吕 晓， 战莘晔， 高莉莉， 张兵兵， 吴 航， 梁 涛， 高 全， 金 晨

（1. 中国气象局沈阳大气环境研究所，辽宁 沈阳 110166； 2. 锦州市生态与农业气象中心，辽宁 锦州 121000；3. 鞍山市气象局，辽宁 鞍山 114004）

0 引言

近年来，全球干旱频繁发生而且有日趋严重的态势，同时因受到特定的自然条件和气候条件的影响，我国也极容易受到干旱灾害的影响[1]。作为我国重要的农业生产区，辽宁省自然也不例外，特别是辽宁锦州地区，降水主要发生在春夏，降水强度时空分布不均，使得锦州地区农作物生长极易受春旱和夏旱的影响。

玉米是我国重要的比较耐旱的粮食作物，适合在干旱贫瘠地区种植，但由于玉米对干旱敏感且需水量较大，因此干旱是限制玉米高产稳产的最主要气象灾害。种植玉米的最终目的是收获籽粒产量，干旱对玉米生长发育的影响最终也体现在产量上[2]。在锦州地区，其干旱灾害发生频繁，水分早已成为影响玉米生长发育及产量的主要非生物限制因素[3-4]。如何提高玉米高产稳产已成为锦州地区亟待解决的问题，并且对稳定玉米产量具有十分重要的现实意义。

目前，国内外诸多学者研究了干旱对作物生长发育、产量形成等方面的影响[5-9]。甘雅文等[10]分析了干旱对作物生长机理的影响。任庆成等[11]总结了植物抗旱性研究进展。崔秀妹等[12]、温翠平等[13]和DAI Y J 等[14]通过试验研究发现，作物经受短期或轻度干旱胁迫，其外部形态、内部机理、光合作用会受到负面影响，而如若遭受长期而严重的干旱胁迫，则可通过抑制作物生长引起其外观形态和生物量的变化，进而影响其产量，导致减产甚至死亡。近年来，很多学者开拓了基于作物水分亏缺指数对作物的影响的研究领域[15-19]。

已有的研究多利用盆栽进行试验，较少在大田进行试验。本文基于中国气象局东北地区生态与农业气象野外科学试验站暨辽宁锦州玉米农田生态系统野外观测站，利用大型农田土壤水分控制试验场，应用国内先进的大型移动式遮雨系统和人工模拟降水系统平台，在大田条件下定量控制土壤相对湿度，以解决大田作物水分控制这一难点，模拟锦州地区玉米关键发育期自然渐进干旱的动态变化，拟探究气候变暖背景下干旱对锦州地区玉米生长发育和产量的影响，以期为锦州地区玉米的抗旱栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2020 年在辽宁省锦州市玉米试验田进行（41°49' N，121°12' E），以锦州地区主栽玉米丹玉大田试验为基础，利用国内先进的大型活动遮雨棚在降雨时隔绝雨水，其余时间自然光照。试验设对照（CK）和干旱胁迫（T1、T2、T3、T4）共5 个处理，每个处理设置4 次重复。对照CK 在整个生育期内不进行土壤水分控制，不覆盖遮雨棚，自然降水同大田；T1、T2在拔节期进行土壤水分控制，使其分别达到中旱、重旱的程度后移开遮雨棚；T3、T4 在抽雄期进行土壤水分控制，使其分别达到中旱、重旱的程度后移开遮雨棚[20]。

1.2 测定项目

2020 年6 月15 日至8 月24 日每隔7 d 在每个小区内随机取3 个植株样本，取回实验室测定其株高、总叶数；玉米成熟收获后，待其风干进行室内考种，分别测量玉米的穗部性状并计算玉米的籽粒理论产量。

