摘要：為明確不同灌水定額對(duì)魯西北平原夏玉米植株性狀、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，本試驗(yàn)以‘鄭單958’為供試品種，于2023年利用遮雨有底測(cè)坑，設(shè)置全生育期灌水80、160、240、280、320、360、400、480 mm共8個(gè)灌水定額處理，分別記為M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8，研究不同處理對(duì)玉米植株性狀、生理生化特性、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量構(gòu)成及水分利用效率的影響。結(jié)果表明，灌水定額為320 mm（M5處理）時(shí)，夏玉米株高、穗下節(jié)數(shù)、穗下長(zhǎng)度及葉面積指數(shù)均最大，株高較M1處理顯著增加21.8%，葉面積指數(shù)顯著增加；M5處理的葉片SPAD值最大，過氧化氫酶（CAT）活性、丙二醛（MDA）含量均最低，抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性略高于M6但差異不顯著；M5處理玉米穗干重顯著高于其他處理，其中較M1處理增加129. 5%，根干重顯著高于除M6外的其余處理：M5處理產(chǎn)量顯著高于除M6外的其余處理，較M1處理增產(chǎn)382.3%；M5處理的水分利用效率和灌溉水利用效率均顯著高于其他處理，分別較M1處理提高131.9%和20.6%。本試驗(yàn)條件下，灌水定額為320 mm不僅能實(shí)現(xiàn)魯西北平原地區(qū)夏玉米高產(chǎn)，亦可顯著優(yōu)化植株生長(zhǎng)，提升干物質(zhì)積累和水分利用效率水平，促進(jìn)高產(chǎn)高效。

關(guān)鍵詞：灌水定額：夏玉米；植株性狀；水分利用效率：產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S513.071 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2025） 03-0057-07

隨著全球氣候問題的加劇，環(huán)境因素對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響越來越大，甚至威脅到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。其中，水分短缺是限制作物生長(zhǎng)的主要環(huán)境因素，干旱會(huì)顯著影響作物的代謝、發(fā)育和形態(tài)，導(dǎo)致生長(zhǎng)減緩。據(jù)研究，全球約三分之一的作物產(chǎn)量受到干旱的影響。玉米（Zea mays L．）是全球種植面積最廣的作物之一，既是重要的糧食作物，又是飼料和工業(yè)原料。玉米高產(chǎn)依賴于相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境條件，而干旱是導(dǎo)致玉米減產(chǎn)的主要因素之一。當(dāng)前農(nóng)田實(shí)踐中，為緩解干旱，通常通過抽取地下水進(jìn)行灌溉。然而，地下水資源的過度開采已導(dǎo)致水位下降和資源枯竭，因此，在有限水分供應(yīng)下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)對(duì)于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全至關(guān)重要。

灌水定額指作物整個(gè)生育期內(nèi)歷次灌水量之和，合理的灌水定額對(duì)實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和節(jié)水具有重要意義。已有研究表明，作物的產(chǎn)量和水分利用效率并不重合，合理的灌水定額有助于促進(jìn)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量提高，而過度灌溉則可能導(dǎo)致產(chǎn)量下降并降低水分利用效率。灌水定額不僅影響作物的水分利用效率，還對(duì)土壤水分的滲透、蒸發(fā)和儲(chǔ)存具有顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)，灌水定額顯著影響土壤含水量及剖面水分分布，且土壤含水量隨灌水定額的增加呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)。此外，灌水定額還能改善作物的光合特性、提高酶活性等。

有研究表明，灌水定額在節(jié)水方面表現(xiàn)突出，但對(duì)產(chǎn)量的提升效果有限。因此，確定水分利用效率和產(chǎn)量均最優(yōu)的灌水定額尤為重要。本研究利用遮雨有底測(cè)坑，設(shè)置8個(gè)灌水定額處理，分別在玉米拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期進(jìn)行灌溉，研究不同灌水定額對(duì)夏玉米植株性狀、生理生化特性、產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率的影響，以期為節(jié)水高產(chǎn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及概況

