水分虧缺條件下關中地區夏玉米生長規律研究

王 偉 聶衛波 周 蓓

（西安理工大學，陜西 西安712100）

0 引言

水分條件無疑是影響我國關中地區夏玉米生產力水平的重要環境因素之一，因此，研究夏玉米在水分虧缺條件下的生長規律已成為當前節水型農業研究的重要課題之一。探索有效的節水灌溉方案，必須以試驗為依據，考量作物的具體生理生態指標。大量研究表明，作物個別生育時期的水分虧缺并不總是降低產量，特定生育階段的虧水處理還可以提高產量和水分利用效率[1]。根據作物不同生育期對水分的敏感程度不同，在水分影響不敏感的時期對作物進行水分虧缺處理，不僅可以大大減少作物的無效耗水量，還能達到節水高產或改善品質的目的[2-4]。本試驗以關中地區主要農作物——夏玉米為試驗研究對象，研究其不同生育時期不同程度虧水處理條件下的生理生態變化及對產量的影響，旨在為該地區夏玉米節水高效灌溉制度的建立提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

本試驗選址在陜西省楊凌農業高新技術產業示范區的灌溉試驗站內進行。該試驗站位于位于東經108°24′，北緯34°20′，屬于亞熱帶陸地季風氣候區，海拔高度521m，深居我國內陸，位于渭河流域關中平原腹地。試驗站內地形平整，土壤質地為中壤土，平均干容重為1.44g·cm-3，凋萎系數為8.5%，1m土層的平均田間持水量為23%～25%（重量含水量）。該站屬于渭河北岸三級階地的臺塬地區，土層深厚，地下水埋深較大，可不考慮地下水補給的影響。試驗分矩形小區進行，每個試驗小區長4.5m，寬1.6m。為排除小區間側滲干擾，小區之間縱向開挖1m深，用塑料薄膜防滲隔水。試驗區上方建有活動遮雨棚，平時開啟，降雨時關閉，防止降水對試驗的影響。

夏玉米供試品種為鄭單958，播量、基肥施用量同當地常規大田。

1.2 試驗設計

為簡化試驗，本試驗將夏玉米生育期劃分為：三葉-拔節期、拔節-抽雄期、抽雄-灌漿期和灌漿-成熟期共計4個生育階段。針對夏玉米4個生育階段，參照當地灌水水平，對每個生育階段進行不同水平的水分處理。水分處理設置三個水平：正常供水（生育期內灌水量75mm）、中度缺水（生育期內灌水量60mm）、重度缺水（生育期內灌水量45mm）。本試驗設計CK1（對照處理）、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9共計9個處理，每個處理重復兩次。用水表控制灌水量，灌溉方式為畦灌。詳見表1。

表1 夏玉米各生育期水分處理表Table 1 Treatments in every grow th stage of summer maize

1.3 測定項目與方法

1.3.1 水分動態變化測定

水分動態變化的測定用中子土壤水分測定儀進行，型號為CS830型。自播種之日起，每七天為一個周期測定一次土壤含水量，灌水前后加測。

1.3.2 株高、徑粗動態變化測定

采用鋼卷尺和游標卡尺分別測定玉米株高和徑粗，每七天測定一次，灌水前后各加測一次。

1.3.3 葉綠素含量動態變化測定

用葉綠素儀測定葉綠素含量動態，葉綠素儀型號為SPAD502型，測量時間與土壤含水量同步。

1.3.4 冠部鮮、干重動態變化測定

采用電子天平和電烘箱每七天測定一次玉米冠部鮮、干重動態。

1.3.5 產量的測定

玉米成熟后，每個試驗小區人工收割、脫粒、測產。

2 結果與分析

2.1 土壤含水量動態變化規律

根據中國農科院研究成果，夏玉米根系在自地表向下0～70cm的圖層中占總根量的75%～90%，70cm以下深層相對較少[5]。因此，0～70cm土層的含水量變化與夏玉米的生長發育關系更為密切。由圖1可以看出，夏玉米0～70cm根系土層含水量變化與灌水密切相關，生育期內含水量變化的四個峰值對應四次灌水。灌水后整體土壤含水量逐日下降，直至下一次灌水。夏玉米生育期兩頭即三葉-拔節期、灌漿-成熟期根系土壤水分減少速度較快，其原因是夏玉米在這兩個生育期葉面覆蓋較少，地表蒸發作用較強。這也從一個側面反映出，夏玉米田間水分的消耗主要取決于地面的蒸散發作用，作物本身的蒸騰作用消耗的水分較少。

