全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(9): 16191627 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB118604), 国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-02-08)和西北农林
科技大学创新专项(QN2011086)资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 薛吉全, E-mail: xjq2934@163.com; 张兴华, E-mail: zhangxh4569@163.com
第一作者联系方式: E-mail: zhangrenhe1975@sohu.com
Received(收稿日期): 2013-02-04; Accepted(接受日期): 2013-06-02; Published online(网络出版日期): 2013-07-01.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130701.1329.002.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.01619
不同栽培模式对旱地春玉米光合特性和水分利用率的影响
张仁和 胡富亮 杨晓钦 高 杰 郝引川 张兴华* 薛吉全*
西北农林科技大学农学院 / 农业部西北旱区玉米生物学与遗传育种国家重点实验室, 陕西杨凌 712100
摘 要: 明确旱地春玉米高产与水分高效协调的栽培技术及其生理原因, 对提高水分限制条件下玉米水分利用效率
及玉米可持续生产具有重要意义。本文以郑单 958为材料, 于 2010年和 2011年在陕西长武进行大田试验, 设置当地
农户栽培(对照)、高产高效栽培、超高产栽培和再高产高效栽培等 4种栽培模式, 比较了其对春玉米光合特性和水分
利用效率的影响。结果表明, 当地农户栽培、高产高效栽培、超高产栽培和再高产高效栽培产量平均达 7.7、9.2、11.7
和 10.6 t hm2, 高产模式较对照产量分别提高 20.1%、52.9%和 37.7%, 水分利用效率分别提高 27.8%、60.9%和 45.1%。
与当地农户栽培相比, 高产高效栽培、超高产栽培和再高产高效栽培提高了花后叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)
和单叶水分利用效率(WUEL)、相对电子传递速率(ETR)、PSII 实际量子产额(ΦPSII)和光化学猝灭(qP); 延缓了叶片衰
老; 花后干物质积累量分别增加 29.0%、82.3%和 56.1%。结果说明通过地膜覆盖、增加密度和氮肥运筹等关键栽培
技术的集成与优化, 可实现旱地春玉米高产与水分高效 30%以上的目标; 其增产增效的主要原因在于显著增强玉米
花后叶片光捕获能力与光化学效率, 延缓叶片早衰, 促进花后干物质积累及其对籽粒的贡献率。
关键词: 玉米; 栽培模式; 光合特性; 干物质积累与转运; 产量与水分利用效率
Effects of Different Cultivation Patterns on Photosynthetic Characteristics and
Water Use Efficiency in Dryland Spring Maize
ZHANG Ren-He, HU Fu-Liang, YANG Xiao-Qin, GAO Jie, HAO Yin-Chuan, ZHANG Xing-Hua*, and XUE
Ji-Quan*
College of Agronomy, Northwest A&F University / Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Maize in Arid Area of Northwest Region,
Ministry of Agriculture, Yangling 712100, China
Abstract: Under water-limited conditions, increasing water use efficiency (WUE) is essential for successful maize production.
This study aimed at increasing grain yield and WUE through improving crop management. A maize cultivar Zhengdan 958 was
planted at Changwu of Shaanxi Province in 2010 and 2011 with four treatments including local farmers’ practice (CK),
high-yielding and high efficiency cultivation (HHC), super high yielding cultivation (SHC), and super high yielding and high
efficiency cultivation (SHEC). The photosynthetic characteristics and WUE under the different cultivation patterns were analyzed.
The results showed that the average yield for CK, HHC, SHC, and SHEC was 7.7, 9.2, 11.7, and 10.6 t ha1, respectively, and
20.1%, 52.9%, and 37.7% higher than that of control. WUE was increased by 27.8%, 60.9%, and 45.1% under HHC, SHC, and
SHEC, when compared with local farmers’ practice. Compared with the control, HHC, SHC and SHEC also significantly in-
creased net photosynthetic rate (Pn), transpiration rate (Tr), leaf water use efficiency (WUEL), electron transport rate (ETR), quan-
tum yield (ΦPSII), photochemical quenching (qP) of photo-system II in leaf, delayed the mean decreasing rate of leaf senescence
and leaf senescence duration. In addition, the post-anthesis dry matter accumulations were 29.0%, 82.3%, and 56.1% higher in
HHC, SHC, and SHEC than in the control. The results indicated that grain yield and WUE could be increased through integrating
and optimizing cultivation techniques in maize production, which attributed to the higher photosynthetic rate, delayed leaf senes-
cence at latter growth stages and higher post-anthesis dry matter accumulation and transportation to grains.
1620 作 物 学 报 第 39卷


