干旱对玉米生长及产量影响的试验研究

黄晓俊，于 飞，敖 芹

(1.贵州省贵定县气象局，贵州 贵阳 551300;2.贵州省山地气候与资源重点实验室，贵州 贵阳 550002)

1 引言

玉米是我国西南山区及其它旱谷地区人民的主要粮食之一，其植株根深叶茂，而且生长期多处在高温条件下，属需水较多的作物，玉米不同的生育期对水份的需要不同，其生长是一个动态过程，不同生育阶段，植株蒸腾面积及根系量都在变化，对环境条件的要求也处在不断变化的过程中［1］。大喇叭口—成熟期是玉米生长的关键期，也是玉米需水的高峰期［1］。从玉米生育期的需水规律看，其需水量呈单峰曲线，苗期需水较少，拨节—乳熟期需水量显著增多，并达到高峰，其后逐渐减少。近年来干旱频发，如2011年7－8月西南区域降水异常偏少，使得当地正处生育关键期的玉米受旱严重，最终导致玉米严重减产甚至绝收。干旱已成为西南地区玉米生产最主要的灾害因子，研究这一时期不同程度干旱对玉米生长发育及产量的影响，对稳定该地玉米产量具有重要意义。关于水分胁迫对玉米生长发育和产量形成的影响已有较多的研究［2－7］，多数研究表明，土壤水分胁迫抑制玉米的生长发育，减少干物质的积累，从而导致减产。本实验探讨了从大喇叭口—乳熟期不同程度干旱对玉米生长和产量的影响以及此时期玉米生长的实际灌溉量，以期为干旱年份玉米水分的科学管理和为制订适应与减缓干旱对玉米不良影响的对策与措施提供依据。

2 材料和方法

2.1 试验方法

土壤水分预备试验:2011年4－5月通过土壤水分预备实验对TDR 100进行标定。土壤类型为耕作石灰土，呈中性，容重为1.55，田间持水量为28.72%。本实验在标定中用烘干法测得的土壤水份值作为标准值，与同步的TDR测定值进行对比分析，通过最优拟和模型分析得出不同干旱等级的TDR读数范围，即TDR标准模式20 cm土壤容积含水量计数在无旱、中旱、重旱、持续干旱的范围分别为:R＞28%、15% ＜R≤19%、8% ＜R≤12%，为使用TDR对农作物做干旱控水实验提供参考，也为野外土壤监测提供借鉴。

水分控制试验设计:试验场地位于贵州省龙里县气象局大型活动挡雨棚内。玉米品种为黔玉一号，采用桶栽法控制玉米土壤水分，由于桶型号相应较大，称重控制土壤水分误差较大，本试验采用TDR 100土壤水分速仪测量土壤水分，以达到控制水份梯度的目的。试验设4个处理，处理1水份充足，土壤相对含水量＞60%;处理2中度干旱，土壤相对含水量为50% ～45%;处理3重度干旱，土壤相对含水量为40% ～35%;处理4持续干旱，在乳熟期前持续干旱，乳熟期做复水。

水分控制试验时间及方法:玉米生长前期保持土壤水分充足供应，大喇叭口期将玉米移入挡雨棚，在移入大棚时，人工浇水使各处理土壤含水量保持一致，均达到60%;在大喇叭口(6月28日)—成熟期期间(8月26日)，每3 d用TDR 100进行土壤水份测量(人工灌水前后各测1次)，每个实验桶取5次测量值的平均值进行观测记录，每次灌水用台秤称重进行灌水量控制，采用均匀灌溉方式进行浇灌，4～5 h后再次测定土壤水份，根据土壤水份情况进行补水。

实验中各桶装土壤的重量和深度一致，保证了人工灌溉时土壤对水份的渗透和蒸发相同。在整个实验期间，玉米植株无大气降水，对其进行需水补给，仅仅通过人工灌溉对其需水进行补充。

