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黃淮南部玉米產(chǎn)量對氣候生態(tài)條件的響應(yīng)

安盼盼1明 博3董朋飛1張 秒1黃大召1趙亞麗1,2,*李潮海1,2,*

1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 河南鄭州 450002;2河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心 / 省部共建小麥玉米作物國家重點實驗室, 河南鄭州 450002;3中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所, 北京 100081

針對近年來黃淮南部氣候條件和耕作制度變化, 2015—2016年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)以該區(qū)主推品種鄭單958為材料, 采用分期播種方法, 研究玉米產(chǎn)量對氣候生態(tài)條件的響應(yīng), 探討氣候因子與玉米產(chǎn)量的關(guān)系。結(jié)果表明, 由于年際間、播期間氣候因子的差異, 玉米產(chǎn)量差異顯著, 大體表現(xiàn)為春播產(chǎn)量高于夏播, 且夏播產(chǎn)量隨播種時間的推遲而顯著降低。隨著播期的推遲, 玉米苗期日均溫逐漸升高, 粒期日均溫逐漸降低, 有效積溫減少, 生育期縮短。試驗設(shè)定密度下, 百粒重對產(chǎn)量的貢獻大于穗粒數(shù), 而影響百粒重和穗粒數(shù)的主要氣候因子是全生育期有效積溫和粒期有效積溫。影響玉米產(chǎn)量的主要氣候因子是苗期氣溫日較差(= 0.696*)和日均溫(=-0.638*)、粒期有效積溫(= 0.822**)和日均溫(= 0.723**)、生育期有效積溫(= 0.843**)。因此, 生產(chǎn)上, 春播玉米播期由傳統(tǒng)的4月15日左右推遲至5月1日左右, 可減少花期陰雨和高溫?zé)岷τ绊? 表現(xiàn)出較好的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性。夏播玉米在麥收后搶時早播, 不僅可爭取更多積溫, 還可使玉米苗期處于較低日均溫、粒期處于較高日均溫的有利溫度條件下, 同時為推遲收獲期和機械粒收創(chuàng)造條件。

玉米; 播期; 產(chǎn)量; 氣候因子

黃淮海農(nóng)作區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 是我國氣候變化敏感區(qū)之一, 該區(qū)耕地占全國的1/6, 是中國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地[1]。該區(qū)玉米播種面積占全國32.0%, 產(chǎn)量占全國32.9%[2]。近年來受氣候變化影響, 黃淮南部夏玉米抽雄散粉期常遇到高溫干旱或陰雨寡照天氣, 對果穗授粉結(jié)實造成不良影響[3-6],大幅度降低了玉米的產(chǎn)量。氣候條件直接影響農(nóng)作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量[7], 玉米高產(chǎn)不僅取決于品種更替和栽培措施優(yōu)化, 也與光、熱、水等氣候因子適宜匹配密切相關(guān)[8], 適應(yīng)和充分利用當?shù)貧夂蛸Y源, 才能趨利避害最大程度地獲得高產(chǎn)[9]。很多學(xué)者針對當?shù)貧夂驐l件, 通過分期播種試驗引起玉米生育期氣候條件變化, 研究其對玉米產(chǎn)量的影響, 發(fā)現(xiàn)生育期有效積溫是影響產(chǎn)量最關(guān)鍵的氣候生態(tài)因子[10-14], 生育期內(nèi)氣溫日較差的增大促進粒重的增加, 提高產(chǎn)量[15], 開花期降水影響籽粒發(fā)育, 減少穗粒數(shù)進而降低產(chǎn)量[16-17]。適當增加抽雄至成熟階段的有效積溫和日均溫, 可增大百粒重提高產(chǎn)量[18-21], 花粒期光照的增多通過增加干物質(zhì)積累量顯著提高玉米的產(chǎn)量[22]。

IPCC第5次評估報告指出, 19世紀以來, 全球平均地表溫度呈上升趨勢, 1901—2012年, 全球陸地溫度上升了0.9°C[2]。黃淮南部氣候生態(tài)條件也隨之發(fā)生了很大變化[23-26], 該地區(qū)氣溫整體呈上升趨勢, 年均氣溫增加的同時, 日照時數(shù)呈降低趨勢, 年均降水量無明顯變化[27]。同時隨著機械化生產(chǎn)的發(fā)展, 該區(qū)耕作制度也發(fā)生了很大變化, 玉米由過去麥壟套種為主改為麥后直播, 播種期隨之延后10 d左右。關(guān)于黃淮南部氣候生態(tài)條件和耕作制度變化, 玉米產(chǎn)量如何響應(yīng)鮮有報道, 這方面研究對應(yīng)對耕作制度變化, 實現(xiàn)玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有重要意義。本研究基于田間分期播種分析氣候生態(tài)條件對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響, 揭示影響該區(qū)域玉米產(chǎn)量的主要氣候因子, 為探索黃淮南部玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗處理與設(shè)計