Keywords: Maize; Cultivation pattern; Photosynthetic characteristics; Dry matter accumulation and transportation; Yield and
WUE
西北旱区是我国重要粮食生产基地之一, 旱地
春玉米是该地区主要粮食作物之一, 在玉米生长季
节光热充足时获得较高的籽粒产量, 其单产高出全
国平均单产 150 kg hm2以上[1-2]。因降水时空分布
不均且变率较大, 干旱成为该区春玉米产量提高的
主要限制因子[3-5]。因此, 提高水分利用效率为目标
的多种栽培技术成为旱地农业研究的焦点[6-7]。水分
利用效率是全面反映玉米植株水分利用状况的综合
指标, 土壤和作物管理技术能够增加籽粒产量和水
分利用效率。其中覆盖是在西北旱区大面积推广的
田间管理技术 , 能够显著改善耕层土壤水热状况 ,
促进玉米生长发育, 提高水分利用效率[8-10]。增加密
度和合理施肥也是旱地玉米产量提高的重要途径[11],
采用 82 500 株 hm2高密度结合氮肥调控创造了旱
地春玉米 18.7 t hm2的高产纪录, 而农民大田玉米
种植密度维持在 52 500 株 hm2 左右[12-14]; 且农民
习惯采用“一炮轰”过量施氮 360 kg hm2, 远高于推
荐施肥量 225 kg hm2, 这样增施氮肥不但没有增加
玉米产量, 还降低氮肥利用率, 污染环境[15-17]。前人
在这方面的研究也多集中在单或双因素对旱地春玉
米干物质积累和水氮利用特征的影响[18-21], 但通过
作物—土壤综合管理实现产量和水氮利用效率同步
提高的研究报道尚少。为此, 本文在广泛调研黄土
高原春玉米高产区当前农民习惯种植方式的基础上,
通过对覆盖方式、种植密度、氮肥运筹等多项栽培
技术集成与优化, 比较分析了不同栽培模式对旱地
春玉米光合特性和水分利用率的影响, 以期为旱地
春玉米持续高产高效栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
西北农林科技大学旱作农业长武站位于黄土高
原中南部陕西省长武县洪家镇王东沟村(35°12′N、
107°40′ E, 海拔 1200 m), 属典型旱作农区, 试验田
土壤为黑垆土。2010年和 2011年试验 0~20 cm土壤
含有机质 12.6 g kg1、11.9 g kg1, 全氮 0.93 g kg1、
0.88 g kg1, 矿质氮 3.14 mg kg1、3.18 mg kg1, 有
效磷 14.56 mg kg1、14.21 mg kg1, 有效钾 144.5 mg
kg1、144.9 mg kg1。两年玉米生育期平均温度分别
为 17.6℃和 18.1℃; 降雨量分别为 533.5 mm 和
494.8 mm (图 1)。
1.2 试验设计
设置 4 种栽培模式, 其中当地农户栽培(T1)的
种植密度为 49 500株 hm2, 等行距(60 cm+60 cm);
施氮 270 kg hm2, P2O5 135 kg hm2为底肥, 采用秸
秆覆盖。高产高效栽培(T2)的目标产量和 WUE 较
T1 处理增加 15%~20%, 其种植密度为 60 000 株
hm2, 宽窄行(80 cm+40 cm); 施有机肥 30 000 kg
hm2、N 225 kg hm2、P2O5135 kg hm2, 其中 60%
氮肥拔节期追施, 采用地膜覆盖。超高产栽培(T3)
的目标产量较 T1 处理增加 50%以上, 采用宽窄行
(80 cm+40 cm), 密度为 90 000 株 hm2, 施有机肥
75 000 kg hm2、N 450 kg hm2、P2O5 225 kg hm2
和 K2O 225 kg hm2, 其中氮肥在底肥、拔节期、大
口期和灌浆期分 4次施入, 比例为 30%、30%、30%
和 10%, 地膜覆盖。再高产高效栽培(T4)的目标产量



图 1 陕西省长武县旱地春玉米生长季节降雨量和温度的变化
Fig. 1 Changes of precipitation and temperature of dryland spring maize at Changwu of Shaanxi Province

