在玉米生产的全部过程中,温度是重要的气象因子,适宜的环境和温度是获得高产所必需的先决条件之一,温度过低或过高都会对玉米的生长发育造成严重影响。随着近年来气候不断变暖,我国玉米产区的异常高温天气现象的出现频率慢慢的升高,给玉米生产带来严重的危害。
在高温条件下,光合蛋白酶的活性降低,叶绿体结构遭到破坏,引起气孔关闭,从而使光合作用减弱。另一方面,在高温条件下呼吸作用增强,呼吸消耗明显增多,干物质积累量显而易见地下降。有试验表明,当田间CO2浓度为200~300mg/L,气温30℃时,玉米光合强度为CO2/dm2.h;当气温上升到40℃时,光合强度为35~40mgCO2/dm2.h。即高温较适温条件下的光合强度降低20%~30%。另据报道,玉米受38~39℃胁迫3h后,光合效率下降70%,热胁迫停止1h以后,光合效率仍然低40%,即使在20℃的环境中保养6h,光合效率仅能恢复至65%。说明38~39℃的高温胁迫时间越长,植株受害就越严重,愈难恢复。随着胁迫强度的提高,能够恢复的程度就越低,恢复所用的时间也越长。
在孕穗至散粉的过程中,高温都可能对玉米雄穗产生伤害。当气温持续高于35cI=时不利于花粉形成,开花散粉受阻,表现在雄穗分枝变小、数量减少,小花退化,花药瘦瘪,花粉活力降低,受害的程度随温度上升和维持的时间延长而加剧。当温度超过38℃时,雄穗不能开花,散粉受阻。正在散粉期的雄穗在38℃高温下胁迫3d后便完全停止散粉。
另据观察,正常散粉的植株在38℃以上高温胁迫下不散粉,但是在适温环境中能恢复散粉,恢复所用的时间因材料而异。研究还发现,在散粉结束后仍然有一部分花粉留在花药中没有散出,原因可能是高温胁迫使雄穗小花、花药甚至花粉完全脱水不能回到正常状态功能所致。
在玉米雄穗发育至开花散粉的过程中,高温胁迫对某些玉米品种的部分不育过程不可恢复,导致玉米的结实率大幅度下降,对生产造成巨大影响,严重的会造成绝产。
高温对花粉的影响:通常花粉粒在田间天气特征情况下,其活力只能保持5~6h;8h以后活力显著下降;24h以后丧失活力。同时玉米花粉含水量只有60%,且保水力弱,在高温干燥环境下容易失水于瘪,一般散粉后1~2h,花粉粒迅速失水,丧失活力而不能授粉。
高温影响玉米雌穗的发育,致使雌穗各部位分化异常,吐丝困难,延缓雌穗吐丝或造成雌雄不协调、授粉结实不良。自然条件下,抽丝后2~4d内接受花粉的能力较强,没有接受到花粉的花丝在抽丝6d后活力开始下降,12d后停止生长,逐渐枯萎。在高温条件下,雌穗吐丝后生长速率减慢,花丝容易失水枯萎,表面粘液减少,花丝寿命减少,甚至丧失生活力,花粉在柱头上萌发困难,引起玉米授粉不良;或萌发后由于花丝不能供给充足的水分,导致花粉管到达子房的速度减慢,授粉后仅有少量受精,或受精后发育不良,最后结实率不高或子粒瘦瘪。
高温迫使玉米生育进程中各种生理生化反应加速,使各个生育阶段加快。在雌穗分化期缩短分化时间,雌穗分化数量明显减少,果穗明显变小。在生育后期高温使玉米植株过早衰亡,或提前结束生育进程而进入成熟期,使灌浆时间缩短,大幅度减少干物质积累量,使千粒重、容重、品质和产量大幅下降。
夏播玉米在苗期处于生根期,抗不良环境能力较弱,若遇连续1周高温干旱,就会降低玉米根系的生理活性,使植株生长较弱,抗病力降低,易受病菌侵染发生苗期病害。纹枯病菌菌丝适宜生长发育的温度比较高,因此在较高的温度条件下,易发生玉米纹枯病;玉米灌浆到乳熟期,若遇到雨天过后突然转晴的高温高湿天气,容易引发青枯病(茎基腐病)的大流行,造成产量和品质均下降。
