覆盖条件下不同生育期干旱胁迫对玉米植株生长的影响探讨

王俊雅　胡兵辉

摘要：在大棚采用盆栽实验的方法对玉米进行了不同生育期干旱胁迫实验（Ⅰ：三叶-拔节期；Ⅱ：拔节-抽雄期；Ⅲ：抽雄-籽粒形成期；Ⅳ：籽粒形成-完熟期），研究了在地膜覆盖、秸秆覆盖和裸地进行干旱胁迫对玉米植株生长的影响。结果显示：在Ⅲ期时进行干旱胁迫，株高受影响最大，其次是Ⅱ期，且在地膜覆盖下出现最大值，在裸地处理下出现最小值；对叶面积的影响依次为Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期，且在地膜覆盖下出现最大值，在裸地处理下出现最小值；生物量在Ⅳ期出现最大值；对根冠比的影响依次为Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期。研究得出了玉米生长发育性状和不同覆盖条件之间有着重要的关系，故选择优良的覆盖方式对玉米种植可起到关键的作用，从上述分析得出了玉米生育状况的优异程度从高到低排列顺序为：地膜覆盖>秸秆覆盖>裸地。

关键词：不同覆盖；干旱胁迫；盆栽玉米；生长发育

中图分类号：S513

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）09011304

1 引言

水分是影响玉米生长发育的重要因素之一。玉米作为我国西南地区重要的粮食作物，属于需水量较多的作物，在其整个生长发育过程中，各个时期的需水量也各有不同，不同时期的干旱对玉米的生长发育的影响也不尽相同。干旱是西南玉米生育期间发生的主要气象灾害，其发生频率较高，发生范围较广，对玉米生长发育和产量形成造成严重影响[1]。近年来，随着西南干旱事件发生增多、损失加大，西南干旱问题越来越受到政府部门和相关研究机构的重视[2～6]。因此，对不同时期干旱胁迫对玉米生长发育的影响的研究，对节水灌溉、提高作物产量具有指导性意义。

目前对于农业干旱的研究多集中于我国北方地区，对于西南地区的相关研究较少。本研究以西南地区主要农作物玉米为试验对象，结合现阶段我国旱区农田的主要生产方式，研究不同覆盖方式下不同生育期干旱胁迫对玉米植株生长的影响，以期提高水分利用效率，降低玉米减产的风险，为西南旱地农业的发展提供理论参考。

2 材料与方法

2.1 试验地概况

试验地位于西南林业大学老校区温室内，试验地土壤为红壤，容重1.29 g/cm3，酸碱度适中（pH=7.11），有机质9.81 g/kg，全氮0.91 g/kg，全磷0.52g/kg，全钾9.22 g/kg，有效氮77.36 mg/kg，有效磷10.47 mg/kg，有效钾80.68 mg/kg。温度保持室温，大致长时期稳定在15～24 ℃，光照充足，湿气相对变化不大，变化条件只有覆盖方式。在温室大棚内进行作物种植具有减少水分蒸发，便于进行不同覆盖条件下玉米的生理性状进行分析。

2.2 试验设计

采用盆栽试验的方法。试验设计共45盆，重复3次，每盆种植玉米5棵（品种：长城99），并分别编号。按照玉米生育期的不同（Ⅰ：三叶-拔节期；Ⅱ：拔节-抽雄期；Ⅲ：抽雄-籽粒形成期；Ⅳ：籽粒形成-完熟期）进行干旱胁迫，结合不同覆盖方式，地膜覆盖下标记为：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）（对照）；秸秆覆盖下标记为：秸秆Ⅰ期干旱（JⅠ）、秸秆Ⅱ期干旱（JⅡ）、秸秆Ⅲ期干旱（JⅢ）、秸秆Ⅳ期干旱（JⅣ）、秸秆全生育期不干旱（JⅤ）（对照）；裸地覆盖下标记为：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）。采用定量灌水法进行试验，灌水量为：Ⅰ期：60mm；Ⅱ期：90mm；Ⅲ期：90mm；Ⅳ期：60mm。每生育期间选择10 d进行干旱胁迫，各个生育期结束拔除一棵用作测量取样。实验时间从2015年6月到10月为止。

