不同淹水时期与历时对夏玉米生长和产量的影响试验研究

俞 建 河(天长市二峰灌溉试验重点站，安徽 天长 239300)

由洪涝、长时降雨、地势低洼及排水条件差引起的涝渍灾害是影响作物产量较为严重的灾害之一。中国约有2/3国土面积存在不同程度的涝害，以黄淮平原和长江中下游最为严重，占全国受灾面积3/4以上[1,2]，玉米是中国种植面积最大的粮食作物，还可以用作饲料及工业原料，其产量高低直接影响我国的粮食安全。但玉米生长期间雨热同步，降雨较多，尤其是强风暴雨或持续降水，往往造成倒伏、茎折和渍涝等灾害。导致玉米产区存在单产不高、总产不稳的现象。已有研究表明，涝渍会引起玉米发生一系列生理生化和形态特征变化，如茎叶生长受到抑制，株高和叶面积指数降低，果穗性状变差，穗粒数减少，千粒重和产量降低。且产量下降幅度与涝渍发生的生育阶段、涝渍程度、涝渍时间长短以及气象因子有关[3-8]。上述的研究结果绝大多数试验是在盆栽条件下进行的，且局限于玉米的某一生育期和某一个年度，因试验环境条件的不同使其试验结果与大田生长状态下的实际情况有较大差异。目前关于大田条件下在不同生育时期渍涝程度对玉米生长发育及产量的影响及其致害机理的研究方面比较薄弱，缺乏洪涝灾害监测评估的依据以及能够在生产上指导的玉米不同生育期灌排管理的适宜指标，不能满足玉米生产需求。为此，本文采用模拟大田条件下的有底测坑试验，从2012年起连续3年进行了不同生育期淹水历时对夏玉米生长发育及产量性状的影响研究，以期为夏玉米农田水分的科学管理、涝渍灾害损失的评估以及提高抗灾减灾能力提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2012-2014年6-9月在安徽省天长市二峰电灌总站提水灌区灌溉试验站的有底测坑中进行，供试品种：2012和2013年为鲁单818，2014年为鲁单981。试验站多年平均气温为15 ℃，日照时数2 047 h，无霜期220 d，平均降水量1 025 mm，平均蒸发量878 mm(E601)。测坑上口面积为2 m×2 m，深度为1.5 m，下部设20 cm的砂石滤层，土层深度为1.2 m，每2排测坑中间设地下廊道，配备完善的供排水装置，可根据需要排除测坑里的地下水。各测坑内土壤为黏壤土，0～100 cm土层平均土壤容重1.46 g/cm3，田间持水量29%(质量含水率)。

1.2 试验处理设计

试验采用随机区组设计，在夏玉米的苗期、拔节期、抽雄吐丝期、灌浆期分别淹水2、4、6、8、10 d，以适宜水分处理(CK)为对照，共21个处理(表1)，重复3次。油菜收后，试验播种前整地时使用N：75 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2作底肥，于当年6月1日贴茬点种玉米，行距50 cm，株距33.3 cm，每坑播种4行，每行6穴，每穴点2粒种子，4～5叶定苗，每穴1株，定植密度为60 000株/hm2。播种后立即灌蒙头水，苗期、拔节期、抽雄吐丝期、灌浆期淹水的开始时间分别为当年6月21日、7月11日、8月1日、8月26日，淹水时的苗期水层深度保持3～5 cm左右，其他期水层深度保持5～10 cm左右，处理期间不设防雨棚，如发生降雨水层深度超过设计深度时，可通过测坑底部自动排水设施排除，当各处理达到设计的淹水时间后，打开测坑底部的排水阀进行排水，直到排除土壤中的渍水为止，测坑底部的排水阀除处理期间关闭外，其余期间为常开状态，对于淹水处理非淹水生育阶段的土壤水分按适宜水分处理的标准进行管理。当处理的土壤水分降至其下限指标时，采用地面灌溉方式灌水，每次灌溉定额均为45 mm。各处理除淹水时间不同外，其他田间栽培管理措施相同，当年9月15日左右开始收获，生长期107 d左右。

表1 夏玉米淹水试验处理设计(2012-2014)Tab.1 Test design of waterlogging treatment for summer maize(2012-2014)

注：适宜水分处理编号为CK, 苗期、拔节期、抽雄吐丝期、灌浆期的土壤相对含水率下限为70%、70%、75%、70%，没有淹水处理的时期均为适宜。

1.3 观测项目与方法

(1)土壤含水量：采用取土烘干法测定，每20 cm土层测定一个数据，测定深度为0～100 cm。每旬第1 d观测，每10 d测定1次，淹水的处理在淹水期间不测定。

