低平原区一季玉米种植产量和水分利用 效率对播期的响应研究

曹彩云，党红凯，郑春莲，李科江，马俊永

（1.河北省农林科学院 旱作农业研究所，河北 衡水 053000；2.河北省作物抗旱研究重点实验室，河北 衡水 053000； 3.农业部衡水潮土生态环境重点野外科学观测试验站，河北 衡水 053000）

玉米不仅是我国主要粮食作物之一，还是经济、饲草作物和工业的原材料，其产量的高低对国家粮食安全和经济发展有着重要的意义［1-3］。低平原区水资源紧缺与现行粮食种植制度矛盾尖锐，造成地下水严重超采，节水压采，种植结构调整势在必行，压缩高耗水作物小麦的播种面积，探索一季玉米高效栽培模式是地下水超采区种植结构调整的重要探索。玉米的产量受品种、气候、水分及栽培管理措施等的影响［4-7］，调整玉米播种期作为重要的栽培技术措施，可使玉米的生长环境处于最佳［8-9］，对提高玉米产量意义重大。前人就播期对玉米的生长发育特征及产量形成机理等的影响研究已有很多报道，刘占东等［10］研究了播期对豫东地区夏玉米株高、LAI、产量和产量性状等的影响，晚播情况下LAI峰值期滞后，产量和产量性状下降；刘明等［11］研究表明华北平原春玉米适当推迟播期可增加穗粒数，提高产量；曹庆军等［12］对吉林中部春玉米研究表明播期影响了拔节至大口期的株高和单株叶面积；李文科等［13］研究表明推迟播期生育期缩短，产量呈现先增加后降低的趋势；播期通过影响叶片的生出速度、叶面积指数等进而影响产量［14］；黄淮麦区一年两作小麦收获后应提早播种［15］，河北省应在6 月15 日之前播种［16］较好。但在低平原限水区一季玉米播期研究还缺乏系统资料，本研究在节水压采的背景下，探讨了一季休耕一季玉米不同播期下的产量和产量性状，以及不同品种对播期的响应，以期明确适合该区一季种植的适宜播种期和高产品种，为该区节水农业提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验概况

本研究2015—2018 年在河北省农林科学院旱作农业研究所试验站进行，种植方式为一作玉米，播前基础土壤有机质22.3%，土壤速效氮105.8 mg/kg，速效磷19.7 mg/kg，速效钾121.3 mg/kg。2015 和2016 年底施复合肥（16-16-16）750 kg/hm2，追施尿素375 kg/hm2，种植密度67 500 株/hm2，行距 60 cm，均为造墒播种。2015 年SD1、SD2播期由于干旱增加灌溉1 次，各播期均在大喇叭口期灌溉1 次并追肥；2016 年，SD1播期由于出苗不好苗期补充浇水1 次，其他期次苗期没有灌溉；6 月22 日（SD1）、7 月14 日（SD2、SD3）和7 月24 日（SD4）分别灌水1 次并追肥。收获期分别为2015 年9 月4 日、9 月23 日、10 月5 日和10 月10 日，2016 年9 月3日、 9 月11 日、9 月21 日和10 月4 日。

2017 和2018 年为播种后浇蒙头水，分别底施复合肥（14-16-15）和玉米专用肥（22-8-12）750 kg/hm2，生育期无灌溉，2017 年收获时间分别为9 月5 日、9 月27 日、10 月14 日、10 月27 日和10 月31 日。2018 年分别在9 月7 日、9 月27 日、10 月7 日、10 月19 日和10 月30 日收获，其他管理同大田。各年份4—10 月降雨分配见图1。

图1 4—10 月降雨情况Fig.1 Rainfall from April to October of the experiment years

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，以播期作为主处理，2015—2016 设4 个播期，播种时间分别为4 月20 日、5 月5 日、5 月20 日和6 月5 日，分别用SD1、SD2、SD3和SD4表示。2017—2018 年设5 个播期，播种时间分别为5 月 5 日、5 月20 日、6 月5 日、6 月20 日和6 月30 日，分别用SD2、SD3、SD4、SD5和SD6表示。副处理品种，‘先玉335’‘登海605’和‘郑单958’3 个当地主栽品种。随机区组排列，3 次重复，小区面积33.6 m2。

