覆蓋條件下不同生育期干旱脅迫對玉米植株生長的影響探討

王俊雅　胡兵輝

摘要：在大棚采用盆栽實(shí)驗(yàn)的方法對玉米進(jìn)行了不同生育期干旱脅迫實(shí)驗(yàn)（Ⅰ：三葉-拔節(jié)期；Ⅱ：拔節(jié)-抽雄期；Ⅲ：抽雄-籽粒形成期；Ⅳ：籽粒形成-完熟期），研究了在地膜覆蓋、秸稈覆蓋和裸地進(jìn)行干旱脅迫對玉米植株生長的影響。結(jié)果顯示：在Ⅲ期時進(jìn)行干旱脅迫，株高受影響最大，其次是Ⅱ期，且在地膜覆蓋下出現(xiàn)最大值，在裸地處理下出現(xiàn)最小值；對葉面積的影響依次為Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期，且在地膜覆蓋下出現(xiàn)最大值，在裸地處理下出現(xiàn)最小值；生物量在Ⅳ期出現(xiàn)最大值；對根冠比的影響依次為Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期。研究得出了玉米生長發(fā)育性狀和不同覆蓋條件之間有著重要的關(guān)系，故選擇優(yōu)良的覆蓋方式對玉米種植可起到關(guān)鍵的作用，從上述分析得出了玉米生育狀況的優(yōu)異程度從高到低排列順序?yàn)椋旱啬じ采w>秸稈覆蓋>裸地。

關(guān)鍵詞：不同覆蓋；干旱脅迫；盆栽玉米；生長發(fā)育

中圖分類號：S513

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16749944（2017）09011304

1 引言

水分是影響玉米生長發(fā)育的重要因素之一。玉米作為我國西南地區(qū)重要的糧食作物，屬于需水量較多的作物，在其整個生長發(fā)育過程中，各個時期的需水量也各有不同，不同時期的干旱對玉米的生長發(fā)育的影響也不盡相同。干旱是西南玉米生育期間發(fā)生的主要?dú)庀鬄?zāi)害，其發(fā)生頻率較高，發(fā)生范圍較廣，對玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量形成造成嚴(yán)重影響[1]。近年來，隨著西南干旱事件發(fā)生增多、損失加大，西南干旱問題越來越受到政府部門和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的重視[2～6]。因此，對不同時期干旱脅迫對玉米生長發(fā)育的影響的研究，對節(jié)水灌溉、提高作物產(chǎn)量具有指導(dǎo)性意義。

目前對于農(nóng)業(yè)干旱的研究多集中于我國北方地區(qū)，對于西南地區(qū)的相關(guān)研究較少。本研究以西南地區(qū)主要農(nóng)作物玉米為試驗(yàn)對象，結(jié)合現(xiàn)階段我國旱區(qū)農(nóng)田的主要生產(chǎn)方式，研究不同覆蓋方式下不同生育期干旱脅迫對玉米植株生長的影響，以期提高水分利用效率，降低玉米減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，為西南旱地農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供理論參考。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于西南林業(yè)大學(xué)老校區(qū)溫室內(nèi)，試驗(yàn)地土壤為紅壤，容重1.29 g/cm3，酸堿度適中（pH=7.11），有機(jī)質(zhì)9.81 g/kg，全氮0.91 g/kg，全磷0.52g/kg，全鉀9.22 g/kg，有效氮77.36 mg/kg，有效磷10.47 mg/kg，有效鉀80.68 mg/kg。溫度保持室溫，大致長時期穩(wěn)定在15～24 ℃，光照充足，濕氣相對變化不大，變化條件只有覆蓋方式。在溫室大棚內(nèi)進(jìn)行作物種植具有減少水分蒸發(fā)，便于進(jìn)行不同覆蓋條件下玉米的生理性狀進(jìn)行分析。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)的方法。試驗(yàn)設(shè)計(jì)共45盆，重復(fù)3次，每盆種植玉米5棵（品種：長城99），并分別編號。按照玉米生育期的不同（Ⅰ：三葉-拔節(jié)期；Ⅱ：拔節(jié)-抽雄期；Ⅲ：抽雄-籽粒形成期；Ⅳ：籽粒形成-完熟期）進(jìn)行干旱脅迫，結(jié)合不同覆蓋方式，地膜覆蓋下標(biāo)記為：地膜Ⅰ期干旱（DⅠ）、地膜Ⅱ期干旱（DⅡ）、地膜Ⅲ期干旱（DⅢ）、地膜Ⅳ期干旱（DⅣ）、地膜全生育期不干旱（DⅤ）（對照）；秸稈覆蓋下標(biāo)記為：秸稈Ⅰ期干旱（JⅠ）、秸稈Ⅱ期干旱（JⅡ）、秸稈Ⅲ期干旱（JⅢ）、秸稈Ⅳ期干旱（JⅣ）、秸稈全生育期不干旱（JⅤ）（對照）；裸地覆蓋下標(biāo)記為：裸地Ⅰ期干旱（LⅠ）、裸地Ⅱ期干旱（LⅡ）、裸地Ⅲ期干旱（LⅢ）、裸地Ⅳ期干旱（LⅣ）、裸地全生育期不干旱（LⅤ）（對照）。采用定量灌水法進(jìn)行試驗(yàn)，灌水量為：Ⅰ期：60mm；Ⅱ期：90mm；Ⅲ期：90mm；Ⅳ期：60mm。每生育期間選擇10 d進(jìn)行干旱脅迫，各個生育期結(jié)束拔除一棵用作測量取樣。實(shí)驗(yàn)時間從2015年6月到10月為止。

