基于玉米分期播种试验热量指标分析

2015-08-08张凤鸣宗英飞

安徽农学通报 2015年14期

张凤鸣宗英飞

摘要：为了探讨辽宁西部朝阳地区玉米生产中存在的农业气象问题，保障粮食生产安全合理安排农业生产，通过2011-2014年玉米分期播种试验，运用最小二乘法和气候诊断分析方法，分析热量条件变化对玉米出苗速度、出苗至抽雄、抽雄至成熟以及生长期、全生育期发育速度和产量的影响。结果表明：在水分基本满足的条件下，热量条件对玉米生长发育和产量影响显著。当气温升高、积温增加时，玉米播种至出苗期生长速度加快，出苗至抽雄期、抽雄至成熟期则生长速度减慢。朝阳地区最佳播种期在4月20～30日，而≥10℃积温每变化100℃·d，玉米产量增产或减产约455kg/hm2。因此，在气候变暖的背景下，应增加喜温作物比例，适当引入较长生育期的玉米品种，以提高单产。研究成果可为农业结构调整、玉米种植区划提供依据。

关键词：玉米；分期播种；热量条件；生长速度；产量

中图分类号 S513 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）14-33-04

Analysis of Heat Index Based on Experiment in the Timely Sowing of Corn

Zhang Fengming1 et al.

（1Chaoyang Meteorological Bureau，Chaoyang122000，China）

Abstract：In order to explore the agricultural meteorology problems in Maize production，ensure food security and reasonable arrangements for the production of agricultural production，through the test of corn sowing by stages from 2011 to 2014，using the least squares method and climate diagnosis analysis，the effects of thermal conditions on corn emergence rate，emergence to heading，tasselling to mature and growing influence development rate and yield were analyzed. The results showed that：when water met the basic conditions，the influence of the heat conditions on corn growth and yield was significant. When the temperature rised，accumulated temperature increasesd，the growth rate speed up from sowing to seedling， the growth rate slowed down from seedling to tasseling.The best sowing in Chaoyang district was from April 20th to April 30th，and ≥10 ℃ accumulated temperature changed by 100℃·d，corn yield per hectare increased or decreased by 455kg. Under the background of climate warming，increase the proportion of thermophilic crops，and introduce the corn varieties with longer growth period to increase yields. The results can provide the basis for the adjustment of agricultural structure and corn planting regions.

Key words：Corns Sowing by stages；Thermal Conditions；Growth speed；Yield

玉米是中國主要粮食作物之一，朝阳地区玉米产量占粮豆总产量的85%以上。而由于气候变暖[1-3]所带来的农业气象问题，对玉米生产影响较大。因此，当前研究玉米生长发育与气候变化关系较多，如：王琪等[4]研究了气温变化对玉米生长发育和产量的影响；贾建英等[5]研究了东北地区玉米不同品种的布局变化；尹光华等[6]研究了适合朝阳半干旱区春玉米栽培品种；张谋草等[7]研究了气候变化对陇东地区玉米最适播种期和产量的影响。这些研究从不同角度揭示了不同地区玉米生产中的农业气象问题，并提出在气候变暖的环境下，玉米生产的应对策略[8-10]。本文采用分期播种方法，研究在不同气候条件下，热量条件变化对玉米不同生长阶段生长发育速度以及产量的影响，并提出朝阳地区最佳播种期和温度指标，为粮食生产安全保障提供气候依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源玉米发育期及产量资料来自于朝阳县气象局农业气象观测基地分期播种试验，物候期及室内考种依照《农业气象观测规范》[11]进行界定。连续4a（2011-2014年）设计玉米分期播种试验。气温资料来自朝阳县气象站平行观测。

1.2 试验设计供试玉米品种为丹玉39。以4月15日为始期，4月20日、4月25日、4月30日为5d间隔，5月10日、5月20日、5月30日为10d间隔。试验共分7个播种期，重复3次，随机排列，小区面积20m2。

1.3 分析方法运用玉米分期播种试验平行观测资料，应用相关分析、线性模拟等最小二乘法法则[12]，分别建立玉米各个生长阶段发育速度、产量与气温、积温统计相关模式，分析气候变化对玉米影响程度。数据处理分析过程在Excel 2003软件[13]支持下进行。玉米生长速率（1/d）为发育期日数（d）的倒数，模式中t为发育期平均气温，∑t≥10℃为≥10℃积温。

