广西亚热带气候对一年两熟玉米生长及产量的影响

2019-08-08钟昌松吕巨智闫飞燕程伟东石达金范继征张述宽

西南农业学报 2019年7期

钟昌松，张玉，吕巨智，闫飞燕，程伟东，石达金，范继征，张述宽

(1.广西农业科学院玉米研究所，广西南宁 530007；2. 广西农业科学院；广西南宁 530007)

【研究意义】玉米是广西重要的粮食作物和饲料来源。广西玉米播种面积占粮食播种面积的18.4 %～20.4 %，玉米总产量占粮食总产量的17.1 %～ 18.4 %。玉米是高产作物，然而广西玉米产量占比低于面积占比，其增产潜力没有得到充分发挥。广西属亚热带季风气候，夏长冬暖，雨量充沛，光照充足，复种指数高，是全国少数几个生产玉米一年两熟乃至三熟的地区。干旱、高温高湿、强降雨天气和低温冷害等是制约广西玉米高产潜力发挥的主要不利气象因素。因此，基于广西玉米一年两熟生产潜力，明确气候变化特征及其对玉米生长发育的影响，对广西玉米物候期选择、增产潜力的充分发挥和气候变化应对，具有重要的理论与实践意义。【前人研究进展】分期播种是研究玉米生长发育适宜物候期和挖掘增产潜力的重要途径。Thomas等[1]研究发现不同播期对玉米生长具有显著的影响，籽粒的灌浆特性决定作物的最终产量。而近年的研究表明，气候变化对玉米的影响具有一定的复杂性和空间分异性。肖登攀等[2]发现自20世纪80年代以来，中国西北部的春玉米在气候影响下呈现出物候期提前、各生长阶段历时延长的趋势；翟治芬等[3]对比2000和1960年的结果发现，中国不同农业种植区域内玉米生育期变动明显，除东北大豆春麦甜菜区外，玉米播种期提前，玉米成熟期变动较为复杂，玉米生育期以延长为主；李正国等[4]研究了1990年至2009年间东三省玉米物候期变化趋势，物候期的响应和变化体现出区域差异，其中松嫩平原北部、吉林省中东部和辽宁省中部的响应关系较为明显。【本研究切入点】目前多数研究是在我国黄淮海和东北地区开展的，以亚热带地区一年多熟制生态环境为出发点，研究玉米物候期、生长发育和产量影响的报道尚较少。【拟解决的关键问题】探索广西亚热带多熟制气候环境变化趋势对玉米生长发育、籽粒灌浆和产量的影响，明确一年两熟玉米生长发育对气候变化的响应规律，提升广西玉米高产潜力，保障粮食生产安全。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点设在广西农业科学院玉米研究所明阳试验基地(108°13′59″N，22°36′43″E)，海拔300 m。试验地为黄壤，有机质含量为1.616 %，全氮0.101 mg/kg，全磷0.079 mg/kg，全钾0.163 mg/kg，pH 6.06。试验区年均降雨量1135.8 mm，年均积温1940 ℃，年均日照时数1310.5 h。气象数据来自试验基地气象观测站(图1～2)。

图1 2013年2-12月玉米生育期间温度变化Fig.1 Temperature changes during maize growth period from February to December

1.2 供试材料

参试品种5个，其中会单4号为早熟品种，渝单8号和贵单8号为中熟品种，正大619和迪卡008为晚熟品种。

1.3 试验方法

试验期为自2013年3月1日至12月31日，分春秋两季开展，春季和秋季试验设计和处理相同。采用裂区设计，以3个播期为主处理，5个品种为副处理，共15个处理，3次重复。

主处理播期：A1提早15 d；A2当地生产播期；A3推迟15 d；春季A1播种期为2013年3月5日，秋季A1播种期为同年8月6日。

副处理品种：正大619、迪卡008、渝单8号、贵单8号和会单4号。

种植密度57 000株/hm2，16行区，行长5 m，行距0.7 m。收获中间4行计产，试验田四周设置不少于3 m的保护行。其他管理与大田生产相同。

1.4 测定项目及方法

生长季节气象要素：收集所在试验区玉米生长季节的降雨量、光照、温度、辐射等主要气象因素。

生育进程：主要包括播期、出苗期、抽雄期、吐丝期和生理成熟期。

农艺性状与产量：按区试标准调查株高、穗位高、穗长、秃尖长、行数、行粒数和千粒重等性状。

产量：每小区实收中间4行测产，并折算成标准含水量14 %的产量。

籽粒灌浆特性调查：在玉米吐丝后的10、20、30、40和50 d每区随机选择3个点，每点取样株数不少于3株，去掉果穗苞叶，称取裸穗鲜重，采用小镊子取果穗中部共200粒充实粒烘干称重，精确到0.01 g。同时观察记载籽粒乳线占籽粒深度的百分率，分析灌浆进度。

