优化灌溉与养分管理：印度恒河平原冬玉米生长的关键策略

《Discover Plants》：Analysing the impacts of irrigation and primary nutrients on shoot and root characteristics, soil temperature and moisture extraction pattern of winter maize in Gangetic plains of India

为解决印度恒河平原传统稻麦种植系统的可持续性问题，以及优化冬玉米灌溉和养分管理，研究人员开展了相关实验。结果表明，灌溉 30% DASM（可用土壤水分亏缺）且施 200:100:100 kg N:P2O5:K2O ha-1 可促进冬玉米生长，该研究对提高作物产量和保障资源可持续性意义重大。

　　在过去的几十年里，印度恒河平原一直以稻麦种植系统为主。然而，水稻和小麦相似的生长、根系模式以及营养摄取习惯，给土壤带来了诸多负面影响，让人们对这一传统种植系统的可持续性产生了担忧。与此同时，随着人口增长，对粮食的需求不断攀升，如何在有限的土地资源上实现更高的产量，成为了亟待解决的问题。

为了应对这些挑战，来自比哈南?钱德拉?克里希?维迪雅拉亚（Bidhan Chandra Krishi Viswavidyalaya）等机构的研究人员，将目光投向了玉米。玉米凭借其高生产潜力、丰富的营养价值以及广泛的用途，成为了该地区作物多样化的理想选择。尤其是冬玉米，正逐渐取代传统的低产品种，为提高玉米总产量带来了新的希望。但在冬玉米种植过程中，杂交品种对无机肥料和灌溉水的需求大幅增加，不合理的使用不仅导致种植成本上升，还对环境造成了严重破坏，如土壤肥力下降、地下水枯竭以及含水层的砷污染等。此外，玉米作为一种对水分管理极为敏感的 C₄植物，灌溉过多或过少都会影响其生长。在养分管理方面，合理施肥对玉米生长至关重要，而过量使用肥料，特别是氮肥，可能会加剧环境污染和养分失衡问题。

基于以上背景，研究人员在《Discover Plants》发表论文，开展了一项旨在优化冬玉米灌溉和主要养分管理的研究。他们假设通过合理优化灌溉水和主要养分的施用，可以在不牺牲环境安全的前提下，提高冬玉米的作物性能，维持自然资源和生产系统的可持续性。

研究人员采用了多种关键技术方法。实验在印度西孟加拉邦的中央研究农场进行，土壤为砂壤土。实验采用三重复裂区设计，设置 3 种灌溉制度（30%、50%、70% 可用土壤水分亏缺，即 DASM）和 4 种主要养分水平（对照、100:50:50 kg N:P₂O₅:K₂O ha^-1、150:75:75 kg N:P₂O₅:K₂O ha^-1、200:100:100 kg N:P₂O₅:K₂O ha^-1）。实验过程中，对冬玉米的地上部特征（如株高、叶面积指数、干物质积累等）、根系特征（总根长、根干生物量等）、光合有效辐射（PAR）吸收、土壤温度和土壤水分提取模式进行了观测，并运用方差分析（ANOVA）、邓肯多重范围检验（DMRT）等统计方法对数据进行分析。

研究结果如下：

1. 地上部特征：灌溉制度和主要养分水平对冬玉米的株高、叶面积指数（LAI）、干物质积累（DMA）等地上部特征有显著影响。30% DASM 灌溉且施 200:100:100 kg N:P₂O₅:K₂O ha^-1（I₁F₃）处理下，冬玉米的株高、LAI 和 DMA 在多数观测期内显著高于其他处理，且 I₁F₃处理下的作物生长率（CGR）也最高。在不同观测期，不同灌溉制度和养分水平对相对生长率（RGR）和净同化率（NAR）的影响不同。此外，I₁F₃处理下的叶绿素含量（SPAD 值）在多数观测期内最高12。
2. PAR 吸收：灌溉制度和主要养分水平对冬玉米吸收 PAR 有显著影响。I₁处理下冬玉米吸收的 PAR 在各观测期最高，F₃处理下冬玉米吸收的 PAR 在各观测期也较高。I₂F₃处理下冬玉米在不同时间段吸收的 PAR 最高，I₁F₃处理次之，I₃F₀处理最低3。
3. 根系特征：不同灌溉制度和主要养分水平组合对冬玉米的总根长和根干生物量有显著影响。I₃F₀处理下冬玉米在 60、90 DAS 和收获期的根长最长，I₁F₃处理下冬玉米在所有土壤深度的根干生物量最高45。
4. 土壤温度：不同灌溉制度对 15 cm 深度土壤温度有显著影响，但养分水平及二者交互作用对土壤温度影响不显著。I₁处理在多数观测期土壤温度最低，I₃处理在多数观测期土壤温度最高6。
5. 土壤水分提取模式：I₁处理下冬玉米从表层土壤（0 - 15 和 15 - 30 cm）提取的土壤水分最多，I₃处理下冬玉米从深层土壤（30 - 45 和 45 - 60 cm）提取的土壤水分最多。F₃处理下冬玉米从表层土壤提取的土壤水分最多，F₀处理下冬玉米从深层土壤提取的土壤水分最多7。
6. 相关性分析：皮尔逊相关矩阵表明，冬玉米的不同根、茎特征，土壤温度和土壤水分提取模式之间大多呈显著正相关或负相关。
7. 聚类分析：基于冬玉米的地上部和根系特征、土壤温度和土壤水分提取模式，对灌溉制度和主要养分水平组合进行聚类分析，结果显示 I₁F₃作为最佳处理，与其他处理差异显著；I₃F₀作为最差处理，也与其他处理差异显著。

综合研究结果与讨论可知，该研究通过对不同灌溉制度和养分水平的系统研究，明确了在印度恒河平原种植冬玉米时，采用 30% DASM 灌溉并配合 200:100:100 kg N:P₂O₅:K₂O ha^-1的施肥方案，能够显著促进冬玉米的生长和发育，提高其对光合有效辐射的吸收，优化土壤温度和水分的利用效率。这一研究成果为当地农民提供了科学的种植指导，有助于提高冬玉米的产量和质量，同时减少对环境的负面影响，对保障该地区的粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。然而，由于该研究具有区域特异性且为期较短，未来还需开展更多多地点、多作物的试验，并详细比较传统化学农业和有机养分管理实践，从而为玉米种植提供更全面、更可靠的理论依据和实践指导。