米娜，張富榮，趙一俊，張玉書(shū)，紀(jì)瑞鵬，于文穎，陳妮娜，姜英，齊華，武晉雯

（1.中國(guó)氣象局沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所/遼寧省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110166；2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽(yáng) 110084；3.朝陽(yáng)市氣象局，遼寧朝陽(yáng) 122000；4.盤錦市氣象服務(wù)中心，遼寧盤錦 124010）

遼寧省是我國(guó)玉米種植的主要基地之一。2018年遼寧省玉米種植面積2.11×106hm2，產(chǎn)量1.039×107t，其中，遼西北5 市（沈陽(yáng)、鐵嶺、錦州、朝陽(yáng)、阜新）2016—2018 年玉米種植總面積占全省種植面積的68.1%[1]。近年來(lái)，針對(duì)遼寧玉米主要種植區(qū)秸稈還田方式不合理、影響出苗、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合不佳等問(wèn)題，集成創(chuàng)新了“玉米間隔耕作秸稈條帶還田”技術(shù)[2-3]，在此基礎(chǔ)上，增加玉米種植密度，構(gòu)建不同的群體冠層結(jié)構(gòu)，有利于改善玉米群體對(duì)光能資源的利用，有效提高玉米群體產(chǎn)量[4]。上述技術(shù)主要在遼寧鐵嶺開(kāi)展了試驗(yàn)與應(yīng)用示范研究。高產(chǎn)高效可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需要充分利用自然資源，這對(duì)氣候資源高效利用提出了更高的要求。因此，評(píng)估玉米間隔耕作秸稈條帶還田增密技術(shù)的光熱資源利用效率，闡述光熱資源利用效率提高的原因，對(duì)于促進(jìn)遼寧玉米秸稈還田增密技術(shù)模式應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)玉米持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)具有重要的意義。

玉米間隔耕作秸稈條帶還田增密集成技術(shù)將還田帶與播種帶分離，進(jìn)行交錯(cuò)耕作，避免了作物與秸稈的直接接觸，一定程度上緩解了傳統(tǒng)還田方式下播種和出苗困難的問(wèn)題。該技術(shù)兼具免耕與深耕等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)深、免耕間隔作業(yè)，田間呈“虛實(shí)相間”的耕層結(jié)構(gòu)，既能有效解決秸稈全層還田中播種層土壤環(huán)境惡化與氮素競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，同時(shí)也破解了旱地合理耕層構(gòu)建和地力提升問(wèn)題，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)提地力、防徑流、控水蝕、蓄水保墑的多重目標(biāo)，最大限度降低秸稈還田的不利影響，是構(gòu)建合理耕層、改善玉米播種環(huán)境的有效途徑[2]，2019 年該技術(shù)被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列為全國(guó)農(nóng)業(yè)主推技術(shù)。采用玉米間隔耕作秸稈條帶還田技術(shù)構(gòu)建合理耕層、提升地力的同時(shí)，合理密植玉米，有利于發(fā)揮地力的作用，增加有機(jī)物質(zhì)的積累，提高收獲穗數(shù)與產(chǎn)量[4]。目前，亟待開(kāi)展該集成創(chuàng)新模式的光熱資源利用效率評(píng)估。

