鲁中地区夏玉米主要生育期和产量对气候变化的响应

刘春晓，吕建华，王昊，丁继民，高英波，张慧，汪黎明，方志军，董瑞，刘铁山

（1.山东省农业科学院玉米研究所／小麦玉米国家工程实验室／农业部黄淮海北部玉米生物学与遗传育种重点实验室，山东济南 250100；2.山东省种子管理总站，山东 济南 250100；3.山东省气候中心，山东济南 250031；4.东平县银山镇农业综合服务中心，山东东平 271513）

玉米已经成为我国第一大粮食作物，也是重要的经济、饲料作物，对我国粮食安全具有举足轻重的作用［1-3］。种植业是对气候变化最敏感的领域之一。气候变化通过温度、降水等变化的综合作用改变农作物生长发育过程中光照、热量、水分的分配而影响其生产力，从而对作物生长、产量、病虫害防治、农业生产潜力及农业管理等产生影响［4，5］。农业生产对气候变化的响应和适应逐渐成为社会关注的焦点。

气候与农业生产密切相关。近年来，关于气候变化对农作物生育期及产量的影响许多专家进行了大量研究。刘昌等［6］用山东省1983—2015年34个气象站点的气象数据，通过线性回归分析了其对山东省冬小麦、夏玉米单产的影响，结果表明，山东省冬小麦、夏玉米单产及冬小麦-夏玉米周年单产呈明显的上升趋势，平均气温、降水量、日照时数增加对冬小麦单产有促进作用，降水量增加对冬小麦增产影响最显著；夏玉米对平均气温、最低气温、日照时数的增加表现为负效应，最高气温和降水量的增加有利于夏玉米增产。张洁等［7］通过研究河西走廊中部30年来气候变化情况及其对主要农作物生育期和产量的影响，结果发现，气温、降水等气候因素均能不同程度地影响春小麦、玉米的生育期及产量，且地域性差异显著。

山东省是我国夏玉米主产区，播种面积、产量、加工能力、产值均居全国前3位，在我国玉米生产中具有重要地位。本研究重点分析了鲁中地区3个典型县区试验点6个代表性玉米品种生长阶段的气候变化和生育进程及产量情况，以期为充分合理利用当地气候资源、准确评估玉米生产力、指导农业生产和田间管理提供理论与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

山东省（34°22.9′～38°24.01′N，114°47.5′～122°42.3′E）地处我国东部沿海、黄河下游，属温带季风性气候，光照资源充足，年日照时数2 290～2 890 h，无霜期180～220 d，年均降水量550～950 mm，降水季节分布不均衡，多数集中在6月下旬—9月上旬。雨热同季，自然条件对玉米生长发育极为有利，是夏玉米的典型种植区，栽培制度以冬小麦-夏玉米轮作为主，是全国粮食作物主要产区之一。其中，鲁中地区是山东省的重要玉米产区，常年总种植面积73万hm2［8］。本区域主要包括济南、淄博、潍坊、临沂的大部和泰安、日照的全部。本研究选择章丘（36°44′N，117°34′E）、岱岳（36°00′N，117°00′E）、东平（35°53′N，116°21′E）3个典型县区定位开展品种筛选试验。

1.2 数据来源

本研究所需气象数据由山东省气候中心提供，包括鲁中地区3个农业气象基本观测站（章丘、岱岳、东平）2017—2018年夏玉米生育期内平均气温、降水量和日照时数。

玉米生育时期及产量数据来源于山东省玉米主推生态鉴定示范试验。品种示范试验根据国家、省级审定品种（含绿色通道和联合体试验）及同一生态区引种备案品种情况，征集了6个玉米品种（YF3240、登海605、金来318、京农科 736、先玉047、鑫丰388）。各站点内统一播种，统一管理，田间管理略高于当地生产水平。种植密度按各品种最适密度设置。调查记录各试验点各品种的生育期进程，成熟期小区测产。