图2 2013年2-12月玉米生育期间降雨量和太阳辐射变化Fig.2 Changes of rainfall and solar radiation during maize growth period from February to December

1.5 统计分析

采用SPSS 13.0和Excel 2007软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 玉米物候期变化特征

由表1可知，在亚热带气候变化条件下，不同播种期，玉米从播种出苗至成熟的光温条件有显著的差异，其物候期也有明显变化。

相同播种期下，春季和秋季玉米品种之间出苗日期均没有差异，但玉米播种至出苗的间隔时间有差异，春季较秋季迟1 d出苗，春季播种期平均温度(20.23 ℃)较秋季(27.20 ℃)低是主要影响原因。玉米出苗-抽丝期，受光温条件影响较大。同一玉米品种春季和秋季玉米从出苗至抽丝所需的有效积温(GDD)基本稳定，晚熟品种春季抽丝有效积温(GDD)略大于秋季，但春季和秋季的差异性分析不显著(表2)，玉米完成抽丝开花所需有效积温应主要由品种遗传特性决定。随着春季玉米播种期推迟，其抽丝期呈现缩短的趋势，而秋季玉米抽丝期则呈现延长的趋势，与温度的变化趋势相吻合。研究调查了日最高温(Tmax)和日最低温(Tmin)。Tmax>34 ℃主要集中在6-8月份，此时春玉米处于灌浆期，秋玉米8月份处于播种出苗期和拔节期；Tmin<10 ℃主要集中在11-12月份，此时秋玉米处于灌浆期。结果表明，春季Tmax>34 ℃天数随播期推迟而逐渐增加，春季推迟玉米播期增加了高温胁迫风险；秋季Tmax>34 ℃天数则随播期推迟而显著减少，但Tmin<10 ℃天数随播期延迟而显著增加，秋季推迟玉米播期会增加低温冷害风险。

2.2 气候对玉米主要农艺性状的影响

由表3～4可知，不管在春季或秋季，品种间的株高、穗位高、穗长、秃尖、穗粗、行数、行粒数、千粒重和乳线高度差异均达极显著水平；春季播期对株高、穗长、穗粗、行粒数和乳线高度无显著影响，对穗位高、秃尖、穗行数和千粒重的影响均达显著(P<0.05)，而秋季播期对株高、穗位高、穗长、穗粗、秃尖、行粒数、千粒重和乳线高度的影响均达极显著水平(P<0.01)。对比分析可知，秋季播期对玉米主要农艺性状的影响要较春季明显。此外，调查发现，秋季A2和A3播期的玉米生长发育至灌浆5 d后乳线仍不显现，与同时期春季玉米有显著差异，推测与其经历的低温天气较多，影响灌浆进度有关。

表1 不同季度玉米生育进程和光温条件的变化

注：1.设定玉米生理学基础温度Tbase=10 ℃，玉米生理极高温度为Topt=34 ℃；2.表中的Tmax和Tmin均统计玉米全生育期情况。

Note: 1.The physiological base temperature of corn was setTbase=10 ℃, and the high physiological temperature of corn wasTopt=34 ℃；2.The whole growth period of corn was counted byTmaxandTminin the table.

表2 不同季度玉米品种出苗-抽丝期GDD差异性

注：不同小、大写字母分别表示5 %和1 %水平下差异的显著性。

Note: Different small and capital letters mean significantly different at the 5 % and 1 % probability level,respectively.

表3 春季不同播期玉米主要农艺性状的方差分析

注：*表示差异达0.05显著水平，**表示差异达0.01极显著水平。下同。

Note: * indicated difference at the 0.05 level, ** indicated difference at the 0.01 significant level. The same as below.

表4 秋季不同播期玉米主要农艺性状的方差分析

在春季和秋季，播期与品种互作均无显著影响的性状有穗长、穗粗、穗行数和行粒数；秋季播期与品种互作对秃尖有显著影响，但春季无显著影响；春季和秋季播期与品种互作均有显著或极显著影响的性状有株高、穗位高、千粒重和乳线高度。

2.3 玉米灌浆效果影响

由图3可知，春季和秋季，不同播期处理的玉米品种均呈现出灌浆速率先加快再变缓的趋势，但不同季度和不同播期处理条件下的灌浆速率和灌浆积累均存在一定差异。一是起始灌浆速率有差异，春季和秋季的起始灌浆速率均随播期推迟而降低，且春季的起始灌浆速率明显大于秋季的。二是灌浆速率峰值出现的时间有差异，春季3个播期处理的灌浆速率峰值出现在开花授粉后的30～40 d，而秋季播期处理在授粉后的40～50 d仍未显示达到峰值，秋季A3处理在授粉后的40～50 d甚至出现了灌浆衰弱迹象。三是玉米果穗灌浆积累最终效果有差异，春季和秋季的最终灌浆积累均随播期推迟而降低，其中春季播期A1和A2处理的选择效果是较优的，它们的单果穗干重和千粒重无显著差异，秋季A1处理和春季A3处理效果相当，秋季A3处理效果最差。

a.春季和秋季不同播期下玉米千粒重变化；b.春季和秋季不同播期下玉米单果穗干重变化图3 春季和秋季不同播期下玉米千粒重和单果穗干重变化Fig.3 Changes of 1000 grain weight and single ear dry weight with different seeding dates in spring and autumn

