高溫干旱對河南局部玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響及管理對策

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院　張學(xué)林尉氏縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心　宋志平河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院　劉天學(xué)　楊青華　李潮海

高溫干旱對河南局部玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響及管理對策

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院張學(xué)林
尉氏縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心宋志平
河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院劉天學(xué)楊青華李潮海

隨著全球氣候變暖，高溫干旱等極端異常氣象因素成為限制作物產(chǎn)量的主要因子。研究發(fā)現(xiàn)，近30年中氣候變暖導(dǎo)致全球一些糧食產(chǎn)能出現(xiàn)了實(shí)質(zhì)性下降。黃淮海地區(qū)是我國夏玉米集中產(chǎn)區(qū)，高溫干旱協(xié)同脅迫已成為該區(qū)域玉米生產(chǎn)中頻繁遇到的自然災(zāi)害，嚴(yán)重影響著玉米產(chǎn)量的高低。2013—2014年連續(xù)2年河南省爆發(fā)了史上最嚴(yán)重的高溫干旱，對玉米生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的損失。為此，我們調(diào)研和觀察了2013年高溫干旱后玉米植株的受害特征，分析了高溫干旱脅迫的影響機(jī)制，以期為玉米抗逆栽培管理和育種提供借鑒。

一、致災(zāi)原因

自2013年7月份以來，全國各地均出現(xiàn)不同程度的高溫，高溫伴隨的持續(xù)干旱給我國秋糧作物生產(chǎn)特別是玉米造成了巨大的影響。其中，河南省7月28日—8月3日，全省平均氣溫為25.7～31.7℃，而7月28—31日大部分地區(qū)極端最高氣溫為34.9～39.3℃，與常年同期相比，全省平均氣溫各地均較常年同期偏高1～4℃；8月4—10日全省平均氣溫為27.1～33.1℃，大部分地區(qū)極端最高氣溫為35.2～42.0℃，全省平均氣溫較常年同期偏高2～6℃，而各地降水量僅為0～34mm，降水量比常年同期偏少；8月10—17日全省平均氣溫為27.2～33.8℃，較常年同期偏高3～7℃，大部分地區(qū)極端最高氣溫為36.0～42.7℃，而各地降水量為0～23mm，較常年同期偏少，其中豫東、豫南大部，豫中部及豫西、豫西南局部等地幾乎滴雨未降。每年8 月份左右， 黃淮海地區(qū)夏玉米生產(chǎn)普遍進(jìn)入抽雄吐絲期，對溫度、濕度等環(huán)境條件較為敏感，持續(xù)的高溫與干旱天氣將會導(dǎo)致玉米花粉活力降低、吐絲困難、雌雄發(fā)育不協(xié)調(diào)、結(jié)實(shí)率下降等，直接影響到河南大部分地區(qū)玉米產(chǎn)量的豐與欠，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民收入。

二、災(zāi)害現(xiàn)象及致災(zāi)機(jī)理

（一）莖葉枯萎

夏玉米生育期持續(xù)高溫灼燒導(dǎo)致部分地區(qū)某些玉米品種頂部葉片枯萎，而高溫帶來的干旱加劇了土壤旱情，直接影響玉米根系水分和養(yǎng)分的吸收利用，致使部分玉米上部葉片、下部葉片干枯，某些地區(qū)玉米甚至整株死亡（圖1）。

河南省7—8月份是玉米營養(yǎng)生長和生殖生長同時(shí)進(jìn)行的關(guān)鍵階段，這一階段的玉米葉片、莖稈等營養(yǎng)器官生長旺盛，同時(shí)玉米雌穗、雄穗等生殖器官也在分化形成，因此對水肥供應(yīng)的需求較大而且非常敏感。一方面，高溫干旱導(dǎo)致土壤養(yǎng)分和水分供應(yīng)不足，有限的養(yǎng)分優(yōu)先供應(yīng)給生殖器官等生長中心，葉片光合作用和養(yǎng)分運(yùn)輸能力下降，葉片出現(xiàn)早衰；另一方面，植物呼吸作用增強(qiáng)，消耗增多，干物質(zhì)積累下降，這可能是植株下部葉片枯萎的部分原因，而≥35℃的高溫脅迫時(shí)間越長，植株上部葉片光合蛋白酶的活性降低，葉綠體結(jié)構(gòu)遭到破壞，氣孔關(guān)閉，上部葉片枯萎，而干旱脅迫可使農(nóng)作物體內(nèi)水分虧缺，導(dǎo)致植株生長發(fā)育不良，長時(shí)間嚴(yán)重缺水會導(dǎo)致植株枯萎直至死亡。

