覆蓋條件下不同生育期干旱脅迫對玉米植株生長的影響探討

王俊雅　胡兵輝

摘要：在大棚采用盆栽實驗的方法對玉米進行了不同生育期干旱脅迫實驗（Ⅰ：三葉-拔節期；Ⅱ：拔節-抽雄期；Ⅲ：抽雄-籽粒形成期；Ⅳ：籽粒形成-完熟期），研究了在地膜覆蓋、秸稈覆蓋和裸地進行干旱脅迫對玉米植株生長的影響。結果顯示：在Ⅲ期時進行干旱脅迫，株高受影響最大，其次是Ⅱ期，且在地膜覆蓋下出現最大值，在裸地處理下出現最小值；對葉面積的影響依次為Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期，且在地膜覆蓋下出現最大值，在裸地處理下出現最小值；生物量在Ⅳ期出現最大值；對根冠比的影響依次為Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期。研究得出了玉米生長發育性狀和不同覆蓋條件之間有著重要的關系，故選擇優良的覆蓋方式對玉米種植可起到關鍵的作用，從上述分析得出了玉米生育狀況的優異程度從高到低排列順序為：地膜覆蓋>秸稈覆蓋>裸地。

關鍵詞：不同覆蓋；干旱脅迫；盆栽玉米；生長發育

中圖分類號：S513

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）09011304

1 引言

水分是影響玉米生長發育的重要因素之一。玉米作為我國西南地區重要的糧食作物，屬于需水量較多的作物，在其整個生長發育過程中，各個時期的需水量也各有不同，不同時期的干旱對玉米的生長發育的影響也不盡相同。干旱是西南玉米生育期間發生的主要氣象災害，其發生頻率較高，發生范圍較廣，對玉米生長發育和產量形成造成嚴重影響[1]。近年來，隨著西南干旱事件發生增多、損失加大，西南干旱問題越來越受到政府部門和相關研究機構的重視[2～6]。因此，對不同時期干旱脅迫對玉米生長發育的影響的研究，對節水灌溉、提高作物產量具有指導性意義。

目前對于農業干旱的研究多集中于我國北方地區，對于西南地區的相關研究較少。本研究以西南地區主要農作物玉米為試驗對象，結合現階段我國旱區農田的主要生產方式，研究不同覆蓋方式下不同生育期干旱脅迫對玉米植株生長的影響，以期提高水分利用效率，降低玉米減產的風險，為西南旱地農業的發展提供理論參考。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

試驗地位于西南林業大學老校區溫室內，試驗地土壤為紅壤，容重1.29 g/cm3，酸堿度適中（pH=7.11），有機質9.81 g/kg，全氮0.91 g/kg，全磷0.52g/kg，全鉀9.22 g/kg，有效氮77.36 mg/kg，有效磷10.47 mg/kg，有效鉀80.68 mg/kg。溫度保持室溫，大致長時期穩定在15～24 ℃，光照充足，濕氣相對變化不大，變化條件只有覆蓋方式。在溫室大棚內進行作物種植具有減少水分蒸發，便于進行不同覆蓋條件下玉米的生理性狀進行分析。

2.2 試驗設計

采用盆栽試驗的方法。試驗設計共45盆，重復3次，每盆種植玉米5棵（品種：長城99），并分別編號。按照玉米生育期的不同（Ⅰ：三葉-拔節期；Ⅱ：拔節-抽雄期；Ⅲ：抽雄-籽粒形成期；Ⅳ：籽粒形成-完熟期）進行干旱脅迫，結合不同覆蓋方式，地膜覆蓋下標記為：地膜Ⅰ期干旱（DⅠ）、地膜Ⅱ期干旱（DⅡ）、地膜Ⅲ期干旱（DⅢ）、地膜Ⅳ期干旱（DⅣ）、地膜全生育期不干旱（DⅤ）（對照）；秸稈覆蓋下標記為：秸稈Ⅰ期干旱（JⅠ）、秸稈Ⅱ期干旱（JⅡ）、秸稈Ⅲ期干旱（JⅢ）、秸稈Ⅳ期干旱（JⅣ）、秸稈全生育期不干旱（JⅤ）（對照）；裸地覆蓋下標記為：裸地Ⅰ期干旱（LⅠ）、裸地Ⅱ期干旱（LⅡ）、裸地Ⅲ期干旱（LⅢ）、裸地Ⅳ期干旱（LⅣ）、裸地全生育期不干旱（LⅤ）（對照）。采用定量灌水法進行試驗，灌水量為：Ⅰ期：60mm；Ⅱ期：90mm；Ⅲ期：90mm；Ⅳ期：60mm。每生育期間選擇10 d進行干旱脅迫，各個生育期結束拔除一棵用作測量取樣。實驗時間從2015年6月到10月為止。