2 结果与分析

2.1 播种至出苗由玉米分期播种试验结果得出，出苗最长为27d，最短为7d。随着日气温的逐渐升高，玉米种子发芽生长速度逐渐加快，玉米出苗天数与平均气温呈非线性关系。由图1所示，播种至出苗天数与日平均气温的模型为d=5961.3t-2.177，相关系数为-0.987 1（P<0.01）达到极显著水平，这与王立志[14]在人工气候室不同温度下玉米发芽过程所建立的模型相类似。出苗天数与≥10℃积温呈线性关系，其模型为d =0.086 5∑t≥10℃-5.607，相关系数为0.903 4（P<0.01）达到显著水平，气温越低完成出苗的时间越长，生长速度越慢，在不同温度水平上，对玉米出苗速度的贡献是不同的。积温与出苗天数成正比，其线性方程为∑t≥10℃=10.465d+78.633，相关系数为0.951 6（P<0.01），说明播种至出苗经历的天数越多所需的积温越多，由此模式得出，玉米播种至出苗下限温度为10.5℃，并需要≥10℃有效积温下限值为78.6℃·d，≥10℃活动积温最低为139.8℃·d。依据4a的试验数据，朝阳地区玉米播种初始温度为日平均气温稳定通过12℃，而最佳播种温度为15～20℃。

图1 出苗天数与平均气温的关系

2.2 出苗至抽雄玉米出苗至抽雄为营养生长阶段。由图2所示，玉米出苗至抽雄日平均气温、≥10℃积温与生长速率呈负相关，其线性方程分別为d=-8.314 2t+ 251.84，（r=-0.907 6，P<0.01）、1/d=-0.0015∑t≥10℃+3.693 2（r=-0.974 6，P<0.01）均达到显著水平，表现日平均气温越高、积温越多，玉米生长天数越少，发育速率越快。此阶段需要≥10℃积温最低值为1 220℃·d。

图2 玉米出苗至抽雄期生长速率与平均气温的关系

2.3 抽雄至成熟玉米抽雄至成熟期为生殖生长期。由图3和相关模式显示出玉米抽雄至成熟阶段发育速度与≥10℃积温呈线性关系，模式方程为d=0.019 8∑t≥10℃+ 32.7（r=0.766 9，P<0.01）、1/d=-0.000 6∑t≥10℃+ 2.481 6（r=-0.763 0，P<0.01）并达到显著水平。此生育阶段需要≥10℃积温最低值为1 113.6℃·d。玉米生殖生长期与平均气温的相关关系表现不明显，其原因是在试验过程中此阶段平均气温集中在20.2～24.2℃，温度环境对玉米生殖生长阶段较为适宜，因此分期播种的各个期次之间所反映出的差异较小。

图3 玉米抽雄至成熟期生长速率与平均气温

2.4 出苗至成熟出苗至成熟为玉米生长期，由图4和模式d=0.041 1∑t≥10℃+9.002 9（r=0.874 2，P<0.01）、1/d=-0.000 3∑t≥10℃+1.5794（r=-0.888 0，P<0.01）显示玉米出苗至成熟生长天数与≥10℃积温呈线性相关，相关达到极显著水平，当≥10℃积温每增加100℃·d生育天数则延长4d左右。试验结果分析得出玉米出苗至成熟需要≥10℃积温最低为2 148℃·d。

图4 玉米出苗至成熟期生长速率与≥10℃积温

2.5 全生育期分期播种试验中玉米全生育期（播种至成熟）最长为154d，最短为117d，平均为135d。全生育期天数与平均气温建立模式为d =-8.639 6t+325.44（r=-0.590 2，P<0.01），呈负相关，气温越高生育期越短，由图5所示，玉米全生育天数与≥10℃积温呈线性关系，建立线性模式为d=0.050 32∑t≥10℃-14.073（r=0.911 7，P<0.01），当≥10℃积温每增加100℃·d生育天数则延长5d左右，全生育期下限温度为14.1℃。试验数据结果分析得出，玉米播种至成熟全生育期需要≥10℃积温最低为2 590℃·d。