（二）穗軸缺粒

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，持續(xù)高溫干旱對玉米籽粒生長發(fā)育和產(chǎn)量形成造成了嚴(yán)重影響。不同地區(qū)由于品種的差異出現(xiàn)了幾種穗軸缺粒現(xiàn)象：第一種是果穗籽粒少，呈散亂分布，即通常所說的“花穗”；第二種是果穗一側(cè)自基部到頂部整行沒有籽粒，穗形多向缺粒一側(cè)彎曲，即通常說的“老人腳”；第三種是果穗頂部出現(xiàn)禿尖現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)禿尖占果穗的一半左右；第四種是部分品種的果穗出現(xiàn)“香蕉穗”現(xiàn)象（圖2）。

7 月下旬至8 月中旬，黃淮海地區(qū)玉米陸續(xù)進(jìn)入抽雄吐絲期，穗軸籽粒發(fā)育與生育期土壤水分供應(yīng)不足和玉米雌雄穗發(fā)育不良有很大關(guān)系，開花抽穗期是玉米的水分臨界期，對缺水特別敏感，而玉米孕穗和授粉適宜溫度為25～30℃，田間土壤持水量以70%～80%為宜。氣溫持續(xù)高于35℃時(shí)不利于花粉形成，玉米開花散粉受阻；當(dāng)溫度高于35℃，空氣相對濕度低于30%，土壤相對濕度低于70%時(shí)，散粉后1～2h內(nèi)，花粉迅速失水干枯，喪失發(fā)芽能力，導(dǎo)致授粉不良，且受害程度隨溫度的升高和持續(xù)時(shí)間延長而加劇。河南省部分地區(qū)持續(xù)高溫干旱給玉米開花散粉帶來不利影響，進(jìn)而造成穗軸缺粒現(xiàn)象，最先表現(xiàn)在影響玉米根系的養(yǎng)分吸收和營養(yǎng)轉(zhuǎn)化上，進(jìn)而影響雌雄穗的分化速度，主要表現(xiàn)在：根系活力降低，葉片光合速率下降，雄穗提前抽出，雄穗分枝減少，不能開花；花藥瘦小且不開裂；花粉量小、活力降低。若抽雄前期干旱，雄蕊抽出推遲，造成授粉不良，容易形成“花籽粒”；玉米花粉發(fā)育期間花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期對外界條件敏感，高溫干旱可能導(dǎo)致部分花粉敗育，造成花粉量減少、生活力減弱，甚至沒有受精能力；也有部分花粉粒分裂不正常，形成畸形花粉粒，影響受精，形成空粒；還有部分受精后子房在中途停止發(fā)育，或在灌漿過程中胚乳生長停止，形成癟粒。高溫干旱還會影響雌穗的發(fā)育，致使雌穗因頂端優(yōu)勢延緩?fù)陆z或吐絲困難，開花與吐絲時(shí)間差加大，造成花期不遇、授粉結(jié)實(shí)不良，進(jìn)而出現(xiàn)果穗缺粒或形成“半邊臉”果穗；部分花絲抽絲后遇高溫干旱而枯萎，喪失生活力，造成花粉在柱頭上萌發(fā)困難，或萌發(fā)后由于花絲表面不能充足供給水分，導(dǎo)致花粉管到子房的速度減慢，授粉后僅有少量受精，最后結(jié)實(shí)率不高；而在高溫干旱條件下花粉生命力降低、花絲黏著力差，導(dǎo)致果穗灌漿異常、授粉效果較差出現(xiàn)禿尖或形成“半邊臉”果穗。

（三）空稈現(xiàn)象

玉米空稈是指植株未形成雌穗，或有雌穗不結(jié)籽粒，主要有兩種類型：一是有雄穗沒果穗，即完全性空稈，二是有雄穗也有果穗，但果穗不長大、不結(jié)實(shí)，即稱不孕穗空稈。環(huán)境氣象因素對玉米空稈有顯著的影響。玉米進(jìn)入生殖生長期的適宜溫度為25～28℃、空氣濕度為65%～90%，溫度過高，不利于花粉粒發(fā)芽；濕度過低造成花粉粒失水，花粉發(fā)育不良。因此，高溫干旱可使花粉粒、花絲發(fā)育不良，導(dǎo)致授粉不良，出現(xiàn)結(jié)穗不結(jié)粒的空稈現(xiàn)象。

