不同生育期水分胁迫对玉米农艺性状的影响

龚雨田，孙书洪，闫宏伟

(1.天津农学院农学与资源环境学院，天津 300384；2.天津农学院水利工程学院，天津 300384)

作为全球第2大玉米生产与消费国，过去10 a，中国玉米生产快速发展，已成为国内第1大粮食作物[1]。华北平原降水量年际变率大,各年雨季开始时期也不同,且降水季节分配不均,因而夏玉米各生育阶段水分条件差异明显,常有季节性干旱[2]。玉米对于干旱较为敏感，季节性干旱已成为旱农区玉米生产的一个主要限制因素。干旱胁迫下，会使作物生长发育缓慢，影响作物形态，使其产量降低[3]。康绍忠[4]等认为，作物品质与品种、施肥、气候、水分、生长环境等多种因素有关,而水分是实现对作物品质改善的介质。由此可见，水分对玉米的品质及其农艺性状有着至关重要的影响。有关研究表明,在作物某些生育阶段通过控制水分,改善植株代谢,促进光合产物的增加,可以改善产品品质。例如卜令铎[5]等所做的试验表明，前期干旱锻炼增强了玉米抗旱能力,抗旱品种表现出较高的超补偿效应,有利于适应干湿交替和低水多变的环境,实现节水高产。在玉米发育的整个过程中，不同时期水分胁迫玉米的产量及农艺性状的变化有着很大的差异，一些研究结果表明，生育前期(苗期—拔节—孕穗)水分是否充足，对玉米的农艺性状有着有显著的影响[6.7]，大喇叭口—成熟期是玉米生长的关键期，这一阶段玉米需水量达到高峰[8]，是玉米生殖生长的关键时期。在本研究中。采用Jensen模型(相乘模型)，对玉米生育期内水分及其产量关系进行研究。Jensen模型可以更好地反映出作物在生育期内水分盈亏对产量影响的敏感程度，从而得到最优化灌溉模型。研究成果为玉米抗旱提供理论依据，同时对干旱，半干旱地区玉米栽培提供实践依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验设计为小区试验,地点在天津农学院西校区试验田,该试验田的位置:经度 116°57′,纬度 39°08′,海拔高度 5.494 m(大沽高程),年均蒸发量1 440 mm。试验田地形平整,土壤质地为中壤土,60 cm 土层的平均干密度为 1.42 g/cm3,土壤田间持水量为 22%～23%。

1.2 试验设计方法及材料

试验品种选用三北218玉米种。采用有底测坑试验，测坑采用将塑料箱埋于试验田形成，塑料箱长2 m，宽2 m，深2 m, 塑料箱上沿高出大田地表 7 cm,每 20 cm 为一层挖土,按后挖出的土先填的顺序向塑料箱内回填土,填入箱内的土用脚踩压,使其在箱内的高度仍为20 cm。种植时间为2015年7月2日，收获时间为10月10日。种植株距30 cm，行距30 cm，每箱种植12 株。分别在玉米苗期、拔节期、抽雄-吐丝期、灌浆-成熟期进行干旱处理，另外选取植株在整个生育期内进行充足供水(CK)作为对照，见表1。在干旱胁迫期间，其田间持水量控制在55%～60%，试验所选生育阶段保持水分胁迫，此阶段生育期结束后进行补水直至成熟。

表1 夏玉米各阶段水分胁迫设计

1.3 测试方法

(1)土壤水分测定。利用便携式土壤水分测定仪Delta-T PR2仪。

(2)形态指标的测定。用卷尺测量植株的株高、叶长、叶宽;用游标卡尺测定植株的茎粗, 重复3次。叶面积采用公式“叶长×叶宽×0.75”计算。

(3)玉米收获后风干进行室内考种，分别观测百粒重、穗行数、行粒数、穗长、秃尖长等穗部性状。

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

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对夏玉米农艺性状的影响

(1)玉米不同生育期水分胁迫对株高、穗位高影响。由图1可见，玉米在不同生育期进行干旱胁迫，对玉米株高均产生不同程度的影响。玉米株高从苗期开始到抽雄-吐丝期这一阶段生长速度较快，抽雄期过后生长速度缓慢，吐丝过后株高不再增长，并有下降趋势。由表2统计结果可见，在抽雄-吐丝与灌浆-成熟期进行水分胁迫，其株高差异不显著，而在苗期与拔节期进行水分胁迫后，其株高呈现出显著差异。对比玉米穗位高，玉米在拔节期水分胁迫后，其穗位高出现显著差异，其余各生育阶段水分胁迫后，对玉米穗位高均无显著性差异。这一结果表明，在玉米拔节期(营养生长)水分胁迫对玉米株高、穗位高影响较大。当玉米由营养生长转变为生殖后，水分胁迫对玉米株高及穗位高的影响减弱，对玉米农艺性状影响较小。

