北方农牧交错区灌水量对玉米农艺性状和水分利用效率的影响

Effects of Irrigation Amounts on Agronomic Traits and Water Use Efficiency of Maize in the Agro-Pastoral Ecotone of Northern China

摘要

为明确北方农牧交错区玉米丰产高效适宜灌水量，于内蒙古自治区农牧业科学院试验基地开展试验，以广德5为试验材料，设315（D1）、645（D2）、945（D3）、1 275（D4）、1 605（D5）m³/hm²灌水量等5个处理，同时以雨养模式作为对照（CK），系统分析灌水量对玉米农艺性状和水分利用效率的影响。结果表明，灌水量显著影响玉米株高、干物质积累和单株叶面积，2020年成熟期玉米株高以D5处理最高，为313.46 cm，较其他处理提高1.91%~26.13%；2019、2020年D3处理单株叶面积较其他处理分别增加了19.36%~37.22%和20.74%~28.52%；D4处理在2 a间均取得了最高的经济产量，2019、2020年分别为16 952.90、14 282.42 kg/hm²，较其他处理提高6.57%~77.21%，水分利用效率分别为27.81、38.58 kg/（mm·hm²），较其他处理提高4.55%~61.28%，且显著高于D5处理。综上，考虑到区域降水量和大田实际生产灌溉量，北方农牧交错区采用1 275 m³/hm²的灌水量，能够在玉米生产取得高产的同时提高水分利用效率，实现节水高产高效。

Abstract

To clarify the optimal irrigation amount for high-yield and efficience of maize in the agro-pastoral ecotone of northern China, in this study, experiments were initiated at the experimental base of the Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences, taking Guangde 5 as the experimental material, five irrigation treatment including 315 m³/ha(D1), 645 m³/ha(D2), 945 m³/ha(D3), 1 275 m³/ha(D4), and 1 605 m³/ha(D5) were set with the rainfed control(CK), the effects of irrigation amount on agronomic traits and water use efficiency of maize were systematically analyzed. The results showed that irrigation significantly influenced plant height, dry matter accumulation, and leaf area. Plant height at maturity in 2020 was the highest under D5, reaching 313.46 cm, which was 1.91%–26.13% higher than that of the other treatments. Across the two years, leaf area under D3 was 19.36%–37.22% and 20.74%–28.52% higher than that of the other treatments, respectively. D4 achieved the highest economic yield in both years, reaching 16 952.90 kg/ha and 14 282.42 kg/ha in 2019 and 2020, respectively, which was 6.57%–77.21% higher than that of the other treatments. Its water use efficiency was 27.81 kg/(mm·ha) and 38.58 kg/(mm·ha), respectively, which was 4.55%–61.28% higher than that of the other treatments. The water use efficiency of D5 was significantly lower than that of D4. In summary, considering regional precipitation and practical irrigation conditions in fields, an irrigation amount of 1 275 m³/ha was recommended for maize production to achieve high yield and improved water use efficiency simultaneously in the agro–pastoral ecotone of northern China, thereby realizing water–saving, high–yield, and high–efficiency.

Graphical abstract

关键词

北方农牧交错区 / 灌水量 / 农艺性状 / 干物质分配 / 玉米产量 / 水分利用效率

Key words

agro–pastoral ecotone of northern China / irrigation amount / agronomic traits / dry matter distribution / maize yield / water use efficiency

玉米是我国重要的粮食和工业原料作物之一，不仅广泛用于人类食用和牲畜饲料，还在生物能源和深加工产业中发挥着关键作用，对于保障国家粮食安全和推动农业现代化发展具有重要意义^[1]。内蒙古自治区玉米播种面积占全区粮食作物的1/2以上，2024年播种面积达4 280.2 km²，因此，保障玉米稳定高产对于提升区域粮食产能、维护国家粮食供给稳定以及支撑相关工业发展具有极其重要的战略意义^[2]。内蒙古位于北方农牧交错带，其区域范围自大兴安岭沿麓向西延伸至鄂尔多斯高原，该区域大部分处于半干旱至干旱，甚至极端干旱的气候带，水资源总量有限，且在时间和空间上的分布极不均衡，严重制约了区域内农业生产的稳定性与可持续性^[3]。面对水资源总量有限与时空分布不均的突出矛盾，内蒙古自治区正积极推进节水灌溉技术的推广与应用，提高水资源利用效率^[4]。因此，依据内蒙古自治区不同降水类型区制定科学合理的灌溉制度，对于实现区域农业节水增效目标具有重要意义^[5]。