1.3 数据处理

采用 Sigmaplot 12.5和 Microsoft Excel 2010软件进行数据统计分析及作图。

2 结果与分析

2.1 2017—2018年玉米生育期气候变化分析

2.1.1 温度变化情况 从图1、图2可以看出，章丘、岱岳、东平3个试验站点2017年、2018年夏玉米主要生育期（6—9月）平均气温变化大体一致。2017年章丘玉米生育期平均气温维持在16.7～32.7℃，最高气温出现在7月11日，最低气温出现在9月28日，高温期出现在7月8日至14日左右，日平均气温为 29.9～32.7℃；2018年，章丘玉米生育期平均气温维持在16.6～32.5℃，最高气温出现在7月20日，最低气温出现在9月24日，高温期出现在7月15日至23日左右，日平均气温高达 30.5～32.5℃。

2017 年岱岳玉米生育期平均气温维持在18.2～31.3℃，最高气温出现在7月23日，最低气温出现在9月28日；2018年，岱岳玉米生育期平均气温维持在16.8～32.6℃，高温期出现在7月13日至26日左右，日平均气温达到28.8～31.8℃，7月31日到8月12日左右又出现了一段高温期。

东平2017年、2018年玉米生育期平均气温变化趋势基本与章丘、岱岳一致，最高、最低温度出现的日期也相差不大。

图1 2017年不同试验站点玉米生育期日平均气温变化情况

图2 2018年不同试验站点玉米生育期日平均气温变化情况

2.1.2 日照时数变化情况 由图3和图4看出，章丘、岱岳、东平3个试验站点日照时数均呈波动性变化，变化幅度在0～13 h之间。2017年7月15日至8月3日、8月23日至8月30日，2018年8月13日至8月19日，阴雨天气较多，日照时数较少。生育后期日照时数基本都在10 h以下。玉米属于短日照植物，在短日照条件下可以正常生长发育，12～14 h光照对玉米生长反而有抑制作用。由图3和图4的变化趋势看出，在玉米生育期内光照基本不会抑制玉米生长。

图3 2017年不同试验站点玉米生育期日照时数变化情况

图4 2018年不同试验站点玉米生育期日照时数变化情况

2.1.3 降水量变化情况 由图5、图6看出，2017年，3个试验站点的降雨主要集中在7月中下旬。其中章丘单日最大降雨量出现在8月9日，达到40.8 mm；岱岳最大降雨量出现在7月28日，达到69.8 mm；东平降雨量明显高于章丘和岱岳，整个玉米生育期超过50 mm的降雨多达3次，最大降雨量出现在6月22日，高达109.3 mm。由于玉米当时还未出苗，种植地块排灌设施良好，未对其生长造成较大影响。2018年，降雨量明显高于2017年，3个试验点降雨时间比较一致，8月19日章丘、岱岳、东平三地均出现强降雨，降雨量分别高达 124.4、121.4、179.7 mm，东平在8月14日也出现150.0 mm的降雨。

2.2 2017—2018年玉米生育时期变化情况

由表1可知，各试验站点基本在6月13日左右播种，东平2017年播种较晚，在6月20日播种。各品种在不同试验站点的生育期差异不大。一般播种至出苗期5～7 d，此期温度都能满足玉米出苗需要，影响较大的是浇水情况，只要播种后及时浇水，出苗天数差异不大。出苗到抽雄时间为37～49 d，抽雄到吐丝时间为0～3 d，吐丝到成熟时间为52～68 d。生育期都在110 d左右。由于浇水时间、调查标准不一致等主观因素也会造成各生育时期的差异。

图5 2017年不同试验站点玉米生育期日降水量变化情况

图6 2018年不同试验站点玉米生育期日降水量变化情况

根据玉米生长发育特点，将玉米全生育期划分为营养生长（播种-抽雄）和生殖生长（抽雄-成熟）两个阶段。对两个阶段生育期时长与其对应的积温、总日照时数和总降水量进行相关分析，结果见表2。各品种玉米营养生长阶段天数与总积温值呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数高达0.97～0.99，与总日照时数相关性不大，相关系数在0.41～0.70，与总降水量不存在相关性，相关系数在-0.02～0.38；各品种玉米生殖生长阶段天数与总积温值呈显著正相关（P＜0.05），相关系数在0.80～0.95，与总日照时数和总降水量相关性不大，相关系数分别在-0.19～0.09、-0.04～0.41。综合来看，玉米生育期天数与总积温相关性较大，对日照时数和总降水量变化不敏感。

