拔节期干旱对夏玉米的影响研究

边泽鹏

摘   要：为了探究连续干旱及复水对夏玉米生长发育及光合特性的影响，采用测坑试验，以“登海605”为试验材料，在拔节期进行连续干旱及复水处理，分别测量了夏玉米拔节期干旱处理期间以及复水后玉米生长发育和光合参数的变化。试验表明，在拔节期，干旱处理显著降低了玉米株高、单株总叶面积以及净光合速率（Pn），且随着胁迫时间增加，影响呈增大趋势。在复水后玉米有一定的补偿效应，净光合速率较株高、叶面积敏感，短时间内能恢复到正常水平，株高和叶面积则需要较长时间才能恢复。同时复水补偿效应的峰值出现在复水后2～7 d，超过这个时间，复水补偿效应则逐渐下降。

关键词：拔节期;干旱;夏玉米;影响

由于全球气候变化和人类活动的加剧，导致农业干旱灾害发生的频率和强度不断增大，直接威胁到水安全、粮食安全和国家安全[1]。目前，农业灌溉每年平均缺水300多亿m3，每年因旱灾减产粮食100亿～150亿kg。同时我国玉米主产区分布在东北、华北和西北等干旱半干旱地区，这些区域自然降水的时空分布与作物对水的需求不吻合，经常受干旱缺水而造成严重减产。因此，探究作物在连续干旱及复水环境下的生长生理响应机理，对于抗旱减灾、保证农业生产和社会稳定具有重要的现实意义。

前人研究表明，当植物受到干旱胁迫时，植物体内膨压下降，抑制了细胞分裂和增大，导致叶片扩展和株高伸长受阻，从而降低了叶面积和株高，进而导致作物减产[2-4]。光合作用是作物产量形成的基础。有研究表明，干旱条件下植株干物质积累降低主要是因为干旱胁迫下净光合速率降低，而抑制了植株的生长[5-8]。尽管有关水分胁迫对作物生长指标和生理特性的研究已经存在很多，但由于地域和作物种类差异等，作物不同生理过程对干旱复水的响应结果不完全一致。因此，作物生长和生理过程对干旱胁迫和复水的响应规律还需要进一步研究。

基于此，通过测坑试验，研究在连续干旱条件下夏玉米拔节期的生长发育及光合特性的变化规律，探究干旱条件下玉米生长生理的响应机理，为干旱灾害管理和保障粮食安全提供重要参考。

1   试验设计与方法

1.1   试验地概况

试验于2018年7—8月份，在中国农业科学院农田灌溉研究所新乡综合试验基地内的遮雨棚里进行，地理坐标为东经113°54′、北纬35°18′，海拔高度81 m，属暖温带大陆性季风气候，日照时间2 399 h、蒸发量2 000 mm（直径20 cm蒸发皿值），年平均降水量582 mm，其中6—10月降水量占全年降水量的70%～80%。该区域光热资源丰富，耕作制度以一年两熟为主体，土壤类型为壤土。

供试材料为夏玉米品种“登海605”（中国农业科学院新乡农田灌溉所提供），将玉米种子分2行均匀播种于1 m3的测坑里，测坑内土为大田试验表层土，田间持水量为0.21，容重为1.4 g/cm3。在播种后控制水分在田间持水量的70%～80%，保证玉米的正常发育，在3叶1心时期每个测坑定株8株。

1.2   试验设计

试验设置水分胁迫的生育阶段为拔节期。处理时期为8月1—30日，试验处理为3组（见表1），其中CK为土壤含水率占田间持水率的70%～80%，T1为土壤含水率占田间持水率的60%～70%，持续处理到8月23日。T2为土壤含水率占田间持水率的60%～70%，在8月15日晚复水到CK水平，每组处理3次重复。白天植株露天生长，雨天置于遮雨棚中。

1.3   观测项目

1.3.1   株高、叶面积

试验过程中采用卷尺对玉米的株高和单株每个叶片的最大长和宽进行测量。单株总叶面积=∑全展叶（叶长×最大叶宽×0.78）。测定日期为8月11日、8月18日和8月26日。

1.3.2   光合参数

选择晴朗无风的天气，在09：00～11：00 AM用LI-6400便携式光合仪（LI-COR，美国）测定叶片光合速率（Pn） 。测定时设定叶室流速为500 μmol/（m2·s2），CO2浓度为400 μmol/mol，光强由系统自带的LED提供，设置1 000 μmol/（m2·s2），拔节期选取生长一致、受光方向一致、叶位一致、完全展开的倒3叶，每个处理重复测定3次，干旱胁迫下测定日期为8月7日和8月14日，复水后测定日期为8月18日和8月26日。