自20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，我國(guó)關(guān)于光熱資源利用效率評(píng)估研究屢見(jiàn)報(bào)道，有針對(duì)地域和作物的光熱資源利用效率評(píng)估或變化特征分析，如河南省夏玉米和冬小麥[5-7]、陜西省玉米[8]、東北三省6種作物（玉米、水稻、春小麥、高粱、谷子和大豆）[9]、黑龍江大豆[10]、安徽雙季稻[11]；有針對(duì)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效栽培技術(shù)的光熱資源利用效率比較或評(píng)估，如玉米小麥間套作技術(shù)[12-13]、冬小麥-夏玉米與雙季玉米種植模式[14]、冬小麥-夏玉米“雙晚”種植模式[15]、冬小麥高產(chǎn)高效栽培模式[16]。在上述光熱資源利用效率評(píng)估中，大多研究使用了光、熱資源分別評(píng)估法，即分別使用光能利用率（光能生產(chǎn)效率）和熱量利用效率（積溫生產(chǎn)效率）2 類評(píng)估指標(biāo)，較少研究使用光熱資源綜合評(píng)估法，即采用光合資源利用率和光溫資源利用率[5，13，16]。在計(jì)算中，光能利用率（%）一般采用籽粒產(chǎn)量與干物質(zhì)燃燒熱量乘積再除以生長(zhǎng)期間太陽(yáng)總輻射量進(jìn)行計(jì)算[6，8，10]，光能生產(chǎn)效率（g·MJ-1）則使用籽粒產(chǎn)量與生長(zhǎng)季單位面積太陽(yáng)輻射量的比值計(jì)算[11，15，17]；熱量利用效率和積溫生產(chǎn)效率（kg·hm-2·℃-1·d-1）都是使用籽粒產(chǎn)量與生長(zhǎng)季積溫的比值計(jì)算。近年來(lái)，有學(xué)者開(kāi)始關(guān)注兩熟制作物的周年氣候資源分配與利用研究[18-19]，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和資源利用效率雙提升、促進(jìn)兩熟制種植模式可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據(jù)。此外，還有研究開(kāi)始關(guān)注作物的光能生產(chǎn)效率差和溫度生產(chǎn)效率差，旨在明確農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和栽培措施對(duì)效率差的貢獻(xiàn)率，以協(xié)同縮減產(chǎn)量差和效率差[20]。本研究借鑒以往研究經(jīng)驗(yàn)，綜合選取光熱資源利用效率評(píng)估指標(biāo)，對(duì)玉米間隔耕作秸稈條帶還田增密集成技術(shù)開(kāi)展光熱資源利用效率科學(xué)評(píng)估，開(kāi)展田間對(duì)比試驗(yàn)觀測(cè)，從葉片尺度光合能力與生理參數(shù)、冠層尺度凈光合累積、產(chǎn)量關(guān)鍵期地上干物質(zhì)積累等方面闡述光熱資源利用效率提高的原因，為玉米持續(xù)高效穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)與技術(shù)模式

研究地點(diǎn)位于遼寧省鐵嶺縣蔡牛鎮(zhèn)（42°21′N，123°37′E），該研究區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫和降水量分別為6.3 ℃和675.6 mm。試驗(yàn)區(qū)的土壤為典型棕壤，0～20 cm 土層有機(jī)質(zhì)含量19.7 g·kg-1[2]。玉米間隔耕作秸稈條帶還田增密集成技術(shù)示范區(qū)面積6.7 hm2。在示范區(qū)和普通農(nóng)戶種植區(qū)分別選取45 m×12 m作為試驗(yàn)小區(qū)，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，分別記作SF 和CK 處理。SF 和CK 處理播種日期為2019 年4 月26 日，收獲日期為2019 年9 月30 日。收獲期專家田間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)產(chǎn)。SF 與CK 處理的主要技術(shù)要點(diǎn)如表1所示。

表1 示范區(qū)（SF）與普通種植區(qū)（CK）處理的主要技術(shù)要點(diǎn)Table 1 The main technical points of SF and CK treatment

玉米間隔耕作秸稈條帶還田高產(chǎn)栽培技術(shù)是在秋季玉米機(jī)收后，通過(guò)秸稈條帶還田機(jī)將經(jīng)過(guò)滅茬作業(yè)的玉米秸稈殘茬歸帶混拌于0～30 cm 土層中形成還田帶，翌年春季在非還田帶（即播種帶）進(jìn)行免耕播種，如此年際間交替作業(yè)。

1.2 資料來(lái)源

2019 年1 月1 日至12 月31 日鐵嶺（42°18′N，123°52′E，海拔85.4 m）逐日平均氣溫和日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于遼寧省氣象信息中心。