玉米生长及产量指标测定:每3 d测量1次玉米株高、茎粗、功能叶叶面积、雄花长、穗位高以及最终的果穗性状和产量(每个处理重复4次)。

2.2 气象资料的收集及处理

在实验棚中安设百叶箱，从玉米大喇叭口期(6月28日)—成熟期(8月26日)期间每天换取温、湿度自记纸，以获取大棚内每一时次的气温、相对湿度及最高、最低气温和最低相对湿度;同时安设蒸发皿，以观测大棚内每日的蒸发量;降水和日照时数来自龙里县气象观测站。

3 结果与分析

对玉米大喇叭口期进行不同程度的干旱胁迫实验发现，干旱对玉米株高、产量影响较大，对茎粗的影响不明显。

用统计软件SPSS16.0进行方差显著性分析，分析结果表明，由表1可知，干旱胁迫对玉米株高和产量(穗粒重、穗粒数、百粒重)有较大影响，在不同干旱处理组之间均差异显著(＜0.05)。表2是用最小显著差异法(LSD法)对不同干旱处理组玉米株高和产量进行均值多重比较的结果，由表2得知，玉米株高中度组和持续组差异不显著(株高的P值为0.811，＞0.05)，其余处理组间差异显著(＜0.05);玉米产量(穗粒重、穗粒数、百粒重)重度组和持续组差异不显著(穗粒重的P值为0.994，＞0.05;穗粒数的P值为0.993，＞0.05;百粒重的 P 值为1.000，＞0.05)，其余处理组间差异显著(＜0.05)。

表1 干旱胁迫对玉米株高和产量的影响

表2 不同处理间玉米株高和产量的均值多重比较(LSD法)

3.1 干旱对玉米株高的影响

玉米的株高是一个动态的生长过程，从大喇叭口期开始，玉米株高生长速度呈明显的直线上升趋势，在吐丝期后生长速度有所减慢，但仍在继续生长，在乳熟期后株高生长逐渐停止(见图1)。从大喇叭口期开始，不同程度的干旱均能对玉米株高有抑制作用。

图1 玉米大喇叭口期—乳熟期不同程度干旱对株高的影响

分析图1可知，在大喇叭口期前植株长势相同的玉米，后期随着干旱胁迫时间的持续和程度的加深，导致玉米植株的生长速度和最后的高度为“处理1”＞“处理2”＞“处理3”。也就是说，干旱导致玉米株高生长速度下降和植株矮化，在水分充足的情况下，玉米株高的生长速度高于其它处理，株高也高于其它处理，干旱越重、持续时间越长则玉米株高生长速度下降程度加深、植株矮化程度加剧。

图2 玉米不同程度干旱对穗位高的影响

同时，穗位高与株高关系密切，由图2可知，各处理的穗位高顺序为“处理1”＞“处理2”＞“处理3”，这与株高高度的顺序一致，说明玉米株高与穗位高之间相关密切，存在着直线关系，这与陈玉水［4］等人的研究结论相符。

3.2 干旱对玉米叶面形态的影响

拔节至抽雄吐丝，玉米的叶面积增长最快，增至吐丝前达到最大，吐丝—乳熟叶面积相对稳定，至此以后，叶面积下降。通过控水实验发现，各植株叶面积至下而上逐渐下降，且处理2叶面积下降时间较处理1提前约10 d，处理3叶面积下降时间较处理2提前约10 d。干旱使玉米叶面积指数下降，干旱程度越深、持续时间越长，叶面积指数下降时间提前，降幅增大，干旱对玉米叶面形态的影响见表1。各处理下叶面积指数为:“处理1”＞“处理2”＞“处理3”。

表2 干旱对玉米产量构成因素的影响

表3 干旱对玉米叶面形态的影响

3.3 干旱对玉米抽雄吐丝的影响

在玉米抽雄吐丝这一时期，日照充足，有微风，大棚内的平均气温为22～26℃，最高气温为35℃，空气湿度在80%左右，日蒸发量为2～4 mm。抽雄—开花—吐丝这一时期，处于玉米一生中需水的高峰期，对水份特别敏感。通过试验发现，干旱使得抽雄和吐丝时间及其间隔时间等差异明显。不同干旱情况下玉米的雄花长度略有差异，玉米雄花长度在整个生长期间变化不大，其雄花长度为“处理1(45.5 cm)”＞“处理2(45cm)”＞“处理3(44.8 cm)”。各处理中，处理1最先抽雄吐丝(7月9日开始抽雄)，抽雄与吐丝的时间间隔为2～3 d，其次是处理2进行抽雄吐丝(7月15日开始抽雄)，抽雄与吐丝的时间间隔为3～5 d，而处理3与处理4于7月22日才进入抽雄，而且有一半的植株出现抽雄不完全或是包颈(俗称“牛尾巴”)现象，2个处理均没有吐丝，使得玉米花期不遇，没有完成授粉。

