（1）研究背景及意义

甜玉米是我国南方重要的优势高效作物，种植面积占全世界的22.75%（罗军等，2014）。近几年来，随着我国居民饮食多样性的提高，甜玉米作为粮菜两用的新型作物，需求量逐渐提高。在元谋干热河谷的农业生产结构中，甜玉米种植面积逐年扩大，并获得较高的经济效益。随着水资源的日益紧缺与农业生产用水矛盾日益突出，干热河谷农业节水灌溉模式优化设计越来越受重视（Ali S et al，2018；Pagay V，2016）。近年来，膜下滴灌栽培技术已逐渐被用于元谋干热河谷甜玉米生产，有效缓解了甜玉米生育期干旱无雨问题。但大部分农户为了追求高产和较好市场卖相，仍然沿用传统大水灌溉方式，导致灌溉水利用率低和水资源浪费严重。

物质生产是产量形成的基础，作物产量与植株生物量生产及分配过程密切相关。作物在生长发育过程中，同化物在植株各器官不断地进行着转化与分配，形成产量，并受农田灌溉影响（Ali S et al，2018）。灌溉量对（赛力汗·赛等，2018）作物的产量和生物量分配产生影响，地膜覆盖可以提高春玉米干物质积累量、产量和水分利用效率（王磊等，2018；姬景红等，2015）。有研究通过分析灌溉对冬小麦生物量生产的影响，优化冬小麦节水种植模式（董浩等，2013）。目前，干热河谷灌溉研究主要集中林果类（龙会英等，2011；李贵华等，2013），有关优化干热河谷作物灌溉模式的研究未见报道。因此，研究灌溉模式对干热河谷甜玉米生物量积累、产量和水分利用效率的影响，为干热河谷地区筛选更为合理的甜玉米灌溉模式，实现高效用水提供科学依据。

（2）材料与方法

本试验在云南省农业科学院热区生态农业研究所灌溉试验基地进行。以正甜68为试供材料，2018年1月26日移栽，5月9日收获。采用大垄双行种植方式，垄宽100cm，沟距60cm，行距为60cm，种植密度为55000株·hm-2。试验设3个处理：T1（不覆膜充分滴灌），灌水量约为10450m3·hm-2；T2（覆膜充分滴灌），灌水量约为7740m3·hm-2；T3（膜下控墒滴灌），当土壤含水量达田间持水量的70%时，开始灌水至土壤含水量达田间持水量的90%，灌水量约为5860m3·hm-2。采用完全区组设计，每个处理3个重复，共9个小区，小区面积60m2（12m×5m）。甜玉米生育期纯氮施用量为232kg·hm-2，以纯氮60%、P2O5128kg·hm-2和K2O 128kg·hm-2为底肥，拔节期随水滴施纯氮20%，抽穗期随水滴施纯氮20%。化肥管理、农药管理等其他田间管理措施均一致。

在拔节期、抽穗期和乳熟期，每个小区随机选取10株有代表性的植株，按照根、茎鞘、叶、穗分类装入纸袋，放入烘箱杀青（105℃）30min，然后恒温（75℃）烘干至恒量后测定生物量（精确到0.01）。乳熟期测定鲜果穗质量，计算经济产量。

根生物量分配比例RMR（根生物量/总生物量），茎生物量分配比例SMR（茎生物量/总生物量），叶生物量分配比例LMR（叶生物量/总生物量），穗生物量分配比例CMR（穗生物量/总生物量），根冠比R/S（根生物量/地上生物量）。灌溉水利用效率WUE（kg·m-3）=Y/W。Y为甜玉米鲜果穗产量（kg·hm-2）；W为单位面积灌水量（m3·hm-2）。

相对生长速率（RGR）=（lnW2-lnW1）/Δt（张蕾蕾等，2016）。其中，W1表示第一次测定时的生物量（g），W2表示第二次测定时的生物量（g），Δt表示两次测定的时间间隔（d）。异速生长关系采用幂函数：y=bxa，线性转换成lgy=lgb+algx，x和y表示2个特征参数，b为性状关系的截距，a为斜率，即异速生长参数或异速生长指数（史元春等，2015）。当a=1时，这种异速生长即表现为等速生长，a大于1表示y的增加程度大于x的增加程度，a小于1表示y的增加程度小于x的增加程度。各特征参数对数转化后采用回归分析法，分析各器官生物量的异速生长关系。