1.3 光熱資源利用效率評(píng)估

綜合以往研究[6，13-15，17]，本研究從以下3 個(gè)方面對(duì)玉米生產(chǎn)光熱資源利用效率進(jìn)行評(píng)估。

（1）光溫資源利用率

式中：ERT為光溫資源利用率，%；Y為單位面積作物籽粒產(chǎn)量，kg·hm-2；Yp為單位面積作物的光溫生產(chǎn)潛力，kg·hm-2。計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[5]。

（2）光能利用率

式中：ER為光能利用率，%；H為糧食作物干質(zhì)量熱值，表示單位質(zhì)量干物質(zhì)燃燒時(shí)釋放出的熱量，MJ·kg-1，玉米為17.2 MJ·kg-1為作物生長(zhǎng)期間（播種期SD 至成熟期MD）的光合有效輻射，MJ·m-2。計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[8]。

（3）熱量利用效率

式中：HUE 為熱量利用效率，kg·hm-2·℃-1·d-1為作物生長(zhǎng)期間大于等于生物學(xué)下限溫度B的有效積溫，℃·d，玉米生長(zhǎng)下限溫度取10 ℃；CT 的計(jì)算方法如下：

式中：Tmean指的是日均氣溫。

1.4 小氣候及光合生理指標(biāo)測(cè)定

（1）小氣候要素測(cè)定：在玉米試驗(yàn)區(qū)田間安裝小氣候觀測(cè)塔，塔高4 m，觀測(cè)塔上方配有標(biāo)準(zhǔn)小氣候觀測(cè)站，采集的氣候要素包括：總輻射、光合有效輻射、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速風(fēng)向、降水量和水汽壓等，時(shí)間步長(zhǎng)為30 min。

在綠色最優(yōu)模式中，優(yōu)先順序?yàn)锽、C、A、D，其產(chǎn)能能量消耗的耗電量分別為B：2kWh/kWh，C：3kWh/kWh，A ：7kWh/kWh，D ：9kWh/kWh。

（2）光合有效輻射測(cè)定：分別于2019 年7 月16 日（孕穗期）和8 月2 日（籽粒形成-灌漿期）對(duì)SF 和CK處理各層葉片接受到的光合有效輻射進(jìn)行測(cè)定。使用ACCUPAR LP-80 植物冠層分析儀同時(shí)測(cè)定SF 與CK處理冠層頂層（冠層上方20 cm）、冠層不同葉位層（第1 展開(kāi)葉、第3 展開(kāi)葉、第5 展開(kāi)葉等，以此類推）的光合有效輻射，冠層上方取4 個(gè)點(diǎn)的平均值，其他各層取12個(gè)點(diǎn)的平均值。

（3）開(kāi)花吐絲期不同葉位葉片的光合生產(chǎn)能力（Pn×LAI）[21]測(cè)定：分別于2019 年7 月16 日和8 月2 日對(duì)SF 和CK 處理各層葉片的凈光合速率及葉片面積進(jìn)行測(cè)定。使用LI-6400 便攜式光合作用儀測(cè)定定光強(qiáng)（1 500 μmol·m-2·s-1）下植株上層（年輕的新展開(kāi)的葉片，第1～2 片）、中層（穗位葉或穗位上下的葉）、下層（相對(duì)較老的葉）葉片凈光合速率，每個(gè)處理選取6 株，取平均值。使用長(zhǎng)寬法原位測(cè)定葉片面積，基于播種密度換算為葉面積指數(shù)（LAI）。

