夏玉米不同生育期对干旱胁迫的响应与适应机制

干旱化问题将在全球环境变化下进一步加剧，并可能严重影响玉米。玉米是我国主要粮食和最重要的饲料作物，其重要性日益突出。水分是制约玉米产量的关键因子。为此，本研究利用大型活动遮雨棚对玉米进行了出苗后全程水分控制试验，研究大田条件下玉米不同生育期对不同土壤水分（包括水分充足well-watered, WW;适度干旱moderately stressed,MS;和严重干旱severely stressed,SS）的响应及适应机制。研究结果表明： 在吐丝和籽粒形成期，Ms对叶片相对含水量和相对电导率的影响没有达到显著或极显著水平，而SS则极其显著地降低叶片相对含水量和增加质膜透性。并且干旱胁迫下，夏玉米生育进程中保护酶SOD、POD和CAT活性基本呈现一致下降的态势，膜脂过氧化作用增强。短期干旱胁迫对SOD）和POD（在第十三叶期）保护酶有一定的激发效应，但此效应维持不长，其后骤降。 干旱会引起叶绿素a，b含量及总叶绿素含量的减少。MS下营养阶段的叶绿素含量没有明显变化，但随着MS的延续，叶绿素含量在生殖阶段显著降低。而SS的叶绿素含量最初就呈现降低并逐渐扩大。另外，在干旱胁迫下叶净光合速率(PN)和蒸腾速率(E)的降低因干旱强度和时间以及发育阶段而异，而且Ss所引起的不利影响更为凸现。SS显著降低营养和生殖阶段的水分利用效率( WUE)，然而MS基本导致前中期WUE增加，后期则减少。 土壤干旱胁迫下，绿色LAI明显降低，特别是生殖时期最高穗位叶面积显著降低：地上部生物量积累在各生育期均为减少。而且，干旱显著减少各生育期的根干重，但MS对第十八叶期(V18)的根干重有短期的促进作用。干旱胁迫下，根冠比在不同生育时期有增有减。MS对第十七叶期(V17)的叶面积、抽雄吐丝出现、叶片展开、最终叶片数以及收获指数影响不大，但其却显著减少各阶段株高、叶面积（第十七叶期除外）、茎粗和生物量积累。随着MS的延续，产量性状诸如穗粒数、百粒重均为降低，而SS对各生育阶段所有生长特性、产量性状及收获指数的影响都较MS更为不利。 生育前期遭遇干旱，可使叶片展开明显迟缓，并且最终叶片数减少。尤其SS减少最终叶片数1～2片，并且延迟抽雄4—5 d，吐丝4—5 d，从而可能导致成熟期推迟。 植物器官的营养吸收动态在短期干旱作用和长期作用之间有所不同。而且P和K元素的积累方式也有别。基本上，干旱胁迫显著降低植物器官在不同生育期的全P和K元素的吸收，尽管后期一些器官诸如叶、鞘和茎等的吸收有所增加，特别是干旱严重影响了根的吸收能力，而且SS较MS对全P.K吸收影响更甚。总之，干旱所导致的生物量减少与植物器官的全P、K吸收的减少是相伴而生的。 与WW相比较，MS和SS的产量两年内分别降低了20,4%—26,1%和59.2%～84.5%，穗粒数分别降低了12.1%～19.7%和39,8%～88.1%，以及百粒重分别降低了2.1%~2.7%和17.7%—46,9%。研究进一步表明，干旱胁迫对多数玉米籽粒的营养品质有利。与WW相较而言，N含量、可溶性总糖、可溶性还原糖、Zn. Ca. Cu. Mg和Mn元素在MS下分别提高了5.9%，39-0%，97.5%，12.1%，4.4%，7.5%，6.1%和2.9%，而在SS下则分别提高了8.6%，99.3%，300.0%，27.8%，24.0%，1 5.3%，9.8%和7.9%。但是，一些玉米籽粒的营养品质诸如淀粉、P和K含量却受到干旱胁迫的不利影响，与WW相比较，MS使籽粒淀粉、P和K含量分别降低了8.3%．12.6%和3.7%，而SS则分别降低了33.3%, 14.6%和18.6%。粗脂肪含量则表现有所不同，与WW比较而言，MS对之有利，2年平均增加9.2%，而SS对之不利，2年平均减少11.3%。 总之，玉米生理生态特征、地上部各部分干物质生产、根系生长、营养吸收、产量性状、营养品质对干旱胁迫的响应和适应不仅依赖于干旱的严重程度（包括强度和时间），而且也依赖于玉米发育阶段。本研究认为，在半湿润地区水分缺乏的条件下，有限灌溉（最低土壤相对含水量55%士5%）在营养阶段抽雄前实施可行。