在作物生长过程中，水分是最关键的环境因子之一，调控着光合作用、蒸腾作用及养分运输等一系列生理生化过程，最终决定作物的品质及产量的形成^[6]。农艺性状是衡量作物生长发育过程与生产性能的关键指标体系，包括株高、叶面积、果实质量等在各生育阶段表现出的形态与产量性状。研究农艺性状在干旱、水分胁迫、营养限制等不同环境胁迫下的响应机制，是揭示作物生理生态特征、评估抗逆性及优化栽培管理措施的重要手段^[7-8]。赵经华等^[9]研究结果表明，随着灌水量的增加，玉米土壤含水量逐渐升高。已有针对玉米灌水量与耗水量、产量等指标间相关研究表明，玉米全生育期耗水量随灌溉定额的减少而下降，籽粒产量与灌溉定额呈单峰曲线变化趋势，各处理水分利用效率表现为先增后减的变化^[10-12]。在一定灌溉量范围内，水分胁迫对玉米生育时期农艺性状起到极大抑制作用，导致玉米减产。但也有相关研究结果表明，当灌溉量大于1 275 m³/hm²时，灌溉量的继续增加反而会使作物产量增加趋势变缓甚至降低产量^[13-14]。玉米适宜灌溉量的大小受玉米对灌溉水分利用效率高低的影响，灌溉量过低不能满足玉米生长的水分需求,过高则会对玉米生理生化反应产生抑制作用。此外，玉米适宜的灌水量也受区域降水量与区域种质资源差异的影响^[15-17]。

目前，关于内蒙古北方农牧交错区滴灌措施对春玉米全生育时期农艺性状、产量和水分利用效率的影响的相关研究较少。本研究以2019、2020年的大田试验为基础，设置不同的灌水量处理，对玉米全生育时期农艺性状、玉米产量及水分利用效率进行分析，旨在明确内蒙古北方农牧交错区春玉米生产适宜的灌水量，为该地区玉米节水栽培提供参考，实现北方农牧交错区农业可持续发展。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于内蒙古自治区农牧业科学院试验基地（内蒙古呼和浩特市玉泉区，40.82°N，111.65°E）开展。该区域地处中温带，属高原大陆性季风气候，具有季节分明、气候变幅大的特点。年降水量主要集中在夏秋两季，季节间差异明显，昼夜温差较大。

该区域气候特征为：年均降水量为396.5 mm，年均气温7.3 ℃，年平均最高气温为13.7 ℃，最低气温为1.5 ℃，年平均相对湿度为52%。2019年年降水量为406.1 mm，年均气温为7.3 ℃，5—10月期间最高气温为32.7 ℃，最低气温为-4.8 ℃，年日照时数为1 461.9 h。2020年年降水量为367.2 mm，年均气温为7.1 ℃，5—10月期间最高气温达35.3 ℃，最低气温为-4.5 ℃，年日照时数为1 479.1 h。试验地土壤类型为壤土，最大田间持水率为23%~25%，pH值为7.89。土壤养分状况（0~20 cm）如下：有机质含量为17.68 g/kg，碱解氮含量为19.25 mg/kg，速效磷含量为28.70 mg/kg，速效钾含量为53.58 mg/kg，全磷含量为0.87 g/kg，全氮、全钾含量处于适宜水平。试验地前茬作物为玉米，土壤耕层养分基础较好，适宜开展灌溉调控与作物生理响应相关研究。