通过Spss 19.0软件对甜玉米产量与株高、茎粗、根生物量、茎鞘生物量、叶生物量和苞叶生物量结果做逐步回归分析，求解甜玉米产量模型。Spss 19.0软件单因素方差分析分别比较了不同灌溉处理下甜玉米产量、灌溉水利用效率、生物量分配比例和生长特征参数的差异。

（3）结果与分析

随着生育期的延续，甜玉米各器官生物量均逐渐增加（表5-6）。不同器官在不同时期生物量的变化有差异，根和茎鞘生物量增加均主要发生在抽穗之前，叶生物量增加主要发生在拔节期。从生物量分配来看，不同时期甜玉米生物量分配比例发生变化，拔节期为叶＞茎＞根，抽穗期为茎＞穗＞叶＞根，乳熟期为穗＞茎＞叶＞根。对甜玉米产量结果做逐步回归分析，分别得到甜玉米棒产量（Y）与株高（X1）、茎粗（X2）、根生物量（X3）、茎生物量（X4）、叶生物量（X5）和苞叶生物量（X6）6个因素之间的回归模型：Y=13.41-0.22X1+0.6X2+0.21X4+0.16X6。模型达到0.05显著水平。

不同生育期，不同灌溉处理的甜玉米各器官生物量分配有差异（表5-7）。T3处理的甜玉米拔节期根生物量、茎鞘生物量、叶生物量和总生物量均比T1和T2的低，但不同处理间差异不显著，拔节期和抽穗期的株高均明显比T1和T2的矮。乳熟期T3处理的甜玉米苞叶生物量和玉米棒生物量明显比T1和T2的高，苞叶生物量比T1和T2的分别高42%、29%，玉米棒生物量分别高20%、10%，总生物量分别低10%、9%。乳熟期不同处理间的茎生物量T1＜T3＜T2，但差异不显著。从生物量的分配比例来看，不同处理间各器官生物量分配比例存在差异。T3处理的甜玉米拔节期茎鞘生物量分配比例均比T1和T2的低，叶生物量分配比例均比T1和T2的高。与T2相比，T1和T3处理的根冠比相对较高，但差异不显著。

随着生育期的延续，各器官的相对生长速率逐渐降低。与抽穗之前相比，抽穗之后各器官生长速率显著降低，而不同灌溉处理间各器官相对生长速率没有差异。

表5-6　甜玉米不同生育期生物量及其分配比例

表5-7　各器官的相对生长速率

(www.daowen.com)

注：RRGR、SRGR和LRGR分别代表根相对生长速率、茎鞘相对生长速率和叶相对生长速率，同一列不同小写字母表示不同处理存在显著差异（P＜0.05）

基于各器官生物量数据对数转化后采用回归分析法，分析各器官生物量的异速生长关系，提取其异速生长指数（表5-8）。结果表明，甜玉米各器官对植株的异速生长指数均小于1，各器官与植株大小呈现异速生长关系。T1处理的根—植株的异速生长指数比T2和T3的小。T3的茎—植株和叶—植株的异速生长指数均比T2和T1的小。

T2和T3的营养器官—生殖器官的异速生长指数均为1，呈等速增长。T1的营养器官—生殖器官异速生长指数小于1。不同灌溉处理间甜玉米地下部分—地上部分的异速生长系数均小于1，呈异速生长。T1的地下部分—地上部分异速生长指数比T2和T3的小。

表5-8　甜玉米各部分生物量的异速生长指数a

注：同一列不同小写字母表示不同处理存在显著差异（P＜0.05）

与T1相比，在不减产的前提下，T2可以节水26%，T3可以节水44%，T3比T2节水25%。膜下充分滴灌有利于甜玉米水分利用效率的提高，与T1相比，T2和T3的水分利用效率分别提高0.50kg·m-3和1.45kg·m-3（表5-9）。

表5-9　甜玉米产量及水分利用效率

注：同一列不同小写字母表示不同处理存在显著差异（P＜0.05）

（4）讨论与结论

生长速率假说认为，生物体相对生长速率的变化是由体内不同元素组成改变而引起的（曹勋等，2013）。生态学代谢理论认为生物体代谢速率的大小受个体大小、环境温度和生物体化学元素组成等的影响（Horn H S，2004），特别是氮元素含量能够调控植物的代谢速率。有研究表明，玉米增产的氮肥效应大于水分效应，氮素充足能降低玉米生育期内土壤干旱胁迫导致的减产效应（张强，2011）。本试验研究中，甜玉米种植密度为55000株·hm-2，纯氮施用量232kg·hm-2，已经达到甜玉米充足施氮水平（郭丙玉等，2015；赵福成等，2013），所以本研究发现不同处理间甜玉米生物量差异不显著，各器官相对生长速率差异也不显著。这表明，氮素养分充足降低了不同灌溉模式对玉米生物量及其相对生长速率的影响作用。