圖1 各灌水處理條件下夏玉米0～70cm土壤含水量動態變化Fig.1 Summer m aize 0～70cm soilmoisture dynam ic changes under the conditions of the irrigation

2.2 株高動態變化規律

株高是夏玉米生長速度快慢的最直觀表現。圖2為不同灌水處理條件下夏玉米株高變化動態。無論缺水與否，夏玉米株高在抽雄完成前，株高呈逐日增加的趨勢；抽雄完成后直到夏玉米成熟，夏玉米株高無變化。試驗表明，夏玉米株高增速最快的時期為拔節-抽雄期，此段時期夏玉米株高的增速平均為每天4.5cm。

從各處理條件下夏玉米株高變化可以看出，由于在三葉-拔節期分別對T2和T3進行了中度虧水和重度虧水處理，T2和T3的植株高度低于其他處理。自夏玉米抽雄開始，一直到成熟（8月中旬-9月下旬），有三個處理的植株高度較其他處理為低，分別為T3、T4和T5，其中又有T3>T4>T5。T3和T5的虧水水平相同，虧水時期不同。T3為三葉-拔節期重度虧水，T5為拔節－抽雄期重度虧水。試驗結果表現為T3的植株高度大于T5，這說明夏玉米在拔節-抽雄期對水分虧缺的反應更加敏感。在三葉-拔節期對處理T2進行了虧水處理，至下一次灌水前后，其株高較其它處理為低。拔節－抽雄期對處理T2進行復水處理后，其株高增加明顯，至8月上旬株高達到最高，超過了未進行虧水處理的小區植株，應是夏玉米株高對水分的補償效應。

圖2 各灌水處理條件下夏玉米株高動態變化Fig.2 Summer maize height dynam ic changes under the conditions of the irrigation

2.3 莖粗動態變化規律

莖粗也是反映夏玉米生長發育的重要指標之一，其前期的形態數值和其產量成正比例關系[6]。圖3所示為不同灌水處理條件下夏玉米莖粗動態變化。從圖中可以看出，夏玉米的莖粗主要形成于灌漿期，灌漿期后期的水分虧缺對其莖粗不再構成影響。

從圖3還可以看出，夏玉米莖粗增速最快的時期與株高增速最快的時期同步，均為拔節期前后。同時，這一時期也是夏玉米莖粗形成的關鍵時期，此時期的水分虧缺會嚴重影響夏玉米莖粗的形成。試驗對處理T2和T3在夏玉米生育階段初期即三葉-拔節期分別進行了中度缺水和重度缺水處理，但從這一生育期來看，T2和T3的莖粗較未進行水分虧缺處理的小區植株無明顯差異。在拔節期后，處理T2和T3的莖粗才逐漸表現出較其它處理為低的趨勢，這說明夏玉米莖粗對水分虧缺的反應存在一定的滯后效應。

圖3 各灌水處理條件下夏玉米莖粗動態變化Fig.3 Summer m aize diam eter dynam ic changes under the conditions of the irrigation

2.4 冠部物質量變化規律

作物的生理生化過程受土壤水分作用的影響，最終以植物各部分生物量的累計以及最終產量的形式加以體現。夏玉米的生長發育和土壤水分狀況關系比較密切，其生育期內需水較多，水分條件直接影響其地上部分的生長發育情況和最終產量的情況[7-10]。

圖4 各灌水處理條件下夏玉米冠部干重積累動態Fig.4 Summer maize crownlike dry mater dynam ic accumulates under the conditions of the irrigation

