龔雨田，孫書(shū)洪，閆宏偉

(1.天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384；2.天津農(nóng)學(xué)院水利工程學(xué)院，天津 300384)

作為全球第2大玉米生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)，過(guò)去10 a，中國(guó)玉米生產(chǎn)快速發(fā)展，已成為國(guó)內(nèi)第1大糧食作物[1]。華北平原降水量年際變率大,各年雨季開(kāi)始時(shí)期也不同,且降水季節(jié)分配不均,因而夏玉米各生育階段水分條件差異明顯,常有季節(jié)性干旱[2]。玉米對(duì)于干旱較為敏感，季節(jié)性干旱已成為旱農(nóng)區(qū)玉米生產(chǎn)的一個(gè)主要限制因素。干旱脅迫下，會(huì)使作物生長(zhǎng)發(fā)育緩慢，影響作物形態(tài)，使其產(chǎn)量降低[3]?？到B忠[4]等認(rèn)為，作物品質(zhì)與品種、施肥、氣候、水分、生長(zhǎng)環(huán)境等多種因素有關(guān),而水分是實(shí)現(xiàn)對(duì)作物品質(zhì)改善的介質(zhì)。由此可見(jiàn)，水分對(duì)玉米的品質(zhì)及其農(nóng)藝性狀有著至關(guān)重要的影響。有關(guān)研究表明,在作物某些生育階段通過(guò)控制水分,改善植株代謝,促進(jìn)光合產(chǎn)物的增加,可以改善產(chǎn)品品質(zhì)。例如卜令鐸[5]等所做的試驗(yàn)表明，前期干旱鍛煉增強(qiáng)了玉米抗旱能力,抗旱品種表現(xiàn)出較高的超補(bǔ)償效應(yīng),有利于適應(yīng)干濕交替和低水多變的環(huán)境,實(shí)現(xiàn)節(jié)水高產(chǎn)。在玉米發(fā)育的整個(gè)過(guò)程中，不同時(shí)期水分脅迫玉米的產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的變化有著很大的差異，一些研究結(jié)果表明，生育前期(苗期—拔節(jié)—孕穗)水分是否充足，對(duì)玉米的農(nóng)藝性狀有著有顯著的影響[6.7]，大喇叭口—成熟期是玉米生長(zhǎng)的關(guān)鍵期，這一階段玉米需水量達(dá)到高峰[8]，是玉米生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期。在本研究中。采用Jensen模型(相乘模型)，對(duì)玉米生育期內(nèi)水分及其產(chǎn)量關(guān)系進(jìn)行研究。Jensen模型可以更好地反映出作物在生育期內(nèi)水分盈虧對(duì)產(chǎn)量影響的敏感程度，從而得到最優(yōu)化灌溉模型。研究成果為玉米抗旱提供理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)干旱，半干旱地區(qū)玉米栽培提供實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)為小區(qū)試驗(yàn),地點(diǎn)在天津農(nóng)學(xué)院西校區(qū)試驗(yàn)田,該試驗(yàn)田的位置:經(jīng)度 116°57′,緯度 39°08′,海拔高度 5.494 m(大沽高程),年均蒸發(fā)量1 440 mm。試驗(yàn)田地形平整,土壤質(zhì)地為中壤土,60 cm 土層的平均干密度為 1.42 g/cm3,土壤田間持水量為 22%～23%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及材料

試驗(yàn)品種選用三北218玉米種。采用有底測(cè)坑試驗(yàn)，測(cè)坑采用將塑料箱埋于試驗(yàn)田形成，塑料箱長(zhǎng)2 m，寬2 m，深2 m, 塑料箱上沿高出大田地表 7 cm,每 20 cm 為一層挖土,按后挖出的土先填的順序向塑料箱內(nèi)回填土,填入箱內(nèi)的土用腳踩壓,使其在箱內(nèi)的高度仍為20 cm。種植時(shí)間為2015年7月2日，收獲時(shí)間為10月10日。種植株距30 cm，行距30 cm，每箱種植12 株。分別在玉米苗期、拔節(jié)期、抽雄-吐絲期、灌漿-成熟期進(jìn)行干旱處理，另外選取植株在整個(gè)生育期內(nèi)進(jìn)行充足供水(CK)作為對(duì)照，見(jiàn)表1。在干旱脅迫期間，其田間持水量控制在55%～60%，試驗(yàn)所選生育階段保持水分脅迫，此階段生育期結(jié)束后進(jìn)行補(bǔ)水直至成熟。