供試玉米品種為‘鄭單958’。

本研究于2023年6月23日-2023年10月8日在聊城市位山灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站（36°38'44＂N，116°13＇80＂E）開展遮雨有底測(cè)坑試驗(yàn)。該地氣候類型為半干旱半濕潤(rùn)大陸性氣候，多年平均氣溫13.1℃，多年平均日照時(shí)長(zhǎng)2 514.7～2 740.7 h，年平均水面蒸發(fā)量927.0 mm，年平均降水量554.1mm，降水主要集中在汛期且年際變化較大。夏玉米生育期內(nèi)逐日氣象數(shù)據(jù)見圖1。試驗(yàn)土壤類型為砂壤土，0～100 cm土層田間持水率為22％，土壤體積質(zhì)量為1.45 g.cm-3。

遮雨棚內(nèi)有底測(cè)坑尺寸為3.3 m（長(zhǎng)）×2.0 m（寬）×2.0 m（高），東西向排列，共兩排。每排12個(gè)測(cè)坑，合計(jì)24個(gè)測(cè)坑。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

測(cè)坑內(nèi)玉米南北向種植，行距50 cm，株距27.7 cm，每測(cè)坑株數(shù)4×12=48株。施肥按1：1的比例在三葉期和大喇叭口期進(jìn)行，三葉期采用開溝條施，大喇叭口期采用撒施，總施肥（復(fù)合肥，N-P-K= 26- 14- 10）量為750 kg·hm-2。設(shè)置8個(gè)灌水定額處理：80、160、240、280、320、360、400、480 mm，分別記為M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8，每處理重復(fù)3次，每測(cè)坑為1個(gè)重復(fù)。夏玉米生育期內(nèi)共灌水3次，分別在拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期進(jìn)行，具體見表1。玉米生育期內(nèi)使用遮雨棚防雨。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 夏玉米植株性狀調(diào)查及各營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量測(cè)定

于玉米成熟期在每個(gè)測(cè)坑選取有代表性的玉米3株，測(cè)定株高、穗下節(jié)數(shù)、穗下長(zhǎng)度、穗上長(zhǎng)度、穗上葉片數(shù)，隨后將玉米植株按葉、穗、雄穗、莖鞘、根五部分進(jìn)行分裝，120℃殺青30min，80℃烘干至恒重，測(cè)定各部分干重。

1.3.2 玉米葉面積指數(shù)、葉片SPAD值以及生理指標(biāo)測(cè)定

每處理每次灌水后10 d分別隨機(jī)選取3株健康玉米，測(cè)定葉面積（葉面積=k×長(zhǎng)×寬，k=0.75），計(jì)算葉面積指數(shù)（LAI）。

拔節(jié)期、抽雄期灌水后10 d，分別使用SPAD -502葉綠素儀（Konica Minolta，日本）測(cè)量穗位葉上部1/3處的葉綠素含量（SPAD值）。

灌漿期，采集不同處理葉片樣本，測(cè)定抗旱性相關(guān)生理參數(shù)，包括丙二醛（MDA）含量、過氧化氫酶（CAT）活性和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性。MDA含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定，CAT、APX活性按照任艷芳等的方法測(cè)定。

1.3.3 夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素

每測(cè)坑選取3株有代表性玉米，取穗調(diào)查穗粒數(shù)、穗行數(shù)，脫粒后120 ℃下殺青30 min，再80 ℃下烘干至恒重稱重，計(jì)算穗粒重和百粒重。收獲整個(gè)測(cè)坑的玉米，計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量后折算為公頃產(chǎn)量。