施磷对夏玉米土壤硝态氮、吸氮特性及产量的影响

研究不同施磷水平对夏玉米生长期土壤硝态氮时空分布、累积量及玉米籽粒产量的影响,为夏玉米合理施肥提供参考依据。【方法】采用田间小区试验,在施磷水平分别为0,60,120和180 kg/hm2时,研究施磷对夏玉米产量及土壤氮素吸收累积的影响。【结果】在0~110 cm土层,随土壤剖面深度的增加,土壤硝态氮含量逐渐降低,0~30 cm土层明显高于30~110 cm土层且变幅较大,施磷肥能显著降低土壤硝态氮含量。随夏玉米生育期推进,0~110 cm土层硝态氮累积量呈先降低后升高的趋势,于灌浆期达到最低值;当施磷水平为120 kg/hm2时,成熟期0~110 cm土层硝态氮累积量低于施磷60和180 kg/hm2的处理;施磷肥能显著增加玉米籽粒产量、籽粒吸氮量及氮收获指数,均以施磷水平为120 kg/hm2时最高。【结论】在施氮基础上施用磷肥,有利于提高玉米籽粒产量,促进作物对氮素的吸收累积,减少土壤中硝态氮的累积及向更深土层中的运移量。

氮磷肥配施对夏玉米土壤含水量及水分利用效率的影响

随土壤剖面深度的增加,土壤含水量逐渐降低,上层土壤含水量变幅大于下层。在同一氮肥水平下,夏玉米各生长期内0~50 cm土层含水量呈施磷处理高于不施磷处理,50~110 cm土层则反之。苗期—拔节—灌浆—收获期0~110 cm土壤蓄水量呈升高—降低—升高趋势;苗期呈氮磷配施处理高于单施氮肥处理,其它生长期氮肥与磷肥水平为120 kg/hm2配施处理最高;表层50 cm土层蓄水量均呈现氮磷配施处理高于单施氮肥处理,50~110 cm土层则反之。氮磷配施能显著提高产量及水分利用效率,二者均以配施磷肥120 kg/hm2处理最高;当施磷量超过120 kg/hm2后,产量和水分利用效率反而有下降趋势。

夏玉米低定额畦灌田间试验研究

为了合理利用水资源,探索实现低定额均匀灌溉的适宜方法和技术路线,设计作物高效用水的有限灌溉制度,在陕西省杨凌区中壤土玉米地开展了不同畦田规格和灌水定额对土壤水分及玉米产量影响的田间试验。结果表明:对于田面坡度一定的试验田块,入畦单宽流量在3～6lm/s范围内,畦田宽度在4m以内时,各处理小区的土壤平均含水量无显著性差异,但畦田内土壤水分分布却有不同差异,当畦宽2～3m,畦长50m时可达到较高灌水效率(Ea>80%)和灌水均匀度(DU>80%);玉米拔节-抽雄期的灌水定额处理对玉米的生长存在明显影响;不同灌水定额对作物产量、水分利用效率影响显著。

施肥对干旱胁迫下夏玉米根系提水的调节作用研究

以耐旱性玉米品种郑单958号为材料,采用两室分根土培装置,通过时域反射计(TDR)对上下土层土壤含水量进行控制和观测,研究施肥对干旱胁迫条件下玉米根系提水作用的影响.结果表明,玉米根系在土层上干下湿条件下(即上下层土壤存在一定水势差时)存在明显提水作用;玉米根系提水量在整个生育期呈单峰变化,并以吐丝期最大;上层土壤施肥可以调节玉米根系提水作用强弱,整个生育期根系总提水量表现为NP配施>单施P>CK>单施N,NP配施处理全生育期单株提水量(1 948.6 g)分别是单施P处理、CK和单施N处理的1.5倍、3.1倍和3.5倍.玉米整个生育期根系总提水量与收获期不同层次根系干重和体积存在极显著正相关关系,也与其地上部分生物量和籽粒产量呈极显著或显著正相关关系.可见,玉米根系的提水作用强弱因生育期和施肥处理而变化,施肥主要通过影响根系生长来调节其提水作用;在一定水分环境条件下,玉米根系提水作用能促进作物生长,提高其籽粒产量.

