播种期对粒收春玉米生长发育与阶段热量资源匹配的影响

戎美仁，胡树平，高聚林，王富贵，于晓芳，孙继颖，青格尔，屈佳伟，马达灵，梁红伟，王志刚

（内蒙古农业大学农学院，内蒙古 呼和浩特 010019）

品种特点与区域热量资源有效匹配是保证粒收玉米品种高产和高质量籽粒直收的前提[1-3]。品种选择、播种期调整被认为是充分利用区域热量资源，提高玉米生产潜力的有效措施[4]。揭示播种期对粒收春玉米生长发育与阶段热量资源的匹配影响，对于明确适期早播实现粒收春玉米高产机理具有重要意义。有研究表明，播种期调整导致的阶段温度变化会使玉米的阶段生长发育发生变化[5]，并使玉米各生育阶段处于相对有利的热量条件下，充分发挥光、热资源的综合增产效应[6-7]。LIU等[8]研究表明，玉米出苗期、花前阶段持续期长短主要受各阶段温度的影响；于胜男等[9]研究认为，花前日平均温度和花后温度日较差分别是影响春玉米粒收品种花前、花后阶段物质积累的核心温度因子。但播种期调整促进粒收春玉米增产和热量高效，是否与播种期调整促进了粒收春玉米阶段生长与阶段热量因子更加匹配有关尚无报道。因此，本研究立足内蒙古春玉米区较大的地理跨度和玉米熟期差异，以应用机械粒收品种为前提，通过播种期联网试验研究播种期对粒收春玉米阶段生长发育与阶段热量匹配的影响，为粒收春玉米热量资源高效利用和高产栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

2019—2020年在内蒙古六大生态区：大兴安岭东温凉旱作区（岭东），大兴安岭南温暖旱作区（岭南），西辽河平原温热灌溉区（西辽河），燕山北部丘陵温热灌溉区（燕山北部），土默川平原温热灌溉区（土默川），河套平原温热灌溉区（河套）进行播种期联网试验。试验点地理坐标及各生态区热量条件见表1。

表1 内蒙古六大生态区试验点地理位置和玉米生育期平均热量条件

1.2 试验设计

试验以共性对照品种郑单958（ZD958）和经鉴选适宜各生态区种植的5个粒收春玉米品种为材料（表2）。各生态区播种期均以当地常规播种期（OT）为对照，以7 d为步长，设早播14 d（E14）、早播7 d（E7）、晚播 7 d（D7）、晚播 14 d（D14），共 5 个处理。种植密度均为75 000株/hm2，养分、水分管理同当地大田生产。试验随机区组排列，3次重复。

表2 内蒙古各生态区品种选择和播种期设置

1.3 测定指标与方法

1.3.1 气象数据

于各试验地气象站获取2019—2020年的全年逐日平均气温（Ta）、日最高温（Tmax）、日最低温（Tmin）等数据，用于计算各生态区全年和各生育阶段≥10℃积温、≥10℃有效积温、全年和各生育阶段生长度日（GDD）。

1.3.2 生育时期与阶段生长天数

于田间定株调查并记录玉米播种期、出苗期（VE）、拔节期（V6）、吐丝期（R1）、生理成熟期（R6）到达日期。各处理内标定5 m双行，记录双行总株数，各生育时期记录以达到某生育时期标准的株数占总株数的50%确定，各生育阶段生长天数的确定根据某生育时期到达日期与下一生育时期到达日期计算。

1.3.3 地上部生物量

各处理于拔节期、吐丝期、生理成熟期取样，每处理分别取3株无病虫害影响且生长发育正常一致的植株，吐丝期、生理成熟期将玉米全株分为叶片、茎秆、雌穗3部分，置于105℃烘箱中分别杀青30 min，80℃烘干至恒重后称重，计算群体生物量。