（4）葉片光響應(yīng)和CO2響應(yīng)曲線測(cè)定：在玉米開(kāi)花吐絲期選擇晴朗天氣上午進(jìn)行穗位葉光曲線測(cè)定，選擇3 株葉片測(cè)定，將光梯度設(shè)置為2 000、1 800、1500、1200、1000、800、600、400、200、100、80、60、40、20、0 μmol·m-2·s-1，外接CO2小鋼瓶，CO2濃度設(shè)為400 μL·L-1。穗位葉CO2響應(yīng)曲線測(cè)定同樣選擇3 個(gè)葉片進(jìn)行，紅藍(lán)光源設(shè)為1 500 μmol·m-2·s-1，CO2濃度梯度為400、200、25、50、100、150、200、300、400、600、800、1 000 μL·L-1、1 200 μL·L-1。測(cè)定后分別使用光合作用的非直角雙曲線方程（式5）[22]和Farquhar生化模型[23-24]對(duì)光曲線和CO2曲線進(jìn)行擬合，由光曲線得到Pmax（最大凈光合速率）和α（表觀量子效率）兩個(gè)參數(shù)，由CO2曲線得到Vc，max（最大羧化速率）和Jmax（最大電子傳遞速率）兩個(gè)參數(shù)。

非直角雙曲線模型：

式中：Pn代表凈光合作用速率；I為光量子通量密度；α為初始量子效率，即光響應(yīng)曲線在I=0 時(shí)的斜率；Pmax為最大凈光合速率；Rd為暗呼吸速率。

（5）開(kāi)花吐絲期前后地上生物量累積測(cè)定：于玉米開(kāi)花前10 d 左右（2019 年7 月11 日）和開(kāi)花后14 d左右（2019 年8 月8 日）取植株地上部分，每個(gè)處理取6 株，帶回實(shí)驗(yàn)室將玉米植株分離裝袋，置于烘箱中，先105 ℃殺青1 h，之后80 ℃烘干至恒質(zhì)量。比較兩個(gè)處理開(kāi)花期前后地上生物量累積值的差異。

1.5 冠層光合作用模擬

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 24.0 進(jìn)行SF 處理與CK 處理光合有效輻射、光合生產(chǎn)能力、光合作用參數(shù)、地上生物量累積等數(shù)據(jù)的顯著性檢驗(yàn)（顯著性水平設(shè)為0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米光熱資源利用效率評(píng)估結(jié)果

光熱資源利用效率評(píng)估結(jié)果如表2所示，2019年示范技術(shù)（SF）光溫資源利用率、光能利用率、熱量利用效率分別為54.2%、1.54%和7.4 kg·hm-2·℃-1·d-1，較2019 年農(nóng)戶技術(shù)（CK）分別提高了8.6、0.25 個(gè)百分點(diǎn)和19.4%。

表2 2019年示范技術(shù)（SF）與農(nóng)戶技術(shù)（CK）光熱資源利用效率比較Table 2 Radiation and thermal use efficiency of demonstration technology（SF）and ordinary farmers′ technology（CK）

2.2 各層葉片光合有效輻射對(duì)比

由圖1 可見(jiàn)，冠層上部（第1 展開(kāi)葉至第3 展開(kāi)葉）接受到的光合有效輻射SF 和CK 間無(wú)顯著差異，冠層下部（第5展開(kāi)葉至第9展開(kāi)葉）接受到的光合有效輻射CK 顯著高于SF（P＜0.05，圖1），原因在于CK播種密度較SF小，冠層透光性更好。

圖1 孕穗期和粒籽形成期SF與CK處理各層葉片光合有效輻射對(duì)比Figure 1 Photosynthetically effective radiation of each layer for maize canopy of SF and CK treatments at boot stage and grain formation stage

2.3 定光強(qiáng)下各層葉片的光合生產(chǎn)能力對(duì)比

通過(guò)測(cè)定定光強(qiáng)（1 500 μmol·m-2·s-1）下植物葉片的凈光合作用速率和葉面積指數(shù)，比較了各層葉片的光合生產(chǎn)能力（圖2），結(jié)果顯示，SF 上、中、下三層葉片光合生產(chǎn)能力（Pn×LAI）均大于CK，且差異顯著（P＜0.05）。由此可見(jiàn)，采用了間隔耕作秸稈條帶還田高產(chǎn)栽培示范技術(shù)的玉米植株具有較強(qiáng)的光合生產(chǎn)能力，利于植株積累同化產(chǎn)物。