(2)生育进程：包括播种期、出苗期、抽雄期、吐丝期、成熟期及收获期，调查标准各小区内植株50%以上达到为记载期。

(3)株高、茎粗与叶面积。每测坑选取生长一致的3株定点挂牌标记，每旬第1 d进行株高、茎粗与叶面积测量。株高采用钢尺进行测量，抽雄前为土面至最高叶尖的高度，抽雄后由土面量至雄穗顶端的高度；茎粗采用游标卡尺测定，抽雄以前测定离地面5～8 cm的横位直径，抽雄期后测定玉米植株地上第三节中部的横位直径；叶面积采用直尺对叶片进行长、宽测量，叶面积=长×宽×系数(展开叶系数为0.75，未展开叶为0.5)。叶面积指数LAI=单株叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积。

(4)考种与测产。夏玉米收获前除去边行，选中间的随机取10个果穗进行考种，测定穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、穗粒数、百粒质量等。经济产量与秸杆重为每测坑单收单打的实测结果，经济产量与秸杆重之和即为生物产量。

(5)数据分析。采用Microsoft Excel2003软件处理数据和制图，运用DPS7.05进行统计分析，并用Duncan新复极差法(SSR)进行各性状的差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 淹水对夏玉米株高的影响

水分是制约夏玉米生长发育最主要的生态因子之一，各生育期不同淹水天数处理夏玉米株高hz随橎种天数tb的变化如图1～图3所示，由图1～图3可以看出，淹水时期与历时对夏玉米株高的影响程度差异较大，随着淹水时期的后移，株高受到的影响逐渐减小，除灌浆期株高已长到应有高度外(播后80 d株高已定型)，其余生育期发生淹水，其株高随着淹水历时的增加呈降低趋势，其中拔节期淹水对玉米株高影响最大，其次是苗期，苗期淹水前期虽对株高影响较大，但涝渍解除后其后期补偿能力较强，影响在逐步减小，抽雄吐丝期淹水前期对株高有影响，但涝渍解除后经过补偿影响已不显著。方差分析表明(LSD法，下同)，苗期淹水发生10 d后(即播后30 d)，S4及以上处理显著低于对照(CK)，其中、S4达显著水平(P<0.05,下同)，S6、S8、S10达极显著水平(P<0.01,下同)，苗期淹水发生60 d后(即播后80 d)，除S8、 S10的株高达极显著水平外，其他处理均不显著，可见，苗期淹水的处理随着生育进程的推进，其株高与CK间的差异逐渐缩小。拔节期淹水发生10 d后(即播后50 d)，J2及以上处理极显著低于对照(CK)，拔节期淹水发生40 d后(即播后80 d)，除J2外、其他处理显著低于对照(CK)，其中、J4达显著水平，J6、J8、J10达极显著水平，由此看出，拔节期淹水对玉米的株高影响最大。抽雄吐丝期淹水发生10 d后(即播后60 d)，除T10的株高达显著水平外，其他处理均不显著，抽雄吐丝期淹水发生30 d后(即播后80 d)，各处理株高已无明显差异，说明抽雄吐丝期淹水对株高影响较小。到夏玉米收获前10 d观测，同CK相比，苗期、拔节期和抽雄吐丝期淹水使株高平均分别降低0.48%～18.76%、1.22%～36.18%、3.06%～6.83%。

图1 夏玉米苗期不同淹水天数处理株高变化过程(2012-2014) Fig.1 Summer maize in seedling stage in different flooding days processing plant height change process(2012-2014)

图2 夏玉米拔节期不同淹水天数处理株高变化过程(2012-2014)Fig.2 Summer maize in jointing stage in different flooding days processing plant height change process(2012-2014)

图3 夏玉米抽雄吐丝期不同淹水天数处理株高变化过程(2012-2014) Fig.3 Summer maize in tasseling stage in different flooding days processing plant height change process(2012-2014)

2.2 淹水对夏玉米茎粗的影响

各生育期不同淹水天数处理夏玉米茎粗a随橎种天数tb的变化如图4、图5所示，由图4、图5可以看出，淹水时期与历时对夏玉米茎粗的影响程度同株高一样差异较大，随着淹水时期的后移，茎粗受到的影响逐渐减小，抽雄吐丝期(播后70 d)及之后茎粗已基本定型，其余生育期发生淹水，其茎粗随着淹水历时的增加呈降低趋势，其中拔节期淹水对玉米的茎粗影响最大，其次是苗期，苗期淹水前期虽对茎粗影响较大，但涝渍解除后经过补偿，影响有所减小。方差分析表明，苗期淹水发生10 d后(即播后30 d)，S4及以上处理显著低于对照(CK)，其中、S4、S6、S8达显著水平， S10达极显著水平，苗期淹水发生60 d后(即播后80 d)，S6及以上处理显著低于对照(CK)，其中、S6达显著水平、S8、S10达极显著水平，可见，苗期淹水的处理随着生育进程的推进，其茎粗与CK间的差异逐渐缩小。拔节期淹水发生10 d后(即播后50 d)，J8及以上处理极显著低于对照(CK)，后来差距进一步扩大，拔节期淹水发生40 d后(即播后80 d)，除J2、J4外、其他处理极显著低于对照(CK)，由此看出，拔节期淹水对玉米的茎粗影响最大。到夏玉米收获前10 d观测，同CK相比，苗期和拔节期淹水使茎粗平均分别降低2.23%～20.01%、1.31%～44.79%。