1.3 测定项目及测定方法

产量：收获时去掉边行和保护行，每个小区连续收获40 穗，脱粒考种，结合有效穗数折算标准产量。

穗粒数：考收获穗的40 穗玉米，逐穗计数，数穗行数和2 行粒数，折算穗粒数。

穗粒重：将收获样40 穗，脱粒风干，进行水分测定，按13%折算单穗粒重。

百粒重：从测产样品中，随机数2 个200 粒，称重，误差小于0.5 g，折算百粒重。

土壤水分：播种和收获取2 m 土体土壤水分，土钻取土，10 cm 1层，105 ℃烘箱烘干，计算土壤含水量。

土壤贮水量（mm）=土层厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×水重/干土重×10；

土壤水消耗量（mm）=阶段初土壤含水量-阶段末土壤含水量；

总耗水量（mm）=土壤贮水消耗量(mm)+生长期有效降雨量(mm)+生长期总灌溉水量(mm) +地下水补给量-径流-渗漏；

试验地地势平坦，2 m 土体容重平均1.4 g/cm3（20 cm 1 层，容重分别为1.3、1.5、1.5、1.3、1.4、1.4、1.4、1.5、1.4、1.5 g/cm3），地下水位在8 m 以下，降水和灌水不足以形成径流和渗漏，计算中地下水补给量、渗漏量和径流量按0 计算。

1.4 数据处理方法

采用Excel(Microsoft Excel)进行数据整理，用SAS 8.02 进行方差和相关性分析。

水分利用效率：WUE（Water use efficiency）=籽粒产量/总耗水量（kg/hm2·mm）。

2 结果与分析

2.1 播期对玉米产量的影响

连续4 年结果表明（表1），2015 和2016 年2年平均产量随播期的延后呈现增加的趋势，以SD1播期平均产量最低，SD4播期平均产量最高，且SD4播期2 年的平均产量较SD1、SD2和SD3播期间差异达显著水平，SD2、SD3和SD4较SD1播期2 年产量平均增产3.4%、2.6% 和10.0%。2017—2018 年由于4 月20 日播期，玉米苗期到大喇叭口期干旱需要灌溉，考虑雨热不同期，在上2 年数据基础上去掉4 月20 日播期，增加6 月20 日和6 月30 日2 个播种期（SD5和SD6），且仅灌溉底墒水。产量结果表明，随播期的延后产量呈现先增加后降低的趋势，2 年平均SD1播期产量最低，SD4播期产量最高，2017、2018 年2 年平均产量SD3、SD4、SD5和SD6播期较SD2播期分别增产14.1%、24.3%、28.5%和14.4%，且差异达显著水平。

不同播期存在年际间差异，2015 年SD4播期较其他期次差异均达显著水平，其他期次间差异不显著；2016 年SD2播期产量最高较其他期次间差异均达显著水平；2017 年以SD4播期产量最高，但SD3、SD4和SD5播期间产量差异不显著，但较其他期次产量差异达显著水平；2018 年以SD5播期产量最高，且较其他期次产量差异达显著水平，SD2和SD3间及SD4和SD6间产量差异不显著。综合4 年的产量结果，SD1和SD2播期太早（2015 和2016年4 月20 日播种，2017 和2018 年5 月5 日播种），2017 和2018 年SD6播期太晚（6 月30 日），均不利于获得较高的产量，说明在限水条件下该区一作玉米适宜播期在5 月20 日—6 月20 日左右。

从品种看，玉米的产量存在品种间差异，在2015 和2016 年‘登海605’平均产量最高，在2017 和2018 年平均以‘先玉335’产量最高，且均较‘郑单958’产量差异达显著水平。播期和品种间交互作用达显著或极显著水平，说明不同品种对播期的响应是不同的。

