干旱灌區(qū)制種玉米水肥耦合效應(yīng)的研究

分類號密級UDC單位代碼10733甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文干旱灌區(qū)制種玉米水肥耦合效應(yīng)的研究StudiesontheCouplingEffectsofWater-FertilizerofSeedMaizeintheAridIrrigationArea指導(dǎo)教師姓名（學(xué)位名稱專業(yè)方向作物論文答辯日期學(xué)位授予日期答辯委員會主席評閱人2015年10月目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 文獻(xiàn)綜述引言干旱作為一個世界性難題，嚴(yán)重制約著干旱半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展。利用有限的水資源發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是目前人類社會必須要面臨的一個嚴(yán)峻的問題。因此，發(fā)展科學(xué)灌溉技術(shù)，不斷提高灌區(qū)單產(chǎn)水平成為各國旱作農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。全球淡水資源總量僅占地球水資源總量的2.5%，而人類可利用的淡水資源約占地球總水量的0.26%。淡水資源不僅總量少，而且在地區(qū)間分布極不平衡。巴西、俄羅斯、加拿大、中國、美國、印度尼西亞、印度、哥倫比亞和剛果等9個國家擁有的淡水資源占世界淡水資源的60%，相對應(yīng)的是全球至少有80個國家屬于干旱半干旱國家，約40％的世界人口嚴(yán)重缺水，其中26個國家的3億人口完全生活在缺水狀態(tài)（石虹，2002）。我國水資源整體上短缺，屬于資源性缺水國家。多年平均降水總量約6.188萬m3，年水資源總量為2.81萬億m3，居世界第六位，人均水資源量約2200m3，僅為世界平均值的1/4，每公頃土地平均占有水資源19500m3，只有世界平均水平的一半（許迪，2002）。西北地區(qū)多年平均水資源量為1635億m3，僅占全國總量的5.84%。2000年西北地區(qū)人均水資源占有量1781m3，為全國當(dāng)年人均水資源量的80.5%，成為嚴(yán)重的缺水地區(qū)。全區(qū)總用水量817億m3，其中農(nóng)業(yè)用水占89.3%，耗水總量547億m3，農(nóng)業(yè)耗水率為62.8%（劉賢趙，2005）。甘肅河西內(nèi)陸河灌區(qū)是西北干旱灌區(qū)的主要組成部分，可利用水資源量為67.36億m3。其中，石羊河流域17.19億m3，黑河流域31.82億m3，疏勒河流域18.35億m3。這一地區(qū)人均水資源1444.6m3，不足全國人均水資源的2/3，僅為世界人均水資源的1/6，其中嚴(yán)重缺水的石羊河流域人均水資源為全國人均水資源的1/3。河西地區(qū)每公頃土地平均占有水資源7785m3，為全國的1/3、世界的1/4，其中石羊河流域每公頃平均占有量為全國的1/5（李世明，2002）。2007年，河西地區(qū)農(nóng)業(yè)用水占總用水的90%，農(nóng)業(yè)耗水占總耗水的92%，農(nóng)業(yè)年均缺水5.9億m3。以河西地區(qū)的張掖市為例，預(yù)計到2020年，農(nóng)業(yè)缺水量將達(dá)到6.81億m3，水資源缺口則會達(dá)到22.6%。1.1有限灌溉條件下作物-水分關(guān)系有限灌溉即非充分灌溉或虧缺灌溉，通過對限水灌溉的有效性研究后發(fā)展形成了調(diào)虧灌溉理論和控制性交潛灌溉的概念和方法。充分灌溉是按照傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)作物要求的灌水定額和灌溉定額進(jìn)行的，即每次灌水都使作物根系土壤水分充足、灌足，符合“及時足量”的傳統(tǒng)要求，其主要目標(biāo)是獲得作物的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，并以控制土壤濕度為約束條件。以目前應(yīng)用最廣泛的彭曼公式而言，計算需水量就是在土壤水分充足條件下，討論各種大氣因素與需水量之間的關(guān)系，普遍沿用的灌溉制度及灌溉管理軟件等也是以充分灌溉為前提。在這種充分灌溉理論的支配下，增加了作物的蒸騰水量，造成了一些不必要的棵間蒸發(fā)、地表徑流和深層滲漏損失。近代水分生理學(xué)的研究認(rèn)為，適當(dāng)?shù)馗蓾窠惶鎸τ诖龠M(jìn)群體的高產(chǎn)更為有效。非充分灌溉在國外也叫有限灌溉（LimitedIrrigation）或蒸發(fā)蒸騰量虧缺的灌溉（EvapotranspirationDeficitIrrigation，EDI），是作物實(shí)際蒸發(fā)蒸騰量小于潛在蒸發(fā)蒸騰量的灌溉。非充分灌溉正是利用作物本身具有一定的生理節(jié)水與抗旱能力的特點(diǎn)，達(dá)到既節(jié)水，又高產(chǎn)高效，以有限水量的投入獲得最大效益的目的（楊靜，2008）。其理論基礎(chǔ)是作物自身具有一系列對水分虧缺的適應(yīng)機(jī)制和有限缺水效應(yīng)(TheBenefitsofLimitedWaterDeficits)，在適度的水分虧缺情況下并不一定會顯著降低產(chǎn)量，反而能使作物水分利用效率明顯提高。這種有限缺水效應(yīng)將引起同化物從營養(yǎng)器官向生殖器官分配的增加，即作物在遭遇水分脅迫時具有自我保護(hù)作用，而在水分脅迫解除后，作物對以前在脅迫條件下生長發(fā)育所造成的損失具有“補(bǔ)償作用”。進(jìn)一步的研究表明，作物體內(nèi)有一種內(nèi)源激素ABA(脫落酸)，它可以作為一種土壤干旱的傳遞信號，通過由作物根部向莖葉的傳遞來調(diào)節(jié)氣孔的開閉,土壤越干旱，ABA在作物體內(nèi)積聚的濃度越大，氣孔開度就越小，以此來減小土壤含水量不足條件下葉面的過度蒸騰對作物的進(jìn)一步傷害（趙永，2004），也就是說作物具有一種有效缺水效應(yīng)，即作物在適度水分虧缺的逆境下對有限缺水具有一定的適應(yīng)性和抵抗效應(yīng)（湯章成，1983）。1.1.1有限灌溉與作物生產(chǎn)和產(chǎn)量形成20世紀(jì)60年代中期，Jensen和Sletten發(fā)現(xiàn)僅當(dāng)每次灌水前土壤相對有效含水率下降至25%時，水分虧缺才會對高梁產(chǎn)量產(chǎn)生影響，從而提出了限水灌溉的可行性。通過主要作物充分與非充分灌溉的對比試驗(yàn)，采用“計算減產(chǎn)率”或“旱情相關(guān)指數(shù)”(IndexofDroughtResistence)表達(dá)缺水的平均減產(chǎn)情況，認(rèn)為作物適度水分虧缺仍可獲得較高產(chǎn)量(Jensen，1976；Rao，1992)，依此發(fā)展成為調(diào)虧灌溉(RegulatedDeficitIrrigation)理論。隨后在綜合考慮時間上調(diào)虧、水量的優(yōu)化分配和作物根系的功能對提高水分利用率的作用的基礎(chǔ)上，提出控制性交替灌溉(ControlledAlternativeIrrigation，簡稱CAI)的概念和方法(康紹忠，1997)。虧缺灌溉影響作物生長的重要理論之一，是認(rèn)為作物具有一種有效缺水效應(yīng)。適度水分虧缺不一定使產(chǎn)量顯著降低，反而使作物水分利用效率顯著提高(Puchakayala.etal，1994)。根據(jù)作物生理功能人為對作物某一階段進(jìn)行虧水處理，控制作物生長促進(jìn)后期籽粒形成，從而提高水分利用率。禾谷類作物早期適度缺水有利于增產(chǎn)，其主要模式是引起作物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)分配模式的改變，同化物從營養(yǎng)器官向生殖器官分配增加。生長后期適度缺水，促進(jìn)灌漿進(jìn)程，灌漿速率加快，作物體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸不降低，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增加（山侖，1980）。開花期受旱，限制“庫”的增大，而“源”受水分虧缺的影響較?。ㄐ焓啦?995）。對玉米花期受旱復(fù)水后的源庫關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，干旱使單位光合勢所對應(yīng)的穗粒數(shù)在輕、中、重三種水分虧缺下均減少，導(dǎo)致虧缺復(fù)水后源對庫的相對充足，使粒重相對增加，但由于庫對源的反饋調(diào)節(jié)，粒重增加幅度減小。水分虧缺發(fā)生在作物生長的不同時期時，對作物生長與產(chǎn)量的影響不同。小麥拔節(jié)期水分虧缺對葉片影響最大,抽穗期對莖干影響最大,成熟期對穗部影響最大。而單株綠色葉面積對穗干重的直接效應(yīng)最大,葉莖鞘干重合計對穗干重的直接效應(yīng)最大。Acevedo等人發(fā)現(xiàn),玉米營養(yǎng)生長期輕度干旱不會造成最終葉面積的減少,只是使生長延遲。由于水分虧缺后恢復(fù)供水具有補(bǔ)償效應(yīng),短期的中度干旱后供水,可補(bǔ)償部分干旱造成的損失。但長時間中度脅迫或嚴(yán)重脅迫將造成代謝失調(diào)和生長下降（康定明，1996）。玉米產(chǎn)量形成的水分臨界期是在吐絲前后，此期水分脅迫影響抽穗，導(dǎo)致50%以上的產(chǎn)量損失?；ㄆ诓挥雠c胚囊敗育導(dǎo)致穗粒數(shù)劇減是此期干旱減產(chǎn)的主要原因。吐絲和灌漿初期水分虧缺導(dǎo)致穗粒數(shù)降低，授粉后的水分虧缺降低穗粒重，而對穗粒數(shù)影響不大（梁宗鎖，1995）。從虧缺程度而言，輕度和中度干旱下只有粒重受到影響，而嚴(yán)重干旱下粒重和粒數(shù)均受到影響。而且作物水分虧缺臨界期與最佳供水期并非同一時期，而存在時間上的錯位。