1.2 试验材料

供试玉米品种为广德 5，购自吉林广德农业科技有限公司。

1.3 试验设计

采用随机区组设计，根据北方农牧交错区玉米生产的实际需水情况，设315（D1）、645（D2）、945（D3）、1 275（D4）、1 605（D5）m³/hm²灌水量等5个处理，同时以雨养模式作为对照（CK）。其中，D1~D5处理分别在玉米生长关键期（拔节期、大喇叭口后期和灌浆期）进行灌溉，各处理设3次重复。试验于2019、2020年开展，其中，2019年设15个小区（未设置CK），2020年设18个小区。每个小区长9.3 m，宽3.0 m，面积约为28.0 m²，小区间距为1.0 m。

玉米种植采用60.0 cm等行距、22.2 cm株距，种植密度统一为7.5万株/hm²。播种日期为2019年4月23日和2020年4月25日。播种时基施磷酸二铵（ω（N）∶ω（P₂O₅）∶ω（K₂O）=18∶46∶0）300 kg/hm²、硫酸钾（K₂O 51%）120 kg/hm²以及尿素（N 46%）75 kg/hm²，在玉米拔节期追施尿素（N 46%）300 kg/hm²，其余田间管理措施与当地大田生产一致。所有滴灌处理均采用不覆膜滴灌方式，滴灌管主管直径为63 mm，副管直径为32 mm，毛管直径为16 mm，滴灌孔间距为20 cm，滴头流量为3.0 L/h，工作压力为0.1 MPa，采用水表控制滴灌量。此外，在秋季收获后至上冻前进行一次冬灌。具体灌水日期根据当年各月降水状况进行动态调整。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 农艺性状测定

在每个处理小区中随机选取3株长势均匀的玉米植株，分别于苗期（V1）、拔节期（V6）、大喇叭口期（V12）、抽雄—吐丝期（VT-R1）、灌浆期（R2）和成熟期（R6）开展测定。在每个观测时期，采用卷尺测量植株的株高。根据生育时期的不同，对植株进行组织部位的分解与干物质质量测定。其中，苗期、拔节期、大喇叭口期：将植株拆分为茎和叶2个部分；抽雄—吐丝期、灌浆期：将植株拆分为茎、叶和雌穗3个部分；成熟期：将植株拆分为茎、叶、穗轴和籽粒4个部分。各部分样品在105 ℃杀青0.5 h，随后在80 ℃恒温烘干至恒质量，测定全株及各器官部位的干物质质量。每个处理重复3次，所得数据用于后续干物质积累与分配分析。

1.4.2 单株叶面积、叶面积指数

单株叶面积（LAPP）和叶面积指数（LAI）由计算得来。

LAPP=L\times W\times \mathrm{0.75}（1）

LAI=(LAPP\times b)/c（2）

式中，L为玉米叶片长；W为玉米叶片宽；0.75为生育期叶面积系数；b为玉米种植株数；c为土地面积。

1.4.3 产量

各处理于玉米成熟期选取长势均匀的5株植株，于105 ℃杀青0.5 h，然后在80 ℃下烘干至恒质量，测定全株干质量，进一步计算不同灌水量处理的生物产量。收获期各小区取2行，每行连续取10株果穗，各处理共取60株果穗，脱粒后测定其粒质量及水分，计算经济产量及收获指数。

1.4.4 作物耗水量测定

通过测定土壤含水量来计算作物耗水量（ET）。

ET=I+P-RO-DP+CR±ΔSW（3）

式中，I为灌水量；P为降雨量，用雨量计测定；RO为地表径流量；DP为下边界排水量；CR为地下浅水位水分通过毛细管向上运输水量；ΔSW为土壤贮水量变化量。平坦土地的RO为0，试验地地下水埋藏较深，其补给量可忽略不计，即CR=0；ΔSW根据生育阶段前后2次测量的土壤含水率计算^[18]。

1.4.5 水分利用效率

水分利用效率（WUE）和灌溉水利用效率（IWUE）由计算得来。

WUE=Y/Et\alpha（4）

IWUE=Y/I^[18]（5）

式中，Y为籽粒产量；Etα为生长期间实际耗水量，为各阶段耗水量之和。

1.5 数据处理

采用Microsoft excel 2022、Origin pro进行数据分析处理与制图。采用SPSS Statistics 22.0进行显著性分析，不同处理之间方差分析采用最小显著差异法（LSD）；采用R语言进行Mantel检验及Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌水量对玉米植株株高的影响

