题目:拔节期高温干旱复合胁迫对夏玉米生长发育的影响
作者为吕梦薇、胡笑涛、范晓懂、汝晨,单位为西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室(陕西杨凌)。研究发表于期刊《干旱地区农业研究》(agricultural research in the arid areas),2022年第40卷第6期,文章编号1000-7601(2022)06-0082-08,DOI为10.7606/j.issn.1000-7601.2022.06.09。
玉米是中国最重要的粮食作物,不仅是主要的饲料来源,也在食品和轻工业中占据重要地位。然而,近年来全球气温的持续上升及气候异常现象的加剧,使得高温和干旱对作物生产带来巨大威胁。据气候模型预测,高温和干旱的不利叠加效应正显著降低植物产量。对夏玉米而言,生育期间易遭受高温热害和伏旱,尤其是拔节期是其生长发育的重要阶段,也是高温和干旱胁迫的高发时期。然而,尽管国内外学者已对高温或干旱单一因素胁迫的影响展开广泛研究,但针对拔节期高温与干旱复合胁迫对夏玉米影响的研究较少。因此,本研究在模拟高温干旱复合胁迫环境下对夏玉米生长特性进行了深入探讨,目的是明确高温与干旱叠加对玉米光合作用、叶绿素含量、株高及干物积累的影响,为抗逆农业栽培与管理提供理论依据。
研究采用盆栽试验方法,通过人工气候室模拟高温和干旱环境。实验设置了两种温度梯度:常温(29℃/20℃)与高温(36℃/27℃);在每种温度条件下,进一步设置了适宜水分(70%-80%fc)、轻度干旱(55%-65%fc)和重度干旱(40%-50%fc)水平,最终形成6种处理组合(t0w0、t0w1、t0w2、t1w0、t1w1、t1w2)。每个处理设15次重复,共计90盆玉米。
试验区域为陕西杨凌农业高新技术示范区,气候条件为半湿润易旱区,年均气温12.5℃,年均降水量635mm。供试玉米品种为‘郑单958’,实验栽培采用壤土,每盆加入18kg过筛土壤。
实验数据使用Origin 2018软件进行统计分析,采用Duncan方法比较处理之间差异,并进行双因素方差分析以评估温度和水分、水分交互作用的显著性水平。
实验发现,在拔节期高温与干旱复合胁迫结束后,净光合速率(pn)在不同处理下明显下降,t1w2处理的pn较t0w0处理下降57.13%,而spad值下降43.19%。同一水分条件下,高温胁迫的植株光合参数各项指标显著低于常温处理;而在相同温度情况下,随干旱程度加深,pn值显著降低。这表明,高温和干旱的叠加作用对光合作用具有显著的抑制作用。
玉米叶片spad值在胁迫处理后整体下降,其减少幅度因高温和干旱的强度而异;复水后,spad值有所恢复,但最终仍比对照组减少许多。这强调了高温干旱复合胁迫对叶片叶绿素产生了持久性负面影响。
玉米株高在拔节期高温干旱胁迫条件下显著减少,其中t1w2处理较t0w0降低17.06%;这种负面影响在抽雄期和灌浆期继续加剧,灌浆期结束后t1w2处理的株高比对照下降35.22%。可见,此种复合胁迫对株高的抑制作用不仅显著,还具有不可恢复性。
胁迫处理后,玉米地上部分干物质量显著减少,t1w2处理较t0w0处理减少59.60%。茎、叶和穗均有所下降。高温干旱复合胁迫进一步加剧了单一胁迫对地上干物积累的不利影响。此外,产量指标受到较大影响,如穗粒重在t1w2处理下减少63.53%,百粒重降低10.09%。
总体结论:拔节期高温干旱复合胁迫对玉米光合作用、株高、干物积分配及产量构成产生全方位的不利影响,其危害程度远高于高温或干旱单因素胁迫。
农业管理启示:研究表明,在高温胁迫条件下补充适宜水分(70%-80%fc)可显著缓解复合胁迫影响,降低玉米光合作用及产量的损失;因此,灌溉管理是应对高温干旱胁迫的重要措施。
科学意义:本研究为实现夏玉米稳产高产提供了重要理论依据,也是揭示高温干旱复合胁迫对玉米生长生理机制的关键一步。
本研究进一步强调,应对全球气候变化对农业生产的影响,迫切需要提高作物抗逆性,并开展多维度实验研究以揭示高温干旱叠加胁迫的复杂调控机制,从而指导优良作物品种的选择和优化种植模式的制定。