图4 不同熟期品种和播期的相关关系Fig.4 The correlation between different maturity varieties and sowing date

2.4 播期对不同熟期品种产量的影响

方差分析表明，春季A1处理的晚熟品种迪卡008和正大619、A2处理的迪卡008产量显著大于其它播期品种的产量，且中、早熟品种随播期推迟产量显著降低；秋季A1处理处理迪卡008、正大619、贵单8号和会单4号显著大于其它播期品种的产量，A2和A3处理的会单4号和贵单8号产量较同播期晚熟品种有较好的表现。以5个参试品种3个播期产量的平均值为纵横坐标，对春季和秋季的品种产量水平作图分析，可较直观地看出两熟制下适宜播期和品种的选择(图4)。由于广西一年两熟生态气候温度两头低、中间高的现象，在春季适宜早播并选择相对晚熟的品种，其中晚熟品种迪卡008产量稳定性较正大619好；秋季也以早播为佳，且越晚播种越应选择中、早熟品种，推迟播期时晚熟品种在偏低的温度下灌浆不饱满，较难成熟。

3 讨论

作物生育期变化是作物本身生理过程和环境条件综合作用的结果[3]。大量研究表明，气候变化对作物的生长条件与产量[5-6]、作物气候适宜性[7-8]、以及种植制度[9-10]等都有重要影响。

气候环境对玉米的影响，与当地气候时空变化特征有较大关系。在东北地区，气候变暖、热量增加会促使作物春季物候期的提前和秋季成熟期推后，东北春玉米生长前期(播种期一抽雄期)日数减少，生长后期(抽雄期一成熟期)日数增加，全生育期日数增加[4,11-12]；张镇涛等[13]研究了华北平原夏玉米生长情况，在充分灌溉和雨养条件下，随着年代的推移，夏玉米适宜播期呈推迟趋势，逐年代推迟3 d 左右。本研究发现，广西亚热带气候光温环境对玉米生长发育和物候期的影响，主要反映在播种出苗期和抽丝期等生育进程差异、高温冷害胁迫风险和主要农艺性状变化差异等方面，与我国东北等其它地区有一定特征差异。在广西3-12月玉米生长季节里，春季播种期平均温度(20.23 ℃)较秋季(27.20 ℃)低，春季玉米播种至出苗要较秋季要迟1 d；玉米抽丝期受光温条件影响较大，同一玉米品种的玉米出苗至抽丝所需有效积温(GDD)基本稳定，主要由品种遗传特性决定，春季玉米的抽丝期随温度升高呈现缩短趋势，而秋季玉米则随温度逐步降低呈现延长趋势；气候变化对广西玉米主要农艺性状的影响也较明显，且秋季生态气候对玉米主要农艺性状的影响要较春季大，株高、穗长、穗粗、行粒数和乳线高度受到的影响由春季的不显著变为秋季的极显著水平，穗位高、秃尖和千粒重受到的影响也从显著水平变到极显著水平。

其次，本研究发现，广西玉米春季和秋季的起始灌浆速率、平均灌浆速率和最终灌浆积累效果均随播期推迟而降低，且春季灌浆效果明显好于秋季，秋季推迟播期有灌浆衰弱迹象。玉米的灌浆速率和灌浆持续时间对千粒重和作物产量影响较大，这与刘丰明[14]和徐寿军[15]的研究结果较一致。结合广西3-12月气候变化特征，春季玉米晚播减产的原因为：灌浆期环境温度升高导致使灌浆前期速率降低，生长后期遇到高温催熟，造成灌浆质量和数量降低从而减产。秋季玉米晚播减产原因为：秋玉米主要是8月份播种，正值广西炎热高峰期，灌浆前期速率较春季弱，9月份后气温逐步下降，有效积温积累不足且受低温冷害而减产。

综合气象胁迫统计数据、玉米灌浆特征和产量结果等因素分析，广西春季推迟播期增加高温胁迫风险，秋季推迟播期会增加低温冷害风险。本研究认为，温度和光周期是气象要素中影响玉米生长发育的最主要因素，这与刘月娥[16]的研究观点一致。从广西一年两熟光温周期分布规律看，春季和秋季均宜早播，秋季玉米应选择熟期较春季短的玉米品种。