1.3.4 農(nóng)田耗水量和水分利用效率計(jì)算

根據(jù)農(nóng)田水分平衡方程計(jì)算夏玉米整個(gè)生育期的耗水量：ET=I+P+F-R-D+△w。式中：ET為作物耗水量（mm）；I為灌水量（mm）；P為降水量（mm）；F為地下水補(bǔ)給量（mm）；R為地表徑流量（mm）；D為深層滲漏量（mm）；△W為土壤儲(chǔ)水消耗量（玉米播種前0～190 cm土層土壤儲(chǔ)水量減去玉米成熟期0～190 cm土層土壤儲(chǔ)水量）。本試驗(yàn)采取有底測(cè)坑，在可移動(dòng)防雨棚內(nèi)進(jìn)行，因此P、F、R和D均為零，方程可簡(jiǎn)化為ET =I+△W。

水分利用效率WUE=Y/ET；

灌溉水利用效率IWUE=Y/I。

式中，Y為籽粒產(chǎn)量，ET。為作物耗水量，工為灌水總量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理計(jì)算，用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（LSD法），用GraphPad Prism軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量對(duì)玉米植株性狀及各營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累的影響

由表2可知，不同灌水量對(duì)玉米植株性狀有顯著影響。M5處理玉米株高最高，顯著高于除M6外的其余處理，相較于M1、M8處理分別增加21.8%、4.6%。M5處理玉米穗下節(jié)數(shù)最多，顯著多于M1、M2處理，與其他處理均無顯著差異，其中較M1處理增加17.6%。M5處理玉米穗下長(zhǎng)度值最大，顯著高于除M6外的其余處理，較M1處理增加34.1%，表明該處理植株對(duì)水分的響應(yīng)能力較強(qiáng)。M6處理玉米穗上長(zhǎng)度值最大，M5處理次之，二者差異不顯著，且均顯著大于M1、M2處理，M6較M1處理增加11.1%。M5、M6處理玉米的穗上葉片數(shù)顯著高于M1、M3處理，表明充足適宜灌水量對(duì)玉米葉片發(fā)育有顯著促進(jìn)作用。

由表3可知，不同灌水量對(duì)玉米各器官干重有顯著影響。M5處理玉米穗干重顯著高于其他處理，相較于M1、M2處理分別增加129.5%、96.8%。表明灌水對(duì)玉米穗部干物質(zhì)積累具有顯著的調(diào)控作用。M4、M5、M6處理玉米雄穗干重顯著高于M1、M2處理。M5、M6處理玉米莖鞘干重顯著高于M1、M2、M3處理。M5處理玉米根干重顯著高于除M6處理外的其他處理，其中較M1處理增加124.3%。M1、M2處理玉米葉干重均顯著低于其他處理，M5處理的葉干重最高，較M1、M2處理分別顯著增加52.1%、51.1%。

2.2 不同灌水量對(duì)玉米葉面積指數(shù)、SPAD值以及生理指標(biāo)的影響

由圖2A可以看出，M5處理玉米拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期的葉面積指數(shù)（LAI）均高于其他處理，特別是抽穗期，顯著高于除M4、M6外的其余處理。表明M5對(duì)玉米葉面積指數(shù)的提升效果最好，從而提供更優(yōu)的光合作用條件。

由圖2B可知，M5處理玉米拔節(jié)期、抽雄期的葉片SPAD值均最大，其中拔節(jié)期顯著大于除M6、M7外的其余處理，抽雄期顯著大于除M6、M7、M8外的其余處理。表明M5處理玉米葉片葉綠素含量最高，光合能力強(qiáng)。

MDA含量能夠反映膜脂過氧化程度及細(xì)胞膜損傷情況。由圖2C可知，M1、M2、M8處理玉米葉片MDA含量均較高，表明這些處理玉米葉片膜脂過氧化損傷程度高于其余處理：M3-M7處理玉米葉片MDA含量均相對(duì)較低，尤其M4、M5處理，顯著低于除M6外的其余處理。表明M5處理玉米植株的氧化損傷程度最小。

由圖2D、E可以看出，M1、M2處理玉米葉片CAT、APX活性均較高，其中CAT活性顯著高于其余處理，APX活性顯著高于除M8外的其余處理；M4、M5、M6處理玉米葉片CAT、APX活性均較低，顯著低于M1、M2、M8處理。M7、M8處理玉米葉片CAT、APX活性也較高，表明過高灌水定額處理玉米植株同樣面臨較嚴(yán)重的氧化脅迫。

