株高）、1.9%（莖粗）、4.7%（穗長(zhǎng)）、1.7%（穗粗）和

21、5.4%（行粒數(shù)）（P>0.05）。P60單株粒數(shù)、穗長(zhǎng)和收獲指數(shù)顯著高于P50（P<0.05）。
　　2冬小麥部分
　　2.1群體發(fā)育動(dòng)態(tài)
　　DD種植方式提高生育前期莖蘗數(shù)，生育后期降低幅度較大，F(xiàn)種植方式降低幅度較小，利于生育后期維持較高有效莖蘗數(shù)，利于提高產(chǎn)量。F種植方式維持較高的LAI，減緩生育后期 LAI降低幅度。冬小麥莖蘗數(shù)和 LAI均有隨灌溉量的增加而增加，并減緩LAI降低幅度的趨勢(shì)，相同灌溉量下，隨灌

22、溉次數(shù)的增加。
　　2.2冠層光合有效輻射
　　冠層光合有效輻射分布比例為截獲率>透射率>反射率。F種植方式顯著提高 PAR截獲率和反射率，降低透射率。PAR截獲率有隨灌溉量的增加而增加，相同灌溉量下，隨灌溉次數(shù)增加而增加的趨勢(shì)，透射率趨勢(shì)與之相反。0-40 cm層次的 PAR截獲率高于>40 cm層次的PAR截獲率。F種植方式顯著提高0-40 cm和>40 cm的PAR截獲率。增加灌溉量提高>40 cm層次的PAR截獲率，

23、降低0-40 cm層次的PAR截獲率，0-40 cm和>40 cm層次的PAR截獲率均隨灌溉次數(shù)的增加而降低。
　　2.3光合生理指標(biāo)的測(cè)定
　　F種植方式顯著提高 CCI、Pn、Tr，減緩 CCI和 Pn生育后期的降低幅度。增加灌溉量顯著提高植株的 CCI、Pn和 Tr，減緩生育后期 CCI和 Pn的降低幅度，相同灌溉量下，增加灌溉次數(shù)提高植株 CCI、Pn和 Tr，減緩生育后期 CCI和 Pn的降低幅度，延長(zhǎng)葉片的綠葉功

24、能期，利于產(chǎn)量的提高。
　　2.4農(nóng)田小生境指標(biāo)
　　DD種植方式顯著降低地上5和50cm空氣溫度，提高空氣相對(duì)濕度。F種植方式降低0、5、10、15cm土層的土壤溫度。地上5、50cm和地下0-15cm溫度均有隨灌溉量的增加而降低，相同灌溉量下，隨灌溉次數(shù)增加而降低的趨勢(shì)，5和50cm空氣相對(duì)濕度趨勢(shì)與之相反。
　　2.5產(chǎn)量與光能利用率和水分利用率
　　F種植方式不僅能夠顯著提高各器官干物質(zhì)積累，而且合理地調(diào)