玉米干物质积累量是产量形成的物质基础，尤其是吐丝后的干物质积累量对产量的贡献最大（柯福来等，2010），而在适宜种植密度条件下，乳熟期以后玉米茎秆对籽粒干物质积累量贡献率大（刘伟等，2011）。本研究对甜玉米产量结果做逐步回归分析，株高、茎粗、茎生物量和苞叶生物量进入玉米棒产量模型，表明在本研究条件下，甜玉米果穗产量主要取决于茎粗、株高、茎生物量和苞叶生物量。由回归系数可以看出，甜玉米植株茎鞘对甜玉米棒产量贡献率较大。这表明，甜玉米植株茎鞘是决定甜玉米棒产量的重要组分。不同处理间的茎鞘生物量T1＜T3＜T2，差异不显著，可见，膜下滴灌增加茎鞘生物量，促进甜玉米棒产量的形成。不同时期甜玉米生物量分配比例发生变化，拔节期为叶＞茎＞根，抽穗期为茎＞穗＞叶＞根，乳熟期为穗＞茎＞叶＞根。这是因为玉米干物质在各器官的分配随生长中心的转移而发生变化，抽穗以前干物质主要分配在叶片，之后转为茎和叶，增加其对籽粒干物质积累量贡献率；授粉后，各器官干物质开始向籽粒转移（黄智鸿等，2007）。这表明抽穗期是甜玉米的增产关键期。

植物性状与环境的响应关系是植物在特定环境下生存策略的重要表现（闫帮国等，2016）。异速生长是生物体不同性状对环境选择压力采取的生态对策（Smith J M et al，1985），是权衡各功能部分之间的资源分配的结果（Silvertown J W et al，1995）。根据最优分配理论和功能平衡假说，植物会将资源最优先配置给能够使胁迫中植物生长最受限制的那部分资源获得增加的功能或器官（Mccarthy M C et al，2007；Bloom A J et al，1985）。不同土壤水分条件下植物通过调整生物量分配方式，使其能够更好地平衡植物资源获取和利用的关系，维持正常生理活动，干旱使生物量更多地流向根部（徐飞等，2010）。本研究发现T1处理的根—植株的异速生长指数比膜下充分滴灌和T3的小，表明灌溉模式改变了根对植株的异速生长轨迹，不覆膜条件下植株对根系的分配增加。T3的茎鞘—植株和叶—植株的异速生长指数均比T2和T1的小，表明灌溉模式改变了茎和叶对植株的异速生长轨迹，T3处理的植株对茎和叶的分配增加。T2和T3的营养器官—生殖器官的异速生长指数接近1，呈等速增长。T1的营养器官—生殖器官异速生长指数小于1，T1处理的植株对生殖器官的分配增加。这表明灌溉模式对甜玉米营养器官与生殖器官之间的异速生长轨迹产生影响，且覆膜滴灌有利于甜玉米生殖器官的生长。不同灌溉处理间甜玉米地下部分—地上部分的异速生长系数均小于1，呈异速生长。T1的地下部分—地上部分异速生长指数比T2和T3的小，表明灌溉模式改变了地上部分—地下部分的异速生长轨迹，覆膜条件下植株对地上生物量的分配增加。总体上，覆膜滴灌有利于甜玉米茎鞘、叶、地上部分和生殖器官生物量的生长。

在不减产的前提下，与T1相比，T2和T3节水效果显著，其中T3节水效果最佳。T2和T3明显有利于提高甜玉米水分利用效率，T3的水分利用效率提高效果更显著。这与姬景红等研究结果一致（姬景红等，2015）。覆膜控墒滴灌后，土壤水分含量适宜，玉米生长旺盛，其光合作用等生理指标均处于较优状态，为玉米的生长发育提供充足的物质供应。这表明，覆膜控墒滴灌明显节约灌溉用水量，提高水分利用效率。

综上所述，覆膜滴灌可能促进甜玉米茎鞘、叶、地上部分和生殖器官的生物量增加，提高玉米棒产量和水分利率效率，减少灌溉用水量。在确保氮肥供应充足的条件下（甜玉米种植密度55000株·hm-2，纯氮施用量232kg·hm-2），膜下控墒滴灌（灌溉下限土壤相对含水量为70%）是元谋干热河谷甜玉米高效节水灌溉模式。