不同淹水時(shí)期與歷時(shí)對夏玉米生長和產(chǎn)量的影響試驗(yàn)研究

俞 建 河(天長市二峰灌溉試驗(yàn)重點(diǎn)站，安徽 天長 239300)

由洪澇、長時(shí)降雨、地勢低洼及排水條件差引起的澇漬災(zāi)害是影響作物產(chǎn)量較為嚴(yán)重的災(zāi)害之一。中國約有2/3國土面積存在不同程度的澇害，以黃淮平原和長江中下游最為嚴(yán)重，占全國受災(zāi)面積3/4以上[1,2]，玉米是中國種植面積最大的糧食作物，還可以用作飼料及工業(yè)原料，其產(chǎn)量高低直接影響我國的糧食安全。但玉米生長期間雨熱同步，降雨較多，尤其是強(qiáng)風(fēng)暴雨或持續(xù)降水，往往造成倒伏、莖折和漬澇等災(zāi)害。導(dǎo)致玉米產(chǎn)區(qū)存在單產(chǎn)不高、總產(chǎn)不穩(wěn)的現(xiàn)象。已有研究表明，澇漬會(huì)引起玉米發(fā)生一系列生理生化和形態(tài)特征變化，如莖葉生長受到抑制，株高和葉面積指數(shù)降低，果穗性狀變差，穗粒數(shù)減少，千粒重和產(chǎn)量降低。且產(chǎn)量下降幅度與澇漬發(fā)生的生育階段、澇漬程度、澇漬時(shí)間長短以及氣象因子有關(guān)[3-8]。上述的研究結(jié)果絕大多數(shù)試驗(yàn)是在盆栽條件下進(jìn)行的，且局限于玉米的某一生育期和某一個(gè)年度，因試驗(yàn)環(huán)境條件的不同使其試驗(yàn)結(jié)果與大田生長狀態(tài)下的實(shí)際情況有較大差異。目前關(guān)于大田條件下在不同生育時(shí)期漬澇程度對玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響及其致害機(jī)理的研究方面比較薄弱，缺乏洪澇災(zāi)害監(jiān)測評估的依據(jù)以及能夠在生產(chǎn)上指導(dǎo)的玉米不同生育期灌排管理的適宜指標(biāo)，不能滿足玉米生產(chǎn)需求。為此，本文采用模擬大田條件下的有底測坑試驗(yàn)，從2012年起連續(xù)3年進(jìn)行了不同生育期淹水歷時(shí)對夏玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量性狀的影響研究，以期為夏玉米農(nóng)田水分的科學(xué)管理、澇漬災(zāi)害損失的評估以及提高抗災(zāi)減災(zāi)能力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2012-2014年6-9月在安徽省天長市二峰電灌總站提水灌區(qū)灌溉試驗(yàn)站的有底測坑中進(jìn)行，供試品種：2012和2013年為魯單818，2014年為魯單981。試驗(yàn)站多年平均氣溫為15 ℃，日照時(shí)數(shù)2 047 h，無霜期220 d，平均降水量1 025 mm，平均蒸發(fā)量878 mm(E601)。測坑上口面積為2 m×2 m，深度為1.5 m，下部設(shè)20 cm的砂石濾層，土層深度為1.2 m，每2排測坑中間設(shè)地下廊道，配備完善的供排水裝置，可根據(jù)需要排除測坑里的地下水。各測坑內(nèi)土壤為黏壤土，0～100 cm土層平均土壤容重1.46 g/cm3，田間持水量29%(質(zhì)量含水率)。

1.2 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在夏玉米的苗期、拔節(jié)期、抽雄吐絲期、灌漿期分別淹水2、4、6、8、10 d，以適宜水分處理(CK)為對照，共21個(gè)處理(表1)，重復(fù)3次。油菜收后，試驗(yàn)播種前整地時(shí)使用N：75 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2作底肥，于當(dāng)年6月1日貼茬點(diǎn)種玉米，行距50 cm，株距33.3 cm，每坑播種4行，每行6穴，每穴點(diǎn)2粒種子，4～5葉定苗，每穴1株，定植密度為60 000株/hm2。播種后立即灌蒙頭水，苗期、拔節(jié)期、抽雄吐絲期、灌漿期淹水的開始時(shí)間分別為當(dāng)年6月21日、7月11日、8月1日、8月26日，淹水時(shí)的苗期水層深度保持3～5 cm左右，其他期水層深度保持5～10 cm左右，處理期間不設(shè)防雨棚，如發(fā)生降雨水層深度超過設(shè)計(jì)深度時(shí)，可通過測坑底部自動(dòng)排水設(shè)施排除，當(dāng)各處理達(dá)到設(shè)計(jì)的淹水時(shí)間后，打開測坑底部的排水閥進(jìn)行排水，直到排除土壤中的漬水為止，測坑底部的排水閥除處理期間關(guān)閉外，其余期間為常開狀態(tài)，對于淹水處理非淹水生育階段的土壤水分按適宜水分處理的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理。當(dāng)處理的土壤水分降至其下限指標(biāo)時(shí)，采用地面灌溉方式灌水，每次灌溉定額均為45 mm。各處理除淹水時(shí)間不同外，其他田間栽培管理措施相同，當(dāng)年9月15日左右開始收獲，生長期107 d左右。

