干旱和粗放式的水氮管理是我国东北地区农业生产中存在的主要问题[1]。而玉米作为东北地区主要的粮食作物，如何提高玉米产量和水氮利用效率，达到节水、增产的目的，成为关注的重点。灌水定额和施氮量是影响玉米产量和品质的主要因素[2-3]。在农业生产过程中，增施氮肥和提高灌水定额以获得高产成了常用手段，结果造成氮肥利用率低和水资源浪费，同时肥料氮也是农业污染的主要来源[4]。
相关研究表明，不同作物需配以合适的水、氮比例，才能获得较高的产量和较好的品质[5-8]，中国在从事农业生产过程中氮肥的当季利用率仅为30%～35%[9]，中国北方某些地区土壤剖面硝态氮的积累对水体环境构成了某种程度的威胁。以水调肥以肥促水是提高氮肥利用效率，减少损失的重要手段。刘小刚等[10]研究表明施氮量对玉米全氮积累总量的影响大于灌水定额。刘洋等[11]建议东北黑土区玉米膜下滴灌采用3次施氮、施氮量150～200 kg/hm2的施氮管理措施。王栋等[12]研究表明春玉米全生育期喷灌水肥耦合最佳组合为：磷肥134.4 kg/hm2、氮肥282.5 kg/hm2、灌水定额10.61 mm。杨启良等[13]研究了沟灌方式和水氮对玉米产量与水分传导的影响，交替灌溉方式下中水高肥（灌水定额282 mm，施氮量270 kg/hm2）处理的水分传导最优。
尽管在玉米水肥耦合效应方面的研究较多，但多集中于寻求灌水定额和施肥量的最佳组合方式，以达到增产的目的。目前关于东北地区喷灌条件下玉米生长特性和水分、氮素利用效率的研究较少。本试验在前人的研究基础上，以提高玉米水分和氮素利用效率为总体目标，采取喷灌的灌溉方式，研究东北地区春玉米不同灌水定额和施氮量耦合对玉米光合特征、产量和水氮利用效率等的影响，以揭示玉米生长对水氮的响应特征及其内在联系，为寒地黑土区不同水氮管理方式提供一定依据。
试验于2017年4─10月在黑龙江省肇州县水利科学试验站内进行。该站地处45°17'N、125°35'E，属大陆性温寒带气候。年降雨量在400～500 mm之间，平均蒸发量1 733 mm，2017年玉米苗期降雨量为69 mm，拔节期降雨量为51 mm，抽雄期降雨量为63 mm，灌浆期降雨量为215 mm，成熟期降雨量为42 mm。大于10℃有效积温2 845℃，无霜期138 d，属于第一积温带，试验土壤为碳酸盐黑钙土。土壤体积质量土层深度在0～10 cm为1.18 g/cm3，10～20 cm为1.22 g/cm3，20～30 cm为1.22 g/cm3，30～40 cm为1.21 g/cm3，40～100 cm为1.01 g/cm3。试验区土壤田间质量持水率为31.78%，土壤pH值为6.4。土壤有机质、全氮、全磷、全钾质量分数、碱解氮、速效磷、速效钾质量分数分别为28.20、1.41、0.88、19.86、0.13、0.04、0.21 g/kg。
试验设置灌水定额和施氮量2个因素。灌水定额设置3个水平：①W0：0 mm，②W1：40 mm，③W2：80 mm。氮肥施用量设置4个水平为：①N0：0 kg/hm2，②N1：180 kg/hm2，③N2：230 kg/hm2，④N3:280 kg/hm2，磷肥和钾肥施用量均为90 kg/hm2。共12个处理，每个处理3次重复，共36个小区，详见表1。各小区面积10.4 m×10 m=104 m2。保苗67 500株/hm2，各小区均采用65 cm小垄种植，每小区16条垄，株距23.0 cm。保护区宽度为5 m，保护行宽度为1 m，隔离带宽度为1.3 m（即2条垄）。试验所用的肥料为尿素（含氮量46%），磷酸二铵（含氮量18%；含磷量46%）和硫酸钾（含钾量58%），施肥方式为撒施，不覆膜。各处理的肥料施用量均是经过折算后的氮、磷、钾元素的施用量，磷肥和钾肥全部做基肥施入，氮肥1/2随底肥施入，剩余1/2在拔节期施入。供试玉米品种为大龙568。试验于2017年5月1日播种，生育期内灌水2次，分别在拔节期、抽雄期灌水，各次灌水定额比例为1∶1，其中拔节期灌水是在施完拔节肥随后进行灌水，6月30日追肥，撒施尿素，拔节期7月1日灌水，抽雄期7月20日灌水。