表1 夏玉米各階段水分脅迫設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)試方法

(1)土壤水分測(cè)定。利用便攜式土壤水分測(cè)定儀Delta-T PR2儀。

(2)形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定。用卷尺測(cè)量植株的株高、葉長(zhǎng)、葉寬;用游標(biāo)卡尺測(cè)定植株的莖粗, 重復(fù)3次。葉面積采用公式“葉長(zhǎng)×葉寬×0.75”計(jì)算。

(3)玉米收獲后風(fēng)干進(jìn)行室內(nèi)考種，分別觀測(cè)百粒重、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)等穗部性狀。

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

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)夏玉米農(nóng)藝性狀的影響

(1)玉米不同生育期水分脅迫對(duì)株高、穗位高影響。由圖1可見(jiàn)，玉米在不同生育期進(jìn)行干旱脅迫，對(duì)玉米株高均產(chǎn)生不同程度的影響。玉米株高從苗期開(kāi)始到抽雄-吐絲期這一階段生長(zhǎng)速度較快，抽雄期過(guò)后生長(zhǎng)速度緩慢，吐絲過(guò)后株高不再增長(zhǎng)，并有下降趨勢(shì)。由表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見(jiàn)，在抽雄-吐絲與灌漿-成熟期進(jìn)行水分脅迫，其株高差異不顯著，而在苗期與拔節(jié)期進(jìn)行水分脅迫后，其株高呈現(xiàn)出顯著差異。對(duì)比玉米穗位高，玉米在拔節(jié)期水分脅迫后，其穗位高出現(xiàn)顯著差異，其余各生育階段水分脅迫后，對(duì)玉米穗位高均無(wú)顯著性差異。這一結(jié)果表明，在玉米拔節(jié)期(營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng))水分脅迫對(duì)玉米株高、穗位高影響較大。當(dāng)玉米由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯澈?，水分脅迫對(duì)玉米株高及穗位高的影響減弱，對(duì)玉米農(nóng)藝性狀影響較小。

圖1 生育期玉米株高變化

(2)玉米不同生育期水分脅迫對(duì)玉米葉面積影響。玉米葉面積可以良好地反映作物地上部分的長(zhǎng)勢(shì)。由圖2可見(jiàn)，玉米從苗期到抽雄期，葉面積快速增長(zhǎng)，在抽雄吐絲過(guò)后，玉面葉面積指數(shù)略有下降，玉米最大葉面積出現(xiàn)在抽雄后期。玉米在籽粒成熟期后，下層葉片首先出現(xiàn)萎蔫情況，逐漸脫落。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同生育期水分脅迫下，葉片表現(xiàn)出老化速度加快、葉面積減小，這與葉片細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制、葉片生長(zhǎng)速率降低有關(guān)。根據(jù)表2，拔節(jié)期、苗期水分脅迫下，對(duì)葉片影響呈現(xiàn)出顯著差異，其他階段水分脅迫，對(duì)玉米葉面積影響不顯著。例如，在玉米拔節(jié)期進(jìn)行水分脅迫后發(fā)現(xiàn)，對(duì)葉面積有較大的抑制作用，復(fù)水后仍然有影響，葉面積相比于正常灌水玉米下降24.8%。玉米在抽雄-吐絲期間水分脅迫對(duì)葉面積影響較小，相當(dāng)于充分灌水玉米的95.2%。其表現(xiàn)結(jié)果為，葉面積在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)水分的盈虧較為敏感，在轉(zhuǎn)為生殖生長(zhǎng)后，水分脅迫對(duì)農(nóng)藝性狀的影響較小。

圖2 生育期葉面積動(dòng)態(tài)