第 9期 张仁和等: 不同栽培模式对旱地春玉米光合特性和水分利用率的影响 1621


和WUE较 T1处理增加 30%, 采用宽窄行(80 cm+40
cm), 密度为 82 500 株 hm2, 施有机肥 75 000 kg
hm2、N 300 kg hm2、P2O5 150 kg hm2和 K2O 150 kg
hm2, 其中氮肥在播种期、拔节期和大口期分 3次施
入, 比例为 30%、30%和 40%, 地膜覆盖。供试品种
为郑单 958。随机排列, 4次重复, 小区面积为 60 m2。
2010年 4月 22日播种, 9月 24日收获; 2011年 4月
20日播种, 9月 26日收获。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 叶片光合速率 于大口期(V12)、吐丝期
(VT)、灌浆期(R3)和成熟期(R6) 10:00 至 12:00, 利
用 Li-6400 便携式光合作用测定系统(Li-Cor, USA),
设定人工光源光强为 1500 µmol m2 s1, 选取各处
理生育进程一致、照光均匀的健康植株, 测定光合
速率(Pn, µmol CO2 m2 s1)、蒸腾速率(Tr, mmol m2
s1), 叶片水分利用效率(WUE, µmol mmol1) = Pn
/Tr。每次每个处理重复 3次。
1.3.2 叶绿素荧光参数 于大口期(V12)、吐丝期
(VT)、灌浆期(R3)和成熟期(R6)上午 9:00~12:00, 利
用 PAM-2100荧光仪(WALZ, Germany), 以叶脉为轴
的对称点测量叶绿素荧光参数。先暗适应 30 min, 测
定暗适应下的初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)。设置 600
μmol m2 s1 的光强 , 测定光适应下的最大荧光
(Fm)、最小荧光(Fo)、稳态荧光(Fs)等荧光参数; 参
照 Demming-Adams 等[22]方法, 实际量子产量 ΦPSII
＝(Fm  Fs)/Fm, 电子传递速率 ETR = PAR×ΦPSII×
0.5×0.84; 光化学猝灭系数 qP = (Fm  Fs)/(Fm  Fo),
每次每个处理重复 3次。
1.3.3 叶片衰老变化特征 吐丝后每隔 10 d测一
次 叶 面 积 ( 叶 长 × 叶 宽 ×0.75), 用 曲 线 方 程
y=aeb−cx/(1+eb−cx)描述叶片衰老变化过程, 其中 y 为
某一时刻的相对绿叶面积(RGLA, %), x为抽丝后的
天数, 参数 a为 RGLA的理论初始值(本试验设置 1),
b 与叶片衰老的启动有关, c 与叶片衰老的速度有
关[22]。成熟期相对绿叶面积 RGLAM(%)=成熟期绿
叶面积/吐丝期绿叶面积; 相对绿叶面积最大衰减速
率 Vmax=c/4; 出现最大绿叶衰减速率的时间 Tmax=
b/c [23]。
1.3.4 干物质积累及籽粒产量 于拔节期(V6)、
大口期(V12)、吐丝期(VT)、灌浆期(R3)和成熟期(R6)
取 5 样株, 将其分为叶片、茎鞘、苞叶、穗轴和籽
粒等 5个部分。于 105℃杀青 30 min后, 80℃烘 48 h,
至恒重时称干物质重。成熟期收获考种、计产。参
照 Cox 等[24]方法计算群体干物质转运量(率)和花后
同化物输入籽粒量及其对籽粒贡献率。
花前营养器官干物质转运量(kg hm2) = 开花期
营养器官干重  成熟期营养器官干重
花前营养体干物质转运率(%) = 花前营养器官
干物质转运量/开花期营养器官干重×100%
花后同化物输入籽粒量(kg hm2) = 成熟期籽粒
干重  开花前营养器官干物质转运量
花后同化物对籽粒的贡献率(%) =干物质转运
量/成熟期籽粒干重×100%
1.3.5 土壤含水量及水分利用效率 在播种期和
收获期采用土钻烘干法测定 0~200 cm 土壤含水量,
每 20 cm一层, 重复 3次。W=Wi×Di×Hi×10[25], 式中,
W: 土壤贮水量, mm; Wi: 第 i层土壤质量含水率, %;
Di: 第 i层土壤体积质量, g m3; Hi: 第 i层土壤厚度,
cm。
水分利用效率 WUE (kg km2 mm1)=GY/ET,
ET=PΔS, 式中, GY 为籽粒产量, 单位为 kg hm2;
ET为耗水量, 单位为 mm; P为降雨量, 单位为 mm;
ΔS 为收获期和播种期 0~200 cm 土壤贮水量之差,
单位为 mm。试验地为旱地, 无灌溉。
1.4 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003计算试验数据平均值,
SPSS12.0检测显著性。
2 结果与分析
2.1 不同栽培模式下旱地春玉米叶片光合特性
变化
2010—2011 年平均数据显示, 不同栽培模式下
叶片光合速率(Pn)随生育进程呈现先增加后降低趋
势(图 2-A), 超高产栽培、再高产高效栽培、高产高
效栽培均显著高于当地农户栽培(对照)。不同栽培模
式下叶片蒸腾速率(Tr)也均随生育进程呈现先增加
后降低趋势(图 2-B)。成熟期高产高效栽培、超高产
栽培和再高产高效栽培叶片光合速率和蒸腾速率显
著高于当地农户栽培(对照)。而不同栽培模式下叶片
水分利用效率(WUEL)随生育进程下降(图 2-C), 成
熟期超高产栽培和再高产高效栽培单叶水分利用效
率仍高于当地农户栽培。说明超高产栽培和再高产
高效栽培改善叶片光合性能。
2.2 不同栽培模式下旱地春玉米叶片荧光参数
的变化
2010—2011 年平均数据显示, 不同栽培模式下
1622 作 物 学 报 第 39卷


