Comparisons of Experimental and Modelling Studies on Growth and Grain Yield of Maize (Zea mays L.) H

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一直以来干旱是限制干旱半干旱地区玉米生产与可持续发展的一个重要因素,实际生产中通过选用耐旱品种和优化灌溉模式是在水分亏缺条件下保证玉米安全生产的有效策略。本研究利用两个对干旱耐受性不同的品种,郑单958(H1)和中单909(H2),设置了3种灌溉处理(充分灌溉:FI;开花期灌溉:RI;雨养:RF),连续开展2年(2017和2018)的大田试验,测定了叶片光合特性、植株生长、籽粒产量和水分利用效率。主要目的是:(1)研究开花期干旱对玉米籽粒产量的影响以及干旱与充分灌溉之间的产量差距;(2)比较两个品种间开花期灌溉的差异;(3)研究3种灌溉处理和2个品种对玉米生长和籽粒产量的互作效应。结果表明:在大喇叭口期,H1的干物质积累显著高于H2。与FI相比,2017和2018年RF处理下大喇叭口期的干物质积累量显著降低了16.1%(H1)、18.0%(H2)和18.6%(H1)、18.4%(H2)。在开花期,RF处理下2017和2018年的干物质积累量分别显著降低了23.9%(H1)、25.3%(H2)和25.0%(H1)、25.8%(H2)。然而,与RI相比,2017和2018年RF处理下干物质积累量显著下降了19.9%(H1)、15.0%(H2)和21.5%(H1)、15.7%(H2)。RF处理下显著降低了两品种的籽粒产量:30.4%(H1)和31.1%(H2);与FI相比,两品种的水分利用效率(WUE)分别提高8.5%(H1)和9.3%(H2)。与RF相比,开花期灌水处理显著两品种提高籽粒产量:40.3%(H1)、25.5%(H2)和WUE:27.6%(H1)、14.1%(H2),并且开花期灌溉下H1比H2的籽粒产量和水分利用效率提高的更多。与RF相比,开花期灌溉对籽粒产量的提高是由于增加了叶片的叶绿素含量、净光合速率和生物量的积累。品种间分析,与中单909相比,郑单958在开花期对干旱胁迫的耐受性较强。2019年继续开展大田试验,调查干旱胁迫和种植时间对玉米的生长发育、籽粒产量及产量构成因素的影响,主要目的是寻找优良品种的最佳播种期。研究选用了两个玉米品种(郑单958:H1;中单909:H2)、设置3个不同播期(SD1:6月12日;SD2:6月17日;SD3:6月22日)和2个水分处理(完全灌溉:FI;雨养:RF)的大田试验。不同播种时间和品种的地上部分干物质积累量从拔节期到成熟期有显著差异,与RF相比,FI从开花期到成熟期的干物质积累量显著增加,其中SD1H1FI处理下干物质积累量最高。与SD2和SD3相比,SD1显著提高了干物质积累量3.79%(H1)、6.48%(H2)和1.48%(H1)、3.07%(H2);相比于H2,H1的干物质积累量显著提高了5.22%和4.21%;相比于RF,FI的干物质积累量显著提高了12.69%和52.64。这些结果表明,与SD2和SD3相比,SD1通过增加播种至成熟期的天数、叶面积指数、干物质量、穗位叶叶绿素含量、净光合速率和水分利用效率,从而提高了籽粒产量。并且与H2相比,H1在最佳灌溉和雨养条件下表现得更好。农业生产系统模型(APSIM)是世界范围内用于评估干旱地区农作物生产力的有效工具。本研究通过在APSIM-Maize模型中运行2017和2018年开展的不同灌溉条件下两个玉米品种的大田试验数据,并对APSIM-Maize模型在充分灌溉条件下2个品种的农艺性状进行校正,然后对充分灌溉条件下的土壤性状进行验证。通过与R2、RMSE、d-stat值进行了验证,证实了模型预测结果的准确性。并且与中单909相比,郑单958在开花期对干旱胁迫的耐受性更强。综上所述,在淮北平原或类似条件下,郑单958与秸秆还田结合可稳定玉米产量,提高资源利用效率,并且APSIM-Maize模型适用于分析淮北平原地区长期水资源管理分配问题,可以准确地预测该气候条件下的玉米产量。
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