表1 夏玉米淹水試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)(2012-2014)Tab.1 Test design of waterlogging treatment for summer maize(2012-2014)

注：適宜水分處理編號為CK, 苗期、拔節(jié)期、抽雄吐絲期、灌漿期的土壤相對含水率下限為70%、70%、75%、70%，沒有淹水處理的時(shí)期均為適宜。

1.3 觀測項(xiàng)目與方法

(1)土壤含水量：采用取土烘干法測定，每20 cm土層測定一個(gè)數(shù)據(jù)，測定深度為0～100 cm。每旬第1 d觀測，每10 d測定1次，淹水的處理在淹水期間不測定。

(2)生育進(jìn)程：包括播種期、出苗期、抽雄期、吐絲期、成熟期及收獲期，調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)各小區(qū)內(nèi)植株50%以上達(dá)到為記載期。

(3)株高、莖粗與葉面積。每測坑選取生長一致的3株定點(diǎn)掛牌標(biāo)記，每旬第1 d進(jìn)行株高、莖粗與葉面積測量。株高采用鋼尺進(jìn)行測量，抽雄前為土面至最高葉尖的高度，抽雄后由土面量至雄穗頂端的高度；莖粗采用游標(biāo)卡尺測定，抽雄以前測定離地面5～8 cm的橫位直徑，抽雄期后測定玉米植株地上第三節(jié)中部的橫位直徑；葉面積采用直尺對葉片進(jìn)行長、寬測量，葉面積=長×寬×系數(shù)(展開葉系數(shù)為0.75，未展開葉為0.5)。葉面積指數(shù)LAI=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積。

(4)考種與測產(chǎn)。夏玉米收獲前除去邊行，選中間的隨機(jī)取10個(gè)果穗進(jìn)行考種，測定穗長、穗粗、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量等。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與秸桿重為每測坑單收單打的實(shí)測結(jié)果，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與秸桿重之和即為生物產(chǎn)量。

(5)數(shù)據(jù)分析。采用Microsoft Excel2003軟件處理數(shù)據(jù)和制圖，運(yùn)用DPS7.05進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用Duncan新復(fù)極差法(SSR)進(jìn)行各性狀的差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水對夏玉米株高的影響

水分是制約夏玉米生長發(fā)育最主要的生態(tài)因子之一，各生育期不同淹水天數(shù)處理夏玉米株高h(yuǎn)z隨橎種天數(shù)tb的變化如圖1～圖3所示，由圖1～圖3可以看出，淹水時(shí)期與歷時(shí)對夏玉米株高的影響程度差異較大，隨著淹水時(shí)期的后移，株高受到的影響逐漸減小，除灌漿期株高已長到應(yīng)有高度外(播后80 d株高已定型)，其余生育期發(fā)生淹水，其株高隨著淹水歷時(shí)的增加呈降低趨勢，其中拔節(jié)期淹水對玉米株高影響最大，其次是苗期，苗期淹水前期雖對株高影響較大，但澇漬解除后其后期補(bǔ)償能力較強(qiáng)，影響在逐步減小，抽雄吐絲期淹水前期對株高有影響，但澇漬解除后經(jīng)過補(bǔ)償影響已不顯著。方差分析表明(LSD法，下同)，苗期淹水發(fā)生10 d后(即播后30 d)，S4及以上處理顯著低于對照(CK)，其中、S4達(dá)顯著水平(P<0.05,下同)，S6、S8、S10達(dá)極顯著水平(P<0.01,下同)，苗期淹水發(fā)生60 d后(即播后80 d)，除S8、 S10的株高達(dá)極顯著水平外，其他處理均不顯著，可見，苗期淹水的處理隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，其株高與CK間的差異逐漸縮小。拔節(jié)期淹水發(fā)生10 d后(即播后50 d)，J2及以上處理極顯著低于對照(CK)，拔節(jié)期淹水發(fā)生40 d后(即播后80 d)，除J2外、其他處理顯著低于對照(CK)，其中、J4達(dá)顯著水平，J6、J8、J10達(dá)極顯著水平，由此看出，拔節(jié)期淹水對玉米的株高影響最大。抽雄吐絲期淹水發(fā)生10 d后(即播后60 d)，除T10的株高達(dá)顯著水平外，其他處理均不顯著，抽雄吐絲期淹水發(fā)生30 d后(即播后80 d)，各處理株高已無明顯差異，說明抽雄吐絲期淹水對株高影響較小。到夏玉米收獲前10 d觀測，同CK相比，苗期、拔節(jié)期和抽雄吐絲期淹水使株高平均分別降低0.48%～18.76%、1.22%～36.18%、3.06%～6.83%。