长期水分胁迫下氮、钾对夏玉米叶片光合特性的影响

采用2种不同夏玉米基因型(陕单9号,抗旱品种;陕单911,不抗旱品种)的盆栽试验,研究了长期水分胁迫下氮、钾对各生育期叶片净光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量的影响,旨在从光合生理特性揭示这些因子的抗旱机理。结果表明,长期水分胁迫下叶片净光合速率,蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度(除成熟期)和叶绿素含量显著降低,不抗旱品种降幅更甚。抗旱品种的净光合速率和叶绿素含量大于不抗旱品种,而蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度则相反。两品种苗期光合作用较弱,净光合速率和叶绿素含量均较低,抽雄期达到高峰。施氮能不同程度降低水分胁迫下玉米叶片的蒸腾速率,增加叶绿素含量.提高净光合速率,从而减缓水分胁迫对光合作用的伤害。随氮肥用量增加,不抗旱品种净光合速率和叶绿素含量显著升高,蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度明显降低,两种氮肥用量间有显著差异;抗旱品种在低氮用量时效果显著,但高低氮用量间无显著区别。钾对受水分胁迫的玉米表现出比氮肥更突出的效果。相反,在适量供水条件下,氮、钾肥的作用明显下降。以上结果表明,适当用量的氮、钾肥可以有效地改善水分胁迫下作物叶片的光合特性,从而增强作物的抗旱性。

施氮对半湿润农田夏玉米冠层氮素及叶绿素相对值(SPAD值)垂直分布的影响

以半湿润地区土垫旱耕人为土为供试土壤,采用田间试验,研究了不同施氮水平下夏玉米(Zeamays L.)拔节期、灌浆期和成熟期3个生育期冠层叶片氮素、叶绿素相对值(SPAD值)的垂直分布规律及其差异;同时对各层叶片含氮量、SPAD值与施氮量进行相关分析。结果表明,在各生育期不同叶层叶片含氮量按上、中、下层顺序呈明显递减规律,从全生育期不同施氮处理看,上层比中层增加6.64%,中层比下层增加5.18%。随施氮量增加,中上层叶片含氮量差异增大,中下层叶片含氮量差异减小。冠层内叶片SPAD值垂直分布规律与叶片含氮量分布规律相类似。相关分析表明,全生育期各层叶片SPAD值与叶片含氮量呈极显著线性正相关关系(R=0.503**)。进一步分析发现,各层叶片SPAD值、叶片含氮量与施氮量的相关性以上层叶关系最为密切,揭示了夏玉米氮素营养诊断的较好叶片是上层叶位。

新型土壤改良剂对夏玉米生理生长特性的影响

通过大田玉米试验,验证新型土壤改良剂对夏玉米生育期土壤水分、紧实度及玉米生理生长特性的影响。结果表明,施用改良剂PJG和PFL夏玉米全生育期平均株高、叶面积分别高于对照20.7%、19.75%和51.88%、72.37%;2种改良剂对干物质积累的影响存在差异,影响效果依次为茎干重>叶干重>根干重。夏玉米光合速率和叶绿素含量受土壤改良剂影响较大,PJG和PFL分别高于对照29.96%、24.48%和73.36%、68.53%。在0~10 cm土层内,施用PJG和PFL后土壤紧实度分别低于对照44.44%和42.91%。施用改良剂PJG后,0~20 cm土层土壤含水量维持在田间持水量的77.9%左右,未施用改良剂土壤,夏玉米生育期表层土壤含水量起伏变化较大。土壤改良剂PJG在夏玉米的施用效果略好于PFL。

秸秆覆盖量对夏玉米产量影响的试验研究

通过对夏玉米在露天和干旱棚控水2种土壤水分状况下生长状况的观测,发现秸秆覆盖夏玉米有明显增产效应,作物水分利用效率均得到了不同程度提高。通过对0、3000、6000、9000、12000 kg/hm2五种处理下玉米状况的对比,得出6000 kg/hm2为渭河平原地区最适宜夏玉米田秸秆覆盖量。在6000 kg/hm2覆盖量下,露天小区夏玉米可增产5.61%。试验证明,渭河平原地区秸秆覆盖夏玉米,增产潜力大,是一种值得推广的玉米增产措施。

