水環(huán)境對玉米生長的影響

蘆玉++劉宇

摘要：水環(huán)境會影響玉米各個(gè)階段的生長發(fā)育，是影響玉米產(chǎn)量的重要因素之一。本文作者通過長期實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)總結(jié)得出適宜玉米生長的水環(huán)境，分析研究災(zāi)害水環(huán)境對玉米產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，為提高畝產(chǎn)量提供依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境；洪澇災(zāi)害；玉米

中圖分類號： S513 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.02.003

水分是影響作物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子，在農(nóng)作物整個(gè)生育進(jìn)程中，適宜的水分供應(yīng)在一定意義上決定其產(chǎn)量及質(zhì)量的提高[1]。玉米是我國重要的糧食作物之一，其生長受水環(huán)境的脅迫作用比較明顯，水環(huán)境已成為世界范圍內(nèi)影響玉米發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的最主要因素。近幾十年來我國學(xué)者在水環(huán)境對玉米生長的影響這一研究方面取得了很大進(jìn)展。于文穎等[2]對玉米進(jìn)行水分脅迫及復(fù)水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同生育期水分脅迫及復(fù)水對玉米光合特性及水分利用效率的影響。張歲岐等[3]通過探討不同灌溉制度對玉米根系生長和水分利用效率的影響，得出合理灌溉可以優(yōu)化玉米根系分布特性以提高玉米吸水能力和水分利用效率的結(jié)論。蘇■等[4]利用盆栽法模擬多變低水環(huán)境下，作物產(chǎn)量及水分利用效率的變化。彭勃等[5]利用分子標(biāo)記技術(shù)結(jié)合不同水分環(huán)境下產(chǎn)量構(gòu)成因子和籽粒相關(guān)性狀的表型鑒定及逐步聯(lián)合的QTL定位方法，探討產(chǎn)量構(gòu)成因子和籽粒相關(guān)性狀在不同水分環(huán)境下的遺傳基礎(chǔ)，為玉米分子育種與相關(guān)基礎(chǔ)研究提供參考。

本文作者通過長期實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)總結(jié)得出適宜作物生長水環(huán)境狀況，從降雨量與大氣中水分狀況、地表水與土壤中的水分狀況、地下水狀況三個(gè)方面給出不同狀況下的具體數(shù)值范圍，并分析災(zāi)害水環(huán)境對玉米產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，為提高單畝產(chǎn)量提供依據(jù)參考。

1適宜玉米生長的水環(huán)境

影響作物生長的水分環(huán)境可分為：一是降雨量與大氣中水分狀況；二是地表水與土壤中的水分狀況；三是地下水狀況。不同作物對水分的需求不同，其最適合生長的水分環(huán)境也有差異，即作物具有自己特有的需水規(guī)律，通過長期實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)總結(jié)得出玉米的需水規(guī)律如下。

1.1降雨量與大氣中水分狀況

降雨量，玉米生育期內(nèi)如遇連續(xù)日降雨大于50毫米，降雨強(qiáng)度大于田間排水能力，容易發(fā)生內(nèi)澇。玉米最適宜的連續(xù)日降雨量為10～30毫米，此時(shí)玉米的根系層可完全吸納所降雨量，基本上不產(chǎn)生徑流，有利作物對水分的吸收，利于玉米的生長。

玉米生長需要適宜的空氣濕度。大氣中含水氣多少，可用相對濕度表示，玉米生長期最適宜的空氣相對濕度50%～70%，當(dāng)空氣相對濕度小于30%時(shí)，花粉粒因失水而失去活力，花柱易枯萎，難于授粉、受精，不利玉米生長；相對濕度大于80%時(shí)，空氣處于潮濕狀態(tài)，玉米生長減弱，并容易發(fā)生病蟲害。

降雨量和大氣中水分狀況皆是不受人們控制的，其造成的不利影響無法抗拒，但可通過人為活動(dòng)去進(jìn)行改變，保證玉米穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。發(fā)生洪澇災(zāi)害時(shí)可采取工程措施排除農(nóng)田多余的水分；大氣相對濕度過低時(shí)，可適時(shí)對作物進(jìn)行灌溉降溫，增加土壤含水量，滿足作物蒸騰加速需要的水分；適當(dāng)調(diào)節(jié)播期，保證授粉、受精、籽粒的形成。

1.2地表水與土壤中的水分狀況

暴雨會產(chǎn)生地表積水，如排放不及時(shí)則會產(chǎn)生內(nèi)澇。地表積水不超過3厘米時(shí)，土壤可在24小時(shí)內(nèi)全部吸收；積水深度超過3厘米就會形成內(nèi)澇，內(nèi)澇的破壞程度受內(nèi)澇積水歷時(shí)長短、玉米生育階段的影響。

土壤中的水分狀況。土壤水分含量對玉米發(fā)育有著直接的影響，其影響程度大于空氣相對濕度。因?yàn)槌柟猓ê苌僮兓┲?，作物生長所需的養(yǎng)分和水分供給都在土壤中由水輸送，且土壤水分變化是影響土壤中水、汽、溫、熱、微生物變化的主要因素，適宜的土壤濕度才能滿足玉米生長發(fā)育的需要。

