不同生育期水分脅迫對玉米農藝性狀的影響

龔雨田，孫書洪，閆宏偉

(1.天津農學院農學與資源環境學院，天津 300384；2.天津農學院水利工程學院，天津 300384)

作為全球第2大玉米生產與消費國，過去10 a，中國玉米生產快速發展，已成為國內第1大糧食作物[1]。華北平原降水量年際變率大,各年雨季開始時期也不同,且降水季節分配不均,因而夏玉米各生育階段水分條件差異明顯,常有季節性干旱[2]。玉米對于干旱較為敏感，季節性干旱已成為旱農區玉米生產的一個主要限制因素。干旱脅迫下，會使作物生長發育緩慢，影響作物形態，使其產量降低[3]。康紹忠[4]等認為，作物品質與品種、施肥、氣候、水分、生長環境等多種因素有關,而水分是實現對作物品質改善的介質。由此可見，水分對玉米的品質及其農藝性狀有著至關重要的影響。有關研究表明,在作物某些生育階段通過控制水分,改善植株代謝,促進光合產物的增加,可以改善產品品質。例如卜令鐸[5]等所做的試驗表明，前期干旱鍛煉增強了玉米抗旱能力,抗旱品種表現出較高的超補償效應,有利于適應干濕交替和低水多變的環境,實現節水高產。在玉米發育的整個過程中，不同時期水分脅迫玉米的產量及農藝性狀的變化有著很大的差異，一些研究結果表明，生育前期(苗期—拔節—孕穗)水分是否充足，對玉米的農藝性狀有著有顯著的影響[6.7]，大喇叭口—成熟期是玉米生長的關鍵期，這一階段玉米需水量達到高峰[8]，是玉米生殖生長的關鍵時期。在本研究中。采用Jensen模型(相乘模型)，對玉米生育期內水分及其產量關系進行研究。Jensen模型可以更好地反映出作物在生育期內水分盈虧對產量影響的敏感程度，從而得到最優化灌溉模型。研究成果為玉米抗旱提供理論依據，同時對干旱，半干旱地區玉米栽培提供實踐依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本試驗設計為小區試驗,地點在天津農學院西校區試驗田,該試驗田的位置:經度 116°57′,緯度 39°08′,海拔高度 5.494 m(大沽高程),年均蒸發量1 440 mm。試驗田地形平整,土壤質地為中壤土,60 cm 土層的平均干密度為 1.42 g/cm3,土壤田間持水量為 22%～23%。

1.2 試驗設計方法及材料

試驗品種選用三北218玉米種。采用有底測坑試驗，測坑采用將塑料箱埋于試驗田形成，塑料箱長2 m，寬2 m，深2 m, 塑料箱上沿高出大田地表 7 cm,每 20 cm 為一層挖土,按后挖出的土先填的順序向塑料箱內回填土,填入箱內的土用腳踩壓,使其在箱內的高度仍為20 cm。種植時間為2015年7月2日，收獲時間為10月10日。種植株距30 cm，行距30 cm，每箱種植12 株。分別在玉米苗期、拔節期、抽雄-吐絲期、灌漿-成熟期進行干旱處理，另外選取植株在整個生育期內進行充足供水(CK)作為對照，見表1。在干旱脅迫期間，其田間持水量控制在55%～60%，試驗所選生育階段保持水分脅迫，此階段生育期結束后進行補水直至成熟。

表1 夏玉米各階段水分脅迫設計

1.3 測試方法

(1)土壤水分測定。利用便攜式土壤水分測定儀Delta-T PR2儀。

(2)形態指標的測定。用卷尺測量植株的株高、葉長、葉寬;用游標卡尺測定植株的莖粗, 重復3次。葉面積采用公式“葉長×葉寬×0.75”計算。

(3)玉米收獲后風干進行室內考種，分別觀測百粒重、穗行數、行粒數、穗長、禿尖長等穗部性狀。

(4)利用excel、IBM SPSS Statistics 19.0進行分析。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫對夏玉米農藝性狀的影響

(1)玉米不同生育期水分脅迫對株高、穗位高影響。由圖1可見，玉米在不同生育期進行干旱脅迫，對玉米株高均產生不同程度的影響。玉米株高從苗期開始到抽雄-吐絲期這一階段生長速度較快，抽雄期過后生長速度緩慢，吐絲過后株高不再增長，并有下降趨勢。由表2統計結果可見，在抽雄-吐絲與灌漿-成熟期進行水分脅迫，其株高差異不顯著，而在苗期與拔節期進行水分脅迫后，其株高呈現出顯著差異。對比玉米穗位高，玉米在拔節期水分脅迫后，其穗位高出現顯著差異，其余各生育階段水分脅迫后，對玉米穗位高均無顯著性差異。這一結果表明，在玉米拔節期(營養生長)水分脅迫對玉米株高、穗位高影響較大。當玉米由營養生長轉變為生殖后，水分脅迫對玉米株高及穗位高的影響減弱，對玉米農藝性狀影響較小。