2.3 測量指標(biāo)與方法

2.3.1 株高

土壤表面到葉片自然伸展的最高處，雄蕊長出后，以雄蕊頂端到土壤表面的距離記作株高。以4 d為間隔，用精度為毫米的直尺進(jìn)行測量。

2.3.2 葉面積

這里指單株玉米葉面積，用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法測定。即用直尺測定各葉片葉長和最大葉寬。計(jì)算公式如下：

單株玉米葉面積=∑n[]i=1（葉長i×葉寬i×0.75）。

式中：n為玉米對應(yīng)葉片數(shù)，葉面積單位為cm2。

2.3.3 生物量及根冠比的測定

生物量即為地上部生物量與地下部（根系）生物量之和。采取烘干法測量，在各生育期取玉米整株，稱鮮重后將烘箱調(diào)至80 ℃殺青30 min，再調(diào)至105 ℃烘干16 h直至衡重，用電子天平稱重，精確到0.01 g。根冠比即地下部（根系）生物量與地上部生物量之比。

2.4 數(shù)據(jù)處理及分析方法

所得數(shù)據(jù)采用Excel2003和SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米株高的影響

株高是作物生長量的基本標(biāo)志之一，在栽培與耕作實(shí)驗(yàn)中，通常以株高動態(tài)平衡來衡量各種技術(shù)措施的效果，尤其在相對值比較中，更具有重要的參考價(jià)值。在圖1中，將每個生育期末的植株株高作為統(tǒng)計(jì)對象，分別于不同覆蓋條件下進(jìn)行相同處理比較發(fā)現(xiàn)，總體趨勢為：地膜覆蓋>秸稈覆蓋>裸地處理。由此說明覆蓋處理比裸地處理的生長狀況要好，其主要因?yàn)檗r(nóng)田覆蓋具有蓄水保水的作用。

圖1中可以看出，由于Ⅰ期玉米植株蒸騰量很小，需水系數(shù)很低，故而干旱脅迫對其影響并不明顯；Ⅱ期整個生育階段處于高溫時節(jié)，植株植株蒸騰速率加大加快，需水強(qiáng)度劇烈增加，因此該生育期進(jìn)行干旱脅迫對玉米植株的生長造成很大的影響；Ⅲ期株高增長幅度降低，平均保持在25.79%水平；到達(dá)Ⅳ期時，增長幅度日漸平穩(wěn)，基本保持不變，對其進(jìn)行干旱脅迫尚未出現(xiàn)株高明顯降低的情況。

3.2 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米葉面積的影響

葉片是玉米進(jìn)行光合作用的主要器官，葉片的大小直接關(guān)系著玉米的產(chǎn)量。因此，研究不同覆蓋條件下干旱脅迫玉米葉面積的變化具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)圖2，可以看出，不同覆蓋條件下玉米葉面積在不同生育期均表現(xiàn)出明顯的差異，總體表現(xiàn)為先快速增長再慢慢回落的單峰趨勢。在同一處理?xiàng)l件下，葉面積從Ⅰ期至Ⅲ期逐漸增長，并在Ⅲ期達(dá)到最大值，Ⅳ期時有所下降。即呈現(xiàn)出Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅳ期>Ⅰ期的趨勢。