喷灌采用5983型摇臂式喷头（喷洒半径9.0～14.0 m，流量0.74～1.02 m3/h），喷头安装在长1.5 m的支管上。灌水时将4个喷头分别布置在小区四角上，逐一对各小区进行灌水。为防止各小区之间发生水分交换，调节喷头射程略微小于小区长度。灌溉所用水源为当地地下水，用管道末端的水表控制灌水量。
表1 田间小区试验处理设置
处理灌水定额/mm 肥料施用量/（kg·hm-2）N P K N0W0 N0W1 N0W2 N1W0 N1W1 N1W2 N2W0 N2W1 N2W2 N3W0 N3W1 N3W2 0 40 80 0 40 80 0 40 80 0 40 80 0 0 0 180 180 180 230 230 230 280 280 280 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90
1.3.1 土壤水分测定
采用土钻取土，用烘干法测定土壤含水率。利用土钻取土，每隔10 d测1次土壤样本，同时播前、收后、各次灌水前后、降雨加测，测取0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100 cm土层含水率。钻土后，要用细土将钻孔回填密试，并做记号。观测日当天取土，每个小区选定3个测点，前后3次取土点的距离宜为100 cm，向下取土时土钻应保持垂直，将取出的土样用铝盒盛装并称其质量，称后送入烘箱，烘土温度要求稳定在100～105℃之间，烘干至质量恒定，取出再称其干质量。玉米各生育期耗水量的计算式为：
式中：ET1-2为阶段耗水量（mm）；i为土壤层次号数；n为土层总数目；γi为第i层土壤干体积质量（g/cm3）；Hi为第i层土壤的厚度（cm）；Wi1为第i层土壤在时段始的质量含水率（%）；Wi2为第i层土壤在时段末的质量含水率（%）；M为时段内的灌水定额（mm）；P为时段内的降雨量（mm），试验区地下水埋深较大（超过6 m），且地势平坦，故不计地下水补给、深层渗漏以及地表径流。不同生育期不同处理的0～100 cm土层土壤贮水量如图1，图1所示土壤贮水量为各生育期初的土壤贮水量，由于灌浆期的降雨量较大，导致成熟期初的土壤贮水量较高。
图1 不同生育期0～100 cm土层土壤贮水量
1.3.2 光合指标测定
在拔节期（7月15—17日），无风晴天09:00—11:00，连续3 d，利用美国LI-COR公司生产的LI-6400型光合仪在每个小区随机选择3株玉米，对其从上至下第4片叶进行光合速率测定。测量植株叶片光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）等光合指标。
1.3.3 产量测定
在2017年9月28日进行测产和考种。每个小区随机选取5点（中心点与对角点），每点连续选取1株玉米测其单株穗长、穗粗、穗质量、百粒鲜质量及秃尖长。然后将籽粒放入干燥箱并保持（80±2）℃干燥8 h，冷却后利用电子天平称其质量，再次放入干燥箱中直至质量恒定，得到玉米百粒干质量。烘干至质量恒定后，采用LDS谷物水分测定仪测定烘干后玉米籽粒含水率，测得不同处理玉米籽粒含水率在16%～20%之间。
1.3.4 植株干物质量及全氮测定
分别在拔节期、抽雄期、灌浆期、成熟期每小区选择5株玉米，将植株沿地上部分取下，用农用压缩喷雾器将植株冲洗干净，并将植株按不同器官放入烘箱中，105℃下杀青30 min后，60℃烘干至干质量恒定。将烘干后的样品放置在干燥箱中冷却，冷却后称量各生育期干物质量。
将称量后的成熟期样品按不同器官用球磨机磨碎，过80目筛后混匀，采用H2SO4-H2O2消煮，取消煮后的清夜，采用德国SEALAnalytical公司生产的AutoAnalyzer-III型流动分析仪，测定成熟期植株各器官含氮量。
1.3.5 相关指标计算公式
叶片瞬时水分利用效率（WUEi）计算式为：
式中：WUEi为叶片瞬时水分利用效率（μmol/mmol）；Pn为光合速率（μmol/（m2·s））；Tr为蒸腾速率（mmol/（m2·s））。水分利用效率（WUE）计算式为：
式中：Y为玉米产量（kg/hm2）；ET为整个生育期玉米耗水量（m3/hm2）。