圖1 生育期玉米株高變化

(2)玉米不同生育期水分脅迫對玉米葉面積影響。玉米葉面積可以良好地反映作物地上部分的長勢。由圖2可見，玉米從苗期到抽雄期，葉面積快速增長，在抽雄吐絲過后，玉面葉面積指數略有下降，玉米最大葉面積出現在抽雄后期。玉米在籽粒成熟期后，下層葉片首先出現萎蔫情況，逐漸脫落。在試驗中發現，不同生育期水分脅迫下，葉片表現出老化速度加快、葉面積減小，這與葉片細胞生長受到抑制、葉片生長速率降低有關。根據表2，拔節期、苗期水分脅迫下，對葉片影響呈現出顯著差異，其他階段水分脅迫，對玉米葉面積影響不顯著。例如，在玉米拔節期進行水分脅迫后發現，對葉面積有較大的抑制作用，復水后仍然有影響，葉面積相比于正常灌水玉米下降24.8%。玉米在抽雄-吐絲期間水分脅迫對葉面積影響較小，相當于充分灌水玉米的95.2%。其表現結果為，葉面積在營養生長過程中對水分的盈虧較為敏感，在轉為生殖生長后，水分脅迫對農藝性狀的影響較小。

圖2 生育期葉面積動態

處理平均最大株高/cm平均最大穗位高/cm平均最大葉面積/(cm2·株-1)5228．47a108．27a7542．93a1210．64b105．11a6859．20b2194．61c93．32b5877．42c3225．40a106．93a7268．10a4226．20a108．22a7412．63a

注：采用Duncan檢驗小寫字母標記為0.05顯著水平，字母相同表示差異不顯著。

(3)玉米不同生育期水分脅迫對玉米穗部影響。玉米穗部性狀、穗粒數和百粒重主要決定產量的高低。玉米在水分脅迫的情況下，不僅僅對株高、穗位高、葉面積帶來抑制作用，并且對果穗形態也產生了一定的影響。由表3可見，拔節期與抽雄—吐絲期水分脅迫下玉米穗長相對減小4.89%與8.93%，呈現出顯著差異，其余各生育期差異均不顯著。穗粗呈現出相同情況，其下降幅度依次為抽雄期脅迫>拔節期脅迫>苗期脅迫>灌漿—成熟期脅迫，拔節期與抽雄-吐絲期水呈現顯著差異。行粒數呈現出相同的情況。不同生育期里水分脅迫對玉米的穗行數變化并不明顯，與對照相比均未為達到顯著水平。水分脅迫在灌漿—成熟期，百粒重下降較小，未達到顯著差異，其余各生育期百粒重下降均到達顯著性差異，其中抽雄—吐絲期百粒重下降最大，下降為6.17%。結果表明：苗期和拔節期水分脅迫對果穗的形成影響較小，而抽雄期進行水分脅迫對玉米果穗形態影響較為明顯。

表3 不同時期水分脅迫對穗部影響比較

注：采用Duncan檢驗小寫字母標記為0.05顯著水平，字母相同表示差異不顯著。

2.2 利用Jensen模型求玉米敏感系數

Jensen模型表達式為：

(1)

式中：Ya為不同生育期在水分脅迫下實際產量狀況，kg/hm2；Ym為生育期內充分灌溉下實際產量狀況，kg/hm2；ETai為第i生育期水分實際蒸發量，mm；ETmi為生育期充分灌溉下第i個生育期蒸發量，mm；N為作物生育階段數；i為作物生育階段編號。

由于本試驗玉米在隔絕外界補水條件下種植，所以蒸發量可近似為耗水量，土壤耗水量見表4。

表4 不同生育期玉米耗水量及其產量

將式(1)兩邊取對數得：

(2)

(3)

利用線性代數Aλ=Z求解λ。將表2數據代入公式(3)解方程組得：λ1=0.025 306，λ2= 0.179 338，λ3= 0.353 258，λ4=0.083 044。

則Jensen模型為：

通過比較Jensen模型可以得出λ3>λ2>λ4>λ1，玉米在抽雄期對水分較為敏感，其次為拔節期與灌漿期，再次為苗期。需水量在拔節期、抽雄-吐絲期為關鍵時期，這2個階段水分的盈虧將決定產量的高低，而苗期與成熟期對玉米產量影響較小。這證明在進入生殖生長后，抽雄—吐絲期對水分較為敏感，與近幾年研究成果大致相同。

3 結 語

(1)玉米株高從苗期開始到抽雄期這一階段生長速度較快，抽雄期過后生長速度緩慢，吐絲過后株高不再增長，并有下降趨勢，試驗證明水分脅迫會影響其生長速率。葉面積呈現出相同規律。玉米株高和葉面積在不同生育期水分脅迫下均表現出抑制作用，復水后并不能打破對農藝性狀的改變。特別是在拔節期生長階段，水分的虧損對玉米株高與葉面積均出現較強的抑制作用，這一階段應充分保證供水，保證植株良好的發育。

(2)在玉米生育期間，玉米各生育階段進行干旱處理均會導致玉米產量減少。通過Jensen模型求出的敏感系數可以得出：抽雄—吐絲期>拔節期>灌漿—成熟期>苗期。這與玉米形狀的變化基本相同。在水分不足的情況下，充分保證玉米拔節期與抽雄—吐絲期正常灌水，可減少產量降低。其余生育期可以適當地進行節水，適當減少灌溉量。

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