干旱對玉米生長及產量影響的試驗研究

黃曉俊，于 飛，敖 芹

(1.貴州省貴定縣氣象局，貴州 貴陽 551300;2.貴州省山地氣候與資源重點實驗室，貴州 貴陽 550002)

1 引言

玉米是我國西南山區及其它旱谷地區人民的主要糧食之一，其植株根深葉茂，而且生長期多處在高溫條件下，屬需水較多的作物，玉米不同的生育期對水份的需要不同，其生長是一個動態過程，不同生育階段，植株蒸騰面積及根系量都在變化，對環境條件的要求也處在不斷變化的過程中［1］。大喇叭口—成熟期是玉米生長的關鍵期，也是玉米需水的高峰期［1］。從玉米生育期的需水規律看，其需水量呈單峰曲線，苗期需水較少，撥節—乳熟期需水量顯著增多，并達到高峰，其后逐漸減少。近年來干旱頻發，如2011年7－8月西南區域降水異常偏少，使得當地正處生育關鍵期的玉米受旱嚴重，最終導致玉米嚴重減產甚至絕收。干旱已成為西南地區玉米生產最主要的災害因子，研究這一時期不同程度干旱對玉米生長發育及產量的影響，對穩定該地玉米產量具有重要意義。關于水分脅迫對玉米生長發育和產量形成的影響已有較多的研究［2－7］，多數研究表明，土壤水分脅迫抑制玉米的生長發育，減少干物質的積累，從而導致減產。本實驗探討了從大喇叭口—乳熟期不同程度干旱對玉米生長和產量的影響以及此時期玉米生長的實際灌溉量，以期為干旱年份玉米水分的科學管理和為制訂適應與減緩干旱對玉米不良影響的對策與措施提供依據。

2 材料和方法

2.1 試驗方法

土壤水分預備試驗:2011年4－5月通過土壤水分預備實驗對TDR 100進行標定。土壤類型為耕作石灰土，呈中性，容重為1.55，田間持水量為28.72%。本實驗在標定中用烘干法測得的土壤水份值作為標準值，與同步的TDR測定值進行對比分析，通過最優擬和模型分析得出不同干旱等級的TDR讀數范圍，即TDR標準模式20 cm土壤容積含水量計數在無旱、中旱、重旱、持續干旱的范圍分別為:R＞28%、15% ＜R≤19%、8% ＜R≤12%，為使用TDR對農作物做干旱控水實驗提供參考，也為野外土壤監測提供借鑒。

水分控制試驗設計:試驗場地位于貴州省龍里縣氣象局大型活動擋雨棚內。玉米品種為黔玉一號，采用桶栽法控制玉米土壤水分，由于桶型號相應較大，稱重控制土壤水分誤差較大，本試驗采用TDR 100土壤水分速儀測量土壤水分，以達到控制水份梯度的目的。試驗設4個處理，處理1水份充足，土壤相對含水量＞60%;處理2中度干旱，土壤相對含水量為50% ～45%;處理3重度干旱，土壤相對含水量為40% ～35%;處理4持續干旱，在乳熟期前持續干旱，乳熟期做復水。

水分控制試驗時間及方法:玉米生長前期保持土壤水分充足供應，大喇叭口期將玉米移入擋雨棚，在移入大棚時，人工澆水使各處理土壤含水量保持一致，均達到60%;在大喇叭口(6月28日)—成熟期期間(8月26日)，每3 d用TDR 100進行土壤水份測量(人工灌水前后各測1次)，每個實驗桶取5次測量值的平均值進行觀測記錄，每次灌水用臺秤稱重進行灌水量控制，采用均勻灌溉方式進行澆灌，4～5 h后再次測定土壤水份，根據土壤水份情況進行補水。

實驗中各桶裝土壤的重量和深度一致，保證了人工灌溉時土壤對水份的滲透和蒸發相同。在整個實驗期間，玉米植株無大氣降水，對其進行需水補給，僅僅通過人工灌溉對其需水進行補充。