表1 不同播期对玉米产量的影响Table 1 The effect of sowing dates on yield of maize

2.2 不同玉米品种产量对播期的反应

从不同品种产量对播期的响应来看（表2），‘登海605’在2015 和2016 年均以SD3播期产量最高，SD1播期产量最低，最高产量较最低产量2 年平均高15.2%；SD1和SD2播期较SD3播期产量差异均达显著水平，但SD3和SD4播期间产量差异不显著。

表2 不同玉米品种对播期的产量反应Table 2 The yield responses of different maize varieties to sowing dates

在2017 和2018 年随播期的延后产量呈先增加后降低的趋势，均以SD5播期产量最高，SD2产量最低（最高产量较最低产量平均高23.6%）。2017年SD3、SD4、SD5间及SD2、SD6间产量差异不显著。2018 年SD5较其他播期间产量差异均达显著水平，但SD3和SD6间产量差异不显著。说明‘登海605’的播期范围5 月20—6 月20 日较好。

‘先玉335’在2015 和2016 年分别以SD4和SD2播期产量最高，以SD3播期产量最低，最高产量较最低产量平均高21.0%；2017 和2018 年分别以SD3和SD5播期产量最高，以SD2播期产量最低，最高产量较最低产量平均高33.9%，说明‘先玉335’的播期范围较宽，在5 月5 日—6 月20 日均可获得较高产量。

‘郑单958’在2015 和2016 年分别以SD4和SD2播期产量最高，以SD2和SD1播期产量最低（分别高34.4% 和17.5%，2 年平均高26.0%），2017和2018 年分别以SD4和SD5播期产量最高，以SD2和SD3产量最低（分别低32.4%和50.7%，平均高41.5%），播期在6 月5 日—6 月20 日较好。从产量的影响幅度看，‘登海605’和‘先玉335’的影响幅度相对较小，‘郑单958’的影响幅度相对较大。限水情况下，播期适当延后，雨热同期有利于玉米生长和产量的提高。

2.3 不同玉米品种产量性状对播期的反应

表3 表明，播期影响了玉米穗粒数的多少，但不同年份影响结果不同。2015 年‘登海605’‘先玉335’和‘郑单958’分别以SD2、SD1和SD4播期穗粒数最多，分别较穗粒数最少播期处理增加18.9%、28.9% 和18.9%。2016 年3 个品种分别以SD3、SD2和SD2播期穗粒数最多，较穗粒数最少播期处理分别多16.8%、19.4% 和25.1%。2017和2018 年不同播期间穗粒数也存在差异，3 个品种穗粒数最多较最少处理分别提高20.0%、44.8%、17.8%和6.4%、16.1%、24.5%。穗粒数受播期影响较大的品种为‘先玉335’。

表3 不同玉米品种产量性状对播期的反应Table 3 The yield traits responses of different maize varieties to sowing dates

3 个品种2015 年均以SD3播期百粒重最高，2016 年均以SD4播期百粒重最高，2 年平均最高百粒重较最低百粒重分别高6.3、7.2和4.7 g；2017年‘先玉335’以SD3百粒重最高，‘登海605’和‘郑单958’以SD5播期百粒重最高；2018 年3 个品种均以SD4播期百粒重最高，百粒重2 年（2017、2018 年） 平均最高较最低分别高10.2 、13.1 和7.5 g。SD6播期百粒重下降明显，较SD5播期差异大多达到了显著水平。说明在5 月20 日到6 月20 日播种有利于粒重的增加，播期过早或过晚均不利于粒重的提高。