1.3.4 测产及考种

于成熟期选取无缺苗断垄且长势整齐的2行进行收获，晾晒后进行考种。逐穗测定穗行数、穗粒数后全部脱粒，测定千粒重，并采用PM-8188型谷物水分测定仪测定籽粒含水量，计算籽粒产量（籽粒含水量为14%）。

1.4 数据处理

采用 SPSS 25.0（SPSS statistics，USA）统计软件中的一般线性模型进行方差分析，处理间显著性检验采用LSD法，显著水平为P<0.05；采用SigmaPlot 12.5（Systat Software Inc.，USA）软件作图、线性模型回归和差异显著性检验（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 播种期对春玉米生长发育和积温利用的影响

2.1.1 播种期对春玉米生育期的影响

由图1和图2可知，播种期变化下各生态区ZD958和粒收春玉米全生育期天数均呈E14>E7>OT>D7>D14的趋势，E14处理下ZD958全生育期天数较OT平均延长了11 d，粒收春玉米的全生育期天数较OT平均延长9 d。从各生育阶段来看，播种期对ZD958播种至出苗所用天数、苗期生长天数有显著影响（P＜0.05），各阶段生长天数皆随播种期的推迟而缩短，播种期对穗期生长天数的影响不显著（P＞0.05）。播种期对ZD958花粒期生长天数的影响与热量资源显著相关，热量有限地区积温不足导致ZD958未至生理成熟期时遭遇霜冻死亡；热量充沛地区ZD958虽可正常成熟，但播种期对花粒期生长天数的影响不大。

图1 不同播种期条件下ZD958各阶段生长天数比较

图2 不同播种期条件下粒收春玉米各阶段生长天数比较

播种期对粒收春玉米播种至出苗所用天数和苗期生长天数的影响与ZD958基本一致。各生态区粒收春玉米出苗所用天数随着播种期的推迟逐渐缩短，E14较OT平均延长5 d，E7较OT平均延长3 d；苗期生长天数随着播种期的推迟逐渐缩短，E14较OT平均延长4 d，E7较OT平均延长2 d。各生态区粒收春玉米花粒期生长天数随播种期的推迟逐渐缩短，E14较D14平均延长5 d、较OT平均延长3 d，E7较OT平均延长2 d；E7全生育期生长天数较OT平均延长6 d，提前3～5 d到达生理成熟期。

2.1.2 播种期对春玉米阶段生长积温需求的影响

由图3和图4可知，不同生态区播种期对春玉米阶段生长时间的影响一致。ZD958播前—出苗期所需有效积温随着播种期的推迟皆显著增加（P＜0.05），而播种期对出苗—拔节期生长所需的有效积温无显著影响（P＞0.05），拔节—吐丝期生长所需有效积温（Ⅳ除外）随着播种期的推迟显著增加（P＜0.05），吐丝—霜冻期生长所需有效积温随播种期的推迟皆显著降低（P＜0.05）。早播显著减少花前积温需求（P＜0.05），但明显增加花后积温分配。以积温利用来看，ZD958成熟—霜冻期仅剩0～69.5℃有效积温，难以实现脱水粒收。

图3 不同生态区下播种期对ZD958阶段积温需求的影响

图4 不同生态区下播种期对粒收春玉米阶段积温需求的影响

播种期对粒收春玉米阶段积温需求的影响与ZD958基本一致。常规播种期（OT）下有15.5～71.7℃的有效积温未被利用，相比常规播种期来说，粒收春玉米播种期提前能够充分利用春季≥10℃有效积温，将有效积温利用率提高1.5个百分点，使春玉米提早出苗，避免了播前有效积温的浪费。而在花粒期阶段，E7处理的≥10℃有效积温较OT高1.5%～3.1%，为花后籽粒干物质积累提供了良好的热量环境；E7处理成熟—霜冻期有效积温较OT提高1.2%，为后期籽粒脱水争取43.7～130.9℃的积温，降低籽粒含水率，有利于机械粒收。