图1 生育期玉米株高变化

(2)玉米不同生育期水分胁迫对玉米叶面积影响。玉米叶面积可以良好地反映作物地上部分的长势。由图2可见，玉米从苗期到抽雄期，叶面积快速增长，在抽雄吐丝过后，玉面叶面积指数略有下降，玉米最大叶面积出现在抽雄后期。玉米在籽粒成熟期后，下层叶片首先出现萎蔫情况，逐渐脱落。在试验中发现，不同生育期水分胁迫下，叶片表现出老化速度加快、叶面积减小，这与叶片细胞生长受到抑制、叶片生长速率降低有关。根据表2，拔节期、苗期水分胁迫下，对叶片影响呈现出显著差异，其他阶段水分胁迫，对玉米叶面积影响不显著。例如，在玉米拔节期进行水分胁迫后发现，对叶面积有较大的抑制作用，复水后仍然有影响，叶面积相比于正常灌水玉米下降24.8%。玉米在抽雄-吐丝期间水分胁迫对叶面积影响较小，相当于充分灌水玉米的95.2%。其表现结果为，叶面积在营养生长过程中对水分的盈亏较为敏感，在转为生殖生长后，水分胁迫对农艺性状的影响较小。

图2 生育期叶面积动态

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

注：采用Duncan检验小写字母标记为0.05显著水平，字母相同表示差异不显著。

(3)玉米不同生育期水分胁迫对玉米穗部影响。玉米穗部性状、穗粒数和百粒重主要决定产量的高低。玉米在水分胁迫的情况下，不仅仅对株高、穗位高、叶面积带来抑制作用，并且对果穗形态也产生了一定的影响。由表3可见，拔节期与抽雄—吐丝期水分胁迫下玉米穗长相对减小4.89%与8.93%，呈现出显著差异，其余各生育期差异均不显著。穗粗呈现出相同情况，其下降幅度依次为抽雄期胁迫>拔节期胁迫>苗期胁迫>灌浆—成熟期胁迫，拔节期与抽雄-吐丝期水呈现显著差异。行粒数呈现出相同的情况。不同生育期里水分胁迫对玉米的穗行数变化并不明显，与对照相比均未为达到显著水平。水分胁迫在灌浆—成熟期，百粒重下降较小，未达到显著差异，其余各生育期百粒重下降均到达显著性差异，其中抽雄—吐丝期百粒重下降最大，下降为6.17%。结果表明：苗期和拔节期水分胁迫对果穗的形成影响较小，而抽雄期进行水分胁迫对玉米果穗形态影响较为明显。

表3 不同时期水分胁迫对穗部影响比较

注：采用Duncan检验小写字母标记为0.05显著水平，字母相同表示差异不显著。

2.2 利用Jensen模型求玉米敏感系数

Jensen模型表达式为：

(1)

式中：Ya为不同生育期在水分胁迫下实际产量状况，kg/hm2；Ym为生育期内充分灌溉下实际产量状况，kg/hm2；ETai为第i生育期水分实际蒸发量，mm；ETmi为生育期充分灌溉下第i个生育期蒸发量，mm；N为作物生育阶段数；i为作物生育阶段编号。

由于本试验玉米在隔绝外界补水条件下种植，所以蒸发量可近似为耗水量，土壤耗水量见表4。

表4 不同生育期玉米耗水量及其产量

将式(1)两边取对数得：

(2)

(3)

利用线性代数Aλ=Z求解λ。将表2数据代入公式(3)解方程组得：λ1=0.025 306，λ2= 0.179 338，λ3= 0.353 258，λ4=0.083 044。

则Jensen模型为：

通过比较Jensen模型可以得出λ3>λ2>λ4>λ1，玉米在抽雄期对水分较为敏感，其次为拔节期与灌浆期，再次为苗期。需水量在拔节期、抽雄-吐丝期为关键时期，这2个阶段水分的盈亏将决定产量的高低，而苗期与成熟期对玉米产量影响较小。这证明在进入生殖生长后，抽雄—吐丝期对水分较为敏感，与近几年研究成果大致相同。

3 结 语

(1)玉米株高从苗期开始到抽雄期这一阶段生长速度较快，抽雄期过后生长速度缓慢，吐丝过后株高不再增长，并有下降趋势，试验证明水分胁迫会影响其生长速率。叶面积呈现出相同规律。玉米株高和叶面积在不同生育期水分胁迫下均表现出抑制作用，复水后并不能打破对农艺性状的改变。特别是在拔节期生长阶段，水分的亏损对玉米株高与叶面积均出现较强的抑制作用，这一阶段应充分保证供水，保证植株良好的发育。

(2)在玉米生育期间，玉米各生育阶段进行干旱处理均会导致玉米产量减少。通过Jensen模型求出的敏感系数可以得出：抽雄—吐丝期>拔节期>灌浆—成熟期>苗期。这与玉米形状的变化基本相同。在水分不足的情况下，充分保证玉米拔节期与抽雄—吐丝期正常灌水，可减少产量降低。其余生育期可以适当地进行节水，适当减少灌溉量。

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