2.3 不同灌水量對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

由表4可知，不同灌水量對(duì)玉米產(chǎn)量有顯著影響。M5處理玉米產(chǎn)量顯著高于除M6外的其他處理，較M1處理提高382.3%，增產(chǎn)效果最好：M7處理玉米產(chǎn)量顯著高于除M5、M6外的其他處理；M1處理玉米產(chǎn)量最低。不同灌水量處理玉米穗粒數(shù)間存在顯著差異，以M5處理最高，顯著高于其他處理，M1處理最低，顯著低于除M2、M3、M4外的其他處理。M5、M6、M7處理間玉米穗粒重?zé)o顯著差異，均顯著高于其他處理，M1處理玉米穗粒重最低。M5處理玉米穗行數(shù)最多，顯著高于M1、M3處理。M5、M6、M7處理間玉米百粒重?zé)o顯著差異，均顯著高于M1、M2、M3處理，M1處理玉米百粒重最低。

綜合來看，M5處理玉米在穗粒數(shù)、穗粒重、穗行數(shù)和百粒重方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，這些指標(biāo)的提升有利于產(chǎn)量顯著增加。相反，M1處理玉米各指標(biāo)均表現(xiàn)較弱，導(dǎo)致其產(chǎn)量顯著降低。表明穗粒數(shù)、穗粒重、穗行數(shù)和百粒重的增加對(duì)玉米產(chǎn)量提升具有重要作用。

2.4 不同灌水量對(duì)玉米水分利用效率和灌溉水利用效率的影響

由表5可以看出，各處理間玉米耗水量、水分利用效率（WUE）和灌溉水利用效率（IWUE）存在顯著差異。M5處理玉米的WUE最高，較M1、M8處理分別提高131.9%、65.9%，表明該處理下灌溉水與玉米產(chǎn)量之間的轉(zhuǎn)化效率最佳，水資源得到充分利用。相較之下，M1處理玉米的WUE最低，表明低灌水量處理下，水分轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量的效率較低。盡管M8處理玉米的耗水量最大，但其WUE相對(duì)較低，顯著低于M4、M5、M6、M7處理，表明過量灌溉并未起到有效提升產(chǎn)量的作用，反而造成水資源的浪費(fèi)。M5處理玉米的IWUE也最高，顯著高于其他處理，而M8處理的IWUE最低，表明灌溉水的實(shí)際利用效果不佳。值得注意的是，M1處理玉米的IWUE相對(duì)較高，僅顯著低于M5處理，略低于M6處理，但差異不顯著，表明在低灌水量處理下，灌溉水的利用效率較高。其中，M5處理的WUE、IWUE分別較M1顯著提高131.9%、20.6%。

綜上可知，合理的灌水量對(duì)于實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)和節(jié)水增效具有重要意義，過量灌溉會(huì)導(dǎo)致水資源浪費(fèi)，但對(duì)產(chǎn)量提升的效果欠佳。

3 討論

玉米產(chǎn)量形成與水分供給密切相關(guān)，水分供給充足是玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。然而，當(dāng)前灌溉水資源短缺的現(xiàn)狀加劇了玉米高水分需求與灌溉水不足之間的矛盾。葉面積和葉片葉綠素含量是光合作用的基礎(chǔ)，光合產(chǎn)物則直接決定了玉米的干物質(zhì)積累與籽粒灌漿。本研究表明，M5處理玉米拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期的葉面積指數(shù)均明顯高于其他處理，尤其抽雄期表現(xiàn)更明顯。拔節(jié)期，M5、M6、M7處理玉米葉片葉綠素含量（SPAD值）也顯著高于較低灌水量處理（M1、M2、M3）；抽雄期，M5-M8處理玉米葉片葉綠素含量顯著高于M1、M2處理，表明中高灌水量有助于提高玉米葉片光合能力。