圖2 孕穗期和籽粒形成期SF與CK處理定光強(qiáng)下各層葉片的光合生產(chǎn)能力對(duì)比Figure 2 Photosynthetic capacity at a certain radiation of each layer for maize canopy of SF and CK treatments at boot stage and grain formation stage

2.4 葉片光合作用參數(shù)對(duì)比

通過(guò)測(cè)定玉米產(chǎn)量關(guān)鍵期穗位葉片的光響應(yīng)與CO2響應(yīng)曲線，利用光合作用的非直角雙曲線方程和Farquhar 生化模型擬合出四個(gè)光合參數(shù)，即最大凈光合速率（Pmax）、表觀量子效率（α）、最大羧化速率（Vc，max）、最大電子傳遞速率（Jmax）的數(shù)值，如表3所示。兩次測(cè)定結(jié)果均顯示，SF 處理Pmax、α、Vc，max、Jmax值均顯著高于CK（P＜0.01），分別較CK 處理高4.3%～24.5%、28.9%～62.2%、50.4%～78.2%、31.9%～70.4%，表明SF處理利于提高光合作用效率。

表3 孕穗期和籽粒形成期SF與CK處理葉片光合作用參數(shù)對(duì)比Table 3 Comparing of photosynthesis parameters between SF and CK treatments at boot stage and grain formation stage

2.5 吐絲期至籽粒形成期冠層光合作用對(duì)比

應(yīng)用冠層光合作用模型模擬了玉米吐絲期至籽粒形成期（2019 年7 月23 日至8 月8 日）冠層光合作用的日變化。由圖3 可見(jiàn)，冠層光合日變化呈現(xiàn)出單峰曲線，多數(shù)日期的峰值均出現(xiàn)在上午，SF 處理的冠層凈光合速率日最大值為50～60 μmol·m-2·s-1，而CK處理的冠層凈光合速率日最大值僅為30～40 μmol·m-2·s-1。從冠層日凈同化量（圖4）來(lái)看，SF 處理吐絲期至籽粒形成期冠層日凈同化量累積值為332 g C·m-2，較CK處理（245 g C·m-2）高35.5%。

2.6 開(kāi)花吐絲期前后地上生物量累積

玉米株籽粒數(shù)與開(kāi)花吐絲期前后4～5 周同化物的生產(chǎn)有關(guān)，因此玉米開(kāi)花吐絲期前后（通常指開(kāi)花前10 d 至開(kāi)花后15 d）這段時(shí)間為“產(chǎn)量關(guān)鍵期”[29]。此階段玉米生物量累積多意味著有充足的同化產(chǎn)物向植物各個(gè)器官分配，尤其是向貯藏器官分配。本研究分別于2019 年7 月11 日和8 月8 日對(duì)玉米地上部分進(jìn)行了取樣測(cè)定，結(jié)果表明SF 處理在開(kāi)花吐絲期生物量累積值為947.3 g·m-2，比CK 處理（793.1 g·m-2）提高了19.4%，且差異顯著（P＜0.05，表4）。

表4 SF與CK處理開(kāi)花吐絲期前后地上生物量累積值對(duì)比Table 4 Cumulated above-ground biomass during floweringsilking stage for SF and CK treatments