2.3 測量指標與方法

2.3.1 株高

土壤表面到葉片自然伸展的最高處，雄蕊長出后，以雄蕊頂端到土壤表面的距離記作株高。以4 d為間隔，用精度為毫米的直尺進行測量。

2.3.2 葉面積

這里指單株玉米葉面積，用經驗系數法測定。即用直尺測定各葉片葉長和最大葉寬。計算公式如下：

單株玉米葉面積=∑n[]i=1（葉長i×葉寬i×0.75）。

式中：n為玉米對應葉片數，葉面積單位為cm2。

2.3.3 生物量及根冠比的測定

生物量即為地上部生物量與地下部（根系）生物量之和。采取烘干法測量，在各生育期取玉米整株，稱鮮重后將烘箱調至80 ℃殺青30 min，再調至105 ℃烘干16 h直至衡重，用電子天平稱重，精確到0.01 g。根冠比即地下部（根系）生物量與地上部生物量之比。

2.4 數據處理及分析方法

所得數據采用Excel2003和SPSS16.0統計軟件對試驗數據進行處理及方差分析。

3 結果與分析

3.1 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米株高的影響

株高是作物生長量的基本標志之一，在栽培與耕作實驗中，通常以株高動態平衡來衡量各種技術措施的效果，尤其在相對值比較中，更具有重要的參考價值。在圖1中，將每個生育期末的植株株高作為統計對象，分別于不同覆蓋條件下進行相同處理比較發現，總體趨勢為：地膜覆蓋>秸稈覆蓋>裸地處理。由此說明覆蓋處理比裸地處理的生長狀況要好，其主要因為農田覆蓋具有蓄水保水的作用。

圖1中可以看出，由于Ⅰ期玉米植株蒸騰量很小，需水系數很低，故而干旱脅迫對其影響并不明顯；Ⅱ期整個生育階段處于高溫時節，植株植株蒸騰速率加大加快，需水強度劇烈增加，因此該生育期進行干旱脅迫對玉米植株的生長造成很大的影響；Ⅲ期株高增長幅度降低，平均保持在25.79%水平；到達Ⅳ期時，增長幅度日漸平穩，基本保持不變，對其進行干旱脅迫尚未出現株高明顯降低的情況。

3.2 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米葉面積的影響

葉片是玉米進行光合作用的主要器官，葉片的大小直接關系著玉米的產量。因此，研究不同覆蓋條件下干旱脅迫玉米葉面積的變化具有十分重要的現實意義。

根據圖2，可以看出，不同覆蓋條件下玉米葉面積在不同生育期均表現出明顯的差異，總體表現為先快速增長再慢慢回落的單峰趨勢。在同一處理條件下，葉面積從Ⅰ期至Ⅲ期逐漸增長，并在Ⅲ期達到最大值，Ⅳ期時有所下降。即呈現出Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅳ期>Ⅰ期的趨勢。

3.3 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米生物量的影響

玉米植株生長的過程即為生物量不斷累積的過程，而生物量是影響最終產量的關鍵。地上生物量包括莖、葉、果實，地下生物量指根的生物量。Ⅰ期以后開始增加，其中Ⅱ期主要是莖和葉的迅速生長，Ⅲ期玉米生長由營養生長轉向生殖生長，Ⅳ期灌漿結束，果實成熟，生物量大幅增加。圖3可以看出：不同的覆蓋條件下，地膜覆蓋>秸稈覆蓋>裸地，地膜覆蓋下的最終地上生物量比秸稈覆蓋高出26.24%，比裸地高出59.19%，表明覆蓋具有蓄水保墑，促進作物增長的作用。同一覆蓋條件下，最終生物量基本按照以下順序排列：Ⅰ期干旱脅迫>Ⅱ期干旱脅迫>Ⅲ期干旱脅迫>Ⅳ期干旱脅迫。Ⅰ期歷時短，干旱脅迫對地上生物量的積累不產生大的影響；Ⅱ期水分虧缺嚴重限制莖的發育，Ⅳ期籽粒形成與灌漿開始，莖葉發育漸緩，果實的比重開始增長。