干旱和過量灌水脅迫均可導(dǎo)致植物細(xì)胞中活性氧積累。MDA是活性氧自由基的過氧化產(chǎn)物，是反映細(xì)胞膜損傷的重要指標(biāo)，而CAT、APX是用于清除活性氧的關(guān)鍵酶。本研究中，灌水較少的M1、M2處理玉米葉片MDA含量均較高，表明干旱脅迫較明顯：而灌水適中的M3-M6處理玉米葉片則表現(xiàn)出較好的抗氧化水平，MDA含量和CAT、APX活性均較低。過量灌水的M7、M8處理也表現(xiàn)出一定程度的氧化脅迫，但與M1、M2處理相比損傷程度較輕，這表明缺水脅迫下的氧化損傷更明顯。

水分是玉米從土壤中吸收養(yǎng)分和礦物質(zhì)的介質(zhì)，水分不足會(huì)導(dǎo)致根系吸收功能減弱，影響葉片氣孔開閉，進(jìn)而限制光合作用和蒸騰作用：灌水過量則可能導(dǎo)致根部缺氧，損害根系及作物整體生長(zhǎng)。本研究表明，M5、M6處理在玉米植株性狀和干物質(zhì)積累方面表現(xiàn)較佳，尤其穗干重均顯著高于M1、M2處理。灌水量較大的M7、M8處理玉米的干物質(zhì)積累和植株性狀均低于M5、M6處理，表明過度灌水會(huì)一定程度上抑制玉米生長(zhǎng)。這與前人研究結(jié)論一致，干旱對(duì)玉米的減產(chǎn)影響大于漬水。干物質(zhì)積累對(duì)產(chǎn)量影響顯著，本試驗(yàn)也有相似結(jié)論，M5處理玉米在干物質(zhì)積累中表現(xiàn)最優(yōu)，其穗重、莖鞘重和根重大多顯著高于其他處理：M5處理通過協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)，增強(qiáng)了植株整體的同化能力并最終促進(jìn)籽粒產(chǎn)量的提升，這進(jìn)一步驗(yàn)證了干物質(zhì)積累對(duì)產(chǎn)量的關(guān)鍵影響。水分利用效率（WUE）是作物產(chǎn)量與耗水量之間的比值，反映植物生產(chǎn)過程中的能量轉(zhuǎn)化效率，是衡量作物產(chǎn)量與用水量關(guān)系的重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)水分虧缺下植物生長(zhǎng)適宜度的綜合指標(biāo)之一。本研究中，隨著灌水量的增加，玉米WUE呈先升后降的趨勢(shì)，M5處理的最高。灌水量最低的M1處理玉米雖耗水量少，但其灌溉水利用效率（IWUE）僅次于M5、M6處理：M8處理玉米的IWUE最低，表明過度灌溉并未有效轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量，這與黃玲等的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，320 mm灌水量（M5）處理玉米的葉面積指數(shù)和葉片葉綠素含量均最高，植株性狀、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量整體表現(xiàn)最優(yōu)，其中產(chǎn)量較M1處理高出382.3％；水分利用效率（WUE）最高，相較于M1、M8處理分別提高131. 9%、65.9%。M5處理玉米的灌溉水利用效率（IWUE）最高，M6處理次之，M1處理略低于M6處理。中度灌水量（M4、M5、M6）處理玉米葉片細(xì)胞質(zhì)膜的氧化損傷程度均較低，MDA含量和CAT、APX活性明顯低于其他處理。隨著灌水量的增加，玉米的葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量均呈先升后降趨勢(shì)。綜上可知，灌水定額為320 mm時(shí)可實(shí)現(xiàn)魯西北平原夏玉米的高產(chǎn)和最佳水分利用效率。

基金項(xiàng)目：山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（CXGC2024805）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFD0300601）；智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵工 程技術(shù)研究項(xiàng)目（K23LD90）；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（CXCY2023254）