2019—2020年不同灌水量对玉米株高的影响如图1所示。

从图1可以看出，玉米植株株高随生育时期的推进逐渐升高，最大株高出现在灌浆期，灌浆期后有所降低。2019年，各处理玉米植株株高由苗期的62.07 cm上升至拔节期的151.40 cm；大喇叭口期各处理株高出现差异，D5处理株高最高、D3处理次高，D1处理最低，分别为224.03、218.73、195.87 cm；抽雄—吐丝期各处理株高由高到低依次为D2>D4>D3>D5>D1；灌浆期株高以D5处理最高，为326.03 cm；成熟期各处理株高为318.80~290.20 cm，差异不明显。2020年，各处理玉米株高由苗期的64.27 cm上升至拔节期的121.44 cm；大喇叭口期株高以D5处理最高，为228.70 cm，明显高于D3、D2、D1处理和CK；灌浆期各处理株高由高到低依次为D5>D3>D2>D4>D1>CK；成熟期株高以D5处理最高，为313.46 cm，较其他处理提高了1.91%~26.13%。

2.2 不同灌水量对单株叶面积及叶面积指数的影响

不同灌水量对单株叶面积、叶面积指数的影响如图2所示，2019、2020年单株叶面积在苗期至大喇叭口期基本呈直线增长趋势，进入抽雄—吐丝期后逐渐降低；2019、2020年叶面积指数变化趋势与单株叶面积一致。苗期至拔节期，单株叶面积和叶面积指数均呈直线上升趋势，各处理间差异均不显著；2019、2020年单株叶面积分别从754.41、607.46 cm²增加至2 584.11、1 394.49 cm²，叶面积指数分别从0.57、0.46上升至1.94、1.05。大喇叭口期，D3处理单株叶面积在2 a中均为最大值，2019、2020年分别为6 175.47、2 809.48 cm²。2019年D3处理单株叶面积较D1、D2、D4、D5处理分别显著增加了19.36%、24.67%、37.22%、30.27%（P<0.05）；2020年D3处理单株叶面积较CK、D1、D2、D4、D5分别显著增加了26.63%、28.52%、20.74%、21.52%、23.00%（P<0.05）。抽雄—吐丝期，D3处理单株叶面积、叶面积指数均最高，且显著高于CK、D1、D2、D4、D5处理（P<0.05）。灌浆期，2019年D3处理单株叶面积、叶面积指数均最高，且显著高于D1、D2、D4处理（P<0.05）。2020年D3处理仅叶面积指数最高。灌浆期所有处理单株叶面积和叶面积指数均开始降低，2019年单株叶面积和叶面积指数由高到低依次为D3>D5>D2>D4>D1。D3处理在2 a营养生长时期和关键生育时期均保持较高的单株叶面积和叶面积指数。

2.3 不同灌水量对玉米干物质积累的影响

2019—2020年不同灌水量对玉米干物质量的影响结果如图3所示。

从图3可以看出，不同灌水量处理下，玉米地上部干物质质量在整个生育期呈持续增长趋势，直至成熟期达到最大值，表现出明显的阶段性积累特征。灌水量的增加促进了干物质的积累。2019年，抽雄—吐丝期D1处理干物质质量最高，为201.4 g，D3处理次之，为198.47 g，D1、D3处理与其他处理差异显著（P<0.05），D2、D4处理显著低于其他处理（P<0.05）。2020年，苗期与拔节期干物质质量各处理间差异不显著，灌水后不同生育时期处理间干物质积累出现明显差异。大喇叭口期，D3处理干物质质量最大，为95.33 g，较CK、D1、D2、D4、D5处理分别增加了84.52%、56.28%、9.16%、6.72%和18.67%，CK、D1处理与其他处理间差异显著（P<0.05）。抽雄—吐丝期干物质质量从高到低依次为D3>D4>D5>D2>D1>CK，D3处理干物质量为203.33 g，与CK相比，D1、D2、D3、D4、D5处理干物质质量分别显著增加了6.43%、17.84%、31.29%、28.56%和27.21%（P<0.05）。灌浆期D5处理干物质质量最高，较其他处理增加了0.63%~49.20%。成熟期D2处理干物质质量最高，较其他处理增加了5.38%~50.05%。