播种期变化对ZD958和粒收春玉米全年积温利用率的影响显著（P<0.05）且一致，皆随播种期的推迟而降低（图5），适期早播可使粒收春玉米全年积温利用率较OT提高1.1～2.8个百分点，提升至89.0%～95.4%，实现热量资源的高效利用。

图5 播种期对不同品种春玉米全年积温利用率的影响

2.2 播种期对春玉米阶段干物质积累及产量的影响

2.2.1 播种期对春玉米阶段干物质积累的影响

由表3可知，生态区、播种期和品种及其互作对春玉米花粒期干物质积累量和总干物质积累量有显著影响（P<0.01）。不同播种期条件下，各生态区干物质积累量呈先升高后降低的趋势，早播7 d（E7）处理下玉米花粒期的干物质积累量与常规播种期（OT）的差异不显著，但显著高于其余播种期处理（P<0.05）；热量充沛地区粒收春玉米干物质积累量高于热量有限地区；不同品种间仅花粒期的干物质积累量差异显著（P<0.05）。

表3 不同生态区、播种期对春玉米阶段干物质积累影响的方差分析

由图6可知，播种期变化对粒收春玉米苗期干物质积累量影响不显著（P＞0.05），对穗期和花粒期干物质积累量均有显著影响（P<0.05）。随着播种期的推迟，不同生育阶段春玉米的干物质积累量整体呈单峰曲线变化趋势，均以E7处理最大，穗期、花粒期2年平均干物质积累量分别为12.8、16.0 t/hm2，之后随播种期的推迟依次降低。相比OT处理，E7处理下穗期和花粒期2年的群体干物质积累量分别提高了14.8%和3.9%。

图6 播种期对粒收春玉米各生育阶段干物质积累量的影响

2.2.2 播种期对粒收春玉米阶段干物质积累速率的影响

由图7可知，不同生态区粒收春玉米阶段干物质积累速率皆随播种期的推迟呈单峰曲线变化趋势。各生态区粒收春玉米阶段干物质积累速率均以E7处理最大（Ⅳ除外），苗期、穗期、花粒期干物质积累速率分别为29.1、322.5、257.4 kg/（hm2·d），E7处理下粒收春玉米苗期、穗期、花粒期干物质积累速率分别比OT处理提高了11.6%、8.3%、9.5%。

图7 播种期对粒收春玉米阶段干物质积累速率的影响

2.2.3 播种期对春玉米产量的影响

由图8可知，随着播种期的推迟，不同春玉米品种产量均呈现单峰曲线变化趋势。E7处理下产量虽最高，但与OT差异不显著（P＞0.05）。播种期的变化对粒收春玉米产量的影响显著，E7处理产量显著高于其他处理（P<0.05），为 13.6 t/hm2，较常规播种期（OT）提高了9.9%；E14和OT处理次之，但E14与OT处理差异不显著（P＞0.05）。相反，晚播则导致产量逐渐下降，最高产量（E7）与最低产量（D14）相差 3.3 t/hm2；最低产量（D14）较常规播期（OT）减产16.9%。

图8 播种期对粒收春玉米不同品种产量的影响

2.3 播种期对粒收春玉米阶段干物质生产与热量因子匹配关系的影响

2.3.1 粒收春玉米阶段干物质生产与各阶段热量因子匹配关系

阶段干物质积累量与各类热量因子的相关分析（表4）表明，苗期干物质积累量与Tmin极显著（P<0.01）正相关；穗期干物质积累量与Tmax、Tmin和Ta皆极显著（P<0.01）正相关；花粒期干物质积累量与Tmin和Tr极显著（P<0.01）正相关。粒收春玉米全生育期干物质积累量与Ta和Tr极显著（P<0.01）正相关。由此可见，Tmin是影响粒收春玉米苗期干物质生产的核心热量因子，Ta是影响粒收春玉米穗期干物质生产的主要热量因子，Tmin和Tr是影响粒收春玉米花粒期干物质生产的主要热量因子，Ta和Tr是影响粒收春玉米全生育期干物质生产的主要热量因子。