夏玉米冠层叶片表观自由空间的差异研究

叶片自由空间在环境与冠层养分交换间具有重要作用,是目前植物营养学研究的重要领域之一。通过盆栽试验,以不同株型夏玉米为试材,研究了不同施氮水平(N 0、0.15和0.30 g/kg)下玉米冠层叶片表观自由空间(AFS)的差异。结果表明,不同生育期叶片AFS差异极显著(P<0.01),表现为随生育期推进,叶片AFS、生物量和全氮含量均逐渐降低;除成熟期,其它各生育期品种与施氮水平对叶片AFS的影响均存在显著的交互作用。施氮对叶片生物量的影响不显著,但施氮后叶片全氮含量显著增加。不同施氮水平下,植株冠层叶片AFS也存在显著差异,中量施氮处理(即N 0.15 g/kg)植株叶片AFS值(9.49)明显高于不施氮处理(9.03),但随施氮量进一步增加,叶片AFS下降,施氮量为N 0.30 g/kg时,叶片AFS为8.62;不同施氮水平各生育期不同叶层间叶片AFS、生物量和全氮含量差异显著(P<0.05)。不同品种间叶片全氮含量和AFS存在显著差异(P<0.05),以紧凑型品种陕单902叶片AFS最大,平均为9.24,显著高于其它品种;中间型品种农大108与平展型品种陕单9号间差异不显著,二者平均分别为9.06和8.85...

半湿润农田杂草及施氮对夏玉米产量及氮素利用的影响

以土垫旱耕人为土为供试土壤,采用大田试验,研究了半湿润农田两种杂草处理方式下(成熟后期清除杂草-A区和苗期开始清除杂草-B区),不同施氮量对夏玉米产量及氮素利用效率的影响。结果表明,当施氮量为0、45、90、1351、80 kg/hm2时,B区玉米子粒产量比A区分别增加了8.7%、12.1%、9.4%、5.0%和12.5%;吸氮量分别增加了1.5、2.9、4.85、.2和4.3 kg/hm2。A区和B区全生育期0—100 cm土层矿质氮(Nmin)累积量变化趋势基本一致,但B区比A区变幅较大。当施氮量为45、90、135和180 kg/hm2时,B区氮肥利用率、氮肥农学利用率、氮肥生理利用率均高于A区。研究还发现,在A区,当施氮量为180 kg/hm2时,杂草干生物量最大,为1518.3 kg/hm2,不施氮时,杂草的生物量最低,为845.7 kg/hm2;杂草的吸氮量随施氮量的增加而增加。可见,清除玉米农田杂草不仅可以提高作物产量和氮肥利用率,而且在减少氮素损失方面具有一定作用。

秸秆覆盖量对农田土面蒸发的影响

为研究秸秆量与夏玉米农田保墒效果之间关系,【方法】结合小区试验和微型蒸发皿定量观测,研究了0、0.6、0.9、1.2 kg/m24种不同秸秆覆盖量对农田土面蒸发的影响规律。【结果】试验表明在无种植情况下,秸秆覆盖大于0.6 kg/m2时,能明显影响和保持0￣50 cm土层的土壤含水量。秸秆覆盖量大于0.9 kg/m2时,保墒效果不再明显增加。结合干旱小区玉米试验发现,秸秆覆盖量在0.6￣0.9kg/m2范围时,玉米增产效果明显。【结论】秸秆覆盖量为0.6￣0.9 kg/m2范围时,可获得较好的保水和增产效果。

半湿润地区农田夏玉米氮肥利用率及土壤硝态氮动态变化

以土垫旱耕人为土为供试土壤,通过田间试验,研究了不同施氮量下(0、45、90、135和180 kg.hm-2)夏玉米生育期土壤剖面NO3--N的变化特征、氮素利用率及施氮量与土壤NO3--N残留的关系.结果表明:在整个生育期内,土壤NO3--N含量均以0~20 cm土层最高,且施氮量越高,NO3--N含量也越高;0~60 cm土层NO3--N含量变化显著,60~100 cm土层NO3--N含量变化不大.夏玉米整个生育期,受玉米对氮素的需求和降雨的影响,0~100cm土层NO3--N累积量呈波动式降低趋势;当施氮量小于135 kg.hm-2时,作物氮肥利用率随施氮量的增加而显著提高,但当施氮量超过135 kg.hm-2时呈下降趋势.氮肥农学利用率随施氮量的增加而减小,氮肥生理利用率随施氮量的增加而递增.土壤中残留NO3--N与施氮量呈极显著正线性相关关系(R2=0.957**,n=5);施氮处理籽粒产量显著高于不施氮处理(P<0.05);施氮量与籽粒产量呈极显著正线性相关关系(R2=0.934**,n=5).在本试验条件下,夏玉米生长季适宜施氮量为135 kg.hm-2.该施氮水平可保证效益和环境的双赢.

Ocorrência e dinâmica populacional de insetos-pragas e predadores associados às culturas de nabo forrageiro e milho em sistemas de plantio direto, em Chapadão do Sul, MS

Pós-graduação em Agronomia (Entomologia Agrícola) - FCAV