提高玉米抗旱鉴定准确性的水旱交替种植模式分析

唐怀君，谢小清，张 磊，刘 成，孙宝成

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091；2、中国农业大学/国家玉米改良中心，北京 100193)

0 引 言

【研究意义】玉米抗旱性是指在土壤和大气干旱胁迫下，玉米表现出伤害最轻，产量下降最少的能力[1]。玉米自交系的抗旱性是玉米抗旱育种的基础。玉米抗旱性的鉴定是对玉米抗旱能力进行筛选和评价的过程，鉴定准确性主要受遗传、生育时期、土壤、降雨量、灌水方式、光照、大气温湿度等因素的影响[2-4]。提高玉米抗旱鉴定的效率和准确度，对玉米抗旱新品种的选育具有重要意义。【前人研究进展】目前围绕玉米抗旱性鉴定有广泛的研究，提出了各种抗旱鉴定的方法。如人工控制水分、温度、湿度、光照、土壤含水量及其它环境条件的干旱棚、抗旱池、人工气候箱和盆栽等抗旱鉴定方法[5, 6]。这些方法试验条件比较一致、结果较可靠、重复性好，但需要一定的设施、设备，投资较大，不能大批量鉴定，与田间条件相差甚远，缺乏对多因素协同作用影响的考量。【本研究切入点】玉米田间常规鉴定法[7-10]是采用水旱交替种植模式，具有简单易行、鉴定环境与大田生产实际接近等优点，但此方法中相同材料在灌水对照区和干旱胁迫区处于较远的地理位置，土质、肥力和水分等条件相差较大，影响鉴定结果的准确性和重复性，且不便于材料间的观察对比。以157份玉米自交系为材料，在自然条件下以水旱交替种植模式法和常规水旱分区鉴定法进行抗旱鉴定，对比分析两种方法三重复间的相关系数，研究两种方法的准确性。【拟解决的关键问题】研究将相同材料的正常灌水区和干旱胁迫区布置在临近位置，探索能减少土壤、肥力和水分差异等影响，且便于田间观察的抗旱鉴定新方法。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试玉米材料由中国农业科学院作物科学研究所提供的玉米自交系157份。

抗旱性鉴定试验于2015～2016年在新疆农业科学院安宁渠综合试验场内进行，试验区土壤肥力中等，播种期在5月中旬。

1.2 方 法

1.2.1 水旱交替种植模式抗旱鉴定法

水旱交替种植模式抗旱鉴定法的田间排列特点是：2膜4行玉米种植同一材料，其中1膜灌水时间和灌水量与大田生产相同，作为正常灌水对照；另外1膜则只滴灌出苗水，其它时期不灌水(或少量补水)，作为干旱处理。由于两膜相邻，土质一致，具有抗旱鉴定结果较准确的优点。列出玉米自交系水旱交替种植模式抗旱鉴定法田间排列。图1

图1 水旱交替种植模式抗旱鉴定法排列示意
Fig.1 Arrangement diagram of membrane-type flood and drought crossing drought resistance identification method

试验采用随机区组排列，3次重复，每个重复2行，每行11株，行长3 m，行距0.55 m, 株距0.3 m，播种密度60 609 株/hm2。试验地四周种植5 m的保护行，水处理全生育期灌水8次，旱处理只灌出苗水，其它生育时期依靠正常灌水膜的水分地下渗透。表1

表1 水旱交替种植模式抗旱鉴定法的灌水时间和灌水量

1.2.2 常规水旱分区鉴定法

常规水旱分区鉴定法的田间排列特点是：参试材料分为对等的两部分，分为正常灌水对照区(水区)和干旱胁迫处理区(旱区)，水区灌水时间和灌水量与大田生产相同，旱区则减少灌溉次数或减少灌溉量形成干旱胁迫。图2

试验随机区组设计，每区3次重复，每个重复2行，每行11株，行长3 m，行距0.55 m，株距0.3 m，播种密度60 609 株/hm2。两区之间及四周均设置5 m以上的水分隔离带，水区全生育期灌水8次，旱区在全生育期灌水量为水区的50%。表2

图2 常规水旱分区鉴定法排列示意
Fig.2 Arrangement diagram of field and drought district identification method

表2 常规水旱分区鉴定法的灌水时间和灌水量Table 2 Irrigation time and amount of conventional water and drought zoning identification method (m3/hm2)