玉米生長及產量指標測定:每3 d測量1次玉米株高、莖粗、功能葉葉面積、雄花長、穗位高以及最終的果穗性狀和產量(每個處理重復4次)。

2.2 氣象資料的收集及處理

在實驗棚中安設百葉箱，從玉米大喇叭口期(6月28日)—成熟期(8月26日)期間每天換取溫、濕度自記紙，以獲取大棚內每一時次的氣溫、相對濕度及最高、最低氣溫和最低相對濕度;同時安設蒸發皿，以觀測大棚內每日的蒸發量;降水和日照時數來自龍里縣氣象觀測站。

3 結果與分析

對玉米大喇叭口期進行不同程度的干旱脅迫實驗發現，干旱對玉米株高、產量影響較大，對莖粗的影響不明顯。

用統計軟件SPSS16.0進行方差顯著性分析，分析結果表明，由表1可知，干旱脅迫對玉米株高和產量(穗粒重、穗粒數、百粒重)有較大影響，在不同干旱處理組之間均差異顯著(＜0.05)。表2是用最小顯著差異法(LSD法)對不同干旱處理組玉米株高和產量進行均值多重比較的結果，由表2得知，玉米株高中度組和持續組差異不顯著(株高的P值為0.811，＞0.05)，其余處理組間差異顯著(＜0.05);玉米產量(穗粒重、穗粒數、百粒重)重度組和持續組差異不顯著(穗粒重的P值為0.994，＞0.05;穗粒數的P值為0.993，＞0.05;百粒重的 P 值為1.000，＞0.05)，其余處理組間差異顯著(＜0.05)。

表1 干旱脅迫對玉米株高和產量的影響

表2 不同處理間玉米株高和產量的均值多重比較(LSD法)

3.1 干旱對玉米株高的影響

玉米的株高是一個動態的生長過程，從大喇叭口期開始，玉米株高生長速度呈明顯的直線上升趨勢，在吐絲期后生長速度有所減慢，但仍在繼續生長，在乳熟期后株高生長逐漸停止(見圖1)。從大喇叭口期開始，不同程度的干旱均能對玉米株高有抑制作用。

圖1 玉米大喇叭口期—乳熟期不同程度干旱對株高的影響

分析圖1可知，在大喇叭口期前植株長勢相同的玉米，后期隨著干旱脅迫時間的持續和程度的加深，導致玉米植株的生長速度和最后的高度為“處理1”＞“處理2”＞“處理3”。也就是說，干旱導致玉米株高生長速度下降和植株矮化，在水分充足的情況下，玉米株高的生長速度高于其它處理，株高也高于其它處理，干旱越重、持續時間越長則玉米株高生長速度下降程度加深、植株矮化程度加劇。

圖2 玉米不同程度干旱對穗位高的影響

同時，穗位高與株高關系密切，由圖2可知，各處理的穗位高順序為“處理1”＞“處理2”＞“處理3”，這與株高高度的順序一致，說明玉米株高與穗位高之間相關密切，存在著直線關系，這與陳玉水［4］等人的研究結論相符。

3.2 干旱對玉米葉面形態的影響

拔節至抽雄吐絲，玉米的葉面積增長最快，增至吐絲前達到最大，吐絲—乳熟葉面積相對穩定，至此以后，葉面積下降。通過控水實驗發現，各植株葉面積至下而上逐漸下降，且處理2葉面積下降時間較處理1提前約10 d，處理3葉面積下降時間較處理2提前約10 d。干旱使玉米葉面積指數下降，干旱程度越深、持續時間越長，葉面積指數下降時間提前，降幅增大，干旱對玉米葉面形態的影響見表1。各處理下葉面積指數為:“處理1”＞“處理2”＞“處理3”。

表2 干旱對玉米產量構成因素的影響

表3 干旱對玉米葉面形態的影響

3.3 干旱對玉米抽雄吐絲的影響

在玉米抽雄吐絲這一時期，日照充足，有微風，大棚內的平均氣溫為22～26℃，最高氣溫為35℃，空氣濕度在80%左右，日蒸發量為2～4 mm。抽雄—開花—吐絲這一時期，處于玉米一生中需水的高峰期，對水份特別敏感。通過試驗發現，干旱使得抽雄和吐絲時間及其間隔時間等差異明顯。不同干旱情況下玉米的雄花長度略有差異，玉米雄花長度在整個生長期間變化不大，其雄花長度為“處理1(45.5 cm)”＞“處理2(45cm)”＞“處理3(44.8 cm)”。各處理中，處理1最先抽雄吐絲(7月9日開始抽雄)，抽雄與吐絲的時間間隔為2～3 d，其次是處理2進行抽雄吐絲(7月15日開始抽雄)，抽雄與吐絲的時間間隔為3～5 d，而處理3與處理4于7月22日才進入抽雄，而且有一半的植株出現抽雄不完全或是包頸(俗稱“牛尾巴”)現象，2個處理均沒有吐絲，使得玉米花期不遇，沒有完成授粉。