2.4 不同灌水量对玉米干物质分配的影响

不同灌水量对玉米干物质不同生育时期在各器官中的分配比例产生明显影响（图4、5）。

苗期与拔节期，干物质主要分配于叶和茎，且各处理间无显著差异（图4、5）。大喇叭口期和抽雄—吐丝期，2019、2020年玉米各器官在干物质中的分配比例趋势不同。随着灌水量的增加，2019年玉米各器官在干物质中的分配比例呈先上升后下降的趋势，而2020年玉米各器官在干物质中的分配比例呈先下降后上升的趋势。其中，2019年D2处理叶在干物质中的分配比例最高，分别较D1、D3、D4、D5处理显著提高了2.38%、1.87%、2.14%和11.05%（P<0.05）。2020年大喇叭口期CK叶在干物质中的分配比例显著高于其他处理（P<0.05），D1、D2、D3、D4、D5处理较CK分别下降了12.98%、19.17%、24.55%、24.40%、19.14%。2019年，除D5处理外，其他处理茎在干物质中的分配比例随灌水量增加呈“V”字形变化趋势；2020年，大喇叭口期和抽雄吐丝期茎在干物质中的分配比例分别以D3、D2处理最高，且均显著高于CK（P<0.05）。2019年，除D1处理外，其他处理雌穗在干物质中的分配比例均随灌水量的增加呈先升高后降低的趋势；2020年，抽雄—吐丝期CK雌穗在干物质中的分配比例显著低于其他处理（P<0.05）。灌浆期，2 a各处理叶、茎、雌穗在干物质中的分配比例差异均不显著。成熟期，2019年，D3处理籽粒在干物质中的分配比例最高，较D1、D2、D4、D5处理分别显著提高了7.31%、5.33%、7.77%、7.48%（P<0.05）；2020年，D5、D2处理茎在干物质中的分配比例较高，CK处理显著低于其他处理（P<0.05），D1、D2、D3、D4、D5处理叶在干物质中的分配比例均显著高于CK（P<0.05）。综上，干物质在生育时期内受灌水量的影响较显著，且D3处理中等灌水量表现出较高的籽粒干物质分配比例。

2.5 不同灌水量对玉米产量和收获指数的影响

从表1可以看出，2019年，经济产量以D4处理最高，为16 952.90 kg/hm²，显著高于其他处理（P<0.05），分别较D1、D2、D3、D5处理提高了17.42%、14.74%、6.82%和6.57%；生物产量以D5处理最高，为28 077.0 kg/hm²，分别较D1、D2、D3、D5处理提高了5.62%、5.50%、17.32%、1.74%，各处理间差异不显著。2020年，经济产量从高到低依次为D4>D5>D3>D2>D1>CK，D4处理经济产量较其他处理提高了7.25%~77.21%，且显著高于CK、D1、D3处理（P<0.05）；生物产量从高到低依次为D5>D4>D2>D3>D1>CK，D1、D2、D3、D4、D5处理生物产量较CK分别提高了33.36%、29.77%、29.26%、20.59%和13.23%。2019年收获指数以D3处理最高，为0.66；2020年收获指数以D4处理最高，为0.51；其余处理收获指数分别在0.54~0.66和0.45~0.51。