播期对玉米穗粒重的影响不同品种不同年份也是不同的（表3），2015 年3 个品种均以SD4播期最高，SD1、SD2间差异不显著，但较SD4间差异达显著水平；2016 年‘登海605’以SD3播期最高，‘先玉335’和‘郑单958’以SD2播期最高；2017 年‘登海605’‘先玉335’和‘郑单958’以SD3播期较高， SD4、SD5和SD3播期间差异不显著，但较SD2和SD6播期处理差异达到了显著水平；2018 年均以SD5最高，播种早（4 月20 日和5 月5 日）及播种偏晚（6 月30 日）的情况下均不利于穗粒重的增加。说明产量性状受品种类型、播期和年型等多因素影响。

2.4 产量性状与产量的相关关系

从不同播期百粒重和产量的相关关系看，相关方程为Y=0.002X+7.248，R2=0.560，P＜0.01， 二者呈现极显著正相关关系。穗粒数和产量的相关方程为Y=0.006X+441，R2=0.032，P＞0.05，说明相关关系不显著。单穗粒重与产量的相关关系方程为Y=0.015X+2.680，R2=0.905，P＜0.01，说明单穗重与产量呈极显著的正相关关系，且相关关系较为密切，百粒重次之，穗粒数与产量的线性关系不明显。

产量的提高一方面受粒重的影响，同时还受穗粒数多少的影响，单方面因素的提高并不能决定产量的高低，2015 年SD1播期穗粒数最高，但其百粒重却最低，导致单穗粒重降低，产量最低。2016 年SD4播期虽然穗粒数平均最低，但百粒重平均最高，最终单穗粒重并没有降低，产量平均最高。2018 年SD5播期穗粒数最高，且百粒重相对较高，单穗粒重最高，产量最高。播期在6 月5 日—6 月20 日左右百粒重最高，播种较早（4 月20 日）或播种偏晚（6月30 日）的情况下，不利于粒重的提高是制约产量提高的主要限制因子。

将不同年份各产量性状与产量进行相关分析 （表4），结果表明，实测穗粒重和理论穗粒重（穗粒数和粒重的乘积）均与产量呈极显著正相关关系；3 个试验年的穗粒数与产量呈极显著正相关关系；2017 和2018 年百粒重与产量正相关关系达到了极显著水平，2015 年达到了显著水平。表5 表明，穗粒数和百粒重多数年份呈现负相关关系，而穗粒重的大小由穗粒数和粒重共同决定，仅凭单因素提高并不能最终提高产量，4 年的研究结果表明在5 月20 日—6 月20 日播种虽然穗粒数不一定最高，但粒重较高，因此只有二者协同提高才能达到高产。

表4 产量要素与产量的相关关系Table 4 The correlations between yield and yield components

表5 穗粒数与百粒重的相关关系Table 5 The correlations between 100-grain weight and grain number per ear

2.5 不同播期耗水组成与水分利用效率

不同播期耗水组成见（表6），2015 和2016 年在灌溉底墒水的同时生育期均在大喇叭口期进行了灌溉。2015 年SD1和SD2播期由于拔节前干旱还补充灌溉1 次，其耗水组成为降雨+灌溉水为主，而SD3和SD4播期以降雨+灌溉+土壤水为主，水分利用效率以SD3播期最高，SD2播期最低；2016 年耗水组成为降雨+灌溉+土壤水，水分利用效率以SD2最高，SD1最低。说明增加灌溉不利于土壤水分的吸收和水分利用效率的提高。

2017 和2018 年仅灌溉1 次蒙头水，生育期无灌溉，水分利用效率随播期的延后呈现先增加后降低的趋势。2017 年耗水以降雨+灌溉水为主，水分利用效率以SD3最高，SD6最低。2018 年耗水组成为降雨+灌溉+土壤水，水分利用效率以SD5最高，SD2最低。说明早播SD2和晚播SD6均不利于水分利用效率的提高。

表6 不同播期耗水组成与水分利用效率Table 6 Effects of water consumption amount and water use efficiency under different sowing dates