3.3 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米生物量的影響

玉米植株生長的過程即為生物量不斷累積的過程，而生物量是影響最終產(chǎn)量的關(guān)鍵。地上生物量包括莖、葉、果實(shí)，地下生物量指根的生物量。Ⅰ期以后開始增加，其中Ⅱ期主要是莖和葉的迅速生長，Ⅲ期玉米生長由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長，Ⅳ期灌漿結(jié)束，果實(shí)成熟，生物量大幅增加。圖3可以看出：不同的覆蓋條件下，地膜覆蓋>秸稈覆蓋>裸地，地膜覆蓋下的最終地上生物量比秸稈覆蓋高出26.24%，比裸地高出59.19%，表明覆蓋具有蓄水保墑，促進(jìn)作物增長的作用。同一覆蓋條件下，最終生物量基本按照以下順序排列：Ⅰ期干旱脅迫>Ⅱ期干旱脅迫>Ⅲ期干旱脅迫>Ⅳ期干旱脅迫。Ⅰ期歷時短，干旱脅迫對地上生物量的積累不產(chǎn)生大的影響；Ⅱ期水分虧缺嚴(yán)重限制莖的發(fā)育，Ⅳ期籽粒形成與灌漿開始，莖葉發(fā)育漸緩，果實(shí)的比重開始增長。

3.4 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米根冠比的影響

圖4以不同覆蓋方式作為區(qū)分，展示了不同生育期干旱脅迫對玉米根冠比產(chǎn)生的影響，結(jié)果顯示：在相同覆蓋方式下，Ⅰ期干旱脅迫使根冠比略有提高但不明顯；Ⅱ期干旱脅迫時的根冠比顯著高于對照值，這說明Ⅱ期需水量大，而水分的虧缺導(dǎo)致了根系的壯大，從而影響了根冠比；Ⅲ期干旱脅迫根冠比有所提高，這是因?yàn)榈厣仙锪繙p少幅度大于地下根系增大的幅度；Ⅳ期干旱脅迫對減少了地上生物量，對地下根系的萎縮有一定的促進(jìn)作用，所以根冠比反映出的是減小。

在不同的覆蓋方式中，Ⅰ期干旱脅迫對3種覆蓋方式?jīng)]有太大的影響，根冠比均保持在0.5左右；Ⅱ期干旱脅迫明顯看出裸地玉米的根冠比高過了地膜覆蓋和秸稈覆蓋，這是由于裸地蒸散量大，在快速生長的Ⅱ期，供水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需水量，根系在積極生長的同時極大影響了地上部分的發(fā)育，使根冠比大幅提高；Ⅲ期干旱脅迫秸稈覆蓋與裸地的根冠比都顯示出相對減少，這可能是因?yàn)榈叵赂档奈s與地上生物量的增加形成反差造成的；Ⅳ期玉米主要生長重心向地上部分轉(zhuǎn)移，根系在水分虧缺時發(fā)生死亡，造成了根冠比的減少。

4 結(jié)論與討論

4.1 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米株高的影響

株高是反應(yīng)作物生長的重要指標(biāo)之一，從玉米植株中能明顯觀測不同覆蓋下的玉米生長情況：在Ⅲ期對株高的影響最大，其次是Ⅱ期，Ⅰ期和Ⅳ期受旱的株高與對照相近，這與前人的研究相同。其主要原因是Ⅰ期后期復(fù)水會產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，所以對株高影響不大；Ⅱ期是玉米需水強(qiáng)度較大的時期，在此階段缺水會使植株生長嚴(yán)重阻滯；Ⅲ期玉米開始生殖生長，該階段干旱脅迫會使雄蕊和雌蕊的發(fā)育受阻，穗長減小，株高降低；Ⅳ期玉米地上部分發(fā)育基本停止，故其株高不受干旱脅迫的影響。在所有處理中（對照除外），收獲期株高最小值為96.40 cm在LⅢ出現(xiàn)，最大值為157.00 cm在DⅣ出現(xiàn)，平均值為136.19 cm，說明地膜覆蓋具有蓄水保墑、促早熟和顯著增產(chǎn)的作用[7，8]，秸稈覆蓋次之，裸地處理影響最大。