氮肥偏生产力=籽粒产量/施纯氮量，氮素籽粒生产效率=籽粒产量/植株吸氮量。
1.3.6 数据处理
采用Microsoft Excel 2010记录数据，SPSS16.0统计分析数据，LSD法进行显著性检验。绘图采用Microsoft Excel 2010。
拔节期的光合指标如表2所示。从表2可以看出，拔节期光合速率整体变化趋势为随着灌水定额和施氮量的增加而增加，但增幅减小。光合速率受灌水定额和施氮量影响显著（P＜0.05）。施氮处理光合速率较未施氮处理提高了23.08%～43.22%。但施氮量由230 kg/hm2提升至280 kg/hm2时，光合速率仅提升6.22%，说明高施氮量对玉米光合作用的提升效果并不显著。
表2 拔节期光合指标
注 表中同列不同字母表示差异达到显著水平（P＜0.05），下同。
WUEi/（μmol·mmol-1）8.75d 8.48de 8.28e 9.96b 9.61c 9.53c 10.42a 10.25ab 10.04b 10.13b 9.90bc 9.77bc处理N0W0 N0W1 N0W2 N1W0 N1W1 N1W2 N2W0 N2W1 N2W2 N3W0 N3W1 N3W2 Pn/（μmol·m-2·s-1）22.13e 23.14e 24.92d 26.40c 29.79b 30.20ab 28.33bc 32.89a 33.42a 31.01ab 34.44a 35.08a Gs/（mol·m-2·s-1）0.14d 0.17c 0.19bc 0.17c 0.19bc 0.20b 0.18bc 0.20b 0.21b 0.22b 0.26a 0.27a Tr/（mmol·m-2·s-1）2.53d 2.73c 3.01bc 2.65cd 3.10b 3.17b 2.72c 3.21ab 3.33ab 3.06bc 3.48a 3.59a
灌水定额在W0水平时，N1施氮水平光合速率（Pn）较N0施氮水平增加19.3%，N2较N1施氮水平增加7.3%。灌水定额在W1水平下，N1W1处理Pn较N0W1处理增加28.7%，N2W1处理较N1W1处理增加10.4%。灌水定额在W2水平下，N1W2处理Pn较N0W2处理提高21.2%，N2W2处理Pn较N1W2处理提高10.7%。在不同灌水定额下，N3施氮水平和N2施氮水平处理间无明显差异（P＞0.05）。与N0、N1施氮水平相比，N2施氮水平Pn整体提高34.83%和9.55%，N3处理整体提高43.23%和16.37%，N3、N2处理与N1、N0的差异明显（P＜0.05）。施氮灌水处理Pn与N0W0处理相比明显上升，水氮耦合效应对于玉米光合速率的影响达到显著水平（P＜0.05）。
施氮处理的WUEi均高于不施氮处理，说明施氮对WUEi有促进作用，其中N2W1处理WUEi最大。在W0水平下，施氮后WUEi明显提高，表明施氮可以补偿由于水分胁迫造成的WUEi的降低，而W2水平下的所有施氮处理的WUEi仍低于W1，说明当灌水定额充足时，增加灌水定额不利于WUEi的提高。N1、N2、N3处理间的WUEi差 异不大（P＞0.05），而与N0W0处理差异明显（P＜0.05），灌水和施氮对WUEi的影响明显。
由表3可以看出，灌水施氮处理植株和籽粒的氮素累积量明显高于N0W0处理的。与N0处理相比，施氮的N1、N2、N3处理植株氮素总量平均增加27.93%、37.91%和41.20%，植株的氮素累积量随施氮量的增加而增加。籽粒的氮素累积量平均增加27.95%、44.29%和37.69%，施氮对成熟期籽粒的氮素累积影响显著（P＜0.05），籽粒的氮素累积量随施氮量的增加呈现先增大后减小的变化趋势。与W0相比，W1、W2水平下植株氮素总累积量平均增加10.67%和5.77%，W1水平和W2水平与W0水平差异显著（P＜0.05）；W1、W2水平下籽粒的氮素累积量相比W0整体增加9.61%和3.50%，W1与W0差异明显（P＜0.05）。
氮肥偏生产力随着施氮量的增加而减小，且受施氮量的影响差异显著（P＜0.05）。相同施氮量的情况下均表现为W1水平＞W2水平＞W0水平，N1、N2条件下差异不显著，N2水平下，W1、W2、W0之间差异显著。氮素籽粒生产效率随施氮量的增加呈现先增加而后减小的趋势，随灌水水平的升高而升高，但增幅变小。