因而，作物某些生長階段的適度水分虧缺對促進(jìn)作物群體高產(chǎn)具有積極作用，但也存在較大的風(fēng)險性（Ouatter，1987）。葉水勢是反應(yīng)土壤水分虧缺程度的理想指標(biāo)，主張以葉水勢來指示土壤水分虧缺。用葉水勢指導(dǎo)玉米制種田的灌溉，較以土壤水勢為灌溉指標(biāo)提高了水分利用效率（康紹忠，1997）。通過多元分析，建立葉水勢與氣溫、蒸發(fā)勢、土壤可利用水等因子之間的函數(shù)關(guān)系，以此指示土壤水分虧缺，進(jìn)行灌溉決策，可降低虧缺灌溉的風(fēng)險性，并可取得明顯效益。1.1.2有限灌溉與作物吸水、光合和蒸騰自Philip(1966)提出較完整的土壤-植物-大氣連續(xù)體(SPAC)概念后，作物水分關(guān)系的研究開始建立在了一定的生理和物理基礎(chǔ)上。美國CERCES系統(tǒng)將土壤水運(yùn)動規(guī)律和作物耗水規(guī)律結(jié)合起來，建立了土壤水分與灌溉管理子系統(tǒng)(曹永華，1991)。國內(nèi)也進(jìn)行了SPAC水流動態(tài)模擬研究，建立了SPAC水流運(yùn)動模擬模型，用于土壤和作物水分狀況的動態(tài)模擬(康紹忠，1992)，使土壤、作物、大氣水分關(guān)系的研究進(jìn)入新的階段。根系吸水與土壤水分的關(guān)系是SPAC動態(tài)模擬研究的基礎(chǔ)(Kirkova，1994)。根系生長與吸水之間具有復(fù)雜的非線性關(guān)系，單位土體根系吸水速率(WU)與根長密度(RLD)的關(guān)系為：WU=RLDa，a∈[0.5，2.2]，表明根系愈龐大，吸水能力愈強(qiáng)，吸水量愈大。土壤水分虧缺時，作物吸水量與根系密度關(guān)系不大，而受根系長度的影響較大，深根系較淺根系更利于抗御土壤干旱(Ehlers，1991)。淺根系即使是土壤水分不虧缺，短期干旱也會限制作物生長，降低作物產(chǎn)量。根系吸水除受根量、根長的影響外，還與根本身吸水活力有關(guān)?？偢恐谢钚愿鶖?shù)量多，吸水能力強(qiáng)(張喜英，1995)。作物根系的大小、數(shù)量和分布可對土壤水分狀況和氮素營養(yǎng)的變化做出適應(yīng)性反應(yīng)(Carefoot，1994；馮廣龍，1996)。灌水愈早，根系愈大，充分供水下作物根量大于有限供水，但扎根深度淺于有限灌溉。隨著土壤水分虧缺量的增加，降低氮肥施用量有利于根干重的提高，而對根長的影響不大。嚴(yán)重水分虧缺下，氮素營養(yǎng)對根系生長，尤其對根量有增效作用(粱銀麗，1995)。作物根系對土壤水分和氮素營養(yǎng)的適應(yīng)性變化是水分虧缺條件下作物抗旱高產(chǎn)的基礎(chǔ)。根系生長與吸水之間具有復(fù)雜的非線性關(guān)系，根系愈龐大，吸水能力愈強(qiáng)，吸水量愈大。土壤水分虧缺時，作物吸水量與根系密度關(guān)系不大，而受根系長度的影響較大，深根系較淺根系更利于抗御土壤干旱。作物根系對土壤水分和氮素營養(yǎng)的適應(yīng)性變化是水分虧缺條件下作物抗旱高產(chǎn)的基礎(chǔ)。在作物生長過程中，經(jīng)過短期的有限灌溉，然后進(jìn)行充分灌溉后引起的生長反應(yīng)稱為補(bǔ)償生長（Wenkert，1978）。在玉米開花期進(jìn)行干旱與復(fù)水處理，穗粗、穗長及干物質(zhì)含量均存在明顯的補(bǔ)償效應(yīng)，復(fù)水后對產(chǎn)量的補(bǔ)償生長表現(xiàn)為百粒重有所增加（關(guān)義新，1997）。石培澤等(1998)對在春小麥分蘗前期，進(jìn)行適度的水分虧缺灌溉,有利于結(jié)實(shí)小穗數(shù)、穗粒數(shù)的增加，在拔節(jié)前期適度水分虧缺可提高結(jié)實(shí)小穗數(shù)和千粒重，與充分灌溉相比較，作物顯著增產(chǎn)5%-12%（石培澤，1998）。研究表明,在冬小麥拔節(jié)期限量灌水，明顯表現(xiàn)出對水分虧缺的補(bǔ)償效應(yīng)，顯著增加了產(chǎn)量（夏國軍，2001）。對小麥進(jìn)行前期干旱處理，開花期復(fù)水處理，小麥莖稈伸長，單株葉面和單葉增大，干物質(zhì)積累量增加，中度水分虧缺后充分復(fù)水，其生物量和產(chǎn)量均超過對照,補(bǔ)償效應(yīng)得以充分體現(xiàn)（陳曉遠(yuǎn)，2001）。對于作物在特定時期進(jìn)行適度的有限灌溉，并不一定會降低作物的產(chǎn)量，反而會提高其產(chǎn)量和水分利用效率，這是因?yàn)樽魑锸芎祻?fù)水后，其體內(nèi)生理代謝與功能超過一直充足供水，體內(nèi)存在對作物生長和產(chǎn)量的補(bǔ)償或超補(bǔ)償效應(yīng)。但由于作物在不同生育階段對干旱影響的后效性不同,也存在一些相反的結(jié)果（Yang，2001）。虧缺灌溉引起的作物光合作用減弱是干旱條件下作物減產(chǎn)的一個主要原因，而且不同虧缺強(qiáng)度和虧缺時間引起光合作用下降的主要原因不同。輕度水分虧缺條件下，光合作用下降的主要原因是氣孔性限制。氣孔關(guān)閉，氣孔導(dǎo)度下降，擴(kuò)散阻力增加，導(dǎo)致光合作用下降。嚴(yán)重水分脅迫條件下，光合作用下降的主要因是非氣孔性限制引起的。葉綠體結(jié)構(gòu)和功能的損傷以及由此引起的一系列生理生化變化均引起中度以上水分虧缺條件下作物光合作用的下降（史吉平，1995）。不同的研究結(jié)果認(rèn)為，植物在輕度水分虧缺下，光合作用沒有下降甚至高于供水充足條件。相關(guān)研究結(jié)果表明：在小麥灌漿期輕度干旱對葉片光合速率有促進(jìn)作；中度以下干旱有促使穗光合作用提高的作用（山侖，1980）。許多研究證明有限灌溉下，作物整體光合作用并未降低，干旱復(fù)水后光合作用反而增強(qiáng)。增加灌水量,光合速率并未增加（居輝，2000；康紹忠，2002）。作物蒸騰速率受多種因素制約。在水分為限制因素時，其變化較為復(fù)雜，一般隨供水量減少，蒸騰速率下降。但根據(jù)氣孔的最優(yōu)化調(diào)控理論，作物可蒸騰水量一定時，氣孔對其張度的調(diào)節(jié)，使作物葉片光合作用保持在一定的水平，光合與蒸騰的比值達(dá)最高（山侖，1991）。研究表明，在拔節(jié)期恢復(fù)充分供水,可使苗期不同程度干旱的玉米的株高和地上部干重恢復(fù)或接近一直充分供水的水平,復(fù)水后葉片水勢在短期內(nèi)可以接近對照水平,并在較長時間內(nèi)保持較低的滲透勢及較高的滲透調(diào)節(jié)能力，拔節(jié)期復(fù)水可降低葉片氣孔阻力和蒸騰速率，提高葉片水分利用效率,表現(xiàn)出一定的補(bǔ)償效應(yīng)（蘇佩，1995）。1.1.3有限灌溉與作物蒸散量、產(chǎn)量和水分利用率缺水地區(qū)建立合理的蒸散量與產(chǎn)量的關(guān)系，是指導(dǎo)有限灌溉的理論依據(jù)之一（陳亞新，1995）。如何提高水分利用率，建立合理的蒸散量與產(chǎn)量關(guān)系，是缺水地區(qū)利用有限水分提高作物產(chǎn)量的理論和實(shí)踐的重點(diǎn)內(nèi)容（Fereres，1993）。水分不足時，作物蒸散量與產(chǎn)量之間呈顯著的直線關(guān)系，產(chǎn)量隨蒸散量的增加而增加。蒸散量超過一定值后，與產(chǎn)量的關(guān)系由線性轉(zhuǎn)向拋物線，此時增加灌水量導(dǎo)致水分利用率下降。由于不同生長階段作物對缺水敏感性的差異，作物不同時期實(shí)行有限灌水，即使蒸散量相近，對作物產(chǎn)量和水分利用率也會造成明顯的差異。作物—水模型是水分供應(yīng)時間和數(shù)量對作物產(chǎn)量影響的數(shù)學(xué)模擬描述，反映了作物產(chǎn)量與蒸散量的定量關(guān)系。在初級線性模型和作物因子、管理措施對產(chǎn)量影響等比關(guān)系的基礎(chǔ)上建立的線性模型反映了不同生育階段缺水的同等減產(chǎn)效應(yīng)和全生育期內(nèi)水分虧缺的平均敏感性（Hillel，1983）。階段缺水模型的建立，反映了時間效應(yīng)和灌水的滯后效應(yīng)。作物對水分敏感系數(shù)的大小代表不同階段缺水對作物產(chǎn)量的影響程度，且因環(huán)境條件的變化而改變。作物階段水分生產(chǎn)函數(shù)的建立和缺水敏感系數(shù)的確認(rèn)，是指導(dǎo)有限灌溉的理論基礎(chǔ)。作物—水分關(guān)系的研究取得了顯著進(jìn)展。但國內(nèi)的研究起步較晚，特別是對有限供水條件下作物蒸散特征、產(chǎn)量效應(yīng)及其影響機(jī)制和調(diào)控原理的研究較少，有限灌溉研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)還存在較大的風(fēng)險性和較小的人為調(diào)控性。有關(guān)這方面的研究將成為今后節(jié)水灌溉的重點(diǎn)，是研究節(jié)水栽培技術(shù)、有限灌溉技術(shù)、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及水資源優(yōu)化分配技術(shù)和建立節(jié)水優(yōu)產(chǎn)型灌溉制度的重要理論，也是未來節(jié)水調(diào)控機(jī)理、水—肥—產(chǎn)量綜合模式和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施最優(yōu)配置等研究的基礎(chǔ)（馬忠明，1998）。1.2壟膜溝灌栽培對制種玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響1.2.1壟膜栽培的增溫效應(yīng)壟膜栽培可顯著提高土壤溫度，加快作物生育進(jìn)程。研究表明，地膜覆蓋種植小麥，可提高土壤耕層的溫度，增溫效應(yīng)與生育期有關(guān)，在小麥生育期溫度的增加作用呈“U”型的變化趨勢（王俊，2003）。