不同種植方式的農(nóng)田水分利用及產(chǎn)量形成機(jī)制研究.pdf

1、試驗(yàn)于2011-2012、2012-2013冬小麥生長(zhǎng)季節(jié)和2011、2012、2013夏玉米生長(zhǎng)季節(jié)，在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站(36°09′N(xiāo)，117°09′E)進(jìn)行。冬小麥（濟(jì)麥22）試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，水分條件分別為0、90和180 mm，灌溉時(shí)期分別為拔節(jié)(GS34)、抽穗(GS48)和灌漿期(GS70)，種植方式分別為單-單(SS)、大小行(WN)、單-雙(SD)、雙-雙(DD);冬小麥在水分池進(jìn)行，小區(qū)面積為3m×3m，種植密

2、度為200×104/hm2。夏玉米（魯玉14）試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，5種株行距分別為:40 cm×40 cm(RS40)、32 cm×50 cm(RS50)、27 cm×60 cm(RS60)、23 cm×70 cm(RS70)和20 cm×80 cm(RS80);夏玉米在大田進(jìn)行，小區(qū)面積為4m×4m。播種密度為62500株/hm2。上述試驗(yàn)均為3次重復(fù)。
　　本試驗(yàn)通過(guò)種植方式和灌溉（雨養(yǎng)）構(gòu)建不同農(nóng)田小生境，測(cè)定作物群體變化

3、、產(chǎn)量構(gòu)成因素、農(nóng)田小氣候、土壤水分特征、植株水信號(hào)等，分析不同農(nóng)田小生境下土壤水分特征與作物水信號(hào)、作物生長(zhǎng)與農(nóng)田小氣候的關(guān)系，明確作物植株水信號(hào)對(duì)不同種植方式與灌溉（雨養(yǎng)）的響應(yīng)特點(diǎn)，深化對(duì)作物群體水分利用過(guò)程的認(rèn)識(shí)，為復(fù)雜農(nóng)田生境的水分利用與產(chǎn)量形成機(jī)制提供必要的理論參數(shù)。
　　1.冬小麥部分
　　1.1.冬小麥農(nóng)田小生境變化
　　土壤溫度的日變化與空氣溫度日變化規(guī)律一致，但有一定的滯后效應(yīng)。在0、90、180

4、mm條件下土壤日均溫度分別是20.7、19.7、19.4℃，90 mm處理比0mm處理和180mm處理比90 mm處理分別低6.8％和4.1％。土壤溫度隨土壤深度的增加而降低。SD和DD種植方式有利于降低土壤溫度。不同種植方式蒸發(fā)強(qiáng)度平均值順序?yàn)镾S＞W(wǎng)N＞SD＞DD，表明土壤溫度較高的蒸發(fā)強(qiáng)度大。隨灌溉量增加相對(duì)濕度有提高趨勢(shì)。
　　隨生育進(jìn)程推進(jìn)PAR截獲率下降，GS39、GS49、GS71的PAR截獲率分別為89.8％、87

5、.4％、81.8％，GS71明顯低于GS39和GS49。0、90、180 mm條件下的PAR截獲率分別為70.6％、79.2％、82.3％，SD和DD在光能截獲方面表現(xiàn)一定的優(yōu)勢(shì)。
　　1.2.冬小麥水信號(hào)變化
　　冬小麥生長(zhǎng)季節(jié)，0、90、180 mm處理的水勢(shì)均值分別為-1.58、-1.50、-1.46 MPa，水勢(shì)隨灌水量增加而增加。SS、WN、SD和DD種植方式的水勢(shì)均值分別是-1.55、-1.52、-1.53和-1

6、.49 MPa，表明DD能提高冬小麥水勢(shì)。水勢(shì)一天中的日均值與時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，且隨生育進(jìn)程推進(jìn)有下降趨勢(shì)。SS的滲透勢(shì)最低，為-1.52 MPa。
　　葉片相對(duì)含水量與生育階段呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為r=-0.9926(P=0.0008)。0、90、180 mm處理的葉片相對(duì)含水量和土壤含水量分別是84.8％、85.7％、86.3％和22.5％、25.2％、29.0％，隨灌溉量增加而提高;ABA含量分別是24.0、23.9、23.7 n