图4 夏玉米苗期不同淹水天数处理茎粗变化过程(2012-2014)Fig.4 Summer maize in seedling stage in different flooding days processing plant stem diameter change process(2012-2014)

图5 夏玉米拔节期不同淹水天数处理茎粗变化过程(2012-2014)Fig.5 Summer maize in jointing stage in different flooding days processing plant stem diameter change process(2012-2014)

2.3 淹水对夏玉米叶面积指数的影响

各生育期不同淹水天数处理夏玉米叶面积指数b随橎种天数tb的变化如图6～图9所示，由图6～图9可以看出，淹水时期与历时对夏玉米叶面积指数(LAI)的影响同株高和茎粗相似，拔节期淹水对LAI的影响最大，其次是苗期、抽雄吐丝期和灌浆期淹水对夏玉米LAI的影响最小，且LAI随着淹水历时的增加逐渐降低。方差分析表明，苗期淹水处理，当渍涝刚结束后，所有淹水处理均极显著的低于CK，但后期由于补偿生长使得淹水处理的LAI与CK间的差异逐步减小，特别是淹水少于6 d的处理，最后其LAI已恢复到CK水平，与CK间的差异不显著，甚至淹水2 d后处理在淹后80 d后其LAI超过CK。

图6 夏玉米苗期不同淹水天数处理叶面积指数变化过程(2012-2014)Fig.6 Summer maize in seedling stage in different flooding days processing leaf area index change process(2012-2014)

图7 夏玉米拔节期不同淹水天数处理叶面积指数变化过程(2012-2014)Fig.7 Summer maize in jointing stage in different flooding days processing leaf area index change process(2012-2014)

图8 夏玉米抽雄吐丝期不同淹水天数处理叶面积指数变化过程(2012-2014)Fig.8 Summer maize in tasseling stage in different flooding days processing leaf area index change process(2012-2014)

图9 夏玉米灌浆期不同淹水天数处理叶面积指数变化过程(2012-2014)Fig.9 Summer maize in treatment stage in different flooding days processing leaf area index change process(2012-2014)

拔节期淹水处理，当淹水10 d后，淹水大于2 d的处理与CK间的差异达极显著，后因植株倒伏和下部叶片变黄死亡，使差距进一步加大，当淹水20 d后，所有淹水处理均极显著的低于CK，后期由于补偿生长使得淹水处理的LAI与CK间的差异有所减小，特别是淹水少于4 d的处理，最后其LAI与CK间的差异已不显著。抽雄吐丝期和灌浆期淹水处理，因为植株已长成，根系下扎较深，淹水天数分别低于4 d和6 d的处理后对上部叶片影响较小，其LAI受到的影响相对较小，抽雄吐丝期淹水的LAI与CK间的差异已不显著，但如果抽雄吐丝期淹水高于4 d或灌浆期淹水高于6 d处理，因当时天气还比较炎热，导致涝水水温较高，长时间淹水使植株上部叶片也容易变黄死亡，对夏玉米LAI的影响也比较大。按各生长期淹水20 d后与同期CK相比，苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期淹水使平均分别下降35.10%～80.71%、10.90%～97.77%、4.40%～74.17%、-1.14%～50.98%。到夏玉米收获前10 d观测，与CK相比，最终苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期淹水使平均分别下降-7.91%～37.31%、12.78%～96.47%、3.97%～85.74%、-1.14%～50.98%。

