在两种土壤条件下，结合覆盖处理的局部根区干旱灌溉对玉米（Zea mays L.）叶片和植株尺度水分利用效率的影响及驱动因素

《Irrigation Science》：Dynamics and drivers of maize (Zea mays L.) water use efficiency at leaf and plant scales under partial root-zone drying irrigation combined with mulching across two soil regimes

　　

摘要

了解水分利用效率（WUE）的动态及其影响因素对于可持续的农业水资源管理至关重要。本研究在不同土壤、灌溉和覆膜条件下，分析了玉米在叶片（WUE_L）和植株（WUE_P）层面的水分利用效率。实验采用了两种土壤（红砂壤和黑黏土）、三种灌溉方式（交替部分根区干燥-APRD、固定部分根区干燥-FPRD、常规灌溉-CI）以及两种管理方式（覆膜与否）。通过监测两个季节（雨季和冬季）的关键生理参数，包括净碳同化量（A_n）、气孔导度（g_s）、叶片层面的水分蒸散压（VPD_L），以及植株的生物量、蒸腾作用和土壤湿度，来研究这些因素对水分利用效率的影响，并建立叶片水分利用效率（WUE_L）与植株水分利用效率（WUE_P）之间的比例关系。结果表明，与常规灌溉（CI）相比，交替部分根区干燥（PRD）显著降低了气孔导度（g_s，降低了43.33?±?5.06%），同时净碳同化量略有增加（增加了15.61?±?2.56%）。在红砂壤土壤中，采用覆膜技术的交替部分根区干燥方式取得了最高的叶片水分利用效率（WUE_L，为199.42?±?20.51?μmol CO₂ mol^??1 H₂O）和植株水分利用效率（WUE_P，为11.42?±?1.86?g L?1），且植株生物量没有减少。相对于常规灌溉，交替部分根区干燥技术在红砂壤土壤中使叶片水分利用效率提高了18.77%和38.91%，在黑黏土土壤中提高了8.91%和23.71%。覆膜技术进一步将叶片水分利用效率提高了23%和6%。统计分析显示，在雨季，气孔导度（g_s）是叶片水分利用效率的主要决定因素；而在冬季，净碳同化量（A_n）和水分蒸散压（VPD_L）是主要影响因素。在采用覆膜技术的交替部分根区干燥条件下，叶片水分利用效率与植株水分利用效率之间存在强线性关联（R²?=?0.73）。研究结果表明，采用覆膜的交替部分根区干燥技术可以显著提高玉米的水分利用效率，同时不会影响产量，这证明了该技术在半干旱地区具有可持续灌溉的潜力。