圖1 夏玉米苗期不同淹水天數(shù)處理株高變化過程(2012-2014) Fig.1 Summer maize in seedling stage in different flooding days processing plant height change process(2012-2014)

圖2 夏玉米拔節(jié)期不同淹水天數(shù)處理株高變化過程(2012-2014)Fig.2 Summer maize in jointing stage in different flooding days processing plant height change process(2012-2014)

圖3 夏玉米抽雄吐絲期不同淹水天數(shù)處理株高變化過程(2012-2014) Fig.3 Summer maize in tasseling stage in different flooding days processing plant height change process(2012-2014)

2.2 淹水對夏玉米莖粗的影響

各生育期不同淹水天數(shù)處理夏玉米莖粗a隨橎種天數(shù)tb的變化如圖4、圖5所示，由圖4、圖5可以看出，淹水時(shí)期與歷時(shí)對夏玉米莖粗的影響程度同株高一樣差異較大，隨著淹水時(shí)期的后移，莖粗受到的影響逐漸減小，抽雄吐絲期(播后70 d)及之后莖粗已基本定型，其余生育期發(fā)生淹水，其莖粗隨著淹水歷時(shí)的增加呈降低趨勢，其中拔節(jié)期淹水對玉米的莖粗影響最大，其次是苗期，苗期淹水前期雖對莖粗影響較大，但澇漬解除后經(jīng)過補(bǔ)償，影響有所減小。方差分析表明，苗期淹水發(fā)生10 d后(即播后30 d)，S4及以上處理顯著低于對照(CK)，其中、S4、S6、S8達(dá)顯著水平， S10達(dá)極顯著水平，苗期淹水發(fā)生60 d后(即播后80 d)，S6及以上處理顯著低于對照(CK)，其中、S6達(dá)顯著水平、S8、S10達(dá)極顯著水平，可見，苗期淹水的處理隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，其莖粗與CK間的差異逐漸縮小。拔節(jié)期淹水發(fā)生10 d后(即播后50 d)，J8及以上處理極顯著低于對照(CK)，后來差距進(jìn)一步擴(kuò)大，拔節(jié)期淹水發(fā)生40 d后(即播后80 d)，除J2、J4外、其他處理極顯著低于對照(CK)，由此看出，拔節(jié)期淹水對玉米的莖粗影響最大。到夏玉米收獲前10 d觀測，同CK相比，苗期和拔節(jié)期淹水使莖粗平均分別降低2.23%～20.01%、1.31%～44.79%。

圖4 夏玉米苗期不同淹水天數(shù)處理莖粗變化過程(2012-2014)Fig.4 Summer maize in seedling stage in different flooding days processing plant stem diameter change process(2012-2014)

圖5 夏玉米拔節(jié)期不同淹水天數(shù)處理莖粗變化過程(2012-2014)Fig.5 Summer maize in jointing stage in different flooding days processing plant stem diameter change process(2012-2014)

2.3 淹水對夏玉米葉面積指數(shù)的影響

各生育期不同淹水天數(shù)處理夏玉米葉面積指數(shù)b隨橎種天數(shù)tb的變化如圖6～圖9所示，由圖6～圖9可以看出，淹水時(shí)期與歷時(shí)對夏玉米葉面積指數(shù)(LAI)的影響同株高和莖粗相似，拔節(jié)期淹水對LAI的影響最大，其次是苗期、抽雄吐絲期和灌漿期淹水對夏玉米LAI的影響最小，且LAI隨著淹水歷時(shí)的增加逐漸降低。方差分析表明，苗期淹水處理，當(dāng)漬澇剛結(jié)束后，所有淹水處理均極顯著的低于CK，但后期由于補(bǔ)償生長使得淹水處理的LAI與CK間的差異逐步減小，特別是淹水少于6 d的處理，最后其LAI已恢復(fù)到CK水平，與CK間的差異不顯著，甚至淹水2 d后處理在淹后80 d后其LAI超過CK。