1.4   统计分析

采用Microsoft Excel和SPSS 8.0软件进行统计分析，采用最小显著差数法（LSD法）进行差异显著性检验（α=0.05）。

2   分析与讨论

2.1   干旱及复水对株高的影响

各处理玉米的株高如图1所示，在处理阶段，CK处理平均株高高于T1处理，且达到显著水平。说明在拔节期玉米受到干旱的情况下，株高会受到很大的影响。在处理15 d结束后，将T2复水到CK水平，复水2 d后的株高CK仍显著大于T1和T2，而由于复水时间过短，T2略高于T1，但并沒有达到显著水平。

在复水10 d后，此时的T2几乎恢复到正常水平，与T1处理达到显著水平，说明干旱后复水，夏玉米的株高表现出补偿效应，促使复水后的处理接近正常水平，但是仍没有达到正常水平，即虽有补偿效应，但还是不能抵消干旱对植株造成的影响。

2.2   干旱及复水对叶面积的影响

各处理玉米的单株叶面积如图2所示，在处理阶段，叶面积的变化规律同株高一致，CK处理平均叶面积高于T1处理，且达到显著水平。在拔节期处理结束后将T2处理复水到CK水平，此时的CK仍高于T1处理，由于复水时间过短，T2和T1并没有达到显著水平。

在复水后的第10天，此时的T2几乎恢复到正常水平，与T1处理达到显著水平，叶面积表现出补偿效应，促使复水后的处理接近正常水平，但仍没有达到正常水平，说明虽有补偿效应，但还是不能抵消干旱对植株造成的影响。

2.3   干旱及复水对净光合速率的影响

各处理玉米的净光合速率如图3所示，在拔节期处理期间，干旱处理7 d后，CK与T1的净光合速率差异已经达到显著水平，在处理14 d后，两者之间的差异更加明显。这表明，随着干旱时间的增加，玉米的净光合速率呈现下降趋势。在复水2 d后，T2净光合速率就恢复到CK水平，在复水后第10天，T2又与CK差异显著，虽高于T1处理，但两者差异并不显著。这表明，随着复水时间的增加，补偿效应渐渐消退。

3   结论

在拔节期处理期间，玉米受到干旱胁迫，株高、单株叶面积、净光合速率都会受到影响，且影响随着干旱时间的增加而呈现升高趋势。同时，株高、单株叶面积的补偿效应在复水10 d后表现明显，而净光合速率的补偿效应则是在复水2 d后就表现明显。这表明，净光合速率比株高和单株叶面积对干旱复水更加敏感。净光合速率的变化趋势表明，复水补偿效应的峰值在复水后2～7 d，超过这个时间，则补偿效应会逐渐下降。

参考文献：

[ 1 ] 邹旭恺，任国玉，张强.基于综合气象干旱指数的中国干旱变化趋势研究[J].气候与环境研究，2010，15（4）：371-378.

[ 2 ] 王利彬，祖伟，董守坤，等.干旱程度及时期对复水后大豆生长和代谢补偿效应的影响[J].农业工程学报，2015，31（11）：150-156.

[ 3 ] 宋妮，黄修桥，孙景生，等.水分胁迫对盆栽冬小麦产量和部分品质性状的影响[J].麦类作物学报，2009，29 （3）：476-479.

[ 4 ] 郝衛平.干旱复水对玉米水分利用效率及补偿效应影响研究[D].北京：中国农业科学院，2013.

[ 5 ] 谭念童，林琪，姜雯，等.限量灌溉对旱地小麦旗叶光合特性日变化和产量的影响[J].中国生态农业学报，2011，19（4）：805-811.

[ 6 ] 夏国军，阎耀礼，程水明，等.旱地冬小麦水分亏缺补偿效应研究[J].干旱地区农业研究，2001，19（1）：79-82.

[ 7 ] 山仑，邓西平，苏佩，等.挖掘作物抗旱节水潜力——作物对多变低水环境的适应与调节[J].中国农业科技导报，2000，2（2）：66-70.

[ 8 ] 黄正金.拔节及抽穗期水分胁迫对扬麦20生理特性及产量与品质的影响[D].扬州：扬州大学，2016.

（收稿日期：2019-10-13）