高温干旱对河南局部玉米生长发育和产量的影响及管理对策

河南农业大学农学院　张学林尉氏县农业技术推广中心　宋志平河南农业大学农学院　刘天学　杨青华　李潮海

高温干旱对河南局部玉米生长发育和产量的影响及管理对策

河南农业大学农学院张学林
尉氏县农业技术推广中心宋志平
河南农业大学农学院刘天学杨青华李潮海

随着全球气候变暖，高温干旱等极端异常气象因素成为限制作物产量的主要因子。研究发现，近30年中气候变暖导致全球一些粮食产能出现了实质性下降。黄淮海地区是我国夏玉米集中产区，高温干旱协同胁迫已成为该区域玉米生产中频繁遇到的自然灾害，严重影响着玉米产量的高低。2013—2014年连续2年河南省爆发了史上最严重的高温干旱，对玉米生产造成了严重的损失。为此，我们调研和观察了2013年高温干旱后玉米植株的受害特征，分析了高温干旱胁迫的影响机制，以期为玉米抗逆栽培管理和育种提供借鉴。

一、致灾原因

自2013年7月份以来，全国各地均出现不同程度的高温，高温伴随的持续干旱给我国秋粮作物生产特别是玉米造成了巨大的影响。其中，河南省7月28日—8月3日，全省平均气温为25.7～31.7℃，而7月28—31日大部分地区极端最高气温为34.9～39.3℃，与常年同期相比，全省平均气温各地均较常年同期偏高1～4℃；8月4—10日全省平均气温为27.1～33.1℃，大部分地区极端最高气温为35.2～42.0℃，全省平均气温较常年同期偏高2～6℃，而各地降水量仅为0～34mm，降水量比常年同期偏少；8月10—17日全省平均气温为27.2～33.8℃，较常年同期偏高3～7℃，大部分地区极端最高气温为36.0～42.7℃，而各地降水量为0～23mm，较常年同期偏少，其中豫东、豫南大部，豫中部及豫西、豫西南局部等地几乎滴雨未降。每年8 月份左右， 黄淮海地区夏玉米生产普遍进入抽雄吐丝期，对温度、湿度等环境条件较为敏感，持续的高温与干旱天气将会导致玉米花粉活力降低、吐丝困难、雌雄发育不协调、结实率下降等，直接影响到河南大部分地区玉米产量的丰与欠，进而影响农业生产和农民收入。

二、灾害现象及致灾机理

（一）茎叶枯萎

夏玉米生育期持续高温灼烧导致部分地区某些玉米品种顶部叶片枯萎，而高温带来的干旱加剧了土壤旱情，直接影响玉米根系水分和养分的吸收利用，致使部分玉米上部叶片、下部叶片干枯，某些地区玉米甚至整株死亡（图1）。

河南省7—8月份是玉米营养生长和生殖生长同时进行的关键阶段，这一阶段的玉米叶片、茎秆等营养器官生长旺盛，同时玉米雌穗、雄穗等生殖器官也在分化形成，因此对水肥供应的需求较大而且非常敏感。一方面，高温干旱导致土壤养分和水分供应不足，有限的养分优先供应给生殖器官等生长中心，叶片光合作用和养分运输能力下降，叶片出现早衰；另一方面，植物呼吸作用增强，消耗增多，干物质积累下降，这可能是植株下部叶片枯萎的部分原因，而≥35℃的高温胁迫时间越长，植株上部叶片光合蛋白酶的活性降低，叶绿体结构遭到破坏，气孔关闭，上部叶片枯萎，而干旱胁迫可使农作物体内水分亏缺，导致植株生长发育不良，长时间严重缺水会导致植株枯萎直至死亡。

（二）穗轴缺粒

调查发现，持续高温干旱对玉米籽粒生长发育和产量形成造成了严重影响。不同地区由于品种的差异出现了几种穗轴缺粒现象：第一种是果穗籽粒少，呈散乱分布，即通常所说的“花穗”；第二种是果穗一侧自基部到顶部整行没有籽粒，穗形多向缺粒一侧弯曲，即通常说的“老人脚”；第三种是果穗顶部出现秃尖现象，严重时秃尖占果穗的一半左右；第四种是部分品种的果穗出现“香蕉穗”现象（图2）。

7 月下旬至8 月中旬，黄淮海地区玉米陆续进入抽雄吐丝期，穗轴籽粒发育与生育期土壤水分供应不足和玉米雌雄穗发育不良有很大关系，开花抽穗期是玉米的水分临界期，对缺水特别敏感，而玉米孕穗和授粉适宜温度为25～30℃，田间土壤持水量以70%～80%为宜。气温持续高于35℃时不利于花粉形成，玉米开花散粉受阻；当温度高于35℃，空气相对湿度低于30%，土壤相对湿度低于70%时，散粉后1～2h内，花粉迅速失水干枯，丧失发芽能力，导致授粉不良，且受害程度随温度的升高和持续时间延长而加剧。河南省部分地区持续高温干旱给玉米开花散粉带来不利影响，进而造成穗轴缺粒现象，最先表现在影响玉米根系的养分吸收和营养转化上，进而影响雌雄穗的分化速度，主要表现在：根系活力降低，叶片光合速率下降，雄穗提前抽出，雄穗分枝减少，不能开花；花药瘦小且不开裂；花粉量小、活力降低。若抽雄前期干旱，雄蕊抽出推迟，造成授粉不良，容易形成“花籽粒”；玉米花粉发育期间花粉母细胞减数分裂期对外界条件敏感，高温干旱可能导致部分花粉败育，造成花粉量减少、生活力减弱，甚至没有受精能力；也有部分花粉粒分裂不正常，形成畸形花粉粒，影响受精，形成空粒；还有部分受精后子房在中途停止发育，或在灌浆过程中胚乳生长停止，形成瘪粒。高温干旱还会影响雌穗的发育，致使雌穗因顶端优势延缓吐丝或吐丝困难，开花与吐丝时间差加大，造成花期不遇、授粉结实不良，进而出现果穗缺粒或形成“半边脸”果穗；部分花丝抽丝后遇高温干旱而枯萎，丧失生活力，造成花粉在柱头上萌发困难，或萌发后由于花丝表面不能充足供给水分，导致花粉管到子房的速度减慢，授粉后仅有少量受精，最后结实率不高；而在高温干旱条件下花粉生命力降低、花丝黏着力差，导致果穗灌浆异常、授粉效果较差出现秃尖或形成“半边脸”果穗。