圖6 夏玉米苗期不同淹水天數(shù)處理葉面積指數(shù)變化過程(2012-2014)Fig.6 Summer maize in seedling stage in different flooding days processing leaf area index change process(2012-2014)

圖7 夏玉米拔節(jié)期不同淹水天數(shù)處理葉面積指數(shù)變化過程(2012-2014)Fig.7 Summer maize in jointing stage in different flooding days processing leaf area index change process(2012-2014)

圖8 夏玉米抽雄吐絲期不同淹水天數(shù)處理葉面積指數(shù)變化過程(2012-2014)Fig.8 Summer maize in tasseling stage in different flooding days processing leaf area index change process(2012-2014)

圖9 夏玉米灌漿期不同淹水天數(shù)處理葉面積指數(shù)變化過程(2012-2014)Fig.9 Summer maize in treatment stage in different flooding days processing leaf area index change process(2012-2014)

拔節(jié)期淹水處理，當(dāng)淹水10 d后，淹水大于2 d的處理與CK間的差異達(dá)極顯著，后因植株倒伏和下部葉片變黃死亡，使差距進(jìn)一步加大，當(dāng)淹水20 d后，所有淹水處理均極顯著的低于CK，后期由于補(bǔ)償生長使得淹水處理的LAI與CK間的差異有所減小，特別是淹水少于4 d的處理，最后其LAI與CK間的差異已不顯著。抽雄吐絲期和灌漿期淹水處理，因?yàn)橹仓暌验L成，根系下扎較深，淹水天數(shù)分別低于4 d和6 d的處理后對上部葉片影響較小，其LAI受到的影響相對較小，抽雄吐絲期淹水的LAI與CK間的差異已不顯著，但如果抽雄吐絲期淹水高于4 d或灌漿期淹水高于6 d處理，因當(dāng)時(shí)天氣還比較炎熱，導(dǎo)致澇水水溫較高，長時(shí)間淹水使植株上部葉片也容易變黃死亡，對夏玉米LAI的影響也比較大。按各生長期淹水20 d后與同期CK相比，苗期、拔節(jié)期、抽雄吐絲期和灌漿期淹水使平均分別下降35.10%～80.71%、10.90%～97.77%、4.40%～74.17%、-1.14%～50.98%。到夏玉米收獲前10 d觀測，與CK相比，最終苗期、拔節(jié)期、抽雄吐絲期和灌漿期淹水使平均分別下降-7.91%～37.31%、12.78%～96.47%、3.97%～85.74%、-1.14%～50.98%。

2.4 對穗部性狀及產(chǎn)量的影響

由表2可以看出，淹水時(shí)期與歷時(shí)對夏玉米的禿尖長無顯著影響，而對其他性狀具有一定的影響，其影響程度與淹水發(fā)生時(shí)期與歷時(shí)有關(guān)。在苗期發(fā)生淹水，有效穗數(shù)、果穗長、穗位高、穗粒數(shù)、百粒重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量隨淹水歷時(shí)的增加呈降低趨勢，淹水超過2 d的處理對果穗長、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量影響顯著，淹水超過6 d的處理對有效穗數(shù)、穗位高和百粒重影響顯著，淹水超過8 d的處理對穗粒數(shù)影響顯著；在拔節(jié)期發(fā)生淹水，有效穗數(shù)、果穗長、果穗粗、穗位高、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量隨淹水歷時(shí)的增加呈降低趨勢，淹水超過2 d的處理對果穗長、果穗粗、穗位高、穗粒數(shù)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量影響顯著，淹水超過4 d的處理對有效穗數(shù)、行粒數(shù)、百粒重和生物產(chǎn)量影響顯著；在抽雄吐絲期發(fā)生淹水，有效穗數(shù)、果穗長、穗位高、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量隨淹水歷時(shí)的增加呈降低趨勢，淹水超過2 d的處理對百粒重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量影響顯著，淹水超過4 d的處理對果穗長影響顯著，淹水超過6 d的處理對有效穗數(shù)、果穗粗、行粒數(shù)和穗粒數(shù)影響顯著；在灌漿期發(fā)生淹水，僅有百粒重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量隨淹水歷時(shí)的增加呈降低趨勢，淹水超過2 d的處理對百粒重和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量影響顯著，淹水超過4 d的處理對生物產(chǎn)量影響顯著。通過對不同處理的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的方差分析及顯著性檢驗(yàn)表明，苗期淹水減產(chǎn)5.9%～31.78%，5處理平均減產(chǎn)18.36%；拔節(jié)期淹水減產(chǎn)5.32%～96.56%，5處理平均減產(chǎn)48.41%；抽雄吐絲期淹水減產(chǎn)6.80%～71.19%，5處理平均減產(chǎn)35.05%；灌漿期淹水減產(chǎn)3.29%～23.96%，5處理平均減產(chǎn)12.51%；當(dāng)苗期、拔節(jié)期和抽雄吐絲期淹水超過4 d，灌漿期淹水超過6 d，均會(huì)造成顯著減產(chǎn)，其減產(chǎn)率分別為12.30%、15.58%、18.23%和11.85%，其中：拔節(jié)期淹水10 d產(chǎn)量幾乎絕收，由此可見，玉米對澇漬生育期敏感程度由大到小分別為拔節(jié)期、抽雄吐絲期、苗期和灌漿期。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，苗期淹水減產(chǎn)的主要原因在于有效穗減少和百粒重降低的雙重作用，拔節(jié)期淹水減產(chǎn)的主要原因在于每穗粒數(shù)減少，抽雄吐絲期淹水減產(chǎn)的主要原因在于每穗粒數(shù)和百粒重降低的雙重作用，灌漿期淹水減產(chǎn)的主要原因在于百粒重降低。