叶片荧光参数电子传递速率(ETR)、实际量子产额
(ΦPSII) 和光化学猝灭系数(qP)均随生育进程呈现先
增加后降低趋势(图 3), 而在吐丝后期超高产栽培、
再高产高效栽培、高产高效栽培叶片 ETR、ΦPSII和
qP均显著高于当地农户栽培(对照)。说明上述栽培处
理提高叶片光能利用与转化效率。
2.3 不同栽培模式下旱地春玉米叶片衰老的
变化
不同栽培模式下吐丝后期叶片衰老速率呈下降
趋势(图 4), 当地农户栽培、超高产栽培、再高产高
效栽培、高产高效栽培平均衰老速率分别为 1.35%、
1.23%、0.99%和 1.09%, 当地农户栽培最高。成熟
期超高产栽培、再高产高效栽培、高产高效栽培绿
叶面积显著高于当地农户栽培(对照); 曲线方程拟
合得出其最大衰老速率和天数, 超高产栽培、再高
产高效栽培、高产高效栽培较对照的叶片最大衰老
速率平均分别降低 14.6%、44.7%和 27.5%, 且天数
延长 13、7和 2 d。说明上述栽培处理延缓叶片衰老
的速率与时间。
2.4 不同栽培模式下旱地春玉米干物质积累与
分配
不同栽培模式下不同年份干物质积累动态均符
合 S型曲线, 玉米总干物质量均表现为超高产栽培>
再高产高效栽培>高产高效栽培>当地农户栽培(对
照)(图5)。不同栽培模式下干物质随着生育进程而逐
步增加, 高产高效栽培、超高产栽培和再高产高效
栽培花后干物质积累量占总生物量的比例两年平均
值为 39.0%、45.1%和 42.9%, 均显著高于对照的
35.7%。
与当地农户栽培(对照)相比, 高产高效栽培、超
高产栽培和再高产高效栽培干物质转运量和转运率
均显著低于对照(表 2); 其花后同化物输入籽粒量及



图 2 不同栽培模式下玉米叶片光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和叶片水分利用率(WUEL)变化
Fig. 2 Changes of net photosynthetic rate (Pn), transpiration rate (Tr), and water use efficiency (WUEL) in leaves of maize under
different cultivation patterns
T1: 当地农户栽培; T2: 高产高效栽培; T3: 超高产栽培; T4: 再高产高效栽培; V12: 大口期; VT: 吐丝期; R3: 灌浆期; R6: 成熟期。
T1: local farmers’ practice(CK); T2: high-yielding and high efficiency cultivation; T3: super high yielding cultivation; T4: super high yielding
and high efficiency cultivation. V12: stage with 12 leaves expanded; VT: silking stage; R3: grain filling; R6: maturity stage.