7、g/g; SS、WN、SD、DD的ABA含量和土壤含水量分別為25.3、24.6、23.0、22.4 ng/g和22.9％、23.2％、23.1％、23.4％。表明灌溉和DD種植方式可提高土壤含水量、降低ABA含量，減輕水分脅迫。
　　1.3冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育及光合特性
　　0、90、180 mm處理干物質(zhì)增長(zhǎng)速率均值分別為19.5、22.4、23.1 g/d/m2，根系密度分別為8.7×10-3、9.3×10-3、8.7×10

8、-3，Pn分別為17.6、21.5、23.1μmol CO2/m2/s，CCI、Fv/Fm分別為39.5、39.3、38.5，0.796、0.797、0.802; SS、WN、SD、DD的根系密度和鮮根干重分別為8.3×10-3、8.2×10-3、8.8×10-3、10.3×10-3和1.085、1.114、1.320、1.455 mg/cm3, CCI分別為38.4、39.6、39.1、39.2。
　　SD和DD的LAI均值比S

9、S和WN高11.8％。灌溉處理間的Pn變異系數(shù)(C·V)為14.2％，種植方式間的變異系數(shù)為3.6％，水分條件對(duì)Pn的影響程度高于種植方式;灌溉可以提高LAI、Pn、 Fv/Fm，但CCI降低。結(jié)果表明，SD和DD可以提高CCI、促進(jìn)根系生長(zhǎng)。
　　1.4.冬小麥產(chǎn)量與水分利用效率
　　土壤貯水量與生育進(jìn)程呈顯著負(fù)線(xiàn)性相關(guān)(P＜0.05)。0、90、180 mm處理的土壤貯水量分別為288.2、296.8、314.9mm，種

10、植方式間無(wú)顯著差異。
　　0、90、180 mm處理，蒸散量分別為335、418、475 mm，產(chǎn)量分別為617、766、791 g/m2，WUE分別為1.92、1.88、1.68 g/m2/mm，RUE分別為0.83％、1.01％、1.07％;SS、WN、SD、DD蒸散量分別為397、421、404、415 mm，產(chǎn)量分別為694、708、745、751 g/m2，WUE分別為1.83、1.72、1.90、1.86 g/m2/m

11、m，RUE分別為0.92％、0.95％、0.99％、1.01％;不同種植方式的產(chǎn)量與蒸散量均符合一元二次回歸關(guān)系，達(dá)顯著相關(guān)(P＜0.01)。
　　灌溉顯著增加了單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和干物質(zhì)重;DD的單位面積穗數(shù)顯著高于SS(P＜0.05)，WN和SD高于SS; DD和SD的穗粒數(shù)顯著高于SS; SS、WN、SD、 DD的干物質(zhì)重依次提高，SD和DD顯著高于SS(P＜0.05)。灌溉后或SD和DD種植方式能提高株高、穗長(zhǎng)和小穗數(shù)，

12、降低不孕小穗數(shù)，灌溉顯著增加蒸散量和降低WUE、提高產(chǎn)量和RUE。
　　1.5.冬小麥產(chǎn)量與水信號(hào)及光合指標(biāo)的關(guān)系
　　0mm條件下，ABA含量與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，蒸發(fā)強(qiáng)度與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，其它水信號(hào)指標(biāo)與產(chǎn)量均呈正相關(guān)。90 mm條件下，土壤含水量與水勢(shì)呈極顯著正相關(guān)，水勢(shì)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，ABA含量與產(chǎn)量負(fù)相關(guān)性達(dá)顯著水平(P＜0.05)。180 mm條件下，各因素間相關(guān)性規(guī)律不明顯。
　　0mm條件下，溫度較高可

13、能抑制冬小麥產(chǎn)量，其它光合特性指標(biāo)與產(chǎn)量均呈正相關(guān)。90 mm條件下，產(chǎn)量與Fv/Fm呈負(fù)相關(guān)性。180 mm條件下，產(chǎn)量與LAI、鮮根于重呈極顯著正相關(guān)。隨灌溉量增加產(chǎn)量與根系生長(zhǎng)狀況相關(guān)性越顯著，與LAI相關(guān)性達(dá)極顯著水平，與Pn、CCI相關(guān)性逐步下降。因此，產(chǎn)量變化是通過(guò)多指標(biāo)（水信號(hào)和光合特性）共同表現(xiàn)的。
　　2.夏玉米部分
　　2.1.夏玉米農(nóng)田生境變化
　　土壤溫度隨生育階段推進(jìn)逐步下降，與大氣溫度變化一