潘渝等對大田地溫與氣溫進(jìn)行了連續(xù)4年的觀測,結(jié)果表明，地膜覆蓋在不同時刻和不同深度上對地溫的影響明顯區(qū)別于不覆膜的情況。地膜覆蓋在不同時刻對土壤增溫的效果不同，通過對土壤進(jìn)行地膜覆蓋能顯著提高地溫的平均值與最大值（潘渝，2002）。在相同土層，苗期日均地溫均高于條膜，壟面5-25土層的日均地溫較條膜高0.92℃。兩種栽培方式下的日均溫差呈規(guī)律性變化，其中15cm土層最大，日均地溫壟膜比條膜高1.45℃，5cm土層溫差最小，日均地溫壟膜比條膜高0.27℃。壟膜栽培的增溫效應(yīng)，增加了制種玉米生長期內(nèi)的有效積溫，提高了耕層土壤溫度，恰好弱化了當(dāng)?shù)卮藭r期氣溫低、玉米幼苗生長緩慢和壯苗早發(fā)之間的矛盾，改善了土壤和近地耐勺環(huán)境條件對制種玉米的前期發(fā)育創(chuàng)造了有利的生長條件，為豐產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)（張振華，2003）。壟膜栽培的增溫效應(yīng)隨著作物群體的變化而變化，前期作物覆蓋度低，增溫效果顯著，后期作物覆蓋度增高，增溫作用下降（胡明芳，2003）。1.2.2不同栽培方式對制種玉米生育進(jìn)程的影響玉米植株體內(nèi)的養(yǎng)分隨生育進(jìn)程而增加。不同栽培措施及氮肥運(yùn)籌方式下玉米植株氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的累積存在顯著差異。研究結(jié)果表明，高產(chǎn)栽培措施使玉米子粒和秸稈中的氮同步增加，但過量的氮肥施用仍然會造成作物的減產(chǎn)，高產(chǎn)栽培方式下(氮肥用作基肥、種肥、拔節(jié)肥、抽雄肥的量分別為110、20、110、80kg/hm2)雖然比習(xí)慣栽培方式(氮肥用作基肥、拔節(jié)肥的量分別為60、120kg/hm2)高78%，但通過合理的栽培措施及氮肥運(yùn)籌方式仍然使氮肥利用率達(dá)到37.5%，顯著高于同類施氮水平下的氮素利用率，且吸收的氮素在增加產(chǎn)量上充分發(fā)揮作用（蔡紅光，2013）。壟膜栽培方式下制種玉米早出苗1-2d，拔節(jié)期提前3-4d，吐絲期提前4-5d，但成熟期相同，吐絲—成熟期延長4-5d。吐絲—成熟期延長，有利于玉米灌漿和籽粒形成，對玉米增產(chǎn)具有積極影響（方鋒，2003）。不同的栽培方式對玉米生育進(jìn)程有著重要的影響,育苗移栽和地膜覆蓋能延長玉米的生育期,能較多利用光溫進(jìn)行生產(chǎn)。相關(guān)研究表明,育苗移栽和地膜覆蓋栽培物候期較比空栽培和常規(guī)栽培玉米物候期提前,尤以玉米生育前期物候期提早天數(shù)較多,中期次之,后期甚微（周嵐，2007）。1.2.3栽培方式和灌溉定額對制種玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響栽培方式和灌溉定額對制種玉米千粒重和穗粒數(shù)有重要的影響。當(dāng)灌溉定額從375mm增加到525mm時，壟膜栽培方式下制種玉米千粒重和穗粒數(shù)均高于條膜，千粒重比條膜高9.94-46.01g，穗粒數(shù)比條膜高6.10-46.78粒，壟膜栽培有利于制種玉米千粒重和穗粒數(shù)的提高，灌溉定額對制種玉米千粒重的增減起到?jīng)Q定性的作用。相關(guān)性分析表明，在不同的栽培方式下，制種玉米的千粒重與灌溉定額成績顯著的正相關(guān)。在相同的灌溉定額下，壟膜栽培方式的制種玉米產(chǎn)量與普通栽培方式相比，增產(chǎn)127.93-2243.53kg/hm2，增幅達(dá)1.63-40.44%，說明灌溉定額對制種玉米產(chǎn)量的影響因栽培方式的不同而不同。（張立勤，2007）。1.2.4不同栽培方式對水分利用效率的影響壟膜栽培條件下，當(dāng)灌溉定額相同時，制種玉米生育期耗水量雖然略高于對照條膜栽培，但無明顯差異。與此同時，制種玉米的產(chǎn)量水平卻有大幅度提高。因此，不能單純據(jù)耗水量評價水分利用效果，應(yīng)注重水分對作物產(chǎn)量的實(shí)際貢獻(xiàn)率。與條膜栽培相比，壟膜栽培可使制種玉米水分利用效幅4.17%-34.16%，具有較好的節(jié)水效應(yīng)。對壟膜和條膜兩種栽培方式下制種玉米產(chǎn)量與灌溉定額之間的關(guān)系用二次拋物線進(jìn)行擬合時擬合度較好，但兩種栽培方式下的回歸方程不同，當(dāng)產(chǎn)量達(dá)最大值時，壟膜栽培所需灌溉定額低于條膜栽培。制種玉米在壟膜栽培下的適宜灌溉定額為450mm，該灌溉定額與對照相比，可節(jié)約灌溉用水1500m3/hm2，與當(dāng)?shù)卮筇锕喔榷~7200m3/hm2相比，可節(jié)約灌溉用水2700m3/hm2，節(jié)水效果顯著（張立勤，2007）。王曉凌等用模擬人工降雨試驗(yàn)證明，起壟覆膜(壟寬66cm，溝66cm)和平作分別進(jìn)行人工降雨45mm，1天后平作處理下滲30cm，起壟覆膜溝內(nèi)下滲50cm，起壟覆膜溝內(nèi)較平作下滲深達(dá)20cm，且壟作覆膜處理水分除向下部入滲外，還向兩旁側(cè)滲。因此，壟作覆膜處理具有聚水效應(yīng)，能促進(jìn)雨水在土壤中的入滲。由于壟溝集雨可使降水入滲較平作深，因此蒸發(fā)損失會顯著下降，同時在起壟覆膜集水的壟溝栽培體系中，地膜覆蓋面也起到了一定的減少土壤水分蒸發(fā)的作用，保證了土壤有較高的含水量（王曉凌，2002）。在干旱半干旱地區(qū)的降雨強(qiáng)度小且多是無效降水的情況下，壟溝集雨顯著增加了其有效性。通過壟溝覆膜集雨保墑，使干旱半干旱地區(qū)小麥的降水有效性從32%增到52%，一般有效降水從6%增到61%。在有效降水較少的情況下，試驗(yàn)區(qū)用弧形壟覆蓋技術(shù)5～6月份土壤平均含水量為8.93%，較常規(guī)提高32.4%，由于試驗(yàn)區(qū)土壤水分含量高，能滿足作物生長發(fā)育的需要，生育期較常規(guī)提前15天左右（山西省水土保持科學(xué)研究所，2000）。大田試驗(yàn)表明：在春玉米的各個生育階段，壟溝覆膜集雨保墑處理的土壤蓄水量都比常規(guī)多，蓄水保墑效果明顯，0-200cm土層的蓄水量，在玉米苗期微集水處理比常規(guī)增多50.5%；在玉米需水關(guān)鍵期比常規(guī)多13.7mm～58.6mm，在玉米成熟收獲時，比常規(guī)多24.7mm，這對防御春旱和夏旱均具有非常重要的意義（趙聚寶，1996）。1.3水肥藕合對作物產(chǎn)量和水肥利用率的影響水是植物生長發(fā)育的必備條件，肥是作物生長所需的礦質(zhì)元素的重要來源之一。合理灌溉、施肥與作物產(chǎn)量之間有密切的關(guān)系。研究表明，N肥施用量過低、過高，作物產(chǎn)量均受到影響；施用量過高還可能導(dǎo)致作物減產(chǎn)，甚至危害環(huán)境。P肥能促使作物根系發(fā)達(dá)，增強(qiáng)抗寒抗旱抗病能力，促進(jìn)作物早熟。作物缺P時，各種代謝過程受到抑制，植株矮小，生長緩慢，延遲成熟。K是生物體內(nèi)很多酶的活化劑，可促進(jìn)作物莖桿健壯,增強(qiáng)抗倒伏能力（徐振劍，2007）。對作物生長過程中水肥藕合作用的研究，就是要研究其對作物生長發(fā)育的影響及其原因，包括形態(tài)方面、生理方面、產(chǎn)量方面、資源利用等方面的研究。通過對上述各方面的研究，揭示水肥藕合作用對作物生長發(fā)育的影響機(jī)制，以便進(jìn)行適宜的水肥調(diào)控，優(yōu)化水肥結(jié)構(gòu)，達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的節(jié)水節(jié)肥和高產(chǎn)高效的目的（謝小婷，2008）。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水、肥兩因素直接影響著作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和效益，同時兩因素之間也存在著密切的相互關(guān)聯(lián)、相互制約關(guān)系，科學(xué)施肥是提高農(nóng)田水分利用效率的重要途徑之一。大量的試驗(yàn)表明，作物的氣孔調(diào)節(jié)、作物的保水能力和膜透性、作物的光合作用等都與氮、磷、鉀營養(yǎng)有緊密關(guān)系。在水分脅迫下，施用氮、磷、鉀肥能夠補(bǔ)償水分脅迫下作物表現(xiàn)出的生長緩慢、葉面積減小、葉片伸展緩慢和產(chǎn)量下降等不良效應(yīng)。在旱地條件下，適量施用氮、磷肥，可增加單株次生根條數(shù)，還可增加根系生物總量和深層根系數(shù)量，并能提高根系活力。與單一施用氮肥或磷肥相比，氮、磷配合施用促進(jìn)根系發(fā)育的效果更為顯著。增施有機(jī)肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，增加土壤孔隙度，起到蓄水保墑的作用。據(jù)測定，有機(jī)質(zhì)從1%提高到1.5%，雨水滲入速度增加l/3，早春土壤蒸發(fā)減少16%~60%。合理施肥可促進(jìn)根系發(fā)育，提高根系吸水功能，改善葉片的光合能力，增加同化物含量，最終提高了作物的水分利用效率。另外，通過施肥可改變植物脫落酸(ABA)代謝，對改善植物對干旱信號的感應(yīng)能力以及提高耐旱性有實(shí)際意義。因此，根據(jù)作物生長特點(diǎn)、需肥規(guī)律和需水規(guī)律，研究水肥耦合原理，建立以肥、水、作物產(chǎn)量為核心的耦合模型和技術(shù)，做到合理施肥，培肥地力，以肥調(diào)水、以水促肥，充分發(fā)揮水肥協(xié)同效應(yīng)和激勵機(jī)制，提高抗旱能力和水分利用效率，對提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)起著非常關(guān)鍵的作用。1.3.1水分與養(yǎng)分的互作效應(yīng)水分與養(yǎng)分之間相互作用、相互影響和相互依賴，形成一個整體，共同影響植物的發(fā)育。