2.3 测量指标与方法

2.3.1 株高

土壤表面到叶片自然伸展的最高处，雄蕊长出后，以雄蕊顶端到土壤表面的距离记作株高。以4 d为间隔，用精度为毫米的直尺进行测量。

2.3.2 叶面积

这里指单株玉米叶面积，用经验系数法测定。即用直尺测定各叶片叶长和最大叶宽。计算公式如下：

单株玉米叶面积=∑n[]i=1（叶长i×叶宽i×0.75）。

式中：n为玉米对应叶片数，叶面积单位为cm2。

2.3.3 生物量及根冠比的测定

生物量即为地上部生物量与地下部（根系）生物量之和。采取烘干法测量，在各生育期取玉米整株，称鲜重后将烘箱调至80 ℃杀青30 min，再调至105 ℃烘干16 h直至衡重，用电子天平称重，精确到0.01 g。根冠比即地下部（根系）生物量与地上部生物量之比。

2.4 数据处理及分析方法

所得数据采用Excel2003和SPSS16.0统计软件对试验数据进行处理及方差分析。

3 结果与分析

3.1 不同覆盖条件下干旱胁迫对玉米株高的影响

株高是作物生长量的基本标志之一，在栽培与耕作实验中，通常以株高动态平衡来衡量各种技术措施的效果，尤其在相对值比较中，更具有重要的参考价值。在图1中，将每个生育期末的植株株高作为统计对象，分别于不同覆盖条件下进行相同处理比较发现，总体趋势为：地膜覆盖>秸秆覆盖>裸地处理。由此说明覆盖处理比裸地处理的生长状况要好，其主要因为农田覆盖具有蓄水保水的作用。

图1中可以看出，由于Ⅰ期玉米植株蒸腾量很小，需水系数很低，故而干旱胁迫对其影响并不明显；Ⅱ期整个生育阶段处于高温时节，植株植株蒸腾速率加大加快，需水强度剧烈增加，因此该生育期进行干旱胁迫对玉米植株的生长造成很大的影响；Ⅲ期株高增长幅度降低，平均保持在25.79%水平；到达Ⅳ期时，增长幅度日渐平稳，基本保持不变，对其进行干旱胁迫尚未出现株高明显降低的情况。

3.2 不同覆盖条件下干旱胁迫对玉米叶面积的影响

叶片是玉米进行光合作用的主要器官，叶片的大小直接关系着玉米的产量。因此，研究不同覆盖条件下干旱胁迫玉米叶面积的变化具有十分重要的现实意义。

根据图2，可以看出，不同覆盖条件下玉米叶面积在不同生育期均表现出明显的差异，总体表现为先快速增长再慢慢回落的单峰趋势。在同一处理条件下，叶面积从Ⅰ期至Ⅲ期逐渐增长，并在Ⅲ期达到最大值，Ⅳ期时有所下降。即呈现出Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅳ期>Ⅰ期的趋势。

3.3 不同覆盖条件下干旱胁迫对玉米生物量的影响

玉米植株生长的过程即为生物量不断累积的过程，而生物量是影响最终产量的关键。地上生物量包括茎、叶、果实，地下生物量指根的生物量。Ⅰ期以后开始增加，其中Ⅱ期主要是茎和叶的迅速生长，Ⅲ期玉米生长由营养生长转向生殖生长，Ⅳ期灌浆结束，果实成熟，生物量大幅增加。图3可以看出：不同的覆盖条件下，地膜覆盖>秸秆覆盖>裸地，地膜覆盖下的最终地上生物量比秸秆覆盖高出26.24%，比裸地高出59.19%，表明覆盖具有蓄水保墒，促进作物增长的作用。同一覆盖条件下，最终生物量基本按照以下顺序排列：Ⅰ期干旱胁迫>Ⅱ期干旱胁迫>Ⅲ期干旱胁迫>Ⅳ期干旱胁迫。Ⅰ期历时短，干旱胁迫对地上生物量的积累不产生大的影响；Ⅱ期水分亏缺严重限制茎的发育，Ⅳ期籽粒形成与灌浆开始，茎叶发育渐缓，果实的比重开始增长。

3.4 不同覆盖条件下干旱胁迫对玉米根冠比的影响

图4以不同覆盖方式作为区分，展示了不同生育期干旱胁迫对玉米根冠比产生的影响，结果显示：在相同覆盖方式下，Ⅰ期干旱胁迫使根冠比略有提高但不明显；Ⅱ期干旱胁迫时的根冠比显著高于对照值，这说明Ⅱ期需水量大，而水分的亏缺导致了根系的壮大，从而影响了根冠比；Ⅲ期干旱胁迫根冠比有所提高，这是因为地上生物量减少幅度大于地下根系增大的幅度；Ⅳ期干旱胁迫对减少了地上生物量，对地下根系的萎缩有一定的促进作用，所以根冠比反映出的是减小。

