提高玉米抗旱鑒定準(zhǔn)確性的水旱交替種植模式分析

唐懷君，謝小清，張 磊，劉 成，孫寶成

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091；2、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)/國家玉米改良中心，北京 100193)

0 引 言

【研究意義】玉米抗旱性是指在土壤和大氣干旱脅迫下，玉米表現(xiàn)出傷害最輕，產(chǎn)量下降最少的能力[1]。玉米自交系的抗旱性是玉米抗旱育種的基礎(chǔ)。玉米抗旱性的鑒定是對玉米抗旱能力進行篩選和評價的過程，鑒定準(zhǔn)確性主要受遺傳、生育時期、土壤、降雨量、灌水方式、光照、大氣溫濕度等因素的影響[2-4]。提高玉米抗旱鑒定的效率和準(zhǔn)確度，對玉米抗旱新品種的選育具有重要意義。【前人研究進展】目前圍繞玉米抗旱性鑒定有廣泛的研究，提出了各種抗旱鑒定的方法。如人工控制水分、溫度、濕度、光照、土壤含水量及其它環(huán)境條件的干旱棚、抗旱池、人工氣候箱和盆栽等抗旱鑒定方法[5, 6]。這些方法試驗條件比較一致、結(jié)果較可靠、重復(fù)性好，但需要一定的設(shè)施、設(shè)備，投資較大，不能大批量鑒定，與田間條件相差甚遠(yuǎn)，缺乏對多因素協(xié)同作用影響的考量。【本研究切入點】玉米田間常規(guī)鑒定法[7-10]是采用水旱交替種植模式，具有簡單易行、鑒定環(huán)境與大田生產(chǎn)實際接近等優(yōu)點，但此方法中相同材料在灌水對照區(qū)和干旱脅迫區(qū)處于較遠(yuǎn)的地理位置，土質(zhì)、肥力和水分等條件相差較大，影響鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，且不便于材料間的觀察對比。以157份玉米自交系為材料，在自然條件下以水旱交替種植模式法和常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法進行抗旱鑒定，對比分析兩種方法三重復(fù)間的相關(guān)系數(shù)，研究兩種方法的準(zhǔn)確性。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究將相同材料的正常灌水區(qū)和干旱脅迫區(qū)布置在臨近位置，探索能減少土壤、肥力和水分差異等影響，且便于田間觀察的抗旱鑒定新方法。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試玉米材料由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供的玉米自交系157份。

抗旱性鑒定試驗于2015～2016年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠綜合試驗場內(nèi)進行，試驗區(qū)土壤肥力中等，播種期在5月中旬。

1.2 方 法

1.2.1 水旱交替種植模式抗旱鑒定法

水旱交替種植模式抗旱鑒定法的田間排列特點是：2膜4行玉米種植同一材料，其中1膜灌水時間和灌水量與大田生產(chǎn)相同，作為正常灌水對照；另外1膜則只滴灌出苗水，其它時期不灌水(或少量補水)，作為干旱處理。由于兩膜相鄰，土質(zhì)一致，具有抗旱鑒定結(jié)果較準(zhǔn)確的優(yōu)點。列出玉米自交系水旱交替種植模式抗旱鑒定法田間排列。圖1

圖1 水旱交替種植模式抗旱鑒定法排列示意
Fig.1 Arrangement diagram of membrane-type flood and drought crossing drought resistance identification method

試驗采用隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，每個重復(fù)2行，每行11株，行長3 m，行距0.55 m, 株距0.3 m，播種密度60 609 株/hm2。試驗地四周種植5 m的保護行，水處理全生育期灌水8次，旱處理只灌出苗水，其它生育時期依靠正常灌水膜的水分地下滲透。表1

表1 水旱交替種植模式抗旱鑒定法的灌水時間和灌水量

1.2.2 常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法

常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法的田間排列特點是：參試材料分為對等的兩部分，分為正常灌水對照區(qū)(水區(qū))和干旱脅迫處理區(qū)(旱區(qū))，水區(qū)灌水時間和灌水量與大田生產(chǎn)相同，旱區(qū)則減少灌溉次數(shù)或減少灌溉量形成干旱脅迫。圖2

試驗隨機區(qū)組設(shè)計，每區(qū)3次重復(fù)，每個重復(fù)2行，每行11株，行長3 m，行距0.55 m，株距0.3 m，播種密度60 609 株/hm2。兩區(qū)之間及四周均設(shè)置5 m以上的水分隔離帶，水區(qū)全生育期灌水8次，旱區(qū)在全生育期灌水量為水區(qū)的50%。表2

圖2 常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法排列示意
Fig.2 Arrangement diagram of field and drought district identification method

表2 常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法的灌水時間和灌水量Table 2 Irrigation time and amount of conventional water and drought zoning identification method (m3/hm2)

1.2.3 抗旱性評價

收獲后測定單株產(chǎn)量，以單株產(chǎn)量計算三重復(fù)的抗旱系數(shù)，以抗旱系數(shù)評價各供試材料的抗旱性[11]。抗旱系數(shù)的計算公式為：抗旱系數(shù)=旱區(qū)單株產(chǎn)量/水區(qū)單株產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米自交系水旱交替種植模式抗旱鑒定