图 3 不同栽培模式下玉米叶片电子传递速率(ETR)、量子产额(ΦPSII)和光化学效率(qP)变化
Fig. 3 Changes of electron transport rate (ETR), quantum yield (ΦPSII), photochemical quenching (qP) of photo-system II of maize
leaves under different cultivation patterns
T1: 当地农户栽培; T2: 高产高效栽培; T3: 超高产栽培; T4: 再高产高效栽培; V12: 大口期; VT: 吐丝期; R3: 灌浆期; R6: 成熟期。
T1: local farmers’ practice (CK); T2: high-yielding and high efficiency cultivation; T3: super high yielding cultivation; T4: super high yield-
ing and high efficiency cultivation. V12: stage with 12 leaves expanded; VT: silking stage; R3: grain filling; R6: maturity stage.
第 9期 张仁和等: 不同栽培模式对旱地春玉米光合特性和水分利用率的影响 1623




图 4 不同栽培模式下玉米相对绿叶面积(RGLA)动态变化
Fig. 4 Dynamic changes of relative green leaf area of maize under different cultivation patterns
T1: 当地农户栽培; T2: 高产高效栽培; T3: 超高产栽培; T4: 再高产高效栽培。
T1: local farmers’ practice (CK); T2: high-yielding and high efficiency cultivation; T3: super high yielding cultivation; T4: super high yielding and
high efficiency cultivation.

表 1 不同栽培模式下旱地春玉米叶片衰老特征
Table 1 Leaf senescence traits of dryland spring maize under different cultivation patterns
年份
Year
处理
Treatment
成熟期相对绿叶面积
RGLAM (%)
平均衰老速率
Vm (%)
最大衰老速率
Vmax (%)
天数
Tmax (days)
2010 T1 34.2 a 1.32 a 4.06 a 34 a
T2 39.4 b 1.17 b 3.39 b 38 b
T3 52.1 c 0.95 c 2.24 c 49 c
T4 46.5 d 1.03 b 2.97 d 43 d
2011 T1 28.3 a 1.38 a 4.38 a 31 a
T2 33.4 b 1.28 b 3.82 b 35 b
T3 46.8 c 1.02 c 2.43 c 46 c
T4 40.3 d 1.15 b 3.15 c 40 d
T1: 当地农户栽培; T2: 高产高效栽培; T3: 超高产栽培; T4: 再高产高效栽培。不同小写字母表示在 0.05水平上差异显著。
RGLAM: relative green leaf area at maturity; Vm: the mean decreasing rate of RGLA; Vmax: the maximum reduction rate of RGLA; Tmax:
the day of Vmax. T1: local farmers’ practice (CK); T2: high-yielding and high efficiency cultivation; T3: super high yielding cultivation; T4:
super high yielding and high efficiency cultivation. Valued within a column followed by different lowercase letters are significantly different
at 0.05 probability levels.



图 5 不同栽培模式下群体干物质积累动态变化
Fig. 5 Changes of dry matter accumulation of maize under different cultivation patterns at different growth stages
T1: 当地农户栽培; T2: 高产高效栽培; T3: 超高产栽培; T4: 再高产高效栽培; V6: 拔节期; V12: 大口期; VT: 吐丝期;
R3: 灌浆期; R6: 成熟期。
T1: local farmers’ practice (CK); T2: high-yielding and high efficiency cultivation; T3: super high yielding cultivation; T4: super high yielding
and high efficiency cultivation. V6: stage with 6 leaves expanded; V12: stage with 12 leaves expanded; VT: silking stage; R3: grain filling;
R6: maturity stage.
1624 作 物 学 报 第 39卷


表 2 不同栽培模式下春玉米干物质转运量、转运率及花前贮藏同化物对籽粒贡献率变化
Table 2 Changes of dry matter translocation, dry matter translocation efficiency, post-anthesis dry matter accumulation and
contribution of post-anthesis assimilates to grain of dryland spring maize under different cultivation patterns
年份
Year
处理
Treatment
花前营养体干物质
转运量
DMT (kg hm2)
花前营养体干物质
转运率
DMTE (%)
花后同化物输入
籽粒量
PAA (kg hm2)
花后干物质积累量
对籽粒贡献率
CPAG (%)
2010 T1 2152.4 a 21.4 a 5655.2 a 72.4 a
T2 2128.1 a 18.5 b 7168.2 b 77.1 b
T3 1892.2 b 14.7 c 10129.8 c 84.3 c
T4 2002.3 c 16.6 b 8759.5 d 81.4 c
2011 T1 2155.2 a 21.9 a 5372.8 a 71.3 a
T2 2060.9 a 18.9 b 7061.1 b 77.4 b
T3 1682.3 b 14.2 c 9748.7 c 85.2 c
T4 1892.3 c 16.8 b 8456.2 d 81.7 c
不同小写字母表示在 0.05水平上差异显著。缩写同图 2。
DMT: dry matter translocation; DMTE: dry matter translocation efficiency; PAA: post-anthesis dry matter accumulation; CPAG: contri-
bution of post-anthesis assimilates to grains. Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at 0.05
probability levels. Others abbreviations are the same as given in Figure 2.