图5 玉米全生育期天数与≥10℃积温

2.6 热量条件对玉米产量（y）的影响气候条件的适宜与否最终体现在产量上，在分期播种期试验中，播种过早或过晚产量则较低。最高产量出现在4月20日、4月25日和4月30日3个播期。分析试验资料和日平均气温变化，最高产量出现在平均气温13.0～16.0℃。这一温度环境可以保证玉米的正常发芽和出苗速度，是朝阳地区春播玉米的最佳时节，在这样的温度环境下播种是玉米高产的必备因素。由图6和模式y=4.5467∑t≥10℃-4630.5（r=0.882 6，P<0.01）显示，玉米产量与全生育期≥10℃积温呈线性关系，并达到极显著水平，积温越多产量也表现出越高的趋势。5月20日、5月30日播期相对于4月20～30日播期积温少约400℃·d，平均减产21.4%。≥10℃积温每减少（增加）100℃·d，产量减产（增产）约455kg/hm2。

玉米生育天数与产量模式为y=0.0093 d5+52.864（r=0.867 6，P<0.01）呈线性关系，当栽培管理及品种相对稳定的前提下，因气候条件的变化，玉米生育期缩短的同时也造成单产下降。

图6 玉米产量与≥10℃积温的关系

3 结论与讨论

（1）通过分期播种实验表明，朝阳地区气候变化对玉米生长发育和产量的影响是显著的。在水分条件适宜的情况下，玉米不同生长发育阶段对气温的反应不同，玉米播种至出苗下限温度为10.5℃，适宜播种温度为12℃，当温度13～16℃播种时，产量表现最为理想。玉米全生育期下限温度为14.1℃。

（2）玉米播种至出苗阶段需要≥10℃积温最低为139.8℃·d以上，≥10℃有效积温最低为78.6℃·d；营养生长阶段需要≥10℃积温最低为1 220℃·d；生殖生长阶段需要≥10℃积温最低为1 113.6℃·d；出苗至成熟需要≥10℃积温最低为2 148℃·d；全生育期需要≥10℃积温最低为2 590℃·d。播种出苗至成熟≥10℃积温每增加100℃·d，生育期可延长4d左右。

（3）分期播种实验结果表明，最高产量出现在播期4月20～30日，过早或过晚播种产量均较低。玉米产量与全生育期≥10℃积温紧密相关，≥10℃积温每增加（减少）100℃·d，增产（减产）约455kg/hm2。

（4）通过分期播种实验，进一步了解了玉米不同生育阶段对气候条件的响应，在水分条件满足的情况下，其生长发育对温度条件反应十分敏感，热量资源条件充足有利于玉米生长发育全过程，并赢得干物质积累的过程和时间。但过早播种气温低对种子发芽不利，过晚播种玉米幼穗分化加快，最终都影响玉米的产量。在气候变暖的背景下，朝阳地区≥10℃积温增加约200℃·d[14]，可以考虑引用偏晚熟玉米品种以及喜温作物比例，从而提高作物產量水平。但朝阳地区在气候变暖的同时存在着严重的水分不足问题，据分析，近年来辽西地区作物生长季降水量减少约30～40mm，干旱风险程度有增加趋势[15]，气候干旱对玉米干物质积累和产量形成造成不利影响，尤其使抽雄至成熟期缩短，高温干旱迫使玉米加速成熟，从而造成减产。农作物生长季干旱日趋加重和频繁对农业生产是不利的。

（5）在气候变暖的过程中，农业生产要采取积极应对措施。其一，从近年来对气候变化研究的结果看，朝阳地区年平均气温升高0.6～0.8℃[14]，冬季高于夏季，并以最低温度升高为主。为此，应切实掌握气候变暖的变化幅度和分布特征，才有利于农业产业结构调整，应用气候变

暖所带来的热量资源扩大喜温作物的种植比例，适当引进玉米中晚熟品种，提高单位面积产量水平。其二，实验是在具有灌溉环境下进行，尽量避免水分因素困扰情况下完成的，而朝阳地区干旱灾害是不容忽视的，在气温升高降水量减少情况下，暖干旱化趋势明显。若要充分发挥热量资源优势，必须以防御农业干旱为前提，大力修建水利工程、农田水利工程、扩大农田灌溉面积，研发推广抗旱、节水栽培技术，引进、培育抗旱品种以此来防御干旱化的威胁。其三，朝阳地区≥10℃积温在3 000～3 400℃·d，日照时间在2 600～2 800h，光热资源一茬有余、二茬不足，因此，应考虑在努鲁尔虎山山脉以南地区种植晚熟品种，在努鲁尔虎山山脉以北地区种植中晚熟品种。

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