3 結(jié) 論

(1)拔節(jié)期淹水對玉米的株高和莖粗影響最大，苗期次之，且隨著淹水歷時(shí)的增加呈降低趨勢，苗期淹水前期雖對株高和莖粗影響較大，但澇漬解除后經(jīng)過補(bǔ)償，影響有所減小。抽雄吐絲期淹水前期對株高和莖粗有影響，但澇漬解除后經(jīng)過補(bǔ)償影響已不顯著。到夏玉米收獲前10 d觀測，同CK相比，苗期、拔節(jié)期和抽雄吐絲期淹水使株高平均分別降低0.48%～18.76%、1.22%～36.18%、3.06%～6.83%。苗期和拔節(jié)期淹水使莖粗平均分別降低2.23%～20.01%、1.31%～44.79%。

表2 淹水時(shí)期與歷時(shí)對玉米穗部性狀及產(chǎn)量的影響(2012-2014年)Tab.2 Effect of waterlogged timing and duration on ear character and yield of summer maize(2012-2014)

注：同列內(nèi)小寫字母不同表示顯著差異(P<0.05)。

(2)不同淹水處理LAI的變化趨勢與株高相似，拔節(jié)期淹水對LAI的影響最大，其次是苗期、抽雄吐絲期和灌漿期，且LAI隨著淹水歷時(shí)的增加逐漸降低，按各生長期淹水20 d后與同期CK相比，苗期、拔節(jié)期、抽雄吐絲期和灌漿期淹水使平均分別下降35.10%～80.71%、10.90%～97.77%、4.40%～74.17%、-1.14%～50.98%。澇漬解除后經(jīng)過補(bǔ)償，到夏玉米收獲前10 d觀測，與CK相比，最終苗期、拔節(jié)期、抽雄吐絲期和灌漿期淹水使平均分別下降-7.91%～37.310%、12.78%～96.47%、3.97%～85.74%、-1.14%～50.98%。

(3)從對有效穗數(shù)、果穗長、果穗粗、禿尖長、穗位高、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的穗部性狀及產(chǎn)量影響來看，各生育期除對禿尖長，苗期除果穗粗和行粒數(shù)，抽雄吐絲期除穗位高，其他均有不同程度的影響，灌漿期僅對百粒重有影響，并隨淹水歷時(shí)的增加呈降低趨勢。苗期、拔節(jié)期、抽雄吐絲期和灌漿期淹水分別減產(chǎn)5.9%～31.78%、5.32%～96.56%、6.80%～71.19%和3.29%～23.96%，其淹水歷時(shí)分別超過4、4、4和6 d，均會(huì)造成顯著減產(chǎn)，減產(chǎn)率分別為12.30%、15.58%、18.23%和11.85%，其中：拔節(jié)期淹水10 d產(chǎn)量幾乎絕收。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，苗期淹水減產(chǎn)的主要原因在于有效穗減少和百粒重降低的雙重作用，拔節(jié)期淹水減產(chǎn)的主要原因在于每穗粒數(shù)減少，抽雄吐絲期淹水減產(chǎn)的主要原因在于每穗粒數(shù)和百粒重降低的雙重作用，灌漿期淹水減產(chǎn)的主要原因在于百粒重降低?；谘退蟮挠衩桩a(chǎn)量性狀以及減產(chǎn)率的變化，不難看出，在玉米灌漿期之前均為玉米淹水的關(guān)鍵時(shí)期，應(yīng)及時(shí)采取措施排水降漬，否則會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)。

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