由夏玉米冠部干重積累動態圖（圖4）我們可以看出，直至最終收獲，夏玉米冠部干重在整個生育期內逐日增加。在夏玉米生育初期和生育末期，其冠部干重增加緩慢，拔節-抽雄期和抽雄-灌漿期其冠部干重增加較快。經過三葉-拔節期虧水處理的T2和T3在三葉-拔節期其冠部干重低于其它未經虧水處理的小區；后期復水后，T2和T3冠部干重增長較其它處理為快，直至后期基本與未經虧水處理的小區持平。在拔節-抽雄期對T4和T5分別進行中度虧水和重度虧水處理，其冠部干重增長顯著低于其它未在此生育階段虧水處理的小區；即使后期復水后，其冠部干重始終較其它處理明顯偏低。在抽雄-灌漿期對T6和T7進行虧水處理后，其冠部干重增長變緩，但直至生育期末，其冠部干重積累始終大于T4和T5。在灌漿-成熟期對T9進行重度虧水處理后，其冠部干重積累速率迅速下降；此階段對T8進行中度缺水處理后效果并不明顯。由此我們可以得到，拔節-抽雄期夏玉米根部水分狀況對其物質量的積累影響最大，抽雄-灌漿期次之。生育初期即三葉-拔節期的中度水分虧缺對夏玉米冠部物質量的最終形成無明顯影響。

2.5 不同虧水處理條件下的夏玉米產量和水分利用效率

夏玉米收獲后進行測產，其結果如表2所示。除了穗粒數外，處理T2較其它處理表現出明顯的優勢。T2的穗長、穗粒重、百粒重、產量超過了整個生育期未經過虧水處理的CK1，水分利用效率最高。這說明在在三葉－拔節期對夏玉米進行中度虧水處理，在拔節－抽雄期對其復水，后期正常供水，夏玉米產量不僅不會減少，還會增加，同時還達到了節水的目的。經過抽雄-灌漿期虧水處理的T6和T7，整體產量指標都要低于其它處理，尤其是此生育階段中度虧水的處理T7，其整體產量指標較其它處理明顯偏低，最終產量僅為T2的45%。這說明抽雄-灌漿期是夏玉米產量形成的最關鍵時期，此生育階段內夏玉米不宜缺水，否則嚴重影響最終產量。雖然夏玉米整個生育期內有些處理的總灌水量相同，由于水分虧缺的生育階段不同，其最終的產量和水分利用效率差別卻較大。對比各個處理，我們不難看出抽雄-灌漿期和灌漿-成熟期缺水對會使夏玉米嚴重減產，尤其是抽雄-灌漿期更要保證夏玉米根系土壤水分充足方能高產。由本試驗得出夏玉米生育初期即三葉-拔節期中度缺水，后期正常灌水能起到節水高產的目的，是最理想的灌溉方式。

表2 夏玉米測產結果及水分利用率Table.2 Result of yield survey and water use efficiency of summ er m aize

3 結論與討論

1）夏玉米生育期內其根部土壤含水量在三葉-拔節期和灌漿-成熟期變化劇烈，水分損失較快，其余兩個生育階段夏玉米根系土壤含水量變化緩慢。地面蒸散發作用造成的土壤水分損失大于夏玉米蒸騰損耗。

2）夏玉米株高定型于抽雄期末期，后期的土壤水分含量對其株高無明顯影響。拔節-抽雄期為夏玉米整個生育期內株高增速最快的時期，日平均增速可達4.5cm左右。拔節-抽雄期的水分虧缺會顯著降低夏玉米的株高。三葉-拔節期缺水，后期復水對夏玉米株高無明顯影響。

3）至灌漿期前期，夏玉米莖粗逐日增加。灌漿期后的缺水處理對夏玉米莖粗不再構成影響。拔節期是夏玉米莖粗增長最迅速的時期，此時期灌水后一周莖粗增長速度最快可達4mm～5mm。這一時期的水分虧缺會顯著降低夏玉米莖粗。

4）整個生育期內夏玉米冠部干重一直處于逐漸增加的狀態。拔節-抽雄期和抽雄-灌漿期夏玉米冠部干重對根部土壤水分比較敏感，也是夏玉米增長較快的兩個生育階段，其它兩個生育階段增長緩慢。

5）本試驗表明抽雄-灌漿期是夏玉米需水關鍵期，此生育階段缺水會嚴重降低夏玉米的產量。對夏玉米在三葉-拔節期虧水處理，后期復水能起到節水高產的目的，是最優的灌溉方式。

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