1.3 数据分析

利用SPSS 和Excel 进行数据处理分析和作图。

2 结果与分析

2.1 株高

利用SPSS 对5 组不同干旱胁迫处理玉米的株高进行单变量单因子方差分析，发现玉米遭受干旱影响后其株高均比未遭受干旱影响的株高变矮，受到负面影响。由图1 可知，T2 在拔节期遭受重度干旱影响后株高较CK 极显著变矮（P=0.007，R2=0.339，R=0.582 2**），T1 在拔节期遭受中度干旱影响后株高较CK 显著变矮（P=0.018，R2=0.274，R=0.523 5*），可见重度干旱对玉米株高的影响大于中度干旱对玉米株高的影响。T3和T4 在抽雄期遭受中度和重度干旱影响后，株高较CK 变矮但是未达到显著性差异（P=0.212，R2=0.085，R=0.291 5；P=0.147，R2=0.113，R=0.336 2），可见玉米在抽雄期遭受干旱影响后玉米株高虽然变矮，但与未遭受干旱影响的玉米株高相比未达到显著性差异，即玉米在抽雄期遭受干旱影响后对株高的负面影响比玉米在拔节期遭受干旱影响后对株高的负面影响要小很多，且干旱程度越严重对玉米株高的负面影响越大，这与前人的研究结果一致。由此可见，玉米植株的生长受干旱影响较大，玉米遭受干旱影响后其植株的生长均受到抑制作用，这可能是因为在生育期间内，干旱使玉米植株日生长量减少，且不同生育期不同程度干旱对玉米植株日生长量减少的程度不同。

图1 拔节期和抽雄期中度和重度干旱胁迫处理对玉米株高的影响Fig. 1 Effects of moderate and severe drought stress on maize plant height at jointing stage and heading stage

2.2 总叶数

利用SPSS 对5 组不同干旱胁迫处理玉米的总叶数进行单变量单因子方差分析，发现玉米遭受干旱影响后其总叶数均比未遭受干旱影响的总叶数显著减少。由图2 可知，T2 在拔节期遭受重度干旱影响后总叶数较CK 极显著变少（P=0.006，R2=0.352，R=0.593 3**），T1 在拔节期遭受中度干旱影响后总叶数较CK 显著变少（P=0.022，R2=0.258，R=0.507 9*），可见重度干旱对玉米总叶数的影响大于中度干旱对玉米总叶数的影响；T3 和T4 在抽雄期遭受中度和重度干旱影响后总叶数较CK 也显著变少（P=0.047，R2=0.201，R=0.448 3*；P=0.012，R2=0.305，R=0.552 3*），可见玉米在抽雄期遭受干旱影响后对总叶数的负面影响比玉米在拔节期遭受干旱影响后对总叶数的负面影响要小很多，且干旱程度越严重对玉米总叶数的负面影响越大。由于玉米叶片是合成光合产物的重要场所，而干旱使得玉米总叶片数减少，对玉米叶片进行光合作用产生负面影响，影响玉米的生长发育，最终的负面影响会体现在玉米产量的减少。

图2 拔节期和抽雄期中度和重度干旱胁迫处理对玉米总叶数的影响Fig. 2 Effects of moderate and severe drought stress on total leaf number of maize at jointing stage and heading stage

2.3 穗部性状

由于玉米不同生育期在其生长过程中所起的作用不同，玉米在生长发育过程中的任何发育期遭受干旱，均会对其穗部性状产生不同程度的影响，从而影响产量[20]。利用SPSS 对5 组不同干旱胁迫处理玉米的穗部性状进行单变量单因子方差分析，发现玉米遭受干旱影响后其穗部性状均比未遭受干旱影响的穗部性状受到显著的负面影响。由表1 可知，果穗长除T1 外，T2、T3、T4 均比CK 极显著减少，T2、T3、T4 与T1 差异显著，T1 与CK、T2 与T3、T4 差异不显著；秃尖比均比CK 极显著增加；果穗粗5 组处理均差异不显著，即玉米在拔节期和抽雄期遭受重度和中度干旱影响后对其果穗粗影响不大；百粒质量除T4 较CK 显著减少外，其余干旱胁迫处理组的玉米百粒质量所受影响均不显著；穗粒质量T1、T2、T3、T4 均较CK 极显著减少。即玉米在拔节期和抽雄期遭受中度和重度干旱影响后对其果穗长、秃尖比、百粒质量、穗粒质量均有不同程度的显著或者是极显著的负面影响。

表1 拔节期和抽雄期中度和重度干旱胁迫处理下平均单株玉米穗部性状比较Tab. 1 Comparison of ear traits of average maize per plant under moderate and severe drought stress at jointing stage and heading stage