表4 粒收春玉米阶段干物质积累量与各阶段热量因子相关关系

由图9可知，总体上看，粒收春玉米花前干物质积累量随Ta的升高而增加，Ta每升高1℃，花前干物质积累量增加1.5 t/hm2；花后干物质积累量随Tr的升高而增加，Tr每升高1℃，花后干物质积累量增加0.4 t/hm2。从播种期变化角度分析，E7处理下粒收春玉米花前干物质积累的拟合斜率最大，干物质积累速率最快，Ta每升高1℃，干物质积累量增加2.34 t/hm2；不同播种期处理下花后干物质积累量随Tr的增大而增加，D14处理的拟合斜率最大，其次为E7处理。适期早播处理下，Tr每升高1℃，干物质积累量增加0.4 t/hm2，花后干物质积累量皆高于其他处理，由此说明，适期早播能够有效提高Tr，促进干物质积累速率的增加。

图9 核心热量因子对不同播种期下粒收春玉米阶段干物质生产的影响

2.3.2 粒收春玉米产量构成因素与热量因子的匹配关系

由表 5可知，穗数与 Tmin极显著（P<0.01）负相关，与 Tr极显著（P<0.01）正相关；穗粒数与Tmin、Ta显著（P<0.05）正相关；千粒重、产量皆与 Ta极显著（P<0.01）正相关。由此说明，Ta是影响产量构成因素及产量的主要热量因子，且Ta主要通过影响千粒重提高产量。进一步从播种期变化下Ta对千粒重、产量的影响分析可知（图10），各处理千粒重和产量均随着Ta的升高而增加，Ta每升高1℃，平均千粒重和产量分别增加21.4 g、1.0 t/hm2，E7处理的千粒重和产量最大，Ta每升高1℃，千粒重和产量分别增加 21.1 g、0.9 t/hm2。

图10 核心热量因子对不同播种期下粒收春玉米千粒重和产量的影响

表5 粒收春玉米产量构成因素与各类热量因子相关关系

3 讨论

温度因子对玉米阶段生长发育至关重要，不同阶段生长发育所需的最佳温度各不相同[10]。李言照等[11]研究表明，玉米生育期间的积温、日照时数与产量及产量构成因素呈极显著正相关关系。陈静等[12]研究也表明，有效积温对夏玉米的直接效应最大。余海霞[13]研究表明，温度升高有利于加快玉米生育进程，且总生长天数随播种期的推迟而缩短；影响玉米生育进程的主要因素为平均最高温度、平均最低温度、平均气温。LI等[14]研究表明，在东北地区春玉米全生育期生长天数和阶段生育期持续天数皆与平均温度呈正相关关系。LU等[15]研究认为，播种期对玉米营养生长阶段、营养生长和生殖生长并进阶段有4～19 d的影响，而生殖生长阶段较为稳定，仅变化了3～5 d。播种期提前可缓解作物因温度升高而造成生育期天数缩短的问题，降低作物产量下降的负面影响[16]。豆攀[17]研究认为，播种期推迟后，玉米出苗到拔节期的持续天数缩短幅度最大，且有效积温与各生育阶段持续时间呈正相关关系。本研究表明，玉米播种期提前可延长粒收春玉米的营养生长期，且全生育期生长天数随着播种期的推迟逐渐缩短，播种期变化对苗期和花粒期生长天数影响显著，这与余海霞[13]、豆攀[17]的研究结果一致。

