生殖期水分亏缺胁迫与杂草竞争对玉米和高粱生产力的影响研究

本研究通过三因素模型实验，系统评估了生殖期水分亏缺胁迫（50%和30%供水）与杂草竞争对玉米（Zea mays L.）和高粱（Sorghum bicolor L. Moench）生产力的影响。结果表明，高粱在50%水分胁迫下表现出更优的产量稳定性（p<0.001）和水分利用效率（WUE），且杂草干扰显著降低两作物的LAImax与株高（p<0.05）。研究为干旱易发区作物选择提供了科学依据，推荐高粱作为玉米的替代作物。

　　

摘要

随着夏季水资源短缺风险加剧，高粱在匈牙利干旱易发区逐渐成为玉米的替代作物。本研究通过三因素模型实验（2024年5月28日至9月11日），在凯斯特海伊（匈牙利）的Thornthwaite-Mather型蒸散补偿仪中，比较了P8834玉米杂交种与RTG Huggo高粱杂交种对杂草侵扰和生殖期水分亏缺胁迫（50%和30%供水）的响应。结果显示，杂草干扰显著降低两作物的表型及产量参数（p<0.001），但水分与杂草的交互作用未加剧相对产量损失（玉米p=0.851，高粱p=0.28）。由于生殖期温度条件更利于高粱，其产量普遍高于玉米（p<0.001），归因于其对温度胁迫的更强耐受性。

材料与方法

实验采用完全随机设计，土壤为Ramann型棕色森林土（pH_KCL 7.25）。玉米与高粱分别以75 cm行距播种，水分胁迫于开花期（BBCH 61）启动，通过蒸散仪精确控制供水。监测指标包括LAI_max（Montgomery方程计算）、株高、产量构成及WUE（∑ET_c与产量比值）。

结果

3.1 气象条件

2024年生长季呈现典型气候变化特征，7-8月平均温度较基准期（2001-2020）偏高2.8°C-3.5°C，58天最高温超过玉米临界阈值（30°C），42天超过高粱阈值（32°C）。

3.2 杂草与水分胁迫效应

杂草群落以藜（Chenopodium album，占比77%-81%）和反枝苋（Amaranthus retroflexus，11%-12%）为主。杂草使玉米LAI_max降低28%（p<0.001），高粱降低27%（p=0.003）。水分胁迫下，千粒重（TGW）成为最敏感参数：50%供水时玉米TGW下降8.66%，高粱在30%供水时TGW骤降39.64%。

3.3 产量差异

杂草-free对照处理中，高粱产量达潜在产量的89.69%（玉米75.86%），而杂草侵染使该比例降至54.11%（玉米49.55%）。50%水分胁迫下，高粱产量稳定性显著优于玉米（p<0.001），但70%胁迫时两作物减产幅度趋同。

3.4 水分利用效率

高粱WUE普遍高于玉米25%-38%（p<0.001），50%胁迫时WUE提升最显著。杂草使玉米WUE降低26%-44%，高粱降低38%-50%。

讨论

研究揭示了高粱在中等干旱下的生理优势：其深层根系和C₄光合途径（CCM机制）赋予更高WUE，而玉米对高温（>30°C）更敏感。值得注意的是，严重干旱（70%供水）会抵消高粱的耐受性优势，两作物减产幅度无显著差异（p=0.91）。

结论

建议在匈牙利中部等中度干旱区以高粱替代玉米，但极端干旱条件下需培育更耐旱品种。未来研究可扩展至更多品种及胁迫梯度。