地膜覆盖调控玉米水分利用效率的生理生态机制研究

覆膜方式、密度和氮肥运筹是调控玉米生产的重要措施，不仅影响玉米的生长发育进程、水分运移规律及生态生理特性，而且很大程度上调控籽粒产量和品质的形成。明确密肥互作对全膜双垄沟播玉米水分运移状况、生态生理特性及籽粒产量的调控效应，对完善全膜双垄沟播玉米栽培技术，实现旱地玉米高产、优质及高效栽培具有重要的理论意义和实践价值。本文于2008～2011年，分别在甘肃省陇东庆阳市和陇中定西市旱作玉米高产区，通过田间试验(不同覆膜栽培方式、不同种植密度、不同氮磷肥用量)，研究了全膜双垄沟播玉米的生长发育状况、土壤水分状况、生态生理特性、籽粒产量及水分利用效率等，以期为全膜双垄沟播玉米高产高效栽培提供理论依据和技术支撑。取得的主要结果有：1、不同覆膜栽培方式下，0～150cm土层玉米根长密度表现为全膜双垄沟播种植﹥半膜双垄沟播﹥常规地膜覆盖﹥露地（CK，P＜0.05）；根干重密度主要集中在0～30cm土层，且垄沟﹥垄中，全膜双垄沟播﹥常规覆膜﹥半膜双垄沟播，单苗种植﹥双苗种植。2、不同覆膜栽培方式下，玉米全生育期叶片干重、茎干重和穗干重均为全膜双垄沟播处理（QS）最大，极显著高于CK。植株总干重表现为覆膜处理﹥CK，双垄沟播﹥垄作沟播，全膜覆盖﹥半膜覆盖、垄作沟播﹥平作穴播，其中，处理QS的干物质量最大，在抽雄期和成熟期分别较CK高29.39%和38.25%（P﹤0.01），该处理在拔节期植株总干重的66.87%分配到叶片中，其余分配至茎秆，抽雄期随着生殖器官的形成，茎叶所占干物质比例下降，乳熟期分配至果穗的干物质比例为全膜垄作（QL）最高，达38.32%，其次为处理QS（36.65%），CK最小（23.84%）。但处理QS分配到叶片和茎秆中的干物质比例均高于处理QL。两密度比较，全生育期叶片总干重、茎干重、穗干重和植株总干重均为4.50×10~4株/hm~2（D1）高于6.75×10~4株/hm~2（D2）。不同施肥水平下，施氮150kg/hm~2（NP3）和180kg/hm~2（NP4）可显著促进叶片干重、茎干重和穗干重的增加，两密度水平下穗干重分别较NP1高26.50%和63.34%（P﹤0.01）。3、不同栽培方式下玉米生育期叶片Pn和Tr表现为全膜覆盖﹥半膜覆盖﹥CK，双垄沟播﹥垄作沟播﹥平铺穴播。其中，处理QS的Pn、Gs、LWUE、Spade值和可溶性蛋白含量均显著高于其他，MDA含量最低。该栽培方式下叶面积指数、叶片Spade值、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和游离脯氨酸含量6.75×10~4株/hm~2（D2）较4.50×10~4株/hm~2（D1）显著提高，MDA含量极显著低于D1。施氮150kg/hm~2（NP3）和180kg/hm~2（NP4）可显著提高叶片Spade值和游离脯氨酸含量，降低叶片MDA含量，促进玉米的生长发育，减弱膜脂过氧化作用，有效延缓植株衰老。4、全膜双垄沟播栽培方式显著提高了土壤含水量，尤其增加了0～20cm土层土壤含水量，具有明显的保墒抗旱作用。0～160cm土层土壤含水量为4.50×10~4株/hm~2种植密度高于6.75×10~4株/hm~2，各施肥处理在0～100cm土层均随土层深度的加深而下降，100～160cm土层基本趋于稳定。其中，苗期处理NP3和NP4可显著提高100～160cm土层土壤含水量，拔节期80cm以下土层当施氮量达180kg/hm~2时，土壤含水量均随施肥量的增加而增大。5、全膜双垄沟播栽培方式显著提高了旱地玉米的籽粒产量和水分利用效率，降低了耗水量，与半膜双垄沟播、常规地膜覆盖和CK相比，处理QS的籽粒产量分别提高17.72%、22.01%和47.00%(P﹤0.05)，水分利用效率分别提高6.41%、18.54%和43.57%（P﹤0.05）。4.50×10~4株/hm~2（D1）和6.75×10~4株/hm~2（D2）种植密度下玉米百粒重分别为处理NP3和NP4最高，籽粒产量和水分利用效率则表现为D2大于D1。随着施肥量的增加籽粒产量呈增加趋势，当施氮量超过150kg/hm~2（D2水平）或180kg/hm~2（D1水平）时，籽粒产量和水分利用效率均随施肥量的增加而下降。