其对籽粒贡献率分别提高 29. 0%、80.3%、56.1%和
7.5%、17.9%、13.5%。说明高产高效栽培、超高产
栽培和再高产高效栽培提高花后同化物是其增产的
物质来源。
2.5 不同栽培模式下旱地春玉米产量构成及水
分利用效率
由表 3 可知, 当地农户栽培、高产高效栽培、
超高产栽培和再高产高效栽培平均产量分别达 7.7、
9.2、11.7 和 10.6 t hm2, 较对照分别提高 20.1%、
52.9%和 37.7%; 各年度的差异均达极显著水平。高
产高效栽培、超高产栽培和再高产高效栽培春玉米
穗粒数和千粒重较当地农户栽培有所降低, 差异不
显著。由于种植密度不同, 导致有效穗数差异达显
著或极显著水平。从产量构成看, 增加种植密度是
实现玉米高产的重要的途径。
从不同栽培模式下土壤贮水量增加趋势(图 6)
看, 高产高效栽培、超高产栽培和再高产高效栽培
较当地农户栽培 (对照 )两年平均土壤贮水量增加
24.2、31.7和 29.4 mm, 特别是 100 cm以下土壤水
量差异显著; 而耗水量较对照减少 24.8、26.7和 24.7
mm。这 3个处理的水分利用效率较对照分别提高了
27.8%、60.9%和 45.1%。说明这些栽培体系能有效
地蓄集降雨、抑制无效蒸发, 大幅提高玉米水分利
用效率。

表 3 不同栽培模式下旱地春玉米产量构成及水分利用率的变化
Table 3 Yield component and water use efficiency (WUE) of dryland spring maize under different cultivation patterns
年份
Year
处理
Treatment
有效穗数
Effective spike
(ear hm2)
穗粒数
Kernel per
ear
千粒重
1000-kernel
weight
(g)
籽粒产量
Grain yield
(kg hm2)
耗水量
Evapotranspiration
(mm)
水分利用效率
Water use
efficiency
(kg km2 mm1)
2010 T1 50190 a 532.8 a 373.8 a 7807.4 a 524.5 a 14.4 a
T2 56820 b 526.4 b 356.1 b 9296.4 b 504.2 a 18.7 b
T3 84240 c 481.6 c 346.4 b 12021.9 c 499.6 b 22.9 c
T4 77685 d 498.1 c 351.6 b 10761.7 d 498.7 b 20.7 c
2011 T1 50670 a 524.5 a 358.7 a 7528.1 a 472.5 a 15.9 a
T2 56895 b 503.2 b 343.9 b 9122.2 b 443.2 b 20.6 b
T3 83610 c 473.8 c 339.1 b 11431.4 c 443.9 b 25.8 c
T4 77445 d 486.4 c 340.6 b 10348.5 d 448.8 b 23.1 c
T1: 当地农户栽培; T2: 高产高效栽培; T3: 超高产栽培; T4: 再高产高效栽培。不同小写字母表示在 0.05水平上差异显著。
T1: local farmers’ practice (CK); T2: high-yielding and high efficiency cultivation; T3: super high yielding cultivation; T4: super high
yielding and high efficiency cultivation. Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at 0.05
probability level.
第 9期 张仁和等: 不同栽培模式对旱地春玉米光合特性和水分利用率的影响 1625




图 6 不同栽培模式下土壤贮水量动态变化
Fig. 6 Changes of soil water storage of maize under different cultivation patterns
缩写同图 2。Abbreviations are the same as given in Figure 2.