粒收发展背景下，为玉米籽粒脱水争取更多的脱水积温尤为重要。有研究表明，花后有效积温是影响玉米千粒重以及产量的主要因素[18-20]，吐丝后有效积温增加有利于玉米籽粒灌浆，促进粒重增加[21]，而玉米花后干物质积累是籽粒产量的主要来源[22]。本研究发现，常规播种期下有15.5～71.7℃的播前有效积温被浪费，适期早播可充分利用这部分播前积温，使粒收春玉米提早出苗，将春季有效积温利用率提高1.5%，并延长营养生长持续天数，为叶面积的增长奠定基础。在生长发育后期，适期早播可延长花后生长天数，花后可利用的有效积温较常规播种期高出1.5%～3.1%，花后干物质积累量提高3.9%，干物质积累速率提高9.5%，并且干物质积累速率与千粒重呈极显著（P<0.01）正相关关系。玉米花后有效积温的增加提高了花后干物质积累速率，促进籽粒物质积累，达到增产目的，这与前人研究结果一致。可见，适期早播可充分利用生长季热量资源，为粒收春玉米花后干物质积累和籽粒建成提供良好的热量条件，提早3～5 d到达生理成熟，在增产9.9%的前提下，为后期籽粒脱水争取43.7～130.9℃的积温，实现高质量籽粒直收。

相关研究表明，平均温度是影响玉米产量的主导因子，其次为日较差[23]。王平华[24]研究认为，日均温对玉米产量构成因素的响应较为强烈，而XU等[25]研究指出，昼夜温差对玉米产量有显著影响。明博等[26]研究表明，玉米产量性状与不同生育阶段的多个气象因子显著相关，产量与苗期、营养生长阶段日较差显著正相关；花期（抽雄—吐丝）前后的日最高温度影响穗粒数。葛均筑[27]研究认为，玉米籽粒灌浆期日高温>30℃的天数决定千粒重的高低，营养生长期日均温差决定了穗数的形成。刘淑云等[28]研究表明，玉米粒重与日较差呈显著正相关，日较差每增加1℃，千粒重提高20～25 g。本研究表明，不同播种期条件下日均温（Ta）是影响粒收玉米千粒重、穗粒数的主导热量因子，日最低温（Tmin）与穗粒数的形成显著（P<0.05）相关。各播种期处理的千粒重均随着Ta的升高而增加，早播7 d处理下千粒重最高，Ta每升高1℃，千粒重平均可增加21.1 g。适期早播使千粒重处于最适的Ta条件下，促进了产量的形成，Ta每升高1℃，产量提高0.9 t/hm2。

北方春玉米出苗期、开花期和成熟期主要受平均温度、日最低温度、日最高温度等气象因子影响[29]。周忠文等[30]研究表明，平均气温、最高气温、最低气温、日较差对玉米灌浆期的影响呈正效应，适期早播可避开多雨寡照天气，提高玉米百粒重，达到玉米高产目的。李向岭等[31]研究表明，早播条件下群体干物质积累量高于晚播可能是由早播延长玉米灌浆期，且生育后期平均温度较高，干物质积累速率快导致的。本研究表明，Tr是影响粒收春玉米花粒期干物质积累的主要热量因子，适期早播可提高Tr，Tr每升高1℃，干物质积累量增加0.4 t/hm2。适宜的Tr促进玉米籽粒灌浆[11]，提高千粒重。因此，适期早播可使粒收春玉米花后Tr处于相对较高的热量环境，使玉米阶段生长发育与热量资源充分匹配利用，实现高产高效。

4 结论

适期早播可有效利用播前有效积温，使粒收春玉米提早出苗，春季有效积温利用率提高1.5个百分点，延长花粒期生长天数，花后积温分配增加1.5%～3.1%，花后干物质积累量提高3.9%，干物质积累速率提高9.5%，促进籽粒灌浆，提高粒收春玉米产量。Tr是影响粒收春玉米花粒期干物质积累的核心热量因子，适期早播下Tr每升高1℃，干物质积累量增加0.4 t/hm2；Tr与花粒期干物质积累的充分匹配利用，使粒收春玉米在增产9.9%的前提下，全年积温利用率提高1.1～2.8个百分点，并提前3～5 d成熟，为后期籽粒脱水争取43.7～130.9℃的积温，实现高质量籽粒直收。