3.2 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米葉面積的影響

葉面積在生育前期呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，并在Ⅱ期達(dá)到最大值，Ⅲ期以后開始緩慢下降。干旱脅迫時玉米通過降低生長速率等途徑來減少葉面積，尤其是重度干旱脅迫下，抑制了玉米的生長，導(dǎo)致生物量積累顯著降低[9～10]。在所有處理中（對照除外），收獲期葉面積最小值為339.45 cm2在LⅡ出現(xiàn)，最大值為5887.75 cm2在DⅢ出現(xiàn)，平均值為3113.6 cm2，說明地膜覆蓋有效緩解了干旱脅迫造成的葉面積的降低，其次是秸稈覆蓋，裸地受干旱脅迫影響最大。

3.3 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米生物量的影響

多數(shù)研究表明，任何一個生育期水分虧缺都會降低玉米籽粒產(chǎn)量，生育期中前期干早脅迫處理對玉米生物量的影響明顯，特別是在抽雄-灌漿初期階段，抽雄階段的干旱脅迫嚴(yán)重影響玉米生長[11]。本研究中：干旱脅迫下生物量受影響程度基本為：Ⅳ期>Ⅲ期>Ⅱ期>Ⅰ期。在所有處理中（對照除外），收獲期生物量最小值為178.25 g在LⅢ出現(xiàn)，最大值為263.49 g在DⅠ出現(xiàn)，平均值為220.87 g，說明地膜覆蓋有效緩解了干旱脅迫造成的生物量的減少，其次是秸稈覆蓋，裸地受干旱脅迫影響最大。

3.4 不同覆蓋條件下干旱脅迫對玉米根冠比的影響

干旱脅迫不僅影響根系發(fā)育及形態(tài)結(jié)構(gòu)，還會改變植株器官的生長進(jìn)程，特別是根冠比[12]。本研究顯示，在干旱脅迫下，玉米根冠比所受影響的大小分別是Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅳ期>Ⅰ期。在所有處理中（對照除外），根冠比最小值為0.59出現(xiàn)在JⅢ，最大值為1.42出現(xiàn)在LⅢ，平均值為1.01，說明地膜覆蓋有效抑制了干旱脅迫造成的根冠比增大，其次是秸稈覆蓋，裸地受干旱脅迫影響最大。

參考文獻(xiàn)：

[1]何永坤.唐余學(xué)， 張建平.中國西南地區(qū)干旱對玉米產(chǎn)量影響評估方法[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2014，30（23）.

[2]熊光潔，張博凱，李崇銀，等. 基于SPEI的中國西南地區(qū)1961～2012年干旱變化特征分析[J]. 氣候變化研究進(jìn)展，2013，9（3）：192～198.

[3]趙海燕，高歌，張培群，等.綜合氣象干旱指數(shù)修正及在西南地區(qū)的適用性[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2011，22（6）：698～705.

[4]王明田，王翔，黃晚華，等.基于相對濕潤指數(shù)的西南地區(qū)季節(jié)性干旱時空分布特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（19）：85～92.

[5]賀晉云，張明軍，王 鵬，等.近50年西南地區(qū)極端干旱氣候變化特征[J].地理學(xué)報(bào)，2011，66（9）：1179～1190.

[6]李永華，徐海明，劉 德. 2006年夏季西南地區(qū)東部特大干旱及其大氣環(huán)流異常[J].氣象學(xué)報(bào)，2009，67（1）：122～132.

[7]李尚中，王 勇，樊廷錄，等.旱地玉米不同覆膜方式的水溫及增產(chǎn)效應(yīng)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43（5）：922～931.

[8]李建奇.地膜覆蓋對春玉米產(chǎn)量、品質(zhì)的影響機(jī)理研究[J].玉米科學(xué)，2008，16（5）：87～92，97.

[9]Efeoglu B， Ekmekci Y， Cicek N. Physiological responses of three maize cultivars to drought stress and recovery [J]. South African J. Bot， 2009（75）：34～42.

[10]J Levitt. Responses of Plants to Environmental Stresses： Water， Radiation， Salt and Other Stresses[M]，. New York： Academic Press， 1980， 25～280.

[11]肖俊夫，劉戰(zhàn)東，劉祖貴，等.不同時期干旱和干旱程度對夏玉米生長發(fā)育及耗水特性的影響[J].玉米科學(xué)， 2011，19（4）：54～58， 64.

[12]馮廣龍，羅遠(yuǎn)培，劉建利，等.不同水分條件下冬小麥根與冠生長及功能間的動態(tài)消長關(guān)系[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 1997，15（2）： 73～79.