3.4 干旱对玉米产量构成因素及产量的影响

通过对各处理的玉米产量构成因素进行观测分析，由表2可知(表中增(降)幅百分率的计算均是以处理1为对照)，大喇叭口—乳熟期的干旱使得玉米果穗长、穗粗、穗粒数、穗粒重下降，各处理的下降幅度为“处理4≥处理3＞处理2＞处理1”，使得秃尖比增大，其增幅程度为“处理4=处理3＞处理2＞处理1”。按照中密度的种植水平，以每公顷52 500株来计，每株一穗来计算，各处理下的公顷产量见图3所示，分析图3可知，中等干旱下玉米的公顷产量为对照组的46.6%，而重旱仅为对照组的0.99%，前期持续干旱但在乳熟期进行复水组的公顷产量为对照组的1%，由此可见重旱和持续干旱使得玉米产量受到严重影响，等于绝收，这是因为这一时期正是玉米果穗分化及生长的关键期，这时期的降水、气温、光照和施肥对玉米果穗的发育至关重要，在气温、光照和施肥都能保证充足的情况下，干旱造成玉米果穗不发育、发育慢或发育不良。果穗发育缓慢、吐丝晚，会出现玉米雄穗散粉和玉米雌穗吐丝时间不一致，导致玉米出现空秆、有穗无粒或结实很少、畸型穗的现象，使得玉米总的基础物质不足，最终导致产量下降。通过分析处理四发现，前期持续干旱虽在乳熟期进行复水仍未能挽回对玉米产量的影响，说明这一时期的干旱对玉米产量的影响是不可逆转的。

图3 不同干旱对玉米产量的影响

3.5 关键期玉米灌溉量分析

通过对大喇叭口—乳熟期各处理的灌溉量进行分析发现，随着气温的升高，灌溉量加大，各处理灌溉量见图4，“处理1”＞“处理2”＞“处理3”＞“处理4”。处理4的灌溉量比处理3大，是因为在乳熟期对此处理作了复水，但后期灌溉量的增加却无法逆转前期干旱对其的影响。大喇叭口—乳熟期，灌溉量为34.5kg时，玉米植株受到中旱的威胁。玉米植株正常生长的灌溉量为中旱灌溉量的2.15倍，是重旱灌溉量的6.01倍。

4 结论与讨论

图4 不同处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态发生改变:干旱使得玉米植株矮化，玉米叶面积指数下降，玉米叶老化时间提前;干旱程度越重、持续时间越长，玉米矮化程度和叶面积指数下降程度也越大。

②大喇叭口—乳熟期的干旱使得抽雄和吐丝时间及其间隔期差异明显:中度干旱比水份正常的植株抽雄吐丝推迟近6 d，重度干旱比中度干旱的植株抽雄吐丝推迟近6 d;干旱使得玉米抽雄吐丝间隔期加长，授粉不良，结实率下降，产量受损，中度干旱使得玉米抽雄与吐丝间隔时间较水份充足的植株延长2 d，重度干旱使得玉米无法完成吐丝。干旱对玉米造成“卡脖旱”;干旱程度越重、持续时间越长，玉米穗位高度越低。

③大喇叭口—乳熟期的干旱使得果穗性状恶化，对玉米产量构成因素产生严重影响，导致玉米果穗长、百粒重、穗粒数、穗粒重下降，秃尖比增大，最终使得玉米大幅减产甚至绝收，而且这一时期的干旱对玉米产量的影响是不可逆转的。

致谢:感谢贵州省山地气候与资源重点实验室谷晓平研究员对本文提出的宝贵意见。

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