作物生長過程是作物通過光合作用積累碳水化合物的過程。當(dāng)土壤水分不足時(shí)，作物得不到最佳的光合作用，積累物質(zhì)減少，影響了作物根、莖、葉的生長，直接影響作物產(chǎn)量。當(dāng)土壤水分過多時(shí)，土壤中的孔隙被水分填充，土壤中的空氣被擠出，好氣類微生物死亡，導(dǎo)致土壤中養(yǎng)分不能分解。土壤中缺乏空氣，根系不能呼吸，作物無法生長。最終輕則葉片枯黃無法進(jìn)行光合作用，嚴(yán)重葉片、根系、植株凋萎而逐漸死亡。

根據(jù)灌溉試驗(yàn)得出：土壤相對濕度小于60%，不利玉米出苗，而大于100%則延緩玉米生長；玉米最優(yōu)的土壤適宜濕度在60%～90%間，如果高于或低于最佳值，玉米生長將受到影響，如表1所示。

表1 玉米生長期適宜土壤濕度（占田間持水量百分比%）

1.3地下水狀況

地下埋深是地下水環(huán)境重要環(huán)節(jié)指標(biāo)。地下水埋深超過4米時(shí)，玉米根系無法吸收土壤中的水分，在無雨的情況下玉米處于干旱狀態(tài)。地下水埋深小于0.5米時(shí)，地下水長期補(bǔ)給土壤，會造成地表蒸發(fā)加劇，導(dǎo)致土壤鹽堿化。由此，地下水埋深為1～3米最有利玉米根系對水分的吸收。

2災(zāi)害水環(huán)境對玉米生長的危害

當(dāng)區(qū)域遭遇持續(xù)性暴雨、特大暴雨或灌溉過度等情況時(shí)，可能發(fā)生地面水、地下水位補(bǔ)給過度、異地地面水侵入等現(xiàn)象，致使土壤水分過多，玉米長期處于不適宜的水環(huán)境中，影響作物的生長。

2.1危害機(jī)理

土壤水分過多對玉米危害主要表現(xiàn)：一是土壤水長期處于飽和狀態(tài)，影響土壤中的氣、熱因子，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，不利于根系的生長發(fā)育；二是根系層的土壤水分過多、空氣含量下降，根系長期處在缺氧環(huán)境進(jìn)行無氧呼吸，不僅不能進(jìn)行正常的養(yǎng)分、水分吸收等生理活動(dòng)，還因乙醇等還原物質(zhì)積累而中毒，致使呼吸作用逐漸下降，導(dǎo)至最后停止生長而死亡；三是地表淹水或耕層滯水水分過多，土壤微生物中好氣菌類減少，土壤中有機(jī)質(zhì)分化停止，土壤肥力降低，從而使得土壤的有效養(yǎng)分釋放緩慢，造成植物養(yǎng)分貧乏，有害的還原性物質(zhì)卻會逐漸積累起來；四是農(nóng)田積水會影響土壤的機(jī)械物理性質(zhì)，水分過多會造成土壤耕性不良，地面支持能力降低，農(nóng)事活動(dòng)不能正常進(jìn)行，更影響機(jī)械化作業(yè)；五是在地下水上升狀態(tài)下，蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水中所存鹽分往往隨土壤水分上升運(yùn)移至地表，鹽分會在地表和近地表的土層內(nèi)積累，從而導(dǎo)致土壤鹽堿化；六是玉米長期處于過濕狀態(tài)，玉米葉片生物膜會受到破壞，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，植株葉片中的保護(hù)酶 （SOD、POD、CAT）活性迅速下降，膜脂過氧化作用加強(qiáng)，丙二醛（MDA）含量增加，葉綠素被降解植株失綠，葉片變黃衰老加快，從而導(dǎo)致不可逆的傷害。

2.2危害程度與抵御能力

2.2.1 土壤過濕狀態(tài)對玉米不同生育期生理生化過程的影響也不相同 作物在營養(yǎng)生長階段如果遇到災(zāi)害性天氣或不利天氣條件的影響，當(dāng)后期條件轉(zhuǎn)好后，作物有恢復(fù)或彌補(bǔ)這些影響的特性，對最終產(chǎn)量的影響較小。在作物生殖生長階段，特別是在生殖生長初期，如果遇到災(zāi)害性或不利天氣條件的影響，即使后期條件轉(zhuǎn)好，作物長勢也很難得以恢復(fù)或彌補(bǔ)，最終會對產(chǎn)量造成較大的影響，甚至絕收[6]。對不同發(fā)育階段的玉米進(jìn)行漬水試驗(yàn)，觀察玉米葉片中丙二醛（MDA）的含量，MDA是一種能強(qiáng)烈地與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)及生理完整性破壞的物質(zhì)。試驗(yàn)表明：玉米葉片中MDA含量的增加是一個(gè)逐漸積累并增加的過程，玉米植株吐絲期前受水淹脅迫的危害較吐絲期后更嚴(yán)重。