一方面，水分作為土壤養(yǎng)分的載體對養(yǎng)分的遷移和吸收有著至關(guān)重要的作用。土壤水分虧缺不僅影響有效養(yǎng)分的數(shù)量，而且影響到養(yǎng)分通過擴(kuò)散和質(zhì)流向根系遷移的速率。適宜的水分增強(qiáng)質(zhì)流和擴(kuò)散，有利于土壤養(yǎng)分離子向作物根系的遷移。水分能促進(jìn)氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移，增加玉米的經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量。灌水處理，莖葉穗軸與籽粒重量之比為1.41，而兩者氮素含量之比為0.4:0.6；灌水后，兩個比值分別變?yōu)?.94:1和0.67:0.33。灌水能夠促進(jìn)有機(jī)氮的礦化，礦化速率常數(shù)與水分含量符合直線關(guān)系，礦化氮量隨水分含量的升高而增加（杜建軍，1998；巨曉棠，1998）。肥料中NH4+-N的硝化速率與水分含量存在密切的線性關(guān)系，當(dāng)土壤含水量為田間持水量的50%-70％時，土壤硝化作用最強(qiáng)。另一方面，施肥促進(jìn)作物對水分的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用，因?yàn)樽魑锷L健壯、莖葉增加時，擴(kuò)大了光合作用場地；而原料充分則形成更多的光合產(chǎn)物。干物質(zhì)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成都需要一定的蒸騰量為基礎(chǔ)，蒸發(fā)卻是一種水分的無效損失。施肥能增加植物的葉面積，一方面增加了蒸騰量，另一方面減小了裸露的地面，從而減少了蒸發(fā)量，提高了蒸騰／蒸發(fā)比，進(jìn)一步提高了水分利用效率。施肥后根系生長量明顯大于未施肥的，蒸騰強(qiáng)度、傷流液明顯增加，葉片中糖分含量增加，葉水勢有所降低（李生秀，1994）。1.3.2水肥藕合效應(yīng)對作物生長的影響半干旱區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)中，水肥具有明顯的藕合關(guān)系，肥料的增產(chǎn)作用不僅在于肥料本身，更重要的還在于與土壤水分的互作。協(xié)調(diào)水肥的目的就是要達(dá)到水肥的協(xié)同作用，共同促進(jìn)植物的生長發(fā)育，以獲得高產(chǎn)。不同的水肥藕合處理中，冬小麥的光合速率、氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞間隙CO2濃度有所不同，三者之間有很好的平衡關(guān)系；深層施肥處理其小麥在生長后期能夠維持較高的光合速率，但氣孔導(dǎo)度卻有所降低，有效地減少了水分散失，表現(xiàn)出很好的節(jié)水潛力；深施肥20cm處灌水處理，在開花后小麥葉片光合作用最強(qiáng)，氣孔導(dǎo)度小，細(xì)胞間隙CO2濃度高，具有更好的節(jié)水潛力（張依章，2006）。培肥土壤和增施肥料可明顯改善葉片光合速率和水分狀況，延緩葉片衰老，有利于冬小麥后期維持較大的光合葉面積和作用時間，有利于改善子粒灌漿特性和增加每穗粒數(shù)。小麥分孽的施肥效應(yīng)高于水分效應(yīng)，株高的水分效應(yīng)高于施肥效應(yīng)。適當(dāng)?shù)母珊担?0%-65%）有利于根系的下扎，而嚴(yán)重干旱（30%-35%）大大地降低了帶田小麥和玉米的根量和產(chǎn)量，并增加了作物根系和葉片的質(zhì)膜透性，同時根系活力也降低。供磷提高作物產(chǎn)量，增加下層根量，提高根系活力，供磷與不供磷相比，0-30cm土層小麥根系活力提高65.9%，玉米提高65.0%；小麥根系總量平均增加94.66%，玉米增加67.67%（張禮軍，2005）。1.3.3水肥藕合對產(chǎn)量的影響水肥藕合對作物產(chǎn)量的影響主要反映在水肥供應(yīng)水平上，不同水分條件下施肥的效果存在很大差別，表現(xiàn)出產(chǎn)量的差異（Bray，1997）。對小麥和玉米的水肥耦合研究結(jié)果表明，高水、高氮不利于小麥對N的吸收，而玉米的吸氮量隨施肥量的增加而增加。在低灌水條件下，玉米的籽粒吸氮量很低，并且不受施氮量的影響，而此施肥水平下，小麥的吸氮量高于玉米（趙炳梓，2000）。張鳳翔等同過盆栽試驗(yàn)對冬小麥生物學(xué)特性及產(chǎn)量影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，探討了水肥藕合對冬小麥生理性狀及產(chǎn)量的影響和機(jī)制，得出水、N存在顯著藕合效應(yīng)，只有在適宜的土壤水分與養(yǎng)分條件下才能獲得較高的產(chǎn)量。在該試驗(yàn)范圍內(nèi)，土壤水分占田間持水量的75%時，純氮施用量360kg/hm2為最合適用量（張鳳翔，2005）。在旱作農(nóng)田冬小麥水肥耦合增產(chǎn)效應(yīng)研究中，相關(guān)研究證實(shí)：肥料減緩了土壤水分對產(chǎn)量的影響，提高了冬小麥產(chǎn)量和水分利用率（上官周平，1999）。盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，肥水對小麥產(chǎn)量均有顯著影響，且隨水分含量的增加而顯著增高。小麥對氮、磷的吸收隨土壤含水量的增加而增加，產(chǎn)量亦隨之提高（呂殿青，1995）。通過研究水肥藕合對玉米光合特性及產(chǎn)量的影響，產(chǎn)量結(jié)果表明：自然降水＋無機(jī)肥＋有機(jī)肥處理玉米產(chǎn)量最高，且籽粒含水量最低。而充足水＋無機(jī)肥＋有機(jī)肥的處理雖然實(shí)測產(chǎn)量最高，但籽粒的含水量也最高。不施肥條件下，充足灌水一定程度上可以補(bǔ)償水分脅迫而導(dǎo)致的產(chǎn)量損失。充足灌水條件下，對肥料的投人量要求也相對增加，否則表現(xiàn)為產(chǎn)量下降（張秋英，2001）。有研究表明，影響玉米產(chǎn)量的主要因素是氮肥用量，其次是灌水量和磷肥用量。各因素交互作用對玉米產(chǎn)量的影響都表現(xiàn)為正效應(yīng)，其效應(yīng)由大到小的順序?yàn)镹＋水、P+水、N+P；從產(chǎn)量角度評價，以較高氮肥用量、高磷肥用量和豐富灌水量為水肥調(diào)控的最佳組合。水肥調(diào)控的最佳組合為較高氮肥用量243.270kg/hm2、高磷肥用量137.431kg/hm2、灌水下限為田間持水量的65.6%。僅從產(chǎn)量角度評價，以較高氮肥用量、高磷肥用量和豐富灌水量為水肥調(diào)控的最佳組合（孫文濤，2006）。1.3.4水肥藕合對水分利用效率和肥料利用率的影響水分和肥料是一對相互作用，相互影響的整體。水肥藕合作用對土壤水分動態(tài)變化具有極為明顯的影響。在小麥生育前期，施用N肥促進(jìn)了小麥的生長發(fā)育，可明顯減少土壤表面水分的無效蒸發(fā)量，提高土壤水分的含量。N、P肥配施可促進(jìn)小麥對深層土壤水分的利用（李法云，2001）。水肥配合存在閡值反應(yīng)，當(dāng)P2O5用量為33.860kg/hm2,K2O用量為200.790kg/hm2時，N、水配合的閡值范圍是氮肥147.768--182.232kg/hm2時，坐水39-96m3/hm2，在此范圍內(nèi)N與水互作增產(chǎn)效應(yīng)顯著；N用量為167330kg/hm2、K2O用量為200.790kg/hm2時，Ｐ、水配合的閡值范圍是磷肥157.056-169344kg/hm2，坐水81-123m3/hm2，在此范圍內(nèi)P與水互作增產(chǎn)效應(yīng)顯著；N用量為16733kg/hm2、P2O5用量為133.860kg/hm2時，K、水配合的閡值范圍是鉀肥156.624-175.056kg/hm2，坐水60-97.5m3/hm2，在此范圍內(nèi)K與水互作增產(chǎn)效應(yīng)顯著（滕云，2005）。水肥藕合對玉米田間土壤水分運(yùn)移也有很大的影響，高肥力在一定程度上可增強(qiáng)根系的吸水能力，高灌水可增強(qiáng)玉米根系對養(yǎng)分的吸收利用，但對于提高水肥利用率來說，理想的處理為中肥中水（盛鈺，2005）。冬小麥、夏玉米水肥藕合的田間試驗(yàn)成果的分析研究表明，氮肥效益的發(fā)揮與農(nóng)田水分狀況密切相關(guān)，低供水水平時（冬小麥僅灌拔節(jié)水的節(jié)水灌溉處理），肥料的增產(chǎn)效益十分顯著，但氮肥貢獻(xiàn)率隨施肥量的增加而呈遞減的趨勢（沈榮開，2001）。1.3.5水肥藕合對作物品質(zhì)的影響水肥藕合效應(yīng)對作物品質(zhì)也有相應(yīng)的影響。土壤水分和氮肥水平可促進(jìn)冬小麥植株對氮、磷、鉀的平衡吸收，這與提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)有著一定關(guān)系。適宜的土壤水分和施氮量不僅有利于植株含氮量的提高，而且還能提高磷、鉀的含量。植株體內(nèi)氮、磷、鉀的含量與主要品質(zhì)性狀均存在不同程度的相關(guān)性，尤其氮、鉀的含量和積累量，與大多數(shù)品質(zhì)性狀均呈極顯著正相關(guān)，說明通過適宜的水肥藕合，在提高植株氮素營養(yǎng)水平的同時，維持生育中后期較高的磷鉀水平，可顯著改善子粒營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)（張鳳翔，2005a）。干旱條件下，無機(jī)和有機(jī)肥配合有利于蛋白質(zhì)的積累，而充足水分條件下，無機(jī)和有機(jī)肥配合不利于蛋白質(zhì)的積累，有利于脂肪的積累（張秋英，2003）?？傊?，水可促肥、肥可調(diào)水，不同的作物，在相應(yīng)的環(huán)境下配以適合的水、肥比例，才能獲得較好的品質(zhì)。