2.4 产量

利用SPSS 对5 组不同干旱胁迫处理的玉米籽粒理论产量进行单变量单因子方差分析，发现玉米遭受干旱影响后其籽粒理论产量均比未遭受干旱影响的籽粒理论产量受到极显著的负面影响。由图3 可知，玉米在拔节期和抽雄期遭受中度和重度干旱影响后，玉米籽粒理论产量均较CK 呈现不同程度的极显著减少，且玉米在抽雄期遭受干旱影响后极显著减少的程度较拔节期遭受干旱影响后极显著减少的程度更严重，而且玉米遭受干旱影响的程度越严重玉米籽粒理论产量减少的程度越严重。

图3 拔节期和抽雄期中度和重度干旱胁迫处理对玉米籽粒理论产量的影响Fig. 3 Effects of moderate and severe drought stress on theoretical grain yield of maize at jointing stage and heading stage

3 讨论

玉米在拔节期和抽雄期遭受中度和重度干旱，主要影响玉米株高、总叶片数等植株形态方面的生长发育，以及玉米穗部性状（果穗长、果穗粗、秃尖比、百粒质量、穗粒质量）和籽粒理论产量等玉米产量及其构成。

通过干旱胁迫试验研究干旱条件对玉米生长发育和产量的影响是一种较为直观的方法，但在已有的研究中多采用盆栽或池栽的方式进行试验，较少在大田进行试验。本文在玉米试验大田条件下进行，定量控制土壤相对湿度，利用大型农田土壤水分控制试验场，应用国内先进的大型移动式遮雨系统，以此解决大田作物水分控制这一难点，模拟锦州地区玉米关键发育期自然渐进干旱的动态变化。

本试验再次证实了前人的研究结论，即玉米在生长发育过程中遭受干旱会使其生长发育受阻，而使其穗部性状恶化，最终体现在产量上减产；不同生育期进行不同程度干旱胁迫处理对产量的影响也不尽相同：玉米的株高和总叶片数在拔节期遭受干旱所产生的影响大于在抽雄期遭受干旱所产生的影响，穗部性状和籽粒理论产量在抽雄期遭受干旱所产生的影响大于在拔节期所产生的影响，且干旱程度越严重对玉米生长发育和产量产生的影响越大。

锦州地区易受干旱灾害的影响，在日常工作业务中需要对遭受干旱的玉米产量进行定量评估。本文浅析了干旱对锦州地区玉米生长发育和产量的影响，但由于本试验是在大田取样测量数据而非定株测量，因此测量的数据较定株测量会稍有误差，今后的深入研究中可以考虑改进测量技术。我国目前有关应用作物模型与玉米干旱胁迫影响指标相结合的研究比较少见，今后应继续深入开展基于作物模型的玉米干旱胁迫影响指标的研究，为玉米产量干旱影响评价提供理论基础。

4 结论

利用SPSS 对5 组不同干旱胁迫处理玉米的株高、总叶片数、穗部性状和籽粒理论产量进行单变量单因子方差分析，发现玉米遭受中度或者是重度干旱影响后在同一时期其株高、总叶片数、穗部性状和籽粒理论产量均比未遭受干旱影响的玉米受到不同程度的负面影响。玉米在拔节期遭受干旱影响后对株高和总叶数的负面影响更大，且这种影响随着干旱程度的加深而加大。玉米在拔节期遭受干旱影响后对生长发育的影响大于在抽雄期遭受干旱影响。玉米在拔节期和抽雄期遭受中度和重度干旱影响后对其穗部性状和籽粒理论产量均有不同程度的显著或者是极显著的负面影响，且玉米在抽雄期遭受干旱影响后减少的程度较拔节期遭受干旱影响后减少的程度更严重，玉米遭受干旱影响的程度越严重，玉米籽粒理论产量减少的程度越严重。干旱最终会使玉米产量下降，而且重度干旱对玉米穗部性状的负面影响更严重，玉米减产也更严重；玉米在抽雄期遭受干旱后对玉米穗部性状产生的负面影响更大，即玉米在抽雄期遭受干旱减产程度大于在拔节期遭受干旱的减产程度。