2.2.2 玉米對災(zāi)害水環(huán)境的抵御能力與界限 當(dāng)玉米生長期遭遇災(zāi)害水環(huán)境時(shí)，作物發(fā)育期不同，其抵御危害的能力也有較大差異。根據(jù)多年研究，在農(nóng)田排水工程技術(shù)規(guī)范中給出了玉米耐淹水深和耐淹歷時(shí)，見表2。

表2玉米耐淹水深和耐淹歷時(shí)

3災(zāi)害水環(huán)境對玉米產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

3.1洪澇災(zāi)害是影響玉米產(chǎn)量的重要因素

我國建國以來進(jìn)行了大量的農(nóng)田基本設(shè)施建設(shè)，修建了田間排水工程，但洪澇災(zāi)害損失占國民經(jīng)濟(jì)的2.2%，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家。一旦遇到大雨或多雨年份，易澇區(qū)玉米產(chǎn)量會明顯下降，在東北澇區(qū)，遼寧省、黑龍江省表現(xiàn)尤其明顯，如2013年遼寧省降雨較多的中東部玉米單產(chǎn)降低，西北部干旱半干旱地區(qū)玉米單產(chǎn)增加（見圖1）。黑龍江省也有同樣，伊春市、鶴崗市雨量較多單產(chǎn)低，哈爾濱市、綏化市、雙鴨山市雨量較小玉米產(chǎn)量較高。表明玉米對旱澇抵御能力低，糧食產(chǎn)量隨氣候降雨因素波動(dòng)較大，且1980年～2013年全國多年玉米單產(chǎn)都處于波動(dòng)狀態(tài)，其中洪澇災(zāi)害是重要原因之一。因此，就如何加強(qiáng)穩(wěn)定單產(chǎn)，是玉米持續(xù)發(fā)展保證我國糧食供給的重要建設(shè)項(xiàng)目。

圖1 2013年遼寧省降雨對玉米產(chǎn)量的影響

3.2 洪澇災(zāi)害對玉米品質(zhì)的影響

洪澇災(zāi)害不僅影響玉米產(chǎn)量同時(shí)也影響玉米品質(zhì)，當(dāng)洪澇災(zāi)害發(fā)生在玉米生長發(fā)育花期時(shí)，由于降水集中、強(qiáng)度大，空氣潮濕田間雜草叢生，易造成病蟲害滋生，不但導(dǎo)致減產(chǎn)也會造成子粒有蟲口。如果遇高溫、熱害導(dǎo)致玉米生長發(fā)育異常影響玉米的抽雄散粉，由于花粉量過少、花粉活力低或雌穗吐絲延遲會造成花期不遇而結(jié)實(shí)不良，玉米籽粒突尖、瞎穗，千粒重下降，進(jìn)而影響玉米出粉率、出油率。

4 結(jié)語

玉米作為重要的糧食作物，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，加強(qiáng)穩(wěn)定單產(chǎn)，是玉米持續(xù)發(fā)展保證我國糧食供給的重要建設(shè)項(xiàng)目。災(zāi)害水環(huán)境對玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響不可忽略，必須在玉米不同的生長時(shí)期為其提供適宜生長的水分環(huán)境。為提高單畝產(chǎn)量，應(yīng)建立完善的洪澇災(zāi)害管理體系；在糧食產(chǎn)區(qū)建立完善的降雨、溫度信息預(yù)報(bào)體系；提高預(yù)見期，科學(xué)調(diào)整播種時(shí)間；設(shè)立國家級災(zāi)害統(tǒng)籌管理機(jī)構(gòu)，統(tǒng)一分析相關(guān)行業(yè)信息，統(tǒng)一調(diào)度，提前做好防災(zāi)防害措施；提高內(nèi)澇排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用工程手段增加農(nóng)田對內(nèi)澇的排水能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 王春乙，婁秀榮，王建林.中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對作物產(chǎn)量的影響.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)[J].2007（05）：37-43.

[2] 于文穎，等.不同生育期玉米葉片光合特性及水分利用效率對水分脅迫的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（09）：2902-2909.

[3] 張歲岐，等.不同灌溉制度對玉米根系生長及水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009（10）：1-6.

[4] 蘇■，山侖.多變低水環(huán)境下玉米籽粒產(chǎn)量及水分利用效率的研究[J].植物生理學(xué)通訊，1997（04）：245-249.

[5] 彭勃，等.不同水分環(huán)境下玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子及籽粒相關(guān)性狀的QTL分析[J].作物學(xué)報(bào)，2010（11）：1832-1842.

[6] 郝玉蘭，等.不同生育時(shí)期水淹脅迫對玉米生長發(fā)育的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2003（06）：58-63.

作者簡介：蘆玉，高級工程師，研究方向：技術(shù)推廣。