在旱作條件下，水分是影響作物光合作用和子粒產(chǎn)量的主要因素，黃土高原地區(qū)土壤蓄水性強(qiáng)，旱源小麥水分供需的時空矛盾多發(fā)生在生育后期和土壤淺層，解決矛盾的關(guān)鍵則在于生育前期和土壤淺層，因墑施肥、以肥壯苗、以苗促根、以根調(diào)水，強(qiáng)化土壤水庫效應(yīng)是旱作農(nóng)業(yè)最有效的抗旱增產(chǎn)措施之一。不同肥水措施能顯著地影響到群體光能利用和蒸騰耗水特性，冠層葉面積參數(shù)的優(yōu)劣主要取決于氮肥的多少，維持較高綠葉面積和功能期對提高產(chǎn)量具有重要意義。同時說明肥料不足是限制產(chǎn)量的主要因素，培肥土壤和增施肥料可明顯改善葉片光合速率和水分狀況，延緩葉片衰老，有利于作物維持較大的光合面積和作用時間，有利于改善子粒特性和增加穗粒數(shù)，同時，肥料減緩了土壤水分對產(chǎn)量的影響，提高了產(chǎn)量和水分利用率。旱作農(nóng)業(yè)中，水肥具有明顯的藕合關(guān)系，肥料的增產(chǎn)作用不僅在于肥料本身，更重要的還在于與土壤水分的互作（王智琦，2012）。1.4本研究的目的及意義河西灌區(qū)作為國家級玉米制種基地，水資源短缺、施肥量過高和肥料利用率低、玉米雜交制種產(chǎn)量達(dá)到制約“瓶莖”等現(xiàn)狀，以進(jìn)一步提高水肥資源利用率和雜交制種水平為目標(biāo)，以國家級雜交玉米制種基地膜下滴灌玉米雜交制種作為研究對象，以水肥資源高效利用、制種田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)安全為總原則，從玉米—水—產(chǎn)量關(guān)系、水肥耦合及水鹽運(yùn)動等機(jī)理研究入手，開展玉米制種田水肥高效調(diào)控理論的研究，并在此基礎(chǔ)上集成提出調(diào)控模式。玉米是世界第三大糧食作物，種植面積僅次于水稻和小麥，是主要的糧食和飼料作物（李少昆，2009），也是制藥、淀粉、糖精和酒精工業(yè)的重要原料，在國民生產(chǎn)中占有重要地位。隨著農(nóng)業(yè)在中國的快速發(fā)展，玉米單產(chǎn)不斷提高，玉米雜交種子的需求量也隨之增加。近年來，我國玉米雜交制種面積不斷擴(kuò)大，數(shù)量和質(zhì)量安全直接影響全國的玉米生產(chǎn)和糧食安全以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)展（農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計院，2011）。干旱缺水是我國干旱和半干旱地區(qū)面臨的主要問題，也是影響該區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的主要制約因素（胡鐵民，2014）。如何充分利用有限的水資源，提高水資源的利用率及利用效率是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵因素（葉優(yōu)良，2004）。河西地區(qū)作為我國重要的雜交玉米種子生產(chǎn)基地，有著得天獨(dú)厚的自然條件，屬于典型的干旱、半干旱區(qū)。該地區(qū)的普遍特點(diǎn)是降水量少而蒸發(fā)量大，水資源成為玉米制種產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要制約因素之一，如何發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)是該地區(qū)亟待解決的一個重要問題。甘肅省是我國最大的玉米種子生產(chǎn)基地，也是國家級玉米雜交種子生產(chǎn)基地之一，年種子供應(yīng)量占全國年用種量的60%以上，甘肅玉米種子生產(chǎn)供應(yīng)情況已成為確保全國玉米安全生產(chǎn)的“晴雨表”，在全國有舉足輕重的地位。與此同時，國家也高度重視甘肅雜交玉米制種基地建設(shè)。2009年國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《全國新增1000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃（2009-2020年）》，提出建設(shè)甘肅國家級雜交玉米制種基地。2011年《國務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)作物種業(yè)發(fā)展的意見》（國發(fā)[2011]8號，以下簡稱《意見》），明確提出加強(qiáng)西北等優(yōu)勢種子繁育基地的規(guī)劃建設(shè)與用地保護(hù)。2012年中央一號文件，要求加強(qiáng)西北等優(yōu)勢種子繁育基地建設(shè)，鼓勵種子企業(yè)與農(nóng)民專業(yè)合作社聯(lián)合建立相對集中穩(wěn)定的種子生產(chǎn)基地。然而，在此大好發(fā)展前景下，甘肅省雜交玉米種子的生產(chǎn)仍然存在一些制約因素：一是玉米種子生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，單產(chǎn)低；二是基地生產(chǎn)灌溉量大、施肥量過高；三是缺乏科學(xué)的水肥管理技術(shù)，導(dǎo)致水肥料利用率低。這些因素不但會對基地種子綜合生產(chǎn)能力產(chǎn)生影響，而且還會在甘肅玉米制種基地水資源匱乏的現(xiàn)狀下，造成水資源浪費(fèi)、農(nóng)田養(yǎng)分大量流失和生產(chǎn)成本增加，并還嚴(yán)重限制肥料資源和水資源的高效利用，進(jìn)一步加劇耕地質(zhì)量退化，制約玉米制種安全生產(chǎn)和對全國的供種安全，從而嚴(yán)重影響國家糧食安全。結(jié)合甘肅省干旱缺水的實(shí)際，著眼于我省種業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，開展干旱地區(qū)玉米制種水肥高效利用的研究,充分地利用干旱地區(qū)有限的水肥資源,努力實(shí)現(xiàn)干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本研究在膜下滴灌條件下，以生產(chǎn)規(guī)模較大的先玉335作為研究材料，以灌水和肥料等因子為研究對象，設(shè)置不同因子、不同處理水平，通過田間試驗(yàn)，探究在膜下滴灌條件下，制種玉米的耗水規(guī)律和適宜的灌水時期、制種玉米耗水量和水分利用效率影響規(guī)律、不同水肥條件下制種玉米土壤硝態(tài)氮分布及氮吸收和氮肥利用規(guī)律、水肥協(xié)同對制種玉米生育期干物質(zhì)積累的影響規(guī)律、水肥對玉米制種產(chǎn)量的影響規(guī)律，集成制定利用水肥一體化的膜下滴灌制種玉米高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系。第二章材料與方法立足河西灌區(qū)國家級玉米制種基地水資源短缺、施肥量過高和肥料利用率低、玉米雜交制種產(chǎn)量達(dá)到制約“瓶莖”等現(xiàn)狀，以進(jìn)一步提高水肥資源利用率和雜交制種水平為目標(biāo)，以國家級雜交玉米制種基地膜下滴灌玉米雜交制種作為研究對象，以水肥資源高效利用、制種田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、生態(tài)安全為總原則，從玉米—水—產(chǎn)量關(guān)系、水肥耦合及水鹽運(yùn)動等機(jī)理研究入手，開展玉米制種田水肥高效調(diào)控理論的研究，并在此基礎(chǔ)上集成提出調(diào)控模式。通過示范輻射帶動作用，推動和促進(jìn)項(xiàng)目技術(shù)在國家級玉米制種基地大面積的應(yīng)用，全面提高我省玉米雜交種子生產(chǎn)水平。本研究在膜下滴灌條件下，以生產(chǎn)規(guī)模較大的先玉335作為研究材料，以灌水和肥料等因子為研究對象，設(shè)置不同因子、不同處理水平，通過田間試驗(yàn)，探究在膜下滴灌條件下，制種玉米的耗水規(guī)律和適宜的灌水時期、制種玉米耗水量和水分利用效率影響規(guī)律、不同水肥條件下制種玉米土壤硝態(tài)氮分布及氮吸收和氮肥利用規(guī)律、水肥協(xié)同對制種玉米生育期干物質(zhì)積累的影響規(guī)律、水肥對玉米制種產(chǎn)量的影響規(guī)律，集成制定利用水肥一體化的膜下滴灌制種玉米高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系。2.1試驗(yàn)區(qū)概況試驗(yàn)在甘肅省農(nóng)科院張掖市節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行，該試驗(yàn)站位于位于張掖市九公里園藝試驗(yàn)場，距離張掖市13公里，地理位置為東經(jīng)100°26′，北緯38°56′，海拔1570m，地下水位100m。全年日照時數(shù)3085h，平均氣溫7℃，≥0℃的積溫為3380℃，≥10℃的積溫為2896℃，無霜期153d，具有較好的光熱條件和較高的光溫生產(chǎn)力，是甘肅的高產(chǎn)地區(qū)之一。試驗(yàn)田土質(zhì)為輕壤土，0～200cm平均土壤容重為1.376g/cm3，田間最大體積含水量為31.68%，有機(jī)質(zhì)含量為0.79%，速效磷24.7mg/kg，速效鉀82mg/kg，年蒸發(fā)量2075mm，年降水量不足130mm，干旱指數(shù)高達(dá)10以上，該區(qū)域是大陸性干旱氣候地帶，屬于典型的無灌溉就無農(nóng)業(yè)的干旱灌溉地區(qū)，具有西北綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)的典型特征。2.2技術(shù)路線在已有的工作基礎(chǔ)上，采用創(chuàng)新技術(shù)與推廣應(yīng)用相結(jié)合、試驗(yàn)與示范相結(jié)合、玉米制種高產(chǎn)高效與肥水高效協(xié)同相結(jié)合、經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益相結(jié)合的方法，開展研究工作。在單項(xiàng)技術(shù)理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，集成制定膜下滴灌玉米制種田水肥資源高效調(diào)控的技術(shù)體系。同時，選擇已建成膜下滴灌基礎(chǔ)設(shè)施的玉米制種基地，開展技術(shù)成果的試驗(yàn)示范，以推動國家級玉米制種基地水資源的合理配置和高效利用，保障玉米制種產(chǎn)量的穩(wěn)步提高。詳細(xì)技術(shù)路線見圖2-1。國家級玉米制種基地膜下滴灌模式作物-水分-產(chǎn)量水肥耦合產(chǎn)量效應(yīng)土壤水分動態(tài)耗水量與產(chǎn)量關(guān)系養(yǎng)分吸收規(guī)律土壤養(yǎng)分變化動態(tài)水肥耦合效應(yīng)養(yǎng)分利用效率灌水量與產(chǎn)量關(guān)系水肥協(xié)同效應(yīng)水肥高效調(diào)控技術(shù)作物耗水規(guī)律施肥量與產(chǎn)量關(guān)系圖2-1詳細(xì)技術(shù)路線Fig2-1The