表3 氮素累积量和利用率
处理N0W0 N0W1 N0W2 N1W0 N1W1 N1W2 N2W0 N2W1 N2W2 N3W0 N3W1 N3W2籽粒氮累积量/（kg·hm-2）154.8f 167.33e 151.9f 192.1d 208.6c 205.8c 218.5bc 241.5a 223.9b 206.5c 228.7b 217.4bc植株氮累积量/（kg·hm-2）225.1f 240.4e 238.4e 283.4d 310.8cd 306.3cd 308.8cd 345.2a 316.7c 329.5b 351.8a 331.5b氮肥偏生产力/（kg·kg-1）---64.66ab 72.29a 72.01a 54.77c 64.66ab 60.08b 44.70d 47.79d 45.38d氮素籽粒生产效率/（kg·kg-1）37.98c 38.16c 39.02c 41.08b 41.87b 42.32a 40.80bc 43.08a 43.64a 37.98c 38.04c 38.33c
由表4可以看出，所有处理的干物质量均较N0W0处理明显提高，不同施氮量和灌水定额对植株干物质累积的影响达到显著水平（P＜0.05）。干物质累积最快的阶段是抽雄期至灌浆期。拔节期、抽雄期、灌浆期的干物质累积量规律总体表现为W1水平＞W2水平＞W0水平，N2水平＞N3水平＞N1水平＞N0水平。所有施氮处理在W2、W1水平下较W0水平的干物质累积量均有明显提高，W2水平较W1水平干物质量累积都有所下降，说明水分可以促进植株对氮素的吸收进而促进干物质累积，而过高的水分会降低甚至抑制玉米对氮肥的吸收利用。除N2W1与N3W1处理外，N2W2与N3W2处理表现为干物质随着氮素水平增加而降低，但差异不明显（P＞0.05）外，在各自灌水水平下，其他处理干物质量均表现为随着施氮量增加而增加，说明适宜的施氮量会促进植株干物质累积。N2W1处理4个时期干物质量较N0W0处理分别提高81.26%、73.31%、71.10%、54.27%，水氮耦合作用优势明显。
表4 不同生育期干物质累积量 g/株
处理 拔节期 抽雄期 灌浆期 成熟期N0W0 N0W1 N0W2 N1W0 N1W1 N1W2 N2W0 N2W1 N2W2 N3W0 N3W1 N3W2 52.72d 62.31c 61.98c 53.12d 79.63b 72.36bc 74.98bc 95.56a 82.60b 76.74bc 91.54ab 81.49b 93.14e 108.5d 109.0d 100.5d 132.1bc 113.5cd 116.2cd 161.42a 143.0b 123.3c 143.8b 129.4c 221.0d 232.7c 227.3cd 237.2c 367.0ab 359.4b 246.3d 378.1a 375.1a 256.5b 370.3ab 362.4ab 307.6d 391.1bc 387.5bc 353.2c 400.6bc 388.2bc 390.7bc 474.5a 446.6ab 398.6bc 452.1ab 418.4b
从表5可以看出，N2W1处理的产量最高，为14 872 kg/hm2，N0W0处理的产量最低，为8 548 kg/hm2，各处理较N0W0处理产量显著增加。玉米产量随灌水定额增加呈现先增加后减小的趋势，W1、W2水平下产量较W0水平增加12.09%和8.41%，与W0水平差异显著（P＜0.05），但处理N1W1与N1W2，N3W1与N3W2处理之间的差异不大（P＞0.05），说明在低氮（N1）水平和高氮（N3）水平下，调高灌水定额并不能有效地提高产量，而在适宜的施氮（N2）水平下，N2W1处理的产量却较N2W2处理显著提高，二者之间差异明显（P＜0.05），说明适宜水氮配比较单纯的提高灌水定额和施氮量更有助于产量的提高。同一灌水水平，施氮处理与未施氮处理间产量差异明显（P＜0.05），施氮处理产量均高于未施氮处理的。W0、W1、W2灌水水平下，各处理产量随施氮量增加均表现为先增加而后减小的趋势。