3 讨论
对于西北旱地玉米重要挑战就是通过作物管理
提高水分利用效率[1,3]。水分利用效率受籽粒产量、
土壤耗水量和降雨量的影响[25], 旱地季节性多变降
雨不能预测, 但栽培技术能高效集雨并合理利用[8]。
其中秸秆覆盖技术能够蓄积土壤水和减少土壤水分
蒸发 , 是提高水分利用效率的一项重要栽培技
术 [2,10]。本研究发现 , 与当地农户栽培(对照)相比 ,
高产高效栽培、超高产栽培和再高产高效栽培土壤
耗水量减少 24.8、26.7 和 24.7 mm。尽管超高产栽
培和再高产高效栽培群体增加, 但其收获土壤需水
量仍较多, 特别在深层土壤(图 6), 说明地膜覆盖比
秸秆覆盖蓄积降雨效果好, 能有效提高水分利用效
率。结果暗示旱区春玉米生产中宜采用地膜覆盖技
术。同时玉米产量的提高归功于高密度种植, 可最
大利用光能[14-15]。本研究显示, 超高产栽培和再高
产高效栽培群体干物质较显著高于对照(图 5); 另外,
高产栽培和再高产高效栽培在增加有效穗数的同时,
穗粒数也不同程度提高(表 3)。可见, 通过增密技术
增穗增粒扩大库容是实现高产的重要栽培途径。实
现玉米产量和水分效率 30%以上的生理原因可能有
以下 2个方面。
玉米干物质积累量是籽粒产量的物质基础, 获
得高产就是要尽量增加干物质产量, 并使之更多分
配到籽粒中[3]。而玉米籽粒产量的物质来源于花前
贮藏营养器官同化物的再分配和花后的光合生产同
化物[18,26], 且受品种特性、栽培措施和气候条件等影
响[16,19,26]。环境胁迫下(干旱、低温)显著提高了玉米
籽粒来自花前营养器官物质的比例[26]; 在高产栽培
条件下玉米高产品种的籽粒产量主要依赖于生育后
期的干物质积累[14]。王永军等[12]研究认为, 控释尿
素处理比对照使得干物质向开花后分配比例增加。
因此, 提高花后干物质生产量对玉米高产超高产尤
为重要 [16,19]。本研究发现 , 与当地农户栽培(对照)
相比, 高产高效栽培, 超高产栽培及再高产高效栽
培下玉米群体吐丝至成熟期的干物质积累更多并转
运至籽粒(花后同化物对籽粒的贡献率)。这是旱地春
玉米高产与水分高效协同提高的物质基础。
普遍认为玉米籽粒产量的 60%以上来自抽穗以
后的光合同化物[26-27], 光合物质生产量基本取决于
花后叶片光合效率和绿叶持续期[16,20]。水分亏缺降
低玉米叶片实际光化学效率(ΦPSII)和光化学猝灭系
数(qP)[26]。张玉芹等 [19]研究指出 , 产量 15 000 kg
hm2 以上超高产栽培玉米灌浆前期净光合速率高 ,
后期净光合速率下降缓慢。本研究结果显示, 与当
地农户栽培(对照)相比, 再高产高效栽培和超高产
栽培下玉米叶片 Pn、ETR、ΦPSII和 qP高, 叶片衰老
速率(Vmax)低 , 绿叶持续时间(Tmax)长 , 说明以上栽
培处理使得玉米生育后期叶片具有较强的光捕获能
力和光化学效率, 改善了叶片光合性能, 灌浆中后
期蒸腾速率和 WUEL 较高, 为籽粒灌浆提供较充足
的光合同化物。这是旱地春玉米高产与水分高效协
同提高的生理基础。而叶片衰老快慢与其氮素积累
密切相关[27], 超高产栽培下具有较高光合速率的玉
米是否叶片奢侈吸氮, 导致植株氮素向籽粒转运少,
影响氮肥利用效率, 仍需进一步深入研究。
气象条件(温度、降雨)等对旱地玉米产量的影响
甚大。苏新宏等[28]研究豫南雨养区夏玉米产量与气
象因子的关系表明, 降水量是该区玉米生产中最关
键的气候因子。本试验观察到年际间产量差异主要
是 2011年降雨量较 2010年减少 38.7 mm所致。
1626 作 物 学 报 第 39卷


4 结论
再高产高效栽培和超高产栽培的产量与水分利
用效率均较当地农户栽培(对照)高。通过地膜覆盖、
增加密度和氮肥运筹等关键栽培技术的集成与优化,
可以实现了旱地春玉米产量和水分效率增加 30%以
上的目标, 在于优化栽培管理显著增强玉米花后叶
片光捕获能力与光化学效率, 延缓叶片早衰, 促进
花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率。
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