高溫干旱導(dǎo)致玉米空稈的原因主要是：玉米抽雄前20d左右為需水臨界期，這個(gè)時(shí)期高溫干旱導(dǎo)致土壤水分供應(yīng)不足，影響雄穗的正常開花和雌穗花絲的抽出，造成抽雄提前和吐絲延遲，這種情況下花粉的生命力弱，抽出的花絲容易枯萎或抽穗困難，造成不能授粉受精而出現(xiàn)無穗空稈；干旱缺水會對雄穗的正常發(fā)育產(chǎn)生影響，延長抽雄及吐絲間隔期，增加小花敗育數(shù)量，降低花絲、花粉活力及授粉結(jié)實(shí)能力，而雌雄花花期不遇，花粉和花絲生活力下降，不能正常結(jié)穗，也會形成空稈。當(dāng)高溫干旱營養(yǎng)不良時(shí)，雄穗可能利用頂端生長優(yōu)勢吸收大量養(yǎng)分，對雌穗發(fā)育產(chǎn)生抑制作用，致使雌穗因發(fā)育不良而形成空稈。而雌穗分化期，如遇高溫干旱，玉米根系弱小、植株瘦矮、光合作用減弱，雌穗發(fā)育受影響，產(chǎn)生空稈。授粉期如果遇到干熱天氣，特別是連續(xù)35℃以上的干旱天氣，造成花粉生命力下降，影響授粉，形成稀粒棒或空棒 。此外，玉米空稈還與果穗發(fā)育時(shí)期玉米體內(nèi)缺乏碳糖等有機(jī)營養(yǎng)有關(guān)。果穗形成所需的養(yǎng)分大部分是通過光合作用合成的，當(dāng)光照強(qiáng)度減弱，光合作用受到影響，合成的有機(jī)養(yǎng)分減少，雌穗發(fā)育遲緩或停止發(fā)育，空稈即增多。

（四）病害的發(fā)生

瘤黑粉病是玉米抽雄授粉期氣流傳播的局部侵染性真菌病害，侵染植株幼嫩組織和傷口。植株抗性和氣候條件對其發(fā)生程度影響很大，植株發(fā)育不良、高溫高濕或干濕交替都利于病害發(fā)生。受玉米抽雄前持續(xù)高溫干旱和授粉期連續(xù)7d為35℃以上的高溫及抽雄后的高溫高濕影響，抽雄至授粉期瘤黑粉病都可能大量感染，后期穗腐病發(fā)生嚴(yán)重（圖3）。

圖1　高溫干旱導(dǎo)致玉米上部葉片、下部葉片干枯，整株死亡

圖2　高溫干旱對玉米穗軸籽粒的影響

圖3　高溫干旱對玉米病害的影響

三、生產(chǎn)對策

（一）選擇優(yōu)良品種

根據(jù)不同玉米品種的特點(diǎn)，生產(chǎn)上應(yīng)重視和加強(qiáng)品種適應(yīng)性研究，選用適合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)、耐旱性強(qiáng)、綜合性狀優(yōu)良的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型品種。

（二）栽培管理

玉米抽雄前15～20d對水敏感，針對高溫干旱，此時(shí)若土壤含水量低于田間最大持水量的80%，應(yīng)立即澆水，降低田間溫度，減免高溫?zé)岷Γ龠M(jìn)果穗發(fā)育，縮短雄雌花的間隔，利于正常授粉受精，降低空稈率，并結(jié)合人工輔助授粉，減輕高溫對玉米授粉過程的影響，提高結(jié)實(shí)率。一般在上午8：00—10：00 采集新鮮花粉，用自制授粉器給花絲授粉，通過人工輔助授粉，提高結(jié)實(shí)率；也可以在上午10 時(shí)左右，用竹竿等工具輕敲玉米植株上部，促使花粉提早散落，提高結(jié)實(shí)率，增加籽粒形成數(shù)量，減輕高溫干旱對粒數(shù)的影響。生產(chǎn)上也可以采用去雄技術(shù)削弱頂端優(yōu)勢，減少雄穗對雌穗的抑制：即當(dāng)雄穗露尖時(shí)，隔行或隔株將雄穗拔出，全田只剩一半雄穗，授粉結(jié)束后，將剩余的一半雄穗再去掉，通過合理調(diào)整養(yǎng)分分配，減少養(yǎng)分消耗，降低空稈率。

（三）適時(shí)晚收，增產(chǎn)增收

玉米生育后期灌水后適時(shí)晚收，延長籽粒灌漿時(shí)間，減輕熱害危害，提高粒重，增加產(chǎn)量。一般以苞葉發(fā)黃7～10d后或籽粒胚乳黑層出現(xiàn)時(shí)收獲為宜。

（四）病蟲害防治

針對玉米瘤黑粉病，最先是摘除病瘤。在玉米生長期間，結(jié)合田間管理，應(yīng)將發(fā)病部位的病原菌“瘤子”，在病瘤未變色時(shí)進(jìn)行人工摘除，用袋子帶出田外進(jìn)行集中深埋或焚燒銷毀，減少田間菌源量。玉米抽雄前后及時(shí)灌溉，及時(shí)防治玉米螟等害蟲；盡量減少機(jī)械損傷。也可在玉米抽雄前10d左右，用50%福美雙可濕性粉劑500～800倍液或50%多菌靈可濕性粉劑800～1 000倍液噴霧，可減輕再侵染危害。

（注：本項(xiàng)目獲得河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目資金資助，編號：13A210491）