研究表明,不同品种的耐热性有显著差异,这在玉米育种和生产实践中已得到证实。因此,应筛选和种植高温条件下授粉、结实良好、叶片短、直立上冲,叶片较厚、持绿时间长,光合积累效率高的耐逆品种,这是降低高温伤害的有效措施。一般含有四平头种质的品种耐热和耐湿性比较好,而部分在冷凉地区选育和含有热带种质的品种在高温易发区种植具有一定的风险。
为了培育耐高温、耐干旱的自交系和杂交种,应在逆境条件下种植育种材料。在生产实践中,高温与干旱胁迫经常同时发生。为了选育耐高温干旱的自交系与杂交种,应建立相应的抗逆鉴定圃。通过调节播种期,使玉米对高温最敏感的发育时期遭遇高温和干旱胁迫。为增加胁迫强度,在选育二环系的早代,施行高密度种植和严控灌溉。即使是鉴定杂交组合,也需要采取适当的高密度种植和控制环境的措施。夏季利用大型温室也可达到鉴定种质耐高温能力和鉴定花粉活力的目的。
在玉米生产上要设法避开高温。较长时间的持续高温,一般集中发生在7月中旬至8月上旬,春播玉米可在4月上旬适当覆膜早播,夏播玉米可推迟至6月中旬播种,使不耐高温的玉米品种开花授粉期避开高温天气,从而避免或减轻危害程度。
在高温干旱期间,玉米的自然散粉、授粉和受精结实能力均会降低,如果在开花散粉期遇到38℃以上持续高温天气,建议采用人工辅助授粉提高玉米结实率,减轻高温对作物授粉受精过程的影响。一般在早上8~10点采集新鲜花粉,用自制授粉器给花丝授粉即可,花粉要随采随用。制种田采用该方法增产效果很显著。
在低密度条件下,个体间争夺水肥的矛盾较小,个体发育较健壮,抵御高温伤害的能力较强,能够减轻高温热害。采用宽窄行种植有利于改善田间通风透光条件、培育健壮植株,使植体耐逆性增强,从而增加对高温伤害的抵御能力。
通过加强田间管理,培育健壮的耐热个体植株,营造田间小气候环境,增强个体和群体对不良环境的适应能力,可有效抵御高温对玉米生产造成的危害。具体有如下几个方面。
以基肥为主,追肥为辅;重施有机肥,兼顾施用化肥;要注意氮、磷、钾平衡施肥(比例为3:2:1)。中微量元素锌、铜、硼等对玉米生殖器官的发育有良好的推动作用,特别是锌、铜元素能增强花丝和花药的活力及抗高温和干旱能力。微量元素可作为基肥施用,也可在喇叭口期叶面喷洒,增强玉米耐热性。叶面喷肥既有利于降温增湿,又能补充作物生长发育必需的水分及营养,但喷洒时须增加用水量,降低喷洒浓度。另外,叶面喷施脱落酸(ABA)也可提高植株的耐热性。
据周人纲等研究,亚致死温度条件下的热胁迫不但能表现出品种间的耐热性差异,还能够使作物获得并提高耐热性。利用玉米苗期耐热性较强的特点,在出苗l0—15d后进行20d的抗旱和耐热性锻炼,使其获得并提高耐热性,减轻玉米一生中对高温最敏感的花期对其结实的影响。
环境高温期间或提前喷灌水,可直接降低田间温度;同时,灌水后玉米植株获得充足的水分,蒸腾作用增强,使冠层温度降低,从而大大降低高温胁迫程度,也可以部分减少高温引起的呼吸消耗,减免高温热害。有喷灌条件的可通过喷灌将水直接喷洒在植株叶片,降温幅度可达1~3℃。
玉米生产上采用耐热性的品种是抵御高温胁迫的最经济有效方式,选育和推广耐高温、耐干旱的品种是最佳途径。耐热性是作物对高温环境的一种适应能力。高温的同时常常伴随着干旱,而且干旱和高温对玉米的伤害症状有相似之处。因此对高温伤害的研究很复杂,很难与干旱胁迫区分开。不同品种在不同的生育阶段,在不同的环境条件下,其耐热性表现方法不一样。针对不同胁迫方式和玉米所处的生长发育阶段,采取对应的对策,使玉米尽可能有效地适应气候平均状态随时间的变化以获得相对高产,是玉米科研和生产实践中需要认真研究和对待的问题。