黄土塬区夏玉米物质生产及水分利用对品种间作竞争的响应

摘要: 品种间作竞争具有优化作物个体形态特征和生物量分配的生态效应。综合干旱环境、密度和降雨年际变化影响下的品种间作生物量分配机制研究, 可为旱区作物增产增效栽培提供理论依据。试验于2011年(降雨量645.0 mm, 湿润年份)和2012年(降雨量497.1mm, 干旱年份)调查了两个玉米品种(‘郑单958’和‘沈单16号’)、两种密度(4.5万株·hm-2 和7.5万株·hm-2 )下隔行间作处理下, 地上部生物量和地下部根系形态特征, 并分析了品种间作下生物量分配策略、根系竞争机制与产量、水分利用效率的关系。结果显示: (1)干旱增加根系表面积(SA), 低密度间作下‘沈单16号’扬花期SA显著降低, 高密度间作‘郑单958’的SA显著下降30.5%, 间作下根系对于水资源的竞争随密度的增加而加剧; 两个密度和两个不同降雨年份, 混作系统0~20 cm土层根长密度(RLD)显著增加, 增加密度和雨水亏缺, 刺激根系向深层土壤生长, 造成30~40 cm土层RLD的增加, 且‘郑单958’的RLD增加幅度远高于‘沈单16号’。(2)间作竞争下生物量积累优势具有品种差异, ‘郑单958’集中在营养生长期, 而‘沈单16号’集中在生殖生长期; 且随密度的增加, 间作栽培下单株生物量显著降低。(3)群体收获指数(HI)在高密度混作下, 两个不同降雨年份出现平均6.0%的增加幅, 雨水充足促进群体HI的提升; 根冠比因降雨和密度而变, 雨水充足、低密度间作下根冠比较大; 干旱和高密度下资源竞争造成‘郑单958’根冠比显著下降; (4)干旱年份玉米品种间作增产优势显著, 高、低密度间作增产率分别为10.3%和21.4%, 水分利用效率(WUE)分别增加28.2%和42.0%; 且‘郑单958’增产和增效能力分别较‘沈单16号’高出17.6%和50.0%。综上所述, 品种间作栽培下‘郑单958’具有更合理的地上部生物量分配和响应机制, 其根系通过减少冗余生长, 降低资源消耗来应对土壤干旱, 高效的根系自我调节能力和生物量分配机制在间作系统产量形成和WUE提升中起到了关键作用。