2.6 不同灌水量对玉米水分利用效率的影响

2019—2020年不同灌水量对玉米灌溉水利用效率及水分利用效率的影响如表2所示，随着灌水量的增加，2019、2020年灌溉水利用效率均呈下降趋势。2020年，水分利用效率随着灌水量的增加呈先升高后降低的趋势。灌溉水利用效率在2 a间均以D1处理最高，且均显著高于其他处理（P<0.05），2019、2020年分别较其他处理提升幅度达100.07%~362.48%和90.38%~346.85%。2019年，水分利用效率以D1处理最高、D2处理次高，D5处理最低，分别为28.51、27.97、26.13 kg/（mm·hm²），D5处理显著低于其他处理（P<0.05）。2020年，水分利用效率从高到低依次为D4>D3>D2>D1>D5>CK，D4处理灌溉水利用效率为38.58 kg/（mm·hm²），分别比CK、D1、D2、D3、D5处理提升了61.28%、10.29%、5.32%、4.55%和23.14%，D4处理显著高于CK、D1、D5处理（P<0.05）。

2.7 玉米产量与水分利用效率及指标间相关性分析

从图6可以看出，玉米的经济产量与单株叶面积、叶面积指数、干物质质量、茎干物质、穗轴干物质、生物产量、水分利用效率、灌水量均呈显著正相关关系（P<0.05），与株高、雌穗干质量、籽粒干质量均呈极显著正相关关系（P<0.01）。玉米的生物产量与株高、穗轴干质量均呈极显著正相关关系（P<0.01），与干物质质量、茎干质量、雌穗干质量、籽粒干质量均呈极显著正相关关系（P<0.001）。水分利用效率与单株叶面积、叶面积指数、株高、穗轴干质量均呈显著正相关关系（P<0.05）。籽粒干质量与单株叶面积、叶面积指数均呈显著正相关关系（P<0.05），与株高、穗轴干质量均呈极显著正相关关系（P<0.01），与干物质质量、茎干物质、雌穗干质量均呈极显著正相关关系（P<0.001）。

灌水量与各指标的相关性整体不大，但与经济产量之间仍表现出较强的正相关，说明适宜的灌水量对提高产量具有关键作用。

3 结论与讨论

3.1 不同灌水量对玉米农艺性状的影响

适宜的土壤水分是作物生长的基础，水分充足时，作物能够进行正常的生理活动，如光合作用、呼吸作用和营养吸收^[19]。作物水分收支失衡会造成作物生长发育不完全、生理生化反应受阻等问题^[20]。本研究结果表明，灌水量的增加对玉米营养生长阶段的株高具有显著促进作用。随着水灌水量的增加，玉米植株株高明显增长，然而进入生殖生长阶段后，灌水量对株高的影响开始减弱，表明水分调控对株高的贡献主要集中在前期的营养生长期，该结论与ZHU等^[21]关于灌溉对玉米不同生育阶段生长反应的研究结果一致。

叶片是玉米进行光合作用的主要器官，单株叶面积大小决定了玉米叶片进行光合作用的面积，进而影响玉米干物质积累能力^[22]。本研究中，玉米单株叶面积随生育时期的推进呈先迅速升高后缓慢降低的“厂”字型趋势，这与耿金剑等^[23]研究结果一致。这是由于苗期至抽雄—吐丝期是玉米营养生长阶段，在此时期，玉米株高迅速增高、叶片迅速扩展，为关键生育时期的籽粒积累奠定基础。同时，本研究中叶面积指数的变化趋势与叶面积变化趋势一致，这是由于叶面积指数是单位面积下玉米叶片在地面上的投影面，叶面积指数通常在不同种植密度或不同种植制度中有所不同，本研究中不同处理种植密度一致，因此，叶面积指数不受影响^[24]。本试验结果表明，D3处理在2 a间生殖生长阶段单株叶面积和叶面积指数均为最大值，说明随着灌水量的增加，玉米单株叶面积逐渐增加。但在生殖生长阶段D3处理的灌水量已满足玉米自身生长发育的水分需求，D4、D5处理单株叶面积和叶面积指数有所降低，可能是由于过多的土壤水分导致土壤缺氧、抑制根系呼吸，影响了玉米正常生长发育^[25]。