在不同的覆盖方式中，Ⅰ期干旱胁迫对3种覆盖方式没有太大的影响，根冠比均保持在0.5左右；Ⅱ期干旱胁迫明显看出裸地玉米的根冠比高过了地膜覆盖和秸秆覆盖，这是由于裸地蒸散量大，在快速生长的Ⅱ期，供水量远远低于需水量，根系在积极生长的同时极大影响了地上部分的发育，使根冠比大幅提高；Ⅲ期干旱胁迫秸秆覆盖与裸地的根冠比都显示出相对减少，这可能是因为地下根系的萎缩与地上生物量的增加形成反差造成的；Ⅳ期玉米主要生长重心向地上部分转移，根系在水分亏缺时发生死亡，造成了根冠比的减少。

4 结论与讨论

4.1 不同覆盖条件下干旱胁迫对玉米株高的影响

株高是反应作物生长的重要指标之一，从玉米植株中能明显观测不同覆盖下的玉米生长情况：在Ⅲ期对株高的影响最大，其次是Ⅱ期，Ⅰ期和Ⅳ期受旱的株高与对照相近，这与前人的研究相同。其主要原因是Ⅰ期后期复水会产生补偿效应，所以对株高影响不大；Ⅱ期是玉米需水强度较大的时期，在此阶段缺水会使植株生长严重阻滞；Ⅲ期玉米开始生殖生长，该阶段干旱胁迫会使雄蕊和雌蕊的发育受阻，穗长减小，株高降低；Ⅳ期玉米地上部分发育基本停止，故其株高不受干旱胁迫的影响。在所有处理中（对照除外），收获期株高最小值为96.40 cm在LⅢ出现，最大值为157.00 cm在DⅣ出现，平均值为136.19 cm，说明地膜覆盖具有蓄水保墒、促早熟和显著增产的作用[7，8]，秸秆覆盖次之，裸地处理影响最大。

3.2 不同覆盖条件下干旱胁迫对玉米叶面积的影响

叶面积在生育前期呈现明显的增加趋势，并在Ⅱ期达到最大值，Ⅲ期以后开始缓慢下降。干旱胁迫时玉米通过降低生长速率等途径来减少叶面积，尤其是重度干旱胁迫下，抑制了玉米的生长，导致生物量积累显著降低[9～10]。在所有处理中（对照除外），收获期叶面积最小值为339.45 cm2在LⅡ出现，最大值为5887.75 cm2在DⅢ出现，平均值为3113.6 cm2，说明地膜覆盖有效缓解了干旱胁迫造成的叶面积的降低，其次是秸秆覆盖，裸地受干旱胁迫影响最大。

3.3 不同覆盖条件下干旱胁迫对玉米生物量的影响

多数研究表明，任何一个生育期水分亏缺都会降低玉米籽粒产量，生育期中前期干早胁迫处理对玉米生物量的影响明显，特别是在抽雄-灌浆初期阶段，抽雄阶段的干旱胁迫严重影响玉米生长[11]。本研究中：干旱胁迫下生物量受影响程度基本为：Ⅳ期>Ⅲ期>Ⅱ期>Ⅰ期。在所有处理中（对照除外），收获期生物量最小值为178.25 g在LⅢ出现，最大值为263.49 g在DⅠ出现，平均值为220.87 g，说明地膜覆盖有效缓解了干旱胁迫造成的生物量的减少，其次是秸秆覆盖，裸地受干旱胁迫影响最大。

3.4 不同覆盖条件下干旱胁迫对玉米根冠比的影响

干旱胁迫不仅影响根系发育及形态结构，还会改变植株器官的生长进程，特别是根冠比[12]。本研究显示，在干旱胁迫下，玉米根冠比所受影响的大小分别是Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅳ期>Ⅰ期。在所有处理中（对照除外），根冠比最小值为0.59出现在JⅢ，最大值为1.42出现在LⅢ，平均值为1.01，说明地膜覆盖有效抑制了干旱胁迫造成的根冠比增大，其次是秸秆覆盖，裸地受干旱胁迫影响最大。

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