3.4 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米根冠比的影響

圖4以不同覆蓋方式作為區分，展示了不同生育期干旱脅迫對玉米根冠比產生的影響，結果顯示：在相同覆蓋方式下，Ⅰ期干旱脅迫使根冠比略有提高但不明顯；Ⅱ期干旱脅迫時的根冠比顯著高于對照值，這說明Ⅱ期需水量大，而水分的虧缺導致了根系的壯大，從而影響了根冠比；Ⅲ期干旱脅迫根冠比有所提高，這是因為地上生物量減少幅度大于地下根系增大的幅度；Ⅳ期干旱脅迫對減少了地上生物量，對地下根系的萎縮有一定的促進作用，所以根冠比反映出的是減小。

在不同的覆蓋方式中，Ⅰ期干旱脅迫對3種覆蓋方式沒有太大的影響，根冠比均保持在0.5左右；Ⅱ期干旱脅迫明顯看出裸地玉米的根冠比高過了地膜覆蓋和秸稈覆蓋，這是由于裸地蒸散量大，在快速生長的Ⅱ期，供水量遠遠低于需水量，根系在積極生長的同時極大影響了地上部分的發育，使根冠比大幅提高；Ⅲ期干旱脅迫秸稈覆蓋與裸地的根冠比都顯示出相對減少，這可能是因為地下根系的萎縮與地上生物量的增加形成反差造成的；Ⅳ期玉米主要生長重心向地上部分轉移，根系在水分虧缺時發生死亡，造成了根冠比的減少。

4 結論與討論

4.1 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米株高的影響

株高是反應作物生長的重要指標之一，從玉米植株中能明顯觀測不同覆蓋下的玉米生長情況：在Ⅲ期對株高的影響最大，其次是Ⅱ期，Ⅰ期和Ⅳ期受旱的株高與對照相近，這與前人的研究相同。其主要原因是Ⅰ期后期復水會產生補償效應，所以對株高影響不大；Ⅱ期是玉米需水強度較大的時期，在此階段缺水會使植株生長嚴重阻滯；Ⅲ期玉米開始生殖生長，該階段干旱脅迫會使雄蕊和雌蕊的發育受阻，穗長減小，株高降低；Ⅳ期玉米地上部分發育基本停止，故其株高不受干旱脅迫的影響。在所有處理中（對照除外），收獲期株高最小值為96.40 cm在LⅢ出現，最大值為157.00 cm在DⅣ出現，平均值為136.19 cm，說明地膜覆蓋具有蓄水保墑、促早熟和顯著增產的作用[7，8]，秸稈覆蓋次之，裸地處理影響最大。

3.2 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米葉面積的影響

葉面積在生育前期呈現明顯的增加趨勢，并在Ⅱ期達到最大值，Ⅲ期以后開始緩慢下降。干旱脅迫時玉米通過降低生長速率等途徑來減少葉面積，尤其是重度干旱脅迫下，抑制了玉米的生長，導致生物量積累顯著降低[9～10]。在所有處理中（對照除外），收獲期葉面積最小值為339.45 cm2在LⅡ出現，最大值為5887.75 cm2在DⅢ出現，平均值為3113.6 cm2，說明地膜覆蓋有效緩解了干旱脅迫造成的葉面積的降低，其次是秸稈覆蓋，裸地受干旱脅迫影響最大。

3.3 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米生物量的影響

多數研究表明，任何一個生育期水分虧缺都會降低玉米籽粒產量，生育期中前期干早脅迫處理對玉米生物量的影響明顯，特別是在抽雄-灌漿初期階段，抽雄階段的干旱脅迫嚴重影響玉米生長[11]。本研究中：干旱脅迫下生物量受影響程度基本為：Ⅳ期>Ⅲ期>Ⅱ期>Ⅰ期。在所有處理中（對照除外），收獲期生物量最小值為178.25 g在LⅢ出現，最大值為263.49 g在DⅠ出現，平均值為220.87 g，說明地膜覆蓋有效緩解了干旱脅迫造成的生物量的減少，其次是秸稈覆蓋，裸地受干旱脅迫影響最大。

3.4 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米根冠比的影響

干旱脅迫不僅影響根系發育及形態結構，還會改變植株器官的生長進程，特別是根冠比[12]。本研究顯示，在干旱脅迫下，玉米根冠比所受影響的大小分別是Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅳ期>Ⅰ期。在所有處理中（對照除外），根冠比最小值為0.59出現在JⅢ，最大值為1.42出現在LⅢ，平均值為1.01，說明地膜覆蓋有效抑制了干旱脅迫造成的根冠比增大，其次是秸稈覆蓋，裸地受干旱脅迫影響最大。

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