0 引言

【研究意义】山东省是中国粮食作物和经济作物的重点产区。夏玉米是山东最主要的粮食作物之一，其播种面积与总产分别占全国总播种面积与总产的7.3%与7.8%[1-2]。山东夏玉米的产量变化，对于保障地区乃至全国粮食安全，具有举足轻重的作用。干旱是对我国农业影响面最广、影响程度最严重的自然灾害[3]，资料显示2003—2013年干旱造成我国农作物的受灾面积约占总受灾面积的51.9%[4]。干旱同样是制约山东夏玉米稳产与高产的主要灾害之一，不仅影响夏玉米的播种与出苗，还对其生长发育与产量形成造成严重的影响[5]。山东夏玉米生育期间气温高、蒸发量大，且降水分布不均，阶段性干旱频繁发生，加之夏玉米是需水较多且对干旱比较敏感的作物，受土壤水分盈亏的影响较大，干旱已成为这一地区影响范围最大、造成产量损失最重的农业气象灾害之一[6-9]。【前人研究进展】夏玉米全生育期对水分均比较敏感，尤其是拔节期、抽雄吐丝期等，水分不足将导致产量及品质显著降低[10-11]。夏玉米受干旱胁迫的影响与干旱程度、持续时间及生育进程等密切相关，特别是需水关键期受旱程度越重、持续时间越长，不利影响会越大[12-14]，夏玉米产量波动的不确定性也随之增大[15]。玉米受旱后生长发育受到抑制，光合速率等生理指标显著降低，最终导致产量下降[16-18]。玉米对土壤水分胁迫具有复杂的调控反馈机制，适度的水分亏缺并不能造成减产[19]。在特定的条件下，土壤干旱存在一个临界阈值，干旱程度未超过该阈值时，作物对干旱产生适应性的变化，生理过程受影响程度较小，恢复正常供水后不减产[20-21]；但当干旱程度超过该阈值，作物将受到永久性的损害，恢复正常供水后，生理指标也不能恢复正常，产量显著降低[22-23]。【本研究切入点】已有对于土壤干旱阈值的研究中，大多以田间控水试验为主[20, 24-25]，并结合统计模型进行等级确定[26]，或结合作物机理模型进行干旱胁迫影响模拟[27]。而针对山东土壤干旱阈值的研究相对较少，或是在相邻地区确定指标的基础上，在本地进行干旱等级的验证[26]，或是以本地试验数据结果为基准，多以干旱影响评估为主[28-29]，均缺乏本地化阈值指标的定量研究与确定。【拟解决的关键问题】本研究结合已有大田水分控制试验结果，确定夏玉米苗期（出苗—拔节期）、穗期（拔节—抽雄期）与花粒期（抽雄—成熟期）等3个关键生育期的适宜土壤水分阈值范围；并应用WOFOST作物机理模型，以土壤相对湿度数据驱动模型，确定夏玉米3个关键生育期的无旱、轻旱、中旱及重旱阈值指标；在此基础上，分析不同发育期内不同干旱持续天数，对夏玉米最大叶面积指数、地上部干物重等生长发育指标的影响，为山东夏玉米干旱胁迫的定量化影响评估提供依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本文应用的气象资料包括山东省2010—2015年逐日最高气温、最低气温、降水量、日照时数、平均风速、空气相对湿度等基本气象资料；农业资料包括泰安等10个夏玉米农业气象观测站2010—2015年的发育期及产量结构资料，其中泰安、济阳、聊城、菏泽、莒县、潍坊、高密等观测站以郑单958为主要观测品种，淄博、胶州与莱阳主要观测品种分别为登海605、鲁丹22号及敦玉8号；各观测站历年播种期与所在地适播期一致，田间管理方式与所在地高产方式一致。

水分控制试验数据包括德州市夏津气象观测站（36°59′N，116°01′E，海拔27.4 m）2013—2015年的试验资料。该研究区土壤为黄棕壤土，前茬作物为冬小麦，0—50 cm土壤田间持水量为22.3%，土壤容重为1.58 g·cm-3，凋萎系数为5.4%[30]。试验品种为主栽品种郑单958，播种方式为人工播种，播种时间与当地夏玉米适播期一致，其中2013年为6月21日，2014和2015年均为6月10日。其他管理方式与当地高产方式保持一致。

试验共设置5个控水梯度（T1—T5），其中T1处理为4个重复，T2—T5处理均为3个重复，共16个小区，每个小区面积为28 m2（4 m×7 m），小区之间设置隔离带，小区四周铺设防渗膜，防止小区间土壤水分水平交换；通过遮雨棚阻隔自然降水，应用土钻烘干法算出土壤相对湿度，各处理水分控制生育阶段及土壤相对湿度指标如表1所示。其中T1处理在2013、2014与2015年，分别在花粒期、苗期与穗期将土壤相对湿度控制在40%以下；T2处理分别在3年中3个生育时期内，将土壤相对湿度控制在40%—60%之间；T3处理2013年在苗期与花粒期将土壤相对湿度控制在40%—60%之间，2014年在苗期与穗期控制在40%—60%之间，而2015年在穗期与花粒期控制在40%—60%之间；T4处理2013年各生育时期土壤相对湿度均控制在60%以上，2014与2015年控制在60%—80%之间；T5处理2013年各生育时期保持自然状态，2014年与2015年均控制在80%以上（表1）。观测项目包括夏玉米出苗期、3叶期、7叶期、拔节期、抽雄期、开花期、吐丝期、乳熟期、成熟期等生育时期，以及主要生育时期各器官干物重，果穗长、果穗粗、穗粒重、百粒重、理论产量等产量结构指标[30]，各观测项目均按照《农业气象观测规范》[31]的要求进行观测，取样方式为随机取样。