Detailedtechicalroute2.3試驗(yàn)設(shè)計試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，選擇地塊平整，地力均一，茬口一致的耕地作為試驗(yàn)地。試驗(yàn)小區(qū)寬5m，長6.5m，面積為32.5m2，設(shè)１ｍ寬的保護(hù)區(qū)。灌溉水平分別設(shè)置三個不同的梯度：低水（2400m3/hm2）、中水（4800m3/hm2）、高水（6000m3/hm2）。氮肥用量分別設(shè)置三個水平：低氮（120kg/hm2）、中氮（240kg/hm2）、高水（360kg/hm2）。試驗(yàn)共9個處理，每個處理3次重復(fù)，共27個小區(qū)。磷肥和鉀肥按當(dāng)?shù)亓?xí)慣用量做為基肥一次性施入。各小區(qū)水肥處理處理見表2-1。表2-1水肥處理組合表Table2-1Methodofwaterandnitrogencompose處理代碼處理類型灌水定額（m3/hm2）施肥定額（kg/hm2）W1N1低水低氮2400120W1N2低水中氮2400240W1N3低水高氮2400360W2N1中水低氮4800120W2N2中水中氮4800240W2N3中水高氮4800360W3N1高水低氮6000120W3N2高水中氮6000240W3N3高水高氮6000360注：W為灌溉水平：W12400m3/hm2、W24800m3/hm2、W36000m3/hm2；N為氮肥水平：N1120kg/hm2、N2240kg/hm2、N3360kg/hm2。供試材料為“先玉335”，從敦煌種業(yè)先鋒良種有限公司購得，該品種具有耐旱、抗病蟲害能力強(qiáng)，種植密度較高等優(yōu)點(diǎn)。于2014年4月1日覆膜，4月13日播種玉米母本，父本分兩次播種，先后于4月17日和4月20日分別播種。玉米母本采用大小行種植法，小行行距為40cm，大行為60cm，株距為25cm，父本點(diǎn)種在母本大行之間，采取插花式點(diǎn)種，父本株距約為30cm，播種深度6-7cm，總種植密度約為5800株/畝。2.4主要研究內(nèi)容2.4.1水肥調(diào)控下制種玉米生育期水分利用規(guī)律的研究通過探索在不同灌溉定額下制種玉米的耗水規(guī)律，研究制種玉米在苗期、拔節(jié)期、抽雄期及成熟期等不同生育階段由于灌溉定額的不同造成制種玉米耗水規(guī)律的變化，根據(jù)耗水規(guī)律的變化確定制種玉米在生育期內(nèi)的適宜灌水時期。2.4.2水肥調(diào)控下制種玉米生育期養(yǎng)分利用規(guī)律的研究在膜下滴灌條件下，研究不同水肥條件下制種玉米土壤硝態(tài)氮分布及氮吸收和氮肥利用規(guī)律，指導(dǎo)合理施肥。2.4.3水肥調(diào)控下制種玉米生育期干物質(zhì)含量的研究研究膜下滴灌條件下，水肥協(xié)同對制種玉米生育期干物質(zhì)積累的影響規(guī)律，確定最適合的水肥控制措施。2.4.4水肥調(diào)控下制種玉米生育期生理指標(biāo)的研究研究在膜下滴灌條件下，不同水肥處理對制種玉米葉片光合生產(chǎn)和葉片瞬時水分利用效率的影響。2.4.5水肥調(diào)控下制種玉米產(chǎn)量的研究研究在膜下滴灌條件下，水肥對玉米制種產(chǎn)量的影響規(guī)律，集成制定利用水肥一體化的膜下滴灌制種玉米高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系，提高玉米制種生產(chǎn)整體水平。2.5測定項(xiàng)目與方法土壤含水量測定方法用烘干稱重法測定，每個小區(qū)取2個樣，每隔20cm測一次含水量，分別測定0～100cm土壤含水量。制種玉米耗水量用水量平衡法計算，依據(jù)相臨兩次土壤水分的測定結(jié)果，計算該時段內(nèi)作物耗水量。土壤硝態(tài)氮測定方法：參照文獻(xiàn)中所述的雙波長分光光度法測定0～100cm土壤中硝態(tài)氮的含量（黃玉芳，2009）。干物質(zhì)測定：各生育期每小區(qū)取樣玉米10株，洗凈，剪去植株的根部，將植株的莖、葉分開于105℃下殺青30min，然后在80℃烘干，稱干重，然后放入樣品袋中保存。在制種玉米的不同生育時期，選取有代表性的植株測定玉米葉片(包括棒三葉)的光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度。每株取5片葉子，每葉測3次取平均值，每次處理5株，交叉測量。每個時期測3次，每次在8點(diǎn)到17點(diǎn)之間測量，在天氣晴朗無云無風(fēng)時測定。光合作用相關(guān)參數(shù)使用便攜式光合測定儀LI-6400XT獲得。收獲時取玉米15株/小區(qū)，測定穗長（第一果穗的長度cm），穗粗（干果穗中部直徑cm），單株有效穗數(shù)（小區(qū)總穗數(shù)／小區(qū)總株數(shù)）,禿尖度（cm），一穗行數(shù)（穗中部行數(shù)），一行粒數(shù)（果穗中代表性行內(nèi)的籽粒數(shù)）及千粒重。產(chǎn)量計算，產(chǎn)量（Kg/hm2）=每hm2穗數(shù)×每穗粒數(shù)×千粒重Kg/1000。2.6數(shù)據(jù)處理與分析運(yùn)用SPSS19.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，圖表中數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)所得的平均值，采用originv9.0作圖軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。第三章試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1水肥耦合對制種玉米耗水量及耗水規(guī)律的影響3.1.1不同生育階段土壤含水量的變化制種玉米在不同生育階段0～100cm土壤含水率的變化如圖3-1所示。有圖3-1可知：在播種—拔節(jié)期，0～60cm土壤含水率介于10%～15%之間，之后隨土壤深度的增加，土壤含水量逐漸增高；在拔節(jié)—抽穗期，土壤含水量大小依次為W3N3＞W(wǎng)3N2＞W(wǎng)3N1＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)2N2＞W(wǎng)2N1＞W(wǎng)1N3＞W(wǎng)1N2＞W(wǎng)1N1,表明高定額灌水明顯促進(jìn)土壤水分向深層土壤移動，有利于提高土壤深層水分儲藏能力；在抽穗—灌漿期，60～100cm土壤含水量大小依次為W3N1＞W(wǎng)3N3＞W(wǎng)3N2＞W(wǎng)2N2＞W(wǎng)1N3＞W(wǎng)2N1＞W(wǎng)1N1＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)1N2，表明制種玉米在此期間灌水定額較大時，適當(dāng)降低灌水次數(shù)不會影響土壤含水能力；在灌漿—成熟期，各處理土壤水分含量明顯減少，60～80cm土壤含水量依次為W3N1＞W(wǎng)3N2＞W(wǎng)1N1＞W(wǎng)1N3＞W(wǎng)3N3＞W(wǎng)2N2＞W(wǎng)2N1＞W(wǎng)2N3＞W(wǎng)1N2，這表明高水中氮（W3N2）處理對作物成熟期土壤深層水分沒有明顯的促進(jìn)作用。圖3-1不同生育階段0～100cm土壤含水率的變化Fig3-1Varietyofsoilmoisturecontentfrom0to100cmindifferentgrowthstages.3.1.2不同生育階段耗水量的變化表3-1為制種玉米在不同生育階段耗水規(guī)律的變化。結(jié)果表明：在不同的灌溉定額條件下，制種玉米的耗水規(guī)律表現(xiàn)出生育前期少、中期多、后期略少的變化趨勢（表3-1）。階段耗水量以灌漿—成熟期所占的比重最大，約占到整個生育期總耗水量的40%左右，階段日均耗水量隨著玉米生育期的完成呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。播種—拔節(jié)期間，制種玉米耗水量和耗水強(qiáng)度較小，日均耗水量基本維持在1.8～2.65mm之間變化，進(jìn)行適度干旱，有利于制種玉米蹲苗促壯，增強(qiáng)后期的抗倒伏能力。在拔節(jié)—抽穗期間，制種玉米日均耗水量增加至4.9～6mm，說明在進(jìn)入營養(yǎng)生長和生殖生長階段，要及時灌水，及時有效的促進(jìn)營養(yǎng)生長到生殖生長的轉(zhuǎn)變。抽穗—灌漿期間，制種玉米進(jìn)入需水高峰期。日均耗水量高達(dá)5.13～7.88mm,干旱和缺水對這一時期制種玉米的生長影響非常大，容易造成卡脖旱，使得制種玉米抽雄吐絲困難，嚴(yán)重影響產(chǎn)量的形成，要在此期間及時灌溉二水，并適度加大灌溉定額。灌漿—成熟期間，盡管制種玉米的日均耗水量降低了，但是該生長階段持續(xù)時間較長，期間氣溫較高，干旱容易造成籽粒營養(yǎng)不良，千粒重下降，影響產(chǎn)量和種子的商品性。因此，根據(jù)制種玉米的耗水規(guī)律，確定了制種玉米在生育期適宜的灌水次數(shù)為四次，各灌水時期分別為：拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿中后期。表3-1制種玉米在不同生育階段耗水量及耗水特征Table3-1thewaterconsumption