（三）空秆现象

玉米空秆是指植株未形成雌穗，或有雌穗不结籽粒，主要有两种类型：一是有雄穗没果穗，即完全性空秆，二是有雄穗也有果穗，但果穗不长大、不结实，即称不孕穗空秆。环境气象因素对玉米空秆有显著的影响。玉米进入生殖生长期的适宜温度为25～28℃、空气湿度为65%～90%，温度过高，不利于花粉粒发芽；湿度过低造成花粉粒失水，花粉发育不良。因此，高温干旱可使花粉粒、花丝发育不良，导致授粉不良，出现结穗不结粒的空秆现象。

高温干旱导致玉米空秆的原因主要是：玉米抽雄前20d左右为需水临界期，这个时期高温干旱导致土壤水分供应不足，影响雄穗的正常开花和雌穗花丝的抽出，造成抽雄提前和吐丝延迟，这种情况下花粉的生命力弱，抽出的花丝容易枯萎或抽穗困难，造成不能授粉受精而出现无穗空秆；干旱缺水会对雄穗的正常发育产生影响，延长抽雄及吐丝间隔期，增加小花败育数量，降低花丝、花粉活力及授粉结实能力，而雌雄花花期不遇，花粉和花丝生活力下降，不能正常结穗，也会形成空秆。当高温干旱营养不良时，雄穗可能利用顶端生长优势吸收大量养分，对雌穗发育产生抑制作用，致使雌穗因发育不良而形成空秆。而雌穗分化期，如遇高温干旱，玉米根系弱小、植株瘦矮、光合作用减弱，雌穗发育受影响，产生空秆。授粉期如果遇到干热天气，特别是连续35℃以上的干旱天气，造成花粉生命力下降，影响授粉，形成稀粒棒或空棒 。此外，玉米空秆还与果穗发育时期玉米体内缺乏碳糖等有机营养有关。果穗形成所需的养分大部分是通过光合作用合成的，当光照强度减弱，光合作用受到影响，合成的有机养分减少，雌穗发育迟缓或停止发育，空秆即增多。

（四）病害的发生

瘤黑粉病是玉米抽雄授粉期气流传播的局部侵染性真菌病害，侵染植株幼嫩组织和伤口。植株抗性和气候条件对其发生程度影响很大，植株发育不良、高温高湿或干湿交替都利于病害发生。受玉米抽雄前持续高温干旱和授粉期连续7d为35℃以上的高温及抽雄后的高温高湿影响，抽雄至授粉期瘤黑粉病都可能大量感染，后期穗腐病发生严重（图3）。

图1　高温干旱导致玉米上部叶片、下部叶片干枯，整株死亡

图2　高温干旱对玉米穗轴籽粒的影响

图3　高温干旱对玉米病害的影响

三、生产对策

（一）选择优良品种

根据不同玉米品种的特点，生产上应重视和加强品种适应性研究，选用适合当地气候特点、耐旱性强、综合性状优良的高产稳产型品种。

（二）栽培管理

玉米抽雄前15～20d对水敏感，针对高温干旱，此时若土壤含水量低于田间最大持水量的80%，应立即浇水，降低田间温度，减免高温热害，促进果穗发育，缩短雄雌花的间隔，利于正常授粉受精，降低空秆率，并结合人工辅助授粉，减轻高温对玉米授粉过程的影响，提高结实率。一般在上午8：00—10：00 采集新鲜花粉，用自制授粉器给花丝授粉，通过人工辅助授粉，提高结实率；也可以在上午10 时左右，用竹竿等工具轻敲玉米植株上部，促使花粉提早散落，提高结实率，增加籽粒形成数量，减轻高温干旱对粒数的影响。生产上也可以采用去雄技术削弱顶端优势，减少雄穗对雌穗的抑制：即当雄穗露尖时，隔行或隔株将雄穗拔出，全田只剩一半雄穗，授粉结束后，将剩余的一半雄穗再去掉，通过合理调整养分分配，减少养分消耗，降低空秆率。

（三）适时晚收，增产增收

玉米生育后期灌水后适时晚收，延长籽粒灌浆时间，减轻热害危害，提高粒重，增加产量。一般以苞叶发黄7～10d后或籽粒胚乳黑层出现时收获为宜。

（四）病虫害防治

针对玉米瘤黑粉病，最先是摘除病瘤。在玉米生长期间，结合田间管理，应将发病部位的病原菌“瘤子”，在病瘤未变色时进行人工摘除，用袋子带出田外进行集中深埋或焚烧销毁，减少田间菌源量。玉米抽雄前后及时灌溉，及时防治玉米螟等害虫；尽量减少机械损伤。也可在玉米抽雄前10d左右，用50%福美双可湿性粉剂500～800倍液或50%多菌灵可湿性粉剂800～1 000倍液喷雾，可减轻再侵染危害。

（注：本项目获得河南省教育厅科学技术研究重点项目资金资助，编号：13A210491）