利用水旱交替種植模式抗旱鑒定法得到三重復(fù)的抗旱系數(shù)，兩兩之間的相關(guān)性進行繪圖，均得到一條通過原點的直線，試驗數(shù)據(jù)基本上集中在該直線附近。研究表明，三個重復(fù)間的抗旱系數(shù)存在相關(guān)性，重復(fù)1與重復(fù)2、重復(fù)1與重復(fù)3、重復(fù)2與重復(fù)3之間的相關(guān)性均達(dá)到了極顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別為0.887**、0.835**、 0.860**，相關(guān)系數(shù)平均值為0.861。圖3

圖3 水旱交替種植模式鑒定法重復(fù)間抗旱系數(shù)相關(guān)性
Fig.3 Correlation between different repeated drought resistance coefficients under membrane-type flood and drought crossing method

2.2 常規(guī)水旱分區(qū)抗旱鑒定

利用常規(guī)水旱分區(qū)抗旱性鑒定法得到三重復(fù)的抗旱系數(shù)。其中，重復(fù)1與重復(fù)2、重復(fù)1與重復(fù)3、重復(fù)2與重復(fù)3之間的相關(guān)性均達(dá)到了極顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別為0.755**、0.724**、0.692**，相關(guān)系數(shù)平均值為0.724。圖4

圖4 常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法重復(fù)間抗旱系數(shù)相關(guān)性
Fig.4 Correlation between different repetitive drought-resistance coefficients in conventional water and drought zoning identification

3 討 論

前人的研究發(fā)現(xiàn)，抗旱鑒定的準(zhǔn)確性受鑒定地點、土壤、水肥、氣候等[10]環(huán)境因素的影響，也可能受作物生長發(fā)育不同階段的影響，以致目前獲得準(zhǔn)確的抗旱鑒定結(jié)果難度較大[12]。隨著對玉米抗旱性研究的深入，提出了許多可用于玉米抗旱鑒定的方法。如利用干旱棚[5]、人工氣候室[13]和抗旱池[14]等可以人工控制土壤、水肥、降雨量、光照和空氣溫濕度等因素的影響。這些抗旱鑒定方法的試驗條件基本一致，鑒定結(jié)果可靠性較高，也便于比較、重復(fù)性好、同時便于控制干旱脅迫時間和強度，可進行任何生長發(fā)育階段的抗旱性鑒定，但缺點是需要一定的設(shè)備，投資較大，不能進行大批量鑒定[3]，且結(jié)果反映的是玉米的階段抗旱性，與大田產(chǎn)量方面的抗旱性表現(xiàn)相差甚遠(yuǎn)。因此，鑒定結(jié)果的實用性較差，很難在實際生產(chǎn)上應(yīng)用。

常用的田間自然鑒定法包括開花期水旱分區(qū)鑒定[15]、拔節(jié)期水旱分區(qū)鑒定[9]、旱地全膜雙壟溝播水旱分區(qū)鑒定[1]和欠量灌水鑒定[8]等。這些方法無需特殊設(shè)備，試驗操作簡單、性狀表現(xiàn)直觀，鑒定結(jié)果接近實際生產(chǎn)，可進行大規(guī)模鑒定，但鑒定準(zhǔn)確性受自然降雨、溫濕度等氣候因素和土壤質(zhì)地的影響較大，鑒定結(jié)果重復(fù)性差，對試驗地面積和灌溉條件要求較高[3]。試驗結(jié)果表明，常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法3個重復(fù)之間的抗旱系數(shù)存在極顯著的相關(guān)性，但由于受土壤、光照和水分等環(huán)境因素的影向較大，重復(fù)性差，這與前人的研究結(jié)果一致。

改進田間抗旱性鑒定方法，克服環(huán)境影響，是提高玉米抗旱鑒定準(zhǔn)確性的一條途徑。為減小土壤差異對鑒定結(jié)果的影響，提出了 “水旱交替種植模式抗旱鑒定法”。試驗表明，田間水旱分區(qū)鑒定法鑒定結(jié)果的重復(fù)性差，三重復(fù)間的相關(guān)系數(shù)為0.692～0.755(平均值 0.724)；水旱交替種植模式抗旱鑒定法三重復(fù)間的相關(guān)系數(shù)為0.835～0.887(平均值0.861)。水旱交替種植模式抗旱鑒定法重復(fù)間相關(guān)系數(shù)要高出常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法的18.9%。與常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法相比，水旱交替種植模式抗旱鑒定法克服了土壤質(zhì)地、水肥和光照等因素的影響，提高了鑒定的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，便于材料觀察，可進行大規(guī)模鑒定。

4 結(jié) 論

田間水旱分區(qū)鑒定法三重復(fù)間的相關(guān)系數(shù)分別為0.692**、0.724**和 0.755**(平均值0.724)；水旱交替種植模式抗旱鑒定法三重復(fù)間的相關(guān)系數(shù)分別為0.835**、0.860**和0.887**(平均值 0.861)。水旱交替種植模式抗旱鑒定法重復(fù)間相關(guān)系數(shù)(平均值0.861)要高出常規(guī)水旱分區(qū)鑒定法重復(fù)間相關(guān)系數(shù)(平均值0.724)的18.9%。水旱交替種植模式鑒定法通過減少土壤質(zhì)地、水肥和光照等因素的影響，提高了鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。水旱交替種植模式鑒定方法具有重復(fù)性好、準(zhǔn)確性較高的優(yōu)點，且便于人工觀察和計算機采集分析受旱前后性狀的變化，可應(yīng)用大規(guī)模田間鑒定中。