contentandcharacteristicsofSeedcornindifferentgrowth

stage灌水定額播種-拔節(jié)拔節(jié)-抽穗抽穗-灌漿灌漿-成熟耗水量耗水強(qiáng)度耗水量耗水強(qiáng)度耗水量耗水強(qiáng)度耗水量耗水強(qiáng)度m3/hm2mmmm/dmmmm/dmmmm/dmmmm/dW171.881.8078.64.91117.985.13237.243.30W289.762.2485.085.32139.346.06239.243.80W3105.842.6596.846.05181.227.88302.044.79注：平：W12400m3/hm2、W24800m3/hm2、W36000m3/hm2。3.1.3水肥耦合條件下水分利用效率的變化圖3-2是制種玉米在水肥耦合條件下其水分利用效率的變化。結(jié)果表明：當(dāng)灌水增加時，水分利用效率逐漸下降。相同灌水水平下，作物的水分利用效率隨著施氮量的增加而逐漸增加。當(dāng)灌水量大于4800m3/hm2時，隨著施氮量的增加，水分利用效率反而下降。圖3-2不同處理下水分利用率的變化Fig3-2Varietyofwater

use

efficiencyindifferenttreatments3.2水肥耦合對制種玉米土壤養(yǎng)分的影響3.2.1水肥耦合條件下土壤硝態(tài)氮含量的變化圖3-3為不同水肥條件下制種玉米土壤剖面殘留硝態(tài)氮含量分布變化趨勢。結(jié)果表明：在相同的施肥條件下，隨著灌水量的增加，0-100cm土層土壤硝態(tài)氮的含量呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢；在100-200cm土層中，土壤硝態(tài)氮的含量呈現(xiàn)增加趨勢。在相同灌水條件下，隨著施氮量的增加，土壤中硝態(tài)氮含量明顯增加，隨著施氮量的增加，土壤剖面殘留的硝態(tài)氮含量顯著增加。圖3-30～200cm土層收獲后硝態(tài)氮含量的變化Fig3-3Thecontentofnitratenitrogenfrom0to200cmafterharvest3.2.2水肥耦合條件下氮肥利用率的變化圖3-4是制種玉米在水肥耦合條件下其氮肥利用率的變化。結(jié)果表明：當(dāng)灌水量低于4800m3/hm2時，隨著施氮量的增加，氮肥利用率逐漸提高；當(dāng)灌水量達(dá)到4800m3/hm2時，隨著施氮量的增加，氮肥利用率先提高后略微下降；當(dāng)灌水量大于4800m3/hm2時，隨著施氮量的增加，氮肥利用率逐漸下降。在相同的施氮水平下，氮肥利用率隨著灌水量的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。圖3-4不同處理下氮肥利用率的變化Fig3-4Varietyofnitrogenfertilizer

use

efficiencyindifferenttreatments3.3水肥耦合對制種玉米生長和產(chǎn)量的影響3.3.1水肥耦合條件下制種玉米葉片光合速率的變化圖3-5為水肥耦合條件下制種玉米主要生育期葉片光合速率的變化。有圖可以看出，在拔節(jié)期制種玉米的功能葉片的凈光合速率相對較低，不同處理下葉片的凈光合速率均值為18.87μmol/m2·s；在抽雄期高水高氮處理（W3N3）達(dá)到最大值35.08μmol/m2·s，各處理間差異明顯，隨著生育期的繼續(xù)推進(jìn)，功能葉片的凈光合速率開始迅速下降，至成熟期下降至最低，各處理間平均值為7.6μmol/m2·s，處理間差異不顯著。圖3-5水肥耦合對于制種玉米主要生育期葉片光合速率的影響Fig3-5Effectofwaterandnitrogencouplingonmaizephotosynthesisrateduringthemaingrowthperiod3.3.2水肥耦合條件下制種玉米葉片蒸騰速率的變化圖3-6為水肥耦合條件下制種玉米主要生育期葉片蒸騰速率的變化。有圖可知，在不同水肥處理下，制種玉米功能葉片的蒸騰速率同樣也隨著生育期的逐漸完成呈現(xiàn)處先升高后下降的趨勢。在拔節(jié)期，各處理間葉片的蒸騰速率均未隨著水肥條件的不同而出現(xiàn)顯著的差異，各處理間制種玉米葉片的蒸騰速率基本維持在4～6μmol/m2·s左右；在抽雄期，隨著植株的生長和葉面積的擴(kuò)大，葉片的蒸騰速率迅速升高，在中水中氮（W2N2）處理下，葉片的蒸騰速率達(dá)到最大值13.84μmol/m2·s，之后開始迅速下降，在成熟期達(dá)到最低，處理間差異不顯著，蒸騰速率基本維持在1.9μmol/m2·s左右。圖3-6水肥耦合對于制種玉米主要生育期葉片蒸騰速率的影響Fig3-6Effectofwaterandnitrogencouplingonmaizeleaftranspirationrateduringthemaingrowthperiod3.3.3水肥耦合條件下制種玉米葉片氣孔導(dǎo)度的變化圖3-7為水肥耦合條件下制種玉米主要生育期葉片氣孔導(dǎo)度的變化。結(jié)果表明：不同水肥處理間制種玉米葉片的氣孔導(dǎo)度隨著生育期的逐漸完成，呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，并且在抽雄期間達(dá)到最大值，處理間差異顯著。與之相比，在拔節(jié)期葉片氣孔導(dǎo)度在不同處理間差異較小，在抽雄期和灌漿期顯著增加，在成熟期迅速降低并且處理間不存在差異。尤其是在抽雄期到灌漿期，氣孔導(dǎo)度的平均降幅小于10%，并且中高水分和氮素水平處理下葉片的氣孔導(dǎo)度明顯高于其他處理。圖3-7水肥耦合對于制種玉米主要生育期葉片氣孔導(dǎo)度的影響Fig3-7Effectofwaterandnitrogencouplingonmaizeleafstomataconductancerateduringthemaingrowthperiod3.3.4水肥調(diào)控下干物質(zhì)的變化圖3-8是制種玉米在水肥耦合條件下其干物質(zhì)含量的變化。結(jié)果表明：制種玉米在各處理?xiàng)l件下生物量均隨著生育期的后延而增加，在拔節(jié)期以前不同施肥和灌水量對干物質(zhì)積累量的影響不顯著，在進(jìn)入抽雄期以后，隨著施肥量和灌水量的增加，干物質(zhì)含量明顯增加，尤其是灌漿期表現(xiàn)更加明顯。通過相關(guān)性分析表明，拔節(jié)期增施氮肥不利于干物質(zhì)的積累，抽雄期隨著氮肥的增加干物質(zhì)含量遞增，直到灌漿期植株對氮肥的需求急劇增加，此階段干物質(zhì)含量積累與施氮量呈顯著的正相關(guān)。此時，由于氮肥的增施植株地上部分生長增快，以至對水分的需求劇增，至成熟期灌水量與干物質(zhì)積累量呈顯著正相關(guān)。3.3.5水肥調(diào)控下制種玉米產(chǎn)量的變化圖3-9為水肥耦合條件下制種玉米產(chǎn)量的變化。結(jié)果表明：在同一施氮水平下，制種玉米的產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增加，產(chǎn)量與灌水量呈極顯著的正相關(guān)，當(dāng)施氮量為240kg/hm2，隨著灌水量的增加產(chǎn)量的增加幅度最大，當(dāng)灌水量達(dá)到6000m3/hm2時，制種玉米的產(chǎn)量達(dá)到最大值17000kg/hm2，當(dāng)施氮量增加至360kg/hm2時，隨著灌水量的增加產(chǎn)量的增加幅度相對較??；在同一灌水條件下，制種玉米的產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，當(dāng)灌水量為6000m3/hm2時，高氮（360kg/hm2）條件下制種玉米的產(chǎn)量反而比中氮（240kg/hm2）條件下的產(chǎn)量低，這說明在水分充足的條件下，過多的氮肥施用量不一定能明顯提高制種玉米的產(chǎn)量，同時也說明說明氮肥對于制種玉米產(chǎn)量的影響需要在一定的水分條件下才能最大限度的發(fā)揮增產(chǎn)效應(yīng)。圖3-8不同水肥處理下干物質(zhì)含量的變化Fig3-8Varietyofdrymatterindifferentwaterandfertilizertreatments圖3-9水肥耦合對制種玉米產(chǎn)量的影響Fig3-9Effectofwaterandnitrogencouplingonyield第四章討論與結(jié)論4.1討論4.1.1水肥耦合對水肥利用率的影響水是肥效發(fā)揮的關(guān)鍵，肥是打開水土系統(tǒng)生產(chǎn)效能的鑰匙，水肥協(xié)調(diào)配合是作物生產(chǎn)的關(guān)鍵。水肥關(guān)系失調(diào)意味著植物生長過程的衰退甚至停止，因此確定合理的施肥量必須與水分狀況緊密結(jié)合（張秋英，2003）。我國長期以來把“早地農(nóng)田水肥交互作用及耦合模式研究”作為攻關(guān)重點(diǎn)專題，取得了前所未有的成績，在一些領(lǐng)域獲得了突破性進(jìn)展。利用水肥耦合作用原理，根據(jù)不同作物需水、需肥特性，將灌溉與施肥有機(jī)地協(xié)調(diào)起來，提高水肥利用效率（Bronstert，2000）。半干旱區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)中，水肥具有明顯的藕合關(guān)系，肥料的增產(chǎn)作用不僅在于肥料本身，更重要的還在于與土壤水分的互作。水分和肥料是一對相互作用，相互影響的整體。水肥藕合作用對土壤水分動態(tài)變化具有極為明顯的影響。