14、致。RS40、RS50、RS60、RS70、RS80，0-15 cm土壤溫度分別為24.7、25.1、25.2、25.3、25.3℃。PAR截獲率，V6階段最低，R0-R3階段較高，R4階段明顯下降;R0-R4的PAR總截獲率為84.1％，上層(＞100 cm)為66.6％，下層(0-100 cm)為17.6％，上層占比為79.1％;總截獲率較高、特別是上層(＞100 cm)占總截獲率較高，有利于產(chǎn)量形成。RS40、RS50、RS60、

15、RS70、RS80的PAR截獲率分別為85.6％、86.0％、85.1％、83.3％、80.8％，表明隨行距加大光浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。
　　2.2.夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育及光合特性
　　V6-R4階段，RS40、RS50、RS60、RS70、RS80的Pn和CCI分別為29.9、31.0、32.1、31.3、28.8μmol CO2/m2/s和43.0、44.4、41.9、41.7、41.0。Fv/Fm順序?yàn)镽S40=RS50＞RS60＞

16、RS70＞RS80，RS40和RS50的Fv/Fm均值比RS70和RS80的均值高1.3％。
　　過(guò)寬行距(RS80)或降雨較少都會(huì)降低LAI。RS40、RS50、RS60處理更有利于干物質(zhì)積累。RS40、RS50、RS60、RS70、RS80的根系密度2年均值分別為11.7、11.9、13.2、11.5、10.5×10-3, RS60比RS80高25.7％。
　　2.3.夏玉米水分指標(biāo)變化
　　RS40、RS50、R

17、S60、RS70、RS80處理的水勢(shì)均值分別為-1.36、-1.39、-1.42、-1.50、-1.49 MPa，RS40和RS50的均值比RS70和RS80的均值高8.8％，相對(duì)窄行距處理有利于提高水勢(shì)。行距對(duì)葉片相對(duì)含水量和土壤含水量沒(méi)有顯著影響(P＞0.05)。土壤貯水量與生育階段呈現(xiàn)顯著的回歸關(guān)系，回歸方程為y=-11.682x2+72.971x+241.03，R2=0.4798(P=0.009)。
　　2.4.夏玉米水分

18、利用效率與產(chǎn)量構(gòu)成
　　RS40、RS50、RS60、RS70、RS80的WUE和RUE分別為24.2、24.8、23.2、22.0、21.6 kg/ha/mm和1.68％、1.67％、1.54％、1.56％、1.56％，RS40和RS50的WUE顯著高于其它處理，RS50的RUE顯著高于RS80(P＜0.05)。
　　行距處理對(duì)單粒重沒(méi)有顯著影響，RS40、RS50處理的單株粒數(shù)顯著高于RS80處理，均值比RS70和RS8

19、0處理的均值高9.6％，產(chǎn)量順序?yàn)镽S50＞RS40＞RS60＞RS70＞ RS80，因此，單株粒數(shù)是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。RS60處理的干物質(zhì)重顯著低于RS40處理，但收獲指數(shù)比RS80處理高7.1％，表明RS60處理有利于光合產(chǎn)物向籽粒分配。
　　2.5.夏玉米產(chǎn)量與水信號(hào)及光合指標(biāo)的關(guān)系
　　行距與產(chǎn)量有顯著負(fù)相關(guān)、與水勢(shì)有極顯著負(fù)相關(guān)，隨行距加大水勢(shì)下降;土壤水分蒸散量與土壤含水量有顯著正相關(guān)，表明土壤含水量增加提高了

20、蒸散量;產(chǎn)量與相對(duì)含水量、水勢(shì)與相對(duì)含水量均呈正相關(guān)，表明較高的水勢(shì)和土壤含水量有利于產(chǎn)量提高。
　　行距與土壤溫度呈正相關(guān)，與其它光合指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)，土壤溫度提高僅對(duì)Pn有促進(jìn)作用，對(duì)其它光合指標(biāo)及產(chǎn)量均為負(fù)面效應(yīng)，綜合改善CCI、LAI、Fv/Fm、 Pn有利于提高產(chǎn)量。
　　綜上所述，行距布局科學(xué)可提高光截獲和優(yōu)化光分布，株間距合理有利于個(gè)體健壯和根系發(fā)育，地上與地下部分的協(xié)調(diào)促進(jìn)群體生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量。結(jié)果表明，冬小麥0