3 討論

本研究所用的光溫資源利用率計(jì)算方法，是在王亞帆[13]研究的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，將原公式中的分子，即作物生物量，用單位面積的作物籽粒產(chǎn)量代替，原因在于作物生物量不是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門的常規(guī)觀測(cè)因子，改為單位面積的作物籽粒產(chǎn)量后，數(shù)據(jù)易于獲得，有利于計(jì)算與比較。光溫資源利用率在以往研究中并不多見(jiàn)，該概念是將光溫生產(chǎn)潛力作為一個(gè)地區(qū)可以利用的光溫資源，其中光溫生產(chǎn)潛力采用逐級(jí)訂正法進(jìn)行計(jì)算。王亞帆[13]使用作物生物量計(jì)算的小麥不同栽培模式光溫利用率為52.7%～67.2%，比本研究玉米光溫資源利用率的計(jì)算值（45.6%～54.2%）偏高，主要是由于作物差異以及計(jì)算時(shí)所使用的變量不同。光能利用率在以往資源利用效率評(píng)估中較為常用，胡毅等[30]對(duì)于光能利用率的計(jì)算，分子采用單位面積干物質(zhì)收獲量與單位干物質(zhì)燃燒所放出的熱量乘積，分母為作物全生育期單位面積的光合有效輻射，與其他文獻(xiàn)計(jì)算方法并不一致，而其他文獻(xiàn)中分子多使用籽粒產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，分母則使用太陽(yáng)總輻射[6，14]或光合有效輻射[9]。光能利用率的理論計(jì)算值一般可達(dá)6%～8%，但實(shí)際生產(chǎn)中僅為0.5%～1%，最大可達(dá)2%～3%。本研究中玉米的光能利用率為1.29%～1.54%，較豫北地區(qū)夏玉米光能利用率（0.42%～0.96%）[6]偏高。熱量利用效率是資源利用效率評(píng)估中另一個(gè)較為常用的指標(biāo)，文獻(xiàn)中對(duì)該指標(biāo)的定義較為一致，大多采用作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與作物生長(zhǎng)期間有效積溫的比值進(jìn)行計(jì)算。本研究中玉米的熱量利用效率為6.2～7.4 kg·hm-2·℃-1·d-1，高于豫北地區(qū)夏玉米熱量利用效率（2.5～5.1 kg·hm-2·℃-1·d-1）[6]，也高于黃淮海地區(qū)冬小麥-夏玉米周年熱量利用效率（3.1～3.6 kg·hm-2·℃-1·d-1）[14]。

圖3 2019年SF與CK處理冠層凈光合速率日變化對(duì)比Figure 3 Diurnal variation of canopy net photosynthesis rate for SF and CK treatment in 2019

從本研究結(jié)果來(lái)看，對(duì)于SF 處理來(lái)說(shuō)，無(wú)論從葉片尺度還是冠層尺度，其光合性能均優(yōu)于CK處理（圖2～圖4，表3）。此外，SF處理玉米開(kāi)花吐絲期前后地上生物量的累積量較CK提高19.4%。雖然，SF處理冠層中下部及下部葉片接受到的光合有效輻射較CK處理偏低，但其較強(qiáng)的冠層光合性能足以抵消掉中下部葉片輻射減少所帶來(lái)的不利影響，最終使SF處理的光熱資源利用效率高于CK 處理。以往研究中，用玉米植株各葉位的凈光合速率（Pn）乘以對(duì)應(yīng)的葉面積指數(shù)（LAI）來(lái)反映各葉位的光合生產(chǎn)能力，玉米冠層內(nèi)不同葉位的光合生產(chǎn)能力分布自上而下呈單峰不對(duì)稱曲線形式[21]，本研究結(jié)果顯示三層葉片光合生產(chǎn)能力的大小表現(xiàn)為中部葉片＞上層葉片＞下層葉片，符合冠層內(nèi)不同葉位葉片的光合生產(chǎn)能力分布規(guī)律。

圖4 2019年SF與CK處理冠層日凈同化量對(duì)比Figure 4 Canopy daily assimilation of SF and CK treatment in 2019