2.3 2017—2018年玉米产量变化情况

由图7可知，同一品种在不同地区种植，产量差异较大。2017年先玉047在岱岳站点的产量最高，达12 382.5 kg／hm2；产量最低的为鑫丰388，2017年在东平的产量仅为6 704.0 kg／hm2。章丘两年的产量在8 550.0～9 600.0 kg／hm2，各品种两年之间的产量差异不大，差值在60～870 kg／hm2，除登海605外，其余5个品种2017年产量均高于2018年。岱岳站点两年的产量均高于章丘和东平，2017、2018年各品种产量分别比章丘高出2 212.5～2 871.0 kg／hm2、2 540.7～3 289.5 kg／hm2，比东平分别高出 1 594.5～5 033.6 kg／hm2、1 949.7～4 372.5 kg／hm2，产量在11 510.7～12 382.5 kg／hm2，各品种两年间的产量差异也不大，差值在31.5～871.8 kg／hm2。东平两年的产量在6 704.0～10 221.0 kg／hm2，各品种两年间差异较大，差值高达660.0～1 612.5 kg／hm2。

表1 2017—2018年玉米生育进程

表2 玉米全生育阶段气候要素与各生育阶段时长的相关系数

图7 2017—2018年玉米产量变化情况

将玉米产量与其生育时期对应的积温、总降水量和总日照时数进行相关分析，结果见表3。各品种玉米产量与积温、总降水量、总日照时数和生育期的相关系数差异较大。各品种产量与积温、总降水量、日照时数和生育期单方面因素的相关性都较小，表明在本试验条件下，玉米产量受品种特性的影响较大，对同期气候因素的变化不敏感。

表3 玉米全生育阶段气候要素与产量的相关系数

3 讨论与结论

气候变化对农作物生育期具有显著影响。孟林等［9］研究表明，夏玉米全生育期天数和生殖生长期天数均与同期平均气温呈负相关关系，平均气温每上升1℃，全生育期天数和生殖生长期天数分别平均缩短2.71 d和1.07 d。不同生育时期温度的增加均有利于作物生长［10］，播种期温度增加，会使夏玉米播种期提前而成熟期推迟［11，12］。夏玉米对日照时数的增加表现为负响应，而对降水和最高气温具有较强的敏感性［9］。本研究表明，各品种玉米营养生长阶段天数与总积温值呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数高达0.97～0.99，与总日照时数相关性不大，相关系数在0.41～0.70，与总降水量不存在相关性，相关系数在-0.02～0.38；各品种玉米生殖生长阶段天数与总积温值呈显著正相关（P＜0.05），相关系数在0.80～0.95，与总日照时数和总降水量相关性不大，相关系数分别在-0.19～0.09、-0.04～0.41。生育期对气候因素的响应不仅反映了农作物对气候变化的被动适应过程，也反映了农业生产中通过改变作物品种、田间管理措施、种植制度和栽培方式等来应对环境变化的主动适应过程［13-15］。

玉米产量的形成受气候、品种特性和栽培管理措施等多种因素共同影响。王洪丽［16］、刘锋［17］等分别对吉林省和山东省玉米产量分析发现，自然灾害是造成玉米产量波动的重要因素之一。张秋英等［18］研究认为，产量与年际间气候条件变化关系不大，热量多且雨量充沛的年份才有利于玉米产量潜力的挖掘。气候通过影响玉米潜力上限影响产量差［19］。本试验结果与上述研究结果大致相同，各品种玉米产量与积温、总降水量、总日照时数和生育期的相关系数差异较大，各品种产量与积温、总降水量、日照时数和生育期单方面因素的相关性都较小，玉米产量受品种特性的影响较大，对同期气候因素的变化不敏感。由于本研究年份没有发生重大的自然灾害，而且各研究站点的农田基本水利建设比较完善，旱能灌、涝能排，因此气候因素未对玉米产量造成影响。不同地区应根据夏玉米主要生育期的变化选择适宜的品种类型。

本研究只分析了2017、2018年两年的数据，仅选择了鲁中地区的3个研究站点，研究数据较少、地区选择也比较片面，今后将选择山东各地区多个研究站点，增加玉米试验品种，从多方面着手进行分析研究，进一步完善研究内容和结果。