春玉米水分适宜性评价和水分利用效率研究

论文摘要

新世纪我国面临用水安全和粮食安全的双重挑战,需要在水资源有限的条件下提高产量进而提高作物水分利用效率。节水和增产已成为今后北方农业可持续发展的主要内容。生物节水以生物机能提高产量和水分利用效率,投入小而效益高、潜力大,适合我国国情。玉米是山西种植的主要作物,干旱是玉米生产的首要限制因子,对其种植采取生物节水措施有着十分重要的意义。玉米生物节水现实措施主要有两类:一从遗传角度出发,建立评价体系,筛选合适品种以提高WUE;二从环境角度出发,研究其需水规律,找出不充分灌溉的定额,以实现WUE、产量、耗水量的平衡。本研究利用室内萌发试验和田间灌溉试验分析相结合的方式,研究了现有条件下实现生物节水的可能性。室内萌发试验采取PEG溶液人工模拟干旱的方法,研究不同品种萌芽期抗旱性差别以筛选出抗旱品种。满足山西春季土壤干旱缺墒条件下播种出苗的需要。田间试验采用裂区设计,灌水为主区,品种为副区,研究春玉米需水耗水规律。干旱胁迫对玉米生长发育、生理性状及产量的影响,不同品种玉米的抗旱性和不同水分条件下的水分适宜性,明确不同水分条件下的优势品种及产量与水分利用效率和耗水量的关系。结果表明:1、不同品种之间在萌芽期的抗旱性上具有显著差异。抗旱性强的品种有较高的萌发抗旱指数、活力抗旱指数,在水分胁迫下仍然能保持着较高的发芽势和发芽率,幼苗、胚根干重和贮藏物质运转率所受的影响较小。先锋3号,东单60号,品玉3号,农大108号为耐旱型品种。沈玉18号,三北6号,晋单42号,中玉9号,鲁单6006,为较耐旱型品种。在进行大批量品种的萌芽期抗旱性鉴定时,可以利用PEG模拟干旱的方法,以萌发抗旱指数、活力抗旱指数为指标进行筛选,减少工作强度,提高工作效率。文中提出的活力抗旱指数在萌发抗旱指数的基础上增加了苗长因子,可以很好地反映品种间干旱胁迫下种子活力及幼苗生长的差别,可以作为玉米萌发阶段抗旱性鉴定的筛选方法。2、不同品种不同灌溉量处理之间的产量具有显著差异。干旱条件下有限灌溉可使玉米产量有较大幅度增长。不同水分条件下的抗旱指数次序并无差异,均仅与旱地条件下的产量显著相关。抗旱指数偏向于选择稳产型品种,而干旱条件下的抗旱性与不同水分条件下的丰产性并不完全重合。本次试验中抗旱指数最高的中玉9号抗旱性最强,无灌溉条件下产量高达5029kg/hm~2,但在高量灌水条件下产量较低,中量灌溉条件下产量6535 kg/hm~2,丰产性差,对水分的利用并不充分。由于不同品种的水分适应范围是不同的,所以在不同的水分(灌溉)条件下的产量变化的幅度和排列次序是不同的。文中提出的水分适宜指数可以良好的反映这种变化。并且倾向于选择高产型品种。考虑到我国干旱半干旱地区的主要粮食产区农田水分条件差异巨大,对于以收获经济产量为目的品种试验而言,筛选适水种植品种比单纯筛选抗旱品种的意义更大。水分适宜指数的可操作性更强,结果直观,便于比较和分析,更具有实际意义。试验中确实存在各种水分条件下产量都比较高的品种,这类品种有些是在灌水条件下产量增加较多、丰产潜力大,并具有一定的抗旱性,在缺水时减产情况下产量仍较高。其中沈玉18号水分适宜范围靠前。无灌溉产量4873 kg/hm~2,中量灌溉条件下产量7836kg/hm~2,达到或接近试验条件下的高点,实现了既节水又高产的目的。3、对于降水较充足的半干旱偏湿润区种植的春玉米,从总量上来说,降水是可以满足玉米生长大部分需要的,但降水时空分布不均。在特定的年份或者生育阶段,这种需水量与耗水量的不均衡可能会超过土壤水库的缓冲和作物本身的忍耐余地,造成阶段性干旱胁迫,需要灌溉。灌溉并不是单纯只增加作物耗水量,更主要的是改善作物耗水与需水之间的耦合度,以减轻由于降水时间分布不均造成的作物阶段干旱。故低量和中量灌溉可明显提高产量和水利用效率。4、不同品种相同处理耗水量差异不大,小于灌溉量的差异,但产量差异巨大。不同水分条件下WUE的差异主要由产量变化造成,故玉米WUE与水分适宜指数或产量成正相关。沈玉18号在中灌溉条件下WUE达到本次试验的高点。沈玉18号在中灌溉条件下WUE达到本次试验的高点18.83 kg/hm~2·mm。较少的灌溉水,较高的产量和WUE得以同时实现。通过对产量,水分利用效率的边际分析可知:产量、WUE随耗水量增加先增大后减小。