表5 不同生育期耗水量、产量及水分利用效率
处理N0W0 N0W1 N0W2 N1W0 N1W1 N1W2 N2W0 N2W1 N2W2 N3W0 N3W1 N3W2耗水量/mm苗期43.9e 48.43de 50.31de 52.70d 70.37b 71.36b 59.64cd 77.10a 71.69b 71.36b 61.98c 72.94b拔节期82.97e 99.9d 110.1c 96.30d 113.7c 111.6c 102.2d 125.5b 128.6b 107.8cd 145.8a 151.3a抽雄期73.61de 88.61b 80.64c 73.34d 72.1e 83.64bc 79.36c 80.17c 86.12bc 79.39c 90.00a 93.11a灌浆期77.69e 100.4bc 108.9c 81.63d 110.3bc 111.8bc 88.61d 120.6a 115.4b 97.36c 111.0bc 123.2a成熟期35.14e 40.62c 57.31a 41.36c 57.61a 60.01a 42.66c 55.74ab 56.97ab 49.36b 57.62a 59.71a总计313.3f 377.9e 407.2d 348.3ef 422.1cd 438.5c 372.5e 459.2b 458.8b 405.3d 466.4b 500.3a产量/（kg·hm-2）8 548f 9 172e 9 300e 11 638d 13 912bc 12 961bc 13 297c 14 872a 13 817b 12 514c 13 381bc 12 706bc水分利用效率/（kg·m-3）2.73c 2.47e 2.28f 3.34ab 3.30ab 2.96b 3.57a 3.24ab 3.01b 3.09b 2.87bc 2.54d
由表5可以看出，1）在喷灌的条件下玉米各生育期中，拔节期和灌浆期玉米耗水量最大，是玉米需水的关键时期，抽雄期与苗期次之，成熟期耗水量最小。除N2W2和N2W1处理的耗水量相近外，随着灌水定额的增加，玉米全生育期总耗水量成增加趋势，其中W1、W2处理较W0处理提高19.88%和25.38%，随着施氮量的增加，玉米总耗水量成增加趋势。N1、N2、N3施氮水平下整体耗水量分别较N0水平增加10.05%、18.38%和24.89%。其中N3W2、N3W1、N2W2、N2W1处理总耗水量较N0W0处理提升最为明显（P＜0.05），分别提高59.67%、48.84%、46.55%、46.55%，N3W2处理的耗水量较其他3个处理明显提高。
2）玉米水分利用效率的范围在2.28～3.57 kg/m3之间。施氮处理的WUE明显大于未施氮处理的。N0施氮水平下在W1、W2水平下的WUE较W0处理下降幅度最大，分别下降9.52%和16.48%，而N1、N2、N3施氮水平下的降幅均小于N0，是因为增施氮肥可以提高玉米产量进而提高玉米水分利用效率，补偿由于灌水定额提高而造成的WUE的下降，WUE随施氮量的升高呈现先升高而后降低的变化趋势。不同灌水水平下WUE整体表现为W0水平＞W1水平＞W2水平。同一施氮水平下，W0处理虽然产量低于W1和W2，但灌水对于玉米耗水量的影响更大，使得高灌水定额成为限制水分利用效率提高的关键因素，表现为施加氮肥后，W0水平的水分利用效率仍优于W1和W2。
持续灌水和增施氮肥虽然可以提高作物耗水量，却造成水分利用效率的下降。N2W0处理的水分利用效率最高，和N2W1处理接近，而N2W1处理的产量却明显高于N2W0处理（P＜0.05），从生产实际出发，为了获得高产和更大的经济效益，中水中氮更适宜当地的农业生产。
不同处理生产成本和经济效益见表6。N3W2处理的投入最高，高出的投入主要源于肥料费用，而肥料投入的提高是由于氮肥施用量的增加，但产量却并没有相应的提高，导致N3W2处理的经济效益在所有施氮处理中最低。适宜的灌水施氮处理（N2W1）的产量最高，使其收入明显高于其他处理，且经济效益最高。说明对生产实际而言，适当的水肥配比，在稍提高投入的同时，会显著提高产量，进而带来可观的经济效益。因此灌水定额40 mm、施氮量230 kg/hm2更符合当地生产实际。