1.2.3 抗旱性评价

收获后测定单株产量，以单株产量计算三重复的抗旱系数，以抗旱系数评价各供试材料的抗旱性[11]。抗旱系数的计算公式为：抗旱系数=旱区单株产量/水区单株产量。

2 结果与分析

2.1 玉米自交系水旱交替种植模式抗旱鉴定

利用水旱交替种植模式抗旱鉴定法得到三重复的抗旱系数，两两之间的相关性进行绘图，均得到一条通过原点的直线，试验数据基本上集中在该直线附近。研究表明，三个重复间的抗旱系数存在相关性，重复1与重复2、重复1与重复3、重复2与重复3之间的相关性均达到了极显著水平，相关系数分别为0.887**、0.835**、 0.860**，相关系数平均值为0.861。图3

图3 水旱交替种植模式鉴定法重复间抗旱系数相关性
Fig.3 Correlation between different repeated drought resistance coefficients under membrane-type flood and drought crossing method

2.2 常规水旱分区抗旱鉴定

利用常规水旱分区抗旱性鉴定法得到三重复的抗旱系数。其中，重复1与重复2、重复1与重复3、重复2与重复3之间的相关性均达到了极显著水平，相关系数分别为0.755**、0.724**、0.692**，相关系数平均值为0.724。图4

图4 常规水旱分区鉴定法重复间抗旱系数相关性
Fig.4 Correlation between different repetitive drought-resistance coefficients in conventional water and drought zoning identification

3 讨 论

前人的研究发现，抗旱鉴定的准确性受鉴定地点、土壤、水肥、气候等[10]环境因素的影响，也可能受作物生长发育不同阶段的影响，以致目前获得准确的抗旱鉴定结果难度较大[12]。随着对玉米抗旱性研究的深入，提出了许多可用于玉米抗旱鉴定的方法。如利用干旱棚[5]、人工气候室[13]和抗旱池[14]等可以人工控制土壤、水肥、降雨量、光照和空气温湿度等因素的影响。这些抗旱鉴定方法的试验条件基本一致，鉴定结果可靠性较高，也便于比较、重复性好、同时便于控制干旱胁迫时间和强度，可进行任何生长发育阶段的抗旱性鉴定，但缺点是需要一定的设备，投资较大，不能进行大批量鉴定[3]，且结果反映的是玉米的阶段抗旱性，与大田产量方面的抗旱性表现相差甚远。因此，鉴定结果的实用性较差，很难在实际生产上应用。

常用的田间自然鉴定法包括开花期水旱分区鉴定[15]、拔节期水旱分区鉴定[9]、旱地全膜双垄沟播水旱分区鉴定[1]和欠量灌水鉴定[8]等。这些方法无需特殊设备，试验操作简单、性状表现直观，鉴定结果接近实际生产，可进行大规模鉴定，但鉴定准确性受自然降雨、温湿度等气候因素和土壤质地的影响较大，鉴定结果重复性差，对试验地面积和灌溉条件要求较高[3]。试验结果表明，常规水旱分区鉴定法3个重复之间的抗旱系数存在极显著的相关性，但由于受土壤、光照和水分等环境因素的影向较大，重复性差，这与前人的研究结果一致。

改进田间抗旱性鉴定方法，克服环境影响，是提高玉米抗旱鉴定准确性的一条途径。为减小土壤差异对鉴定结果的影响，提出了 “水旱交替种植模式抗旱鉴定法”。试验表明，田间水旱分区鉴定法鉴定结果的重复性差，三重复间的相关系数为0.692～0.755(平均值 0.724)；水旱交替种植模式抗旱鉴定法三重复间的相关系数为0.835～0.887(平均值0.861)。水旱交替种植模式抗旱鉴定法重复间相关系数要高出常规水旱分区鉴定法的18.9%。与常规水旱分区鉴定法相比，水旱交替种植模式抗旱鉴定法克服了土壤质地、水肥和光照等因素的影响，提高了鉴定的准确性和重复性，便于材料观察，可进行大规模鉴定。

4 结 论

田间水旱分区鉴定法三重复间的相关系数分别为0.692**、0.724**和 0.755**(平均值0.724)；水旱交替种植模式抗旱鉴定法三重复间的相关系数分别为0.835**、0.860**和0.887**(平均值 0.861)。水旱交替种植模式抗旱鉴定法重复间相关系数(平均值0.861)要高出常规水旱分区鉴定法重复间相关系数(平均值0.724)的18.9%。水旱交替种植模式鉴定法通过减少土壤质地、水肥和光照等因素的影响，提高了鉴定结果的准确性和重复性。水旱交替种植模式鉴定方法具有重复性好、准确性较高的优点，且便于人工观察和计算机采集分析受旱前后性状的变化，可应用大规模田间鉴定中。