光曲線模型反映了凈光合作用速率對(duì)光合有效輻射的響應(yīng)，通過(guò)曲線模型擬合光合有效輻射與凈光合速率的關(guān)系，可求出最大凈光合速率、表觀量子效率等光合生理參數(shù)。在眾多光響應(yīng)曲線模型中，非直角雙曲線模型的使用頻率最高[31-32]。表觀量子效率（α）是反映作物凈光合速率光響應(yīng)特征的重要指標(biāo)，能夠反映作物在弱光下對(duì)光能的吸收、傳遞和利用的能力，理論上最大量子效率為0.08～0.125，但實(shí)際α值遠(yuǎn)小于理論上限，對(duì)于長(zhǎng)勢(shì)良好的作物，α值一般為0.04～0.07[33-34]。本研究中SF 與CK 處理的α值為0.037～0.060，與以往的研究結(jié)果[33-34]較為一致。最大凈光合速率（Pmax）是衡量作物冠層光合能力的重要指標(biāo)，與以往研究對(duì)正常生長(zhǎng)條件下玉米所擬合出的Pmax值（28.8～52.1 μmol·m-2·s-1）[32，35-36]相比，本研究的Pmax值（32.6～51.2 μmol·m-2·s-1）在合理范圍內(nèi)。光合作用對(duì)CO2濃度的響應(yīng)研究中，F(xiàn)arquhar 等[23]建立的生化模型被廣泛地應(yīng)用于植物的生理生態(tài)學(xué)研究中，根據(jù)此生化模型以及此后的修正模型[37-38]，可以計(jì)算出植物的最大羧化速率和電子傳遞速率[39]，這兩個(gè)參數(shù)同時(shí)也是生態(tài)系統(tǒng)模型中的兩個(gè)重要參數(shù)，用于計(jì)算葉片和冠層的同化速率。葉片最大羧化速率對(duì)冠層光合速率具有決定作用，提高葉片最大羧化速率是提高光能利用率的關(guān)鍵[40]。本研究結(jié)果顯示，無(wú)論是Vc，max還是Jmax，SF 處理的值均顯著高于CK 處理，從光合作用生理角度解釋了SF 處理比CK 處理光熱資源利用率高的原因。

本研究采用多層模型模擬了玉米吐絲期至籽粒形成期的冠層凈光合速率，研究發(fā)現(xiàn)SF處理和CK 處理在此期間的冠層凈光合速率峰值分別為50～60 μmol·m-2·s-1和30～40 μmol·m-2·s-1，該值與Grant等[41]對(duì)玉米冠層凈光合速率的模擬值較為一致，與基于渦度相關(guān)法觀測(cè)到的玉米農(nóng)田凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（NEP）的值[42]也有較好的一致性，但高于顧生浩等[43]基于三維冠層模型模擬的結(jié)果（玉米最大冠層凈光合速率為19.6～26.2 μmol·m-2·s-1），不同模擬方法所產(chǎn)生的結(jié)果差異，一方面可能是因?yàn)槿S光分布模型和二維多層模型的光分布計(jì)算結(jié)果存在較大差異；另一方面，多層模型沒(méi)有考慮葉片光合生理特性的垂直差異可能也是模擬不確定性的原因。本研究只比較了SF與CK 處理冠層凈光合速率的模擬值，缺乏冠層凈光合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，今后當(dāng)條件具備時(shí)應(yīng)結(jié)合渦度相關(guān)通量觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)多層模型的模擬效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 結(jié)論

（1）玉米間隔耕作秸稈條帶還田增密集成技術(shù)與農(nóng)戶技術(shù)相比，光熱資源利用效率顯著提高。

（2）示范區(qū)各層葉片光合生產(chǎn)能力和光合作用參數(shù)均顯著大于農(nóng)戶技術(shù)。

（3）吐絲期至籽粒形成期示范區(qū)冠層日凈同化量累積較農(nóng)戶技術(shù)高35.5%。

（4）開(kāi)花吐絲期前后示范技術(shù)地上生物量累積顯著高于農(nóng)戶技術(shù)（增幅19.4%），利于籽粒形成，提高株籽粒數(shù)與產(chǎn)量。

因此，玉米間隔耕作秸稈條帶還田增密集成技術(shù)所采用的大壟雙行冠層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，葉片和冠層尺度光合能力均優(yōu)于傳統(tǒng)農(nóng)戶技術(shù)，產(chǎn)量關(guān)鍵期（開(kāi)花吐絲期前后）地上生物量累積速度快，是一種能有效提高玉米光熱資源利用效率的集成技術(shù)模式。