表6 不同处理玉米生产成本和经济效益 元/hm2
注 喷灌设备一次性投入1 000元，正常情况下喷灌设备使用寿命为2 a，故每年使用成本按500元计。
成本处理病虫害防治收入 经济效益整地 播种 种子 水费 喷灌设备 收割 合计N0W0 N0W1 N0W2 N1W0 N1W1 N1W2 N2W0 N2W1 N2W2 N3W0 N3W1 N3W2 5 077 5 074 5 073 7 116 8 762 7 683 7 824 8 771 7 588 6 089 6 328 5 255 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240 240施肥化肥1 146 1 146 1 146 2 097 2 097 2 097 3 048 3 048 3 048 4 000 4 000 4 000人工费100 100 100 200 200 200 200 200 200 200 200 200除草除草剂100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100人工费200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200农药225 225 225 225 225 225 225 225 225 225 225 225人工费280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280 0 0 128 256 0 128 256 0 128 256 0 128 256 500 500 0 500 500 0 500 500 0 500 500 850 850 850 850 850 850 850 850 850 850 850 850 3 471 4 099 4 227 4 522 5 150 5 278 5 473 6 101 6 229 6 425 7 053 7 181 8 548 9 173 9 300 11 638 13 912 12 961 13 297 14 872 13 817 12 515 13 382 12 706
玉米光合速率影响因素的由大到小的顺序为：灌水定额、氮肥施用量、钾肥施用量、磷肥施用量[14]。拔节期是玉米营养生长最旺盛的时期，是提高水分利用效率的关键时期。N3W2处理的Pn值最大为35.08 μmol/（m2·s），N2W1处理的WUEi最大为10.42 μmol/mmol。水氮耦合可以调节和改善拔节期玉米光合特征，光合速率随着灌水定额和施氮量的提高而增强，玉米光合速率受水氮耦合影响显著，这与前人研究结果[16-18]相一致。适宜的灌水定额能够更好地发挥氮肥的优势效应，这可能是因为适量的增施氮肥增加了叶片单位面积叶片叶绿素的相对量（SPAD），叶片的光能利用率较高。高施氮量对玉米光合作用的提升效果并不明显，没有发挥出氮肥的优势效应。施氮处理的WUEi值均高于未施氮处理，表明施氮对WUEi有促进作用，但在施氮处理中，同一施氮水平下的各处理WUEi相近。在水分胁迫（W0）条件下，通过施氮可以部分补偿由于水分胁迫造成的WUEi的降低。而段巍巍等[19]研究表明施氮肥越多，各项光合参数值的增加幅度越大。本试验的研究结果显示，随着施氮量的提高，光合速率增强，但是当施氮量由230 kg/m3增加到280 kg/m3时增幅变小。