協(xié)調(diào)水肥的目的就是要達(dá)到水肥的協(xié)同作用，共同促進(jìn)植物的生長發(fā)育，以獲得高產(chǎn)。在干旱地區(qū)，干旱和瘠薄是作物產(chǎn)量的兩個限制因素，干旱對植物的主要影響是生理脫水，原因是干旱導(dǎo)致的組織和細(xì)胞水勢下降，從而影響到植物對土壤水分的利用效率。施肥能提高植物滲透調(diào)節(jié)能力，尤其是增施氮肥可以顯著抑制蒸騰失水提高水分利用率（王德水，1995）。適度并且緩慢的水分虧缺在玉米的拔節(jié)進(jìn)行時對產(chǎn)量的影響較小，是由于拔節(jié)期的溫度比較高、因此耗水量也大，在這個時候進(jìn)行水分虧缺，會對地上部分的旺長受到抑制，如果進(jìn)行合理密植，就會提高作物產(chǎn)量（康紹忠，1998）。本研究認(rèn)為在拔節(jié)—抽穗期間，制種玉米日均耗水量增加至4.9～6mm，說明在進(jìn)入營養(yǎng)生長和生殖生長階段，要及時灌水，及時有效的促進(jìn)營養(yǎng)生長到生殖生長的轉(zhuǎn)變。抽穗—灌漿期間，制種玉米進(jìn)入需水高峰期。日均耗水量高達(dá)5.13～7.88mm，干旱和缺水對這一時期制種玉米的生長影響非常大，容易造成卡脖旱，使得制種玉米抽雄吐絲困難，嚴(yán)重影響產(chǎn)量的形成，要在此期間及時灌水，并適度加大灌溉定額。灌漿—成熟期間，盡管制種玉米的日均耗水量降低了，但是該生長階段持續(xù)時間較長，期間氣溫較高，干旱容易造成籽粒營養(yǎng)不良，千粒重下降，影響產(chǎn)量和種子的商品性。因此，確定適宜的灌溉量（4800m3/hm2）和合理的灌溉時間，能顯著改善產(chǎn)量構(gòu)成因素，提高半干旱地區(qū)制種玉米的產(chǎn)量。4.1.2水肥耦合對氮肥利用率的影響土壤水分狀況影響土壤中不同位點(diǎn)的可給態(tài)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化速率。旱地中植物主要以吸收NO3-N為主，施入的尿素和銨態(tài)氮肥會通過硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3-N，土壤水分的增加能加速轉(zhuǎn)化，從而有利于植物吸收和減少NH4-N肥的揮發(fā)性損失，提高肥料利用效率（Cameira，2003）。另外，水分也能促進(jìn)氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移，增加玉米的經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量，不灌水處理下，莖葉穗軸與籽粒重量之比為1.4:1，而兩者氮素含量之比為0.4:0.6，灌水處理后，兩個比值分別變?yōu)?.94:1和0.67:0.33。水分不足，肥料的作用不能充分發(fā)揮，在嚴(yán)重缺水時，施氮不但不能增產(chǎn)，反而會有減產(chǎn)的效果(Liu，2007)。水分對肥料的增效作用取決于土壤肥力水平，旱薄田塊，灌水和施肥都有增產(chǎn)作用，但氮肥的效果更突出，無論灌水與否，氮肥的投入均起著舉足輕重的作用，水分與氮肥之間的交互作用明顯。高肥田塊，灌水效果特別突出，而氮肥作用相對不明顯，水氮之間交互作用不明顯。中等肥力的田塊，豐水年灌水無效，歉水年作用明顯，氮肥效應(yīng)隨水分而變更（Dai，2011）。有研究結(jié)果表明，玉米需氮規(guī)律呈現(xiàn)為S型曲線，不同時期追施氮肥對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響較大，中后期追施氮肥能顯著提高玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，株高、穗粗、穗行數(shù)隨著追氮量的逐漸增加而有增加的趨勢（王斌功，2009）。同一密度下隨著追氮量的增加禿尖長有所降低，行粒數(shù)、千粒重、出籽率有增加的趨勢。隨著追氮量的增加而產(chǎn)量逐漸增加，繼續(xù)增加追肥量產(chǎn)量反而降低。追氮量大的處理，同一時期灌漿速度大，其整個有效灌漿期平均灌漿速度也大。追氮量大的處理可以有效提高籽粒灌漿進(jìn)程，最終促進(jìn)千粒重增大,穗粒數(shù)隨著追氮量的增加呈先增后減的趨勢，產(chǎn)量也呈先增后減的趨勢（張洪全，1994）。本研究結(jié)果表明，施氮量為240kg/hm2，能顯著的提高制種玉米的肥料利用效率，在灌水量較低的情況下，氮肥的利用效率較低，但隨著灌水量的增加，過量的增施氮肥，并沒有顯著提高氮肥的利用率，這說明氮素的有效利用需要充足的水分供應(yīng)，水分的充分利用也需要有適宜的氮素供應(yīng)，二者只有在一個適宜的范圍內(nèi)相互作用，才會有效提高氮肥的利用效率，最大限度的發(fā)揮水肥耦合的增產(chǎn)作用。4.1.3水肥耦合對制種玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響水分既是作物生長發(fā)育必需的要素之一，又是營養(yǎng)元素吸收、合成及運(yùn)轉(zhuǎn)的媒介，也是植株體內(nèi)生理生化活動的參與者和介質(zhì)。所以，土壤和作物的水分狀況對作物的生長發(fā)育有著重要的影響（Davies，1990）。作物地上部生長發(fā)育對水分的反應(yīng)研究表明，水分虧缺引起作物生長發(fā)育出現(xiàn)異常反應(yīng)，輕度土壤干旱引起小麥葉片出現(xiàn)萎蔫、平行于太陽輻射、卷曲等形態(tài)反應(yīng)，這些形態(tài)反應(yīng)的發(fā)生可預(yù)防植外體過熱和水分的過分蒸騰對植株產(chǎn)生的危害。當(dāng)水分脅迫解除時，以上形態(tài)反應(yīng)可得到部分或全部恢復(fù)。但是，因過分干旱引起的形態(tài)反應(yīng)則難以恢復(fù)，會對作物生長產(chǎn)生嚴(yán)重危害（Trouverie，2003）。也有研究認(rèn)為，旱后復(fù)水對小麥生長有補(bǔ)償或激發(fā)效應(yīng)，但到目前，國際生物學(xué)界對作物旱后復(fù)水的補(bǔ)償作用尚未達(dá)成共識。盡管旱后復(fù)水是對干旱脅迫的一種補(bǔ)償措施，可完全或部分補(bǔ)償因水分脅迫對植株造成的不利影響，但其補(bǔ)償?shù)某潭热Q于水分脅迫程度和脅迫持續(xù)時間（Zhao，2003）。養(yǎng)分對作物的生長發(fā)育起著極為重要的作用，而不同的營養(yǎng)元素對作物的影響作用不同。其中，氮素營養(yǎng)可促進(jìn)作物根、莖、葉等營養(yǎng)器官的生長。氮素對作物地上部營養(yǎng)生長的促進(jìn)作用明顯，氮素缺乏使作物莖葉細(xì)弱，植株矮小，葉面積減小，葉色淡黃。氮素過多會引起莖葉徒長，抗倒伏能力降低，貪青、晚熟，易染病蟲害（Morgan，1986）。玉米拔節(jié)期復(fù)水后，植株生長、干物質(zhì)累積和分配、氣孔導(dǎo)度、光合速率、蒸騰速率以及根系活力等均表現(xiàn)出不同程度的補(bǔ)償生長效應(yīng)（丁端峰，2006）.光合作用是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，土壤水分和氮素水平通過氣孔導(dǎo)度和葉片含氮量影響作物的光能利用和CO2同化效率，正常灌水條件下，玉米葉片凈光合速率隨著施氮量的增加而升高。在干旱脅迫下，玉米葉片氣孔導(dǎo)度降低，CO2擴(kuò)散阻力變大，光合速率降低。干旱條件下適量施氮可有效緩解氣孔導(dǎo)度下降，維持較高的光合作用水平，并減少強(qiáng)光對光合機(jī)構(gòu)的破壞（張仁和，2012）。本研究結(jié)果表明，玉米葉片凈光合速率在充分灌溉條件下與施氮量正相關(guān)、在中度虧水條件下與氮素水平不相關(guān)、在輕度水分脅迫下配合中等氮素水平時最高，表明土壤水分和氮素水平對玉米葉片凈光合速率的影響具有明顯的耦合作用。在玉米的不同生長時期，抽穗-灌漿期是營養(yǎng)生長最旺盛的時期，功能葉生理活性最高，但水分用效率最低，是應(yīng)用調(diào)虧灌溉原理控制營養(yǎng)生長、誘導(dǎo)補(bǔ)償效應(yīng)、提高水分利用效率的關(guān)鍵時期。通過盆栽和田間試驗(yàn)，研究不同供肥條件下不同生育期水分狀況對玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明：玉米任何生育期的土壤干旱脅迫都會導(dǎo)致玉米的減產(chǎn)，但是肥料供應(yīng)充足的情況下相對減產(chǎn)的幅度較小；若干旱脅迫越嚴(yán)重時，肥料的這一作用就越顯著。在土壤相對含水量在45%~90%的范圍內(nèi)，玉米的產(chǎn)量隨著土壤含水量的增加而增加，但增加的幅度與肥料的施用量和生育期有關(guān)（高亞軍，2006；Kayser，2011）。本研究結(jié)果表明，在相同的施氮水平下，制種玉米的產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增大，但是在水分充足的條件下，過多的氮肥施用量不一定能明顯提高制種玉米的產(chǎn)量，同時也說明說明氮肥對于制種玉米產(chǎn)量的影響需要在一定的水分條件下才能最大限度的發(fā)揮其增產(chǎn)效應(yīng)。4.2結(jié)論本研究主要針對河西灌區(qū)玉米制種基地水資源短缺、肥料使用過度和水肥利用效率較低的現(xiàn)狀，通過研究該地區(qū)制種玉米在不同水肥組合下各主要生育期的水肥利用效率、生理指標(biāo)、干物質(zhì)含量和產(chǎn)量等方面的影響，得出如下結(jié)論：1、制種玉米在主要生育期耗水量以灌漿-成熟期最高，當(dāng)灌水量增加時，作物耗水量隨之增加，而水分利用效率逐漸降低，在相同灌水水平下，水分利用效率隨著施氮量的增加而增加。耗水強(qiáng)度在整個生育期表現(xiàn)出先增后減的趨勢，在抽穗-灌漿期耗水量最大。根據(jù)制種玉米的耗水規(guī)律，確定了適宜的灌水時期，分別為拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