節水灌溉方法與生物刺激素對玉米‘玉美珍’生長發育之影響

Abstract

"近年因氣候變遷影響，導致國內水資源有匱乏的危險。由於國內對玉米需求逐漸上升，發展適合玉米的節水灌溉策略更顯刻不容緩。本研究以玉米‘玉美珍’ (Zea mays ‘White Pearl’)作為試驗材料，欲應用兩種節水灌溉技術:調缺灌溉(regulated deficit irrigation, RDI)以及部分根區灌溉(partial root-zone drying irrigation, PRD)之灌溉效果。並分別對玉米的不同生長期，營養生長期與生殖生長期進行節水灌溉，以確定玉米‘玉美珍’的水分敏感期。最終希望透過添加生物刺激素，使植株能比未施用者更佳耐旱，並提升水分利用效率。 在節水灌溉技術試驗方面，將使用RDI與PRD，評估玉米在兩種灌溉條件：75%田間容水量、50%田間容水量的生長狀態與節水效益。結果顯示， RDI處理組的植株發育較PRD處理組為佳。淨光合作用速率、蒸散速率、光化學淬滅(photochemical quenching, qP)、電子傳遞速率(electron transport rate, ETR)等生理狀態也呈現相似趨勢。此外，以PRD進行節水灌溉(50%田間容水量)之經濟產量、WUEyield、WUEbiomass乃各處理組當中最高，分別為35.12 g、19.14 kg·m-3與25.82 kg·m-3。顯示玉米‘玉美珍’不僅可以適應50%田間容水量的灌溉條件，使用PRD處理可顯著提升果穗發育與水分利用效率，並省下70%左右的水資源。 在不同生長期節水試驗方面，將使用RDI與PRD在玉米營養生長期與生殖生長期，分別進行中度缺水(田間容水量50%)節水灌溉試驗。營養生長期節水試驗分別以RDI與PRD進行灌溉(處理代號為R50_75、P50_75)，生殖生長期節水試驗進行節水灌溉(處理代號為R75_50、P75_50)，夏季與秋冬季各試驗一次。結果顯示，夏季玉米進行PRD灌溉處理，其淨光合作用雖略低於RDI處理組，但P50_75處理組可獲得最佳的經濟產量與WUEyield，分別為55.51 g、11.8 kg·m-3。秋冬季結果顯示，P50_75處理組的經濟產量和WUEyield在各處理組當中最佳，分別是40.31 g、17.32 kg·m-3，且省水量達52%。此結果與夏季試驗相似。但R75_75處理組的株高與經濟產量為各處理組當中最低 ，僅28.89 g。綜合產量與植物生理的表現，顯示秋冬季時，玉米生長的需水量比夏季少，因此有較多的節水空間。 在生物刺激素試驗方面，以RDI進行輕度缺水(75%田間容水量)的處理組為對照組，在中度缺水(50%田間容水量)的PRD處理組中，加入甜菜鹼(50 mM)和幾丁質(2 g/kg)，並觀察玉米生長與產量之變化。結果顯示，添加甜菜鹼可以促進玉米發育，株高、總鮮重、根莖比、淨光合作用速率與蒸散速率等形態與生理指標，與對照組無異。但使用幾丁質或者複合使用兩個生物刺激素則沒有相似的效果。此外，添加甜菜鹼使玉米的最大光量子產量(maximum quantum yield, Fv/Fm)與ETR表現量有上升的趨勢，顯示甜菜鹼可以減緩植物因缺水產生的光抑制。幾丁質雖然在形態上無法觀察到促進玉米抗旱的效益，但葉綠素螢光的結果也指出，添加幾丁質具有減緩光抑制、提升ETR的益處。兩種生物刺激素之間的搭配與交互作用複雜，若要了解適合‘玉美珍’玉米的栽培濃度，需要進一步探討成本、生物刺激素之間的交互作用以及經濟產量的影響，方能研擬具備實際經濟效益的栽培管理方法。"