作物产量是由生物产量即群体干物质量所决定的，玉米干物质累积是籽粒产量形成的物质基础，产量随干物质的提高而提高[20]。不同施氮量和灌水定额对植株干物质累积的影响达到显著水平（P＜0.05）。拔节、抽雄、灌浆期的干物质累积量规律总体表现为W1水平＞W2水平＞W0水平，N2水平＞N3水平＞N1水平＞N0水平，抽雄至灌浆期是干物质累积的关键时期。张颖[21]指出抽雄至成熟是干物质累积最快的时期，主要是果穗质量增加，也是产量形成的重要时期。植株干物质和产量的形成密切相关，本试验中玉米成熟期干物质累积量和产量最高的处理均是N2W1处理，分别达到474.5 g/株和14 872.52 kg/hm2，较N0W0处理提高54.26%和73.98%。产量随灌水和施氮量的提高先增大后减小，适宜水氮配比较单纯提高灌水定额和施氮量更有助于产量的提高。有研究认为增加施氮量可以增加叶片叶绿素量，提升叶片的光合速率，使光合生产能力加强，促进干物质累积，提高产量[22]。本研究中拔节期高水高氮处理（N3W2）的净光合速率最大，而中氮中水（N2W1）处理的成熟期干物质和产量最高，可能是因为拔节期以后，由于追施氮肥和灌水，适宜水氮配比的优势效应在进入灌浆期后进一步显现。胡昌浩等[23]指出玉米产量大部分来自于花后期光合产物累积；陆卫平等[24]也认为玉米产量与花后干物质量呈正比。增施氮肥可以提高作物耗水量，同时水分利用效率随施氮水平的提高先升高再降低。N3W2处理的耗水量最，高达到500.3 mm，而N2W1处理的WUE最大，为3.61 kg/hm2。提高灌水定额增加了玉米耗水量却减小了水分利用效率，虽然施氮可使水分利用效率得到提升，但高灌水定额才是影响限制水分利用效率提高的关键因素。解婷婷等[25]研究表明青储玉米水分利用效率随着施氮量的升高而减小，造成试验结论差异的原因可能是其分别在苗期、拔节期、开花期施加氮肥，而且灌水定额也与本试验相差很大。
试验结果显示，植株的氮素累积量随着施氮水平的提高而提高；籽粒的氮素累积量随着施氮水平的上升呈现先增加后减小的趋势，N3W1处理的植株氮素累积量最高为351.8 kg/hm2，较N0W0处理提高56.29%。N2W1处理的籽粒氮素累积量最高，为241.50 kg/hm2，较N0W0处理提高56.00%，较N3W2处理提高11.18%。氮肥偏生产力随着施氮量的增加而减小，而不同灌水定额之间无明显差异，这与文献[26-28]结论相近。试验研究表明，氮素籽粒生产效率随施氮量增加先增加后减小，最大值出现在N2水平下，且N2整体水平下较N0增长8.78%。水氮耦合对玉米产量，光合特征，水分利用效率以及植株和籽粒的氮素累积有着极其重要的影响。王小彬等[29]也指出水和氮与作物产量在一定范围表现为水氮的协同效应。水分利用效率一般随灌溉水量减少及氮肥用量增加而提高，适量节水和减氮分别有助水分利用效率和氮肥利用效率的改善。
1）本试验中，拔节期Pn整体变化趋势为随着灌水定额和施氮量的增加而增加，但增幅减小。拔节期玉米WUEi在8.73～10.27µmol/mmol之间。在水氮耦合效应中，高灌水定额是影响WUEi的关键因素，施氮对WUEi有促进作用。
2）植株的氮素累积量随施氮量的增加而增加，籽粒的氮素累积量随施氮量的增加先增大后减小。氮肥偏生产力随着施氮量的增加而减小，在相同施氮水平下表现为W1水平＞W2水平＞W0水平。氮素籽粒生产效率随施氮量的增加呈现先增加而后减小的趋势，随灌水水平的升高而升高，但增幅变小。
3）喷灌条件下玉米拔节期和灌浆期是玉米需水的关键时期，玉米全生育期总耗水量随灌水定额、施氮量的增加呈上升趋势。玉米水分利用效率的范围在2.31～3.61 kg/m3之间。WUE随施氮量的升高呈现先升高而后降低的变化趋势，不同灌水水平下WUE整体表现为W0水平＞W1水平＞W2水平。
4）N2W1处理的产量最高，为14 872 kg/hm2，在一定范围内，增加施氮量和灌水定额能提高玉米产量和成熟期干物质累积量。N2W1处理的产量、籽粒氮素累积量、水分利用效率和氮素利用效率均较高，经济效益可达到8 762元/hm2。无论从产量和水氮利用状况，还是从利益最大化和减少氮肥流失的环保角度考虑，推荐当地玉米生产采用灌水定额40 mm、施氮量230 kg/hm2的水氮配比方式。
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Photosynthesis,Water and Nitrogen Use Efficiency of Maize as Impacted by Different Combinations of Water and Nitrogen Applications