2.4 对穗部性状及产量的影响

由表2可以看出，淹水时期与历时对夏玉米的秃尖长无显著影响，而对其他性状具有一定的影响，其影响程度与淹水发生时期与历时有关。在苗期发生淹水，有效穗数、果穗长、穗位高、穗粒数、百粒重、生物产量和经济产量随淹水历时的增加呈降低趋势，淹水超过2 d的处理对果穗长、生物产量和经济产量影响显著，淹水超过6 d的处理对有效穗数、穗位高和百粒重影响显著，淹水超过8 d的处理对穗粒数影响显著；在拔节期发生淹水，有效穗数、果穗长、果穗粗、穗位高、行粒数、穗粒数、百粒重、生物产量和经济产量随淹水历时的增加呈降低趋势，淹水超过2 d的处理对果穗长、果穗粗、穗位高、穗粒数和经济产量影响显著，淹水超过4 d的处理对有效穗数、行粒数、百粒重和生物产量影响显著；在抽雄吐丝期发生淹水，有效穗数、果穗长、穗位高、行粒数、穗粒数、百粒重、生物产量和经济产量随淹水历时的增加呈降低趋势，淹水超过2 d的处理对百粒重、生物产量和经济产量影响显著，淹水超过4 d的处理对果穗长影响显著，淹水超过6 d的处理对有效穗数、果穗粗、行粒数和穗粒数影响显著；在灌浆期发生淹水，仅有百粒重、生物产量和经济产量随淹水历时的增加呈降低趋势，淹水超过2 d的处理对百粒重和经济产量影响显著，淹水超过4 d的处理对生物产量影响显著。通过对不同处理的经济产量的方差分析及显著性检验表明，苗期淹水减产5.9%～31.78%，5处理平均减产18.36%；拔节期淹水减产5.32%～96.56%，5处理平均减产48.41%；抽雄吐丝期淹水减产6.80%～71.19%，5处理平均减产35.05%；灌浆期淹水减产3.29%～23.96%，5处理平均减产12.51%；当苗期、拔节期和抽雄吐丝期淹水超过4 d，灌浆期淹水超过6 d，均会造成显著减产，其减产率分别为12.30%、15.58%、18.23%和11.85%，其中：拔节期淹水10 d产量几乎绝收，由此可见，玉米对涝渍生育期敏感程度由大到小分别为拔节期、抽雄吐丝期、苗期和灌浆期。从产量构成因素分析，苗期淹水减产的主要原因在于有效穗减少和百粒重降低的双重作用，拔节期淹水减产的主要原因在于每穗粒数减少，抽雄吐丝期淹水减产的主要原因在于每穗粒数和百粒重降低的双重作用，灌浆期淹水减产的主要原因在于百粒重降低。

3 结 论

(1)拔节期淹水对玉米的株高和茎粗影响最大，苗期次之，且随着淹水历时的增加呈降低趋势，苗期淹水前期虽对株高和茎粗影响较大，但涝渍解除后经过补偿，影响有所减小。抽雄吐丝期淹水前期对株高和茎粗有影响，但涝渍解除后经过补偿影响已不显著。到夏玉米收获前10 d观测，同CK相比，苗期、拔节期和抽雄吐丝期淹水使株高平均分别降低0.48%～18.76%、1.22%～36.18%、3.06%～6.83%。苗期和拔节期淹水使茎粗平均分别降低2.23%～20.01%、1.31%～44.79%。

表2 淹水时期与历时对玉米穗部性状及产量的影响(2012-2014年)Tab.2 Effect of waterlogged timing and duration on ear character and yield of summer maize(2012-2014)

注：同列内小写字母不同表示显著差异(P<0.05)。

(2)不同淹水处理LAI的变化趋势与株高相似，拔节期淹水对LAI的影响最大，其次是苗期、抽雄吐丝期和灌浆期，且LAI随着淹水历时的增加逐渐降低，按各生长期淹水20 d后与同期CK相比，苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期淹水使平均分别下降35.10%～80.71%、10.90%～97.77%、4.40%～74.17%、-1.14%～50.98%。涝渍解除后经过补偿，到夏玉米收获前10 d观测，与CK相比，最终苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期淹水使平均分别下降-7.91%～37.310%、12.78%～96.47%、3.97%～85.74%、-1.14%～50.98%。

(3)从对有效穗数、果穗长、果穗粗、秃尖长、穗位高、行粒数、穗粒数、百粒重、生物产量和经济产量的穗部性状及产量影响来看，各生育期除对秃尖长，苗期除果穗粗和行粒数，抽雄吐丝期除穗位高，其他均有不同程度的影响，灌浆期仅对百粒重有影响，并随淹水历时的增加呈降低趋势。苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期淹水分别减产5.9%～31.78%、5.32%～96.56%、6.80%～71.19%和3.29%～23.96%，其淹水历时分别超过4、4、4和6 d，均会造成显著减产，减产率分别为12.30%、15.58%、18.23%和11.85%，其中：拔节期淹水10 d产量几乎绝收。从产量构成因素分析，苗期淹水减产的主要原因在于有效穗减少和百粒重降低的双重作用，拔节期淹水减产的主要原因在于每穗粒数减少，抽雄吐丝期淹水减产的主要原因在于每穗粒数和百粒重降低的双重作用，灌浆期淹水减产的主要原因在于百粒重降低。基于淹水后的玉米产量性状以及减产率的变化，不难看出，在玉米灌浆期之前均为玉米淹水的关键时期，应及时采取措施排水降渍，否则会造成严重减产。

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