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

注：采用Duncan檢驗(yàn)小寫(xiě)字母標(biāo)記為0.05顯著水平，字母相同表示差異不顯著。

(3)玉米不同生育期水分脅迫對(duì)玉米穗部影響。玉米穗部性狀、穗粒數(shù)和百粒重主要決定產(chǎn)量的高低。玉米在水分脅迫的情況下，不僅僅對(duì)株高、穗位高、葉面積帶來(lái)抑制作用，并且對(duì)果穗形態(tài)也產(chǎn)生了一定的影響。由表3可見(jiàn)，拔節(jié)期與抽雄—吐絲期水分脅迫下玉米穗長(zhǎng)相對(duì)減小4.89%與8.93%，呈現(xiàn)出顯著差異，其余各生育期差異均不顯著。穗粗呈現(xiàn)出相同情況，其下降幅度依次為抽雄期脅迫>拔節(jié)期脅迫>苗期脅迫>灌漿—成熟期脅迫，拔節(jié)期與抽雄-吐絲期水呈現(xiàn)顯著差異。行粒數(shù)呈現(xiàn)出相同的情況。不同生育期里水分脅迫對(duì)玉米的穗行數(shù)變化并不明顯，與對(duì)照相比均未為達(dá)到顯著水平。水分脅迫在灌漿—成熟期，百粒重下降較小，未達(dá)到顯著差異，其余各生育期百粒重下降均到達(dá)顯著性差異，其中抽雄—吐絲期百粒重下降最大，下降為6.17%。結(jié)果表明：苗期和拔節(jié)期水分脅迫對(duì)果穗的形成影響較小，而抽雄期進(jìn)行水分脅迫對(duì)玉米果穗形態(tài)影響較為明顯。

表3 不同時(shí)期水分脅迫對(duì)穗部影響比較

注：采用Duncan檢驗(yàn)小寫(xiě)字母標(biāo)記為0.05顯著水平，字母相同表示差異不顯著。

2.2 利用Jensen模型求玉米敏感系數(shù)

Jensen模型表達(dá)式為：

(1)

式中：Ya為不同生育期在水分脅迫下實(shí)際產(chǎn)量狀況，kg/hm2；Ym為生育期內(nèi)充分灌溉下實(shí)際產(chǎn)量狀況，kg/hm2；ETai為第i生育期水分實(shí)際蒸發(fā)量，mm；ETmi為生育期充分灌溉下第i個(gè)生育期蒸發(fā)量，mm；N為作物生育階段數(shù)；i為作物生育階段編號(hào)。

由于本試驗(yàn)玉米在隔絕外界補(bǔ)水條件下種植，所以蒸發(fā)量可近似為耗水量，土壤耗水量見(jiàn)表4。

表4 不同生育期玉米耗水量及其產(chǎn)量

將式(1)兩邊取對(duì)數(shù)得：

(2)

(3)

利用線性代數(shù)Aλ=Z求解λ。將表2數(shù)據(jù)代入公式(3)解方程組得：λ1=0.025 306，λ2= 0.179 338，λ3= 0.353 258，λ4=0.083 044。

則Jensen模型為：

通過(guò)比較Jensen模型可以得出λ3>λ2>λ4>λ1，玉米在抽雄期對(duì)水分較為敏感，其次為拔節(jié)期與灌漿期，再次為苗期。需水量在拔節(jié)期、抽雄-吐絲期為關(guān)鍵時(shí)期，這2個(gè)階段水分的盈虧將決定產(chǎn)量的高低，而苗期與成熟期對(duì)玉米產(chǎn)量影響較小。這證明在進(jìn)入生殖生長(zhǎng)后，抽雄—吐絲期對(duì)水分較為敏感，與近幾年研究成果大致相同。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)玉米株高從苗期開(kāi)始到抽雄期這一階段生長(zhǎng)速度較快，抽雄期過(guò)后生長(zhǎng)速度緩慢，吐絲過(guò)后株高不再增長(zhǎng)，并有下降趨勢(shì)，試驗(yàn)證明水分脅迫會(huì)影響其生長(zhǎng)速率。葉面積呈現(xiàn)出相同規(guī)律。玉米株高和葉面積在不同生育期水分脅迫下均表現(xiàn)出抑制作用，復(fù)水后并不能打破對(duì)農(nóng)藝性狀的改變。特別是在拔節(jié)期生長(zhǎng)階段，水分的虧損對(duì)玉米株高與葉面積均出現(xiàn)較強(qiáng)的抑制作用，這一階段應(yīng)充分保證供水，保證植株良好的發(fā)育。

(2)在玉米生育期間，玉米各生育階段進(jìn)行干旱處理均會(huì)導(dǎo)致玉米產(chǎn)量減少。通過(guò)Jensen模型求出的敏感系數(shù)可以得出：抽雄—吐絲期>拔節(jié)期>灌漿—成熟期>苗期。這與玉米形狀的變化基本相同。在水分不足的情況下，充分保證玉米拔節(jié)期與抽雄—吐絲期正常灌水，可減少產(chǎn)量降低。其余生育期可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行節(jié)水，適當(dāng)減少灌溉量。

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