作物干物质量及其各器官在干物质中的分配比例，是衡量作物生长发育、资源利用效率与产量潜力的重要指标^[26]。已有研究表明，水分胁迫会促进玉米营养生长阶段茎、鞘等干物质分配，但会限制玉米叶片的扩展^[27]。适宜的灌水量能够显著促进玉米干物质积累，但过多的灌水量会降低干物质积累速率^[28]。本研究表明，不同灌水量处理玉米叶片在干物质中的分配比例呈先升高后降低的变化趋势，而茎的分配比例逐渐增加；且不同灌水量显著影响了抽雄—吐丝期后的干物质积累和籽粒贡献率，这与杨芳欣等^[29]研究结果一致。本研究结果表明，进入抽雄—吐丝期后，D3处理的农艺性状表型特征较好，且成熟期干物质在籽粒上的分配比例较高。相关性分析结果表明，水分供应充足有利于植株生长发育与资源分配，增加灌水量依然可以提升作物生物量积累，间接推动了最终产量的形成。灌水量与株高的相关性较低，说明适量灌水有助于玉米的株高增长，但作用相对有限，这可能是因为在水分胁迫条件缓解后，植株可以恢复生长，但株高仍受遗传背景与其他环境因子共同调控^[30-31]。2019年各农艺性状处理间差异不显著或差异较小，这可能是2019年作物营养生长阶段月降水量较大导致，自然降水量加最低灌水量已满足了玉米生长发育的基本需求。这也表明根据区域降水量合理降低灌水量的灌溉措施，能够在保证作物正常生长发育的同时，实现水资源的节约。

3.2 不同灌水量和玉米产量与水分利用效率间的关系

水分胁迫显著影响玉米生长，尤其在干旱条件下，限制了光合作用和养分吸收，导致株高降低、叶片早衰、干物质积累减少，从而降低生物产量和经济产量^[32]。水分胁迫的强度和持续时间直接决定了玉米产量，合理的水分管理在水资源短缺地区尤为重要^[33]。本研究发现，在北方农牧交错区可通过增加灌水量使玉米显著增产，这与师晶晶等^[14]研究结果一致。本试验结果表明，水分利用效率和玉米经济产量随灌水量的增加呈先升高后降低的单峰曲线变化趋势；玉米经济产量在D4处理达到最大值，而D5处理灌水量更高，产量却有所下降。这说明灌水量对玉米产量的提升并非线性关系，增加灌水量可促使玉米高产，但灌水量的上限存在一个最优值，在最优值内玉米经济产量和水分利用效率会随灌水量的增加而增加；超过最优值后，经济产量和水分利用效率反而会有所降低，这与陈宣伊等^[13]研究结果一致。同时，本研究也通过Mantel检验证实，在适宜的灌水量条件下，可以有效减少干旱对作物生长的影响，从而提升玉米的经济产量。适量的灌水不仅增加了作物的水分供应，也在一定程度上提高了水分利用效率。水分利用效率较高的情况下，作物能在水分供应充足的环境下更有效地利用水分资源，从而达到更高的产量。然而，水分利用效率与灌水量的相关性不如灌水量与经济产量的关系那么强，可能是水分利用效率的提升并非仅依赖于灌水量，还受其他因素的影响，如土壤类型、植物生长阶段及环境条件等^[34]。

2019、2020年玉米全生育时期内，D3处理（945 m³/hm²灌水量）使玉米在全生育时期内取得较优的农艺性状。D4处理（1 275 m³/hm²灌水量）在保证产量的同时显著提高水分利用效率，2 a间均取得了较高的经济产量，2019、2020年分别为16 952.90、14 282.42 kg/hm²，以及较高的水分利用效率，分别为27.81、38.58 kg/（mm·hm²）。综上，考虑到区域降水量和大田实际生产灌溉量，北方农牧交错区应采用1 275 m³/hm²的灌水量，能够在玉米生产取得高产的同时提高水分利用效率，实现节水高产高效。

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基金资助

内蒙古自治区科技计划(2022YFDZ0071)

内蒙古农牧业创新基金(2023CXJJN18)

“科技兴蒙”行动重点专项(2021EEDSCXSFQZCK11)