边际产量、边际WUE和水分弹性系数均随耗水量增加而减少。WUE顶点和Y顶点是不能同时实现的,WUE顶点会先于Y顶点到达。水分弹性系数e可以作为辨别指标。当水分弹性系数e=1时,边际WUE为0,WUE达到顶点。之后产量随耗水量增大而增大,WUE随耗水量增大而减小。当e=0时,边际产量为0,产量达到最高点。对于灌溉的目标来说,求解最大产量的灌溉定额,可以根据求解灌溉水—产量函数的顶点坐标实现。实现最大收益的灌溉定额,还要根据玉米价格和灌溉水价格共同确定。当灌溉量所增加的产出等于水量投入本身的价值时,即边际收益等于边际成本时的投入量时经济最优。具体值可由灌溉量、本、利分析模型确定。在灌溉水1.7元/吨,玉米1.4元/kg的条件下,沈玉18最大产量7896 kg/hm~2,灌溉量1086.98m~3/hm~2,对应净收益5456.67元/hm~2。收益最大时产量7755.24 kg/hm~2,灌溉量854.99m~3/hm~2,对应净收益5653.85元/hm~2。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.1.1 中国水资源现状
• 1.1.2 农业节水
• 1.1.3 生物节水与水分利用效率
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 玉米萌芽期抗旱性的研究进展
• 1.2.2 玉米适水种植的研究进展
• 1.2.3 玉米需水耗水规律研究进展
• 1.2.4 不同水分（灌溉）条件下WUE差异的研究进展
• 1.3 小结
• 1.4 研究目标、内容和技术路线
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 第二章 材料与方法
• 2.1 试验材料和试验设计
• 2.1.1 试验植物材料
• 2.1.2 试验条件与设计
• 2.1.3 萌发试验设计
• 2.2 测试指标和方法
• 2.2.1 生育期内测定生理指标
• 2.2.2 生育期内测定形态指标
• 2.2.3 收获期穗部性状和产量指标
• 2.2.4 土壤水分测定
• 2.2.5 计算指标
• 2.2.6 萌发试验测定
• 2.3 数据分析
• 第三章 结果与分析
• 3.1 玉米萌芽期水分胁迫的抗旱性分析
• 3.1.1 水分胁迫对萌发抗旱指数和活力抗旱指数的影响
• 3.1.2 水分胁迫对发芽势、发芽率的影响
• 3.1.3 水分胁迫对幼苗生长及发根力的影响
• 3.1.4 水分胁迫对胚芽、胚根干重和转运效率的影响
• 3.2 玉米适水种植的结果性分析
• 3.2.1 水分胁迫供试玉米品种经济产量的影响
• 3.2.2 不同水分条件下玉米品种的抗旱指数
• 3.2.3 不同水分条件下玉米品种的水分适宜指数
• 3.2.4 玉米品种的抗旱指数和水分适宜指数的比较
• 3.2.5 不同水分条件下各品种玉米生物产量
• 3.2.6 不同水分条件下各品种玉米收获指数
• 3.2.7 不同水分条件下各品种玉米株高和颈粗
• 3.2.8 不同水分条件下各品种玉米穗位高和穗位叶面积
• 3.2.9 不同水分条件下各品种玉米百粒重和穗粒数
• 3.3 玉米需水耗水规律
• 3.3.1 降水特征分析
• 3.3.2 春玉米需水规律
• 3.3.3 春玉米农田水分平衡
• 3.3.4 不同灌溉处理条件下玉米阶段耗水组成
• 3.3.5 不同灌溉处理条件下玉米阶段耗水特征
• 3.3.6 不同灌溉量对土壤水份变化的影响
• 3.3.7 不同灌溉定额生育期内土壤水份变化
• 3.4 玉米水分利用效率研究
• 3.4.1 不同水分条件下各品种玉米光和、蒸腾值变化
• 3.4.2 单叶水分利用效率变化
• 3.4.3 不同品种耗水量变化
• 3.4.4 不同品种WUE变化
• 3.4.5 不同品种玉米的水分生产函数
• 3.4.6 耗水量、产量、水分利用效率的关系
• 3.4.7 灌溉定额的确定和经济效益分析
• 第四章 结论与讨论
• 4.1 玉米萌发期抗旱性评价
• 4.2 玉米适水种植
• 4.3 玉米需水耗水规律
• 4.4 玉米水分利用效率研究
• 4.5 问题与展望
• 参考文献
• 主要符号对照表
• 攻读硕士研究生期间发表的论文
• 致谢
• 承诺书