水是地球表面的一种最普通物质,同时又是最重要的物质,对生命体有着十分重要的作用。水分是植物生长发育的必要条件之一,不仅决定植物在地球表面上的分布,而且还影响农作物的产量和林木的生长。然而水分缺乏已成为影响我国粮食安全的一个重大问题。在中国西北地区,水分供应不足严重限制了当地农业生产的发展。因此,在西北旱作农业区,如何有效地利用有限的降水资源,提高作物水分利用效率,并从多方面探讨各种有效途径和措施,成为提高旱地农田生产力水平的关键。因此,本研究通过一系列试验,研究了水分胁迫对北方地区主要作物玉米在不同生育阶段的生长发育动态、形态特征、生理指标以及产量的影响;研究了逆境胁迫下植物对锌的吸收利用以及锌营养状况对植物水分利用的影响,为制订适应与减缓干旱化不良影响的对策与措施提供依据;研究了农田不同栽培模式的集雨种植,希望探索出一种既对改善和提高环境质量大有裨益,又适合当地气候特点的稳定的节水型农业措施。研究得到了以下结论:(1)盆栽试验对玉米分别进行了正常供水;花前水分胁迫、花后正常供水;花前正常供水、花后水分胁迫共3种水分处理,在玉米生长的拔节期、喇叭口期、花期及成熟期研究了花前花后水分胁迫对根系伤流量、生长参数、活力及叶片生理特性的影响。结果表明,花期是玉米开始衰老的关键时期。正常供水条件下,玉米的根系伤流液量、根系活力、CAT活性、POD活性及膜透性呈现上升趋势,在开花期达到高峰后开始下降。花前水分胁迫条件下,根系活力减弱,保护酶活性较低,MDA含量显著增加。花后水分胁迫条件下,玉米保护酶活性有大幅的减弱,花前水分胁迫对玉米生长的影响是花后补充供水难以恢复的。(2)盆栽试验研究了锌肥在正常供水、轻度水分胁迫和严重水分胁迫条件下对玉米全生育期抗旱生理反应的影响。结果表明,锌除了具有营养功能之外,施锌还可以提高水分胁迫下玉米的抗旱性。锌的这种抗旱作用在水分胁迫的条件下表现得更为明显。在成花关键期,锌的抗旱作用由大到小依次为:严重水分胁迫>轻度水分胁迫>正常供水条件。但是,锌对作物抗旱性的增强是有限的,在严重水分胁迫条件下难以恢复作物的正常生长,因此这种抗旱性具有地区适应性,可以在干旱半干旱地区起到一定的抗旱作用。(3)试验采用螯合-缓冲营养液培养法,在严重缺锌、轻度缺锌和正常供锌三种供锌条件下,研究了在等渗条件下锌对干旱胁迫、盐分胁迫和碳酸氢根胁迫玉米幼苗抗逆性生理反应的影响。研究表明,相同渗透势下,逆境条件降低了玉米幼苗的根系活力及CAT活性,均表现为对照>盐分胁迫>碳酸氢根胁迫>干旱胁迫;植物在受到碳酸氢根胁迫时MDA含量大幅上升,植物受到伤害最深。随着供锌浓度的增加,玉米幼苗的根活性、SOD活性、CAT活性及叶片含锌量均有不同程度的增加,MDA含量降低。因此,锌确实具有增强作物抗逆性的功能,但是锌对增强玉米幼苗的抗逆性是有限的。比较各种逆境条件下,锌在植物受到碳酸氢根胁迫时可以达到更好的抗逆性效果。(4)试验通过对小麦-玉米轮作的2年田间定位试验,且第二年在玉米关键期(苗期和花期)喷施锌肥,研究了四种不同栽培模式(常规、垄沟、节水、覆草)、施氮量、锌肥对夏玉米产量及籽粒锌含量的影响。2年田间定位试验同时表明,不同栽培模式下,玉米籽粒产量及生物产量由高到低依次为:垄沟>覆草>节水>常规。垄沟种植条件下,玉米各器官中氮素、磷素与钾素的累积量达到最大值,促进了各器官生长发育,尤其促进了花后的营养物质向籽粒的转运,从而对产量的形成产生了很大的影响。从施肥条件上看,施氮对玉米产量有明显的增产效应,且能提高玉米的收获指数,而持续不施氮的小区产量逐年显著降低。玉米关键期喷施锌肥均可以增加玉米的籽粒产量,收获指数及籽粒中锌的积累量。因此,在垄沟种植-施氮120 kg/hm~2条件下喷施锌肥,是提高玉米产量、改善玉米品质的最优组合。