3.4 干旱對玉米產量構成因素及產量的影響

通過對各處理的玉米產量構成因素進行觀測分析，由表2可知(表中增(降)幅百分率的計算均是以處理1為對照)，大喇叭口—乳熟期的干旱使得玉米果穗長、穗粗、穗粒數、穗粒重下降，各處理的下降幅度為“處理4≥處理3＞處理2＞處理1”，使得禿尖比增大，其增幅程度為“處理4=處理3＞處理2＞處理1”。按照中密度的種植水平，以每公頃52 500株來計，每株一穗來計算，各處理下的公頃產量見圖3所示，分析圖3可知，中等干旱下玉米的公頃產量為對照組的46.6%，而重旱僅為對照組的0.99%，前期持續干旱但在乳熟期進行復水組的公頃產量為對照組的1%，由此可見重旱和持續干旱使得玉米產量受到嚴重影響，等于絕收，這是因為這一時期正是玉米果穗分化及生長的關鍵期，這時期的降水、氣溫、光照和施肥對玉米果穗的發育至關重要，在氣溫、光照和施肥都能保證充足的情況下，干旱造成玉米果穗不發育、發育慢或發育不良。果穗發育緩慢、吐絲晚，會出現玉米雄穗散粉和玉米雌穗吐絲時間不一致，導致玉米出現空稈、有穗無?；蚪Y實很少、畸型穗的現象，使得玉米總的基礎物質不足，最終導致產量下降。通過分析處理四發現，前期持續干旱雖在乳熟期進行復水仍未能挽回對玉米產量的影響，說明這一時期的干旱對玉米產量的影響是不可逆轉的。

圖3 不同干旱對玉米產量的影響

3.5 關鍵期玉米灌溉量分析

通過對大喇叭口—乳熟期各處理的灌溉量進行分析發現，隨著氣溫的升高，灌溉量加大，各處理灌溉量見圖4，“處理1”＞“處理2”＞“處理3”＞“處理4”。處理4的灌溉量比處理3大，是因為在乳熟期對此處理作了復水，但后期灌溉量的增加卻無法逆轉前期干旱對其的影響。大喇叭口—乳熟期，灌溉量為34.5kg時，玉米植株受到中旱的威脅。玉米植株正常生長的灌溉量為中旱灌溉量的2.15倍，是重旱灌溉量的6.01倍。

4 結論與討論

圖4 不同處理下玉米灌溉量分析

①大喇叭口—乳熟期的干旱使得玉米植株形態發生改變:干旱使得玉米植株矮化，玉米葉面積指數下降，玉米葉老化時間提前;干旱程度越重、持續時間越長，玉米矮化程度和葉面積指數下降程度也越大。

②大喇叭口—乳熟期的干旱使得抽雄和吐絲時間及其間隔期差異明顯:中度干旱比水份正常的植株抽雄吐絲推遲近6 d，重度干旱比中度干旱的植株抽雄吐絲推遲近6 d;干旱使得玉米抽雄吐絲間隔期加長，授粉不良，結實率下降，產量受損，中度干旱使得玉米抽雄與吐絲間隔時間較水份充足的植株延長2 d，重度干旱使得玉米無法完成吐絲。干旱對玉米造成“卡脖旱”;干旱程度越重、持續時間越長，玉米穗位高度越低。

③大喇叭口—乳熟期的干旱使得果穗性狀惡化，對玉米產量構成因素產生嚴重影響，導致玉米果穗長、百粒重、穗粒數、穗粒重下降，禿尖比增大，最終使得玉米大幅減產甚至絕收，而且這一時期的干旱對玉米產量的影響是不可逆轉的。

致謝:感謝貴州省山地氣候與資源重點實驗室谷曉平研究員對本文提出的寶貴意見。

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