3 讨论

3.1 适宜播期可协调玉米的光热水资源，提高产量

玉米产量的高低受品种、区域气候条件、栽培管理措施等多因素影响［17-20］，改变播期可使光、热、水等资源状况优化，提高玉米的产量［21］。黄淮海平原的光温资源可满足玉米的生长，影响玉米产量的主要因素是降雨［22］。适宜的播期是发挥玉米产量潜力的重要因素，内蒙古土默川平原地区为4 月中下旬［23］，冀西北的张家口在4 月30 日左右较好［24］，陕西渭北旱塬地区玉米避旱高产播种时间为5月4 日［25］。本研究4 月20 日和5 月5 日播种产量较低，5 月20 日到6 月20 日播种产量较高，与刘明等［26］华北地区春玉米适当晚播有利于提高产量，孙宏勇等［27］5 月30 日晚春播产量较高的结果相吻合。本研究中低平原区6 月20 日播种仍可获得较高产量的原因是雨热同期［28］，玉米能够正常成熟，但Sun等［29］在两作条件下6 月中旬后播种产量是降低的。虽然华北地区春玉米光温生产潜力较高、但该区降雨的分配主要在7、8 月份，玉米早播雨热不同期。播期的改变对水分的消耗组成和水分利用效率均有影响，本研究中2015 和2016 年4 月20 日播种由于苗期到大口期干旱多灌溉1 次，加大了对灌溉水资源的消耗，对后期的降雨没能充分利用，土壤水分反而得到了补充。2017 和2018 年生育期仅灌溉1 次的情况下，水分利用效率随播期延后呈现先增加后降低的趋势，早播和晚播水分利用效率相对较低，与孙宏勇［27］等适当推迟播期水分利用效率提高的研究结果一致。因此，在极度缺水的低平原区，早播不利于玉米产量的提高，适当晚播不仅可充分利用该区降雨资源，还可提高水分利用效率和玉米产量。

3.2 适宜播期可改善玉米的产量性状

群体的穗数、穗粒数和粒重共同决定产量的高低，播期对产量的影响主要表现在产量要素的影响上［30-32］，本研究结果表明播种过早或过晚均不利于粒重的增加，4 月20 日、5 月5 日和6 月30 日播种粒重较低，从穗粒数、百粒重、穗粒重与产量的相关关系看，穗粒重与产量的正相关关系最密切，其次为穗粒数和粒重，而穗粒重的大小由穗粒数和粒重决定，穗粒数和百粒重的关系为负相关关系，因此只有二者共同提高产量才能增加。本研究6 月30日播种百粒重均较6 月20 日播种降低，穗粒数在两年的结果不一致，但产量均较6 月20 日显著降低，与刘占东等［10］河南开封夏玉米播期推迟到6 月27日后不仅穗粒数减少，而且百粒重也会降低，产量下降明显的结果类似，同时印证了Zhou 等［33］5 月25 日至6 月27 日播种粒重和产量较高的结果。

3.3 不同基因型玉米的适宜播期不同

从不同品种对播期的产量响应来看，不同品种对播期的响应是不同的，董秀春等［34］研究表明‘郑单958’在鲁西北地区适宜播期为6 月12 日，‘登海605’为6 月12 日—20 日，本研究中‘郑单958’播期在5 月5 日—6 月20 日均可获得高产，‘登海605’的播期在5 月20 日—6 月20 日产量相对较高，‘先玉335’4 年分别以6 月5 日、5 月5 日、5 月5 日和6 月20 日产量最高，说明不同品种在适宜的播期才能获得高产，与薛庆禹等［17］播期和品种的优化组合显著提高产量的研究结果相同。

4 结论

综合4 年研究结果，在5 月20 日到6 月20 日播种有利于品种产量潜力的发挥，早播（4 月20 日、5 月5 日）和晚播（6 月30 日）均不利于粒重、产量和水分利用效率的提高。‘登海605’的播期范围5 月20 日—6 月20 日较好，‘先玉335’在5 月5 日—6 月20 日均可获得较高产量，‘郑单958’在6 月5 日到6 月20 日播种较好。