2015—2016年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū), 選用鄭單958 (ZD958), 設(shè)S1(4/15)、S2(4/30)、S3(5/15)、S4(5/30)、S5(6/14)、S6(6/29)、S7(7/14) 7個播期, 分別在8/12—8/15、8/19—8/23、8/30—9/4、9/11—9/16、9/22—9/29、10/9—10/16、10/18—10/23收獲。種植密度為67 500株 hm–2, 隨機區(qū)組設(shè)計, 3次重復(fù), 小區(qū)面積21.8 m2(6.0 m×3.6 m), 6行區(qū), 行距0.6 m。播種前精選種子, 精細整地, 施肥量為純氮225 kg hm–2、P2O5120 kg hm–2、K2O 50 kg hm–2, 磷肥(過磷酸鈣, P2O514%)、鉀肥(氯化鉀, K2O 60%)作底肥, 氮肥(尿素, 全氮46.4%)分期使用(底肥40%、大喇叭口期追施60%), 播后及時灌水。在三葉期定苗至設(shè)計密度, 于大喇叭口期用辛硫磷顆粒劑丟心防治玉米螟。整個生育期間遇旱及時灌水, 其他栽培管理措施同一般高產(chǎn)玉米田。

1.2 生育期與氣象條件

試驗期間氣象條件和不同播期玉米生育進程分別見圖1和圖2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成 S1~S6生理成熟時收獲(乳線消失、黑層形成), S7在氣溫低于16°C時收獲(未達生理成熟)。取每小區(qū)中間兩行玉米果穗, 脫粒后稱重, 測含水量, 按含水量14%折算成公頃產(chǎn)量; 從每小區(qū)隨機取10個果穗, 考察穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重。

1.3.2 生育時期 人工記錄播種、出苗、拔節(jié)、抽雄、吐絲和完熟的日期。

1.3.3 氣象數(shù)據(jù) 日最高氣溫、日最低氣溫、日均氣溫、日降水量和日照時數(shù)等氣象數(shù)據(jù)來自“中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)”的“中國地面氣象資料日值數(shù)據(jù)集”鄭州站(站點編號57083, 34°48′N, 113°36′E)[28]。生育期內(nèi)有效積溫(growing-degree days, GDD)采用以下公式[29]計算。

圖1 2015年和2016年玉米生育期日均溫度和有效降水量

ADT: 日均溫度; DEP: 有效降水量.

ADT: average daily temperature; DEP: daily effective precipitation.

圖2 2015年和2016年不同播期玉米生育進程

SS: 苗期; SFS: 穗期; AMS: 粒期; S1(4/15)、S2(4/30)、S3(5/15)、S4(5/30)、S5(6/14)、S6(6/29)、S7(7/14)分別表示第1至第7播期。

SS: seedling stage; SFS: spike formation stage; AMS: anthesis to maturity stage; S1(4/15), S2(4/30), S3(5/15), S4(5/30), S5(6/14), S6(6/29), and S7(7/14) are the different sowing dates from the first to the seventh, respectively.

式中,為生育期內(nèi)某個時間段,是從播種到成熟的天數(shù);max和min為第天的日最高氣溫和日最低氣溫, 玉米生理基礎(chǔ)溫度base= 10°C, 玉米生理上限溫度ut=35°C; 當minut時max=ut。

1.3.4 氣象災(zāi)害 高溫?zé)岷从衩兹谌兆罡邭鉁亍?5°C持續(xù)5 d或以上的高溫天氣[30]; 花期陰雨即7月下旬到8月中旬夏玉米孕穗、抽雄及開花吐絲時期, 總雨量大于200 mm或8月上旬的雨量大于100 mm[31]。本文在計算春玉米花期陰雨災(zāi)害時亦借鑒花后10 d雨量大于100 mm的指標。災(zāi)害概率采用下式[30]計算:

=/×100% (2)

式中,為年次概率,為統(tǒng)計時段某災(zāi)害出現(xiàn)的總年數(shù),為統(tǒng)計時段年數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2003軟件計算數(shù)據(jù), SPSS19.0進行方差分析、通徑分析和相關(guān)性分析。采用單因素方差分析(One-Way ANOVA), 選用Duncan檢測各組均數(shù)的多重比較。使用SPSS線性逐步回歸實現(xiàn)通徑分析, 運用程序“Analyze- Regression-Linear”獲得直接通徑系數(shù)(線性回歸方程的標準系數(shù))和相關(guān)系數(shù)(直接、間接通徑系數(shù)之和), 任一自變量對因變量的間接通徑系數(shù)=相關(guān)系數(shù)×直接通徑系數(shù)[32]。分析相關(guān)性應(yīng)用Pearson方法, SigmaPlot 12.5 軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 45年來黃淮南部玉米生長季氣候變化及試驗?zāi)攴輾夂蛱卣?/h3>

通過45年來前10年(1970—1979年)和后10年(2005—2014年)逐月氣象數(shù)據(jù)均值對比分析(表1), 試驗點所在區(qū)域1970—1979年、2005—2014年4月至10月份的平均有效積溫分別為2548.0°C d、2814.5°C d, 平均氣溫分別為21.5°C、22.9°C, 2005— 2014年4月至10月份的平均有效積溫和平均溫度分別較1970—1979年增高10.5%、6.5%; 1970—1979年、2005—2014年4月至10月份的平均日照時數(shù)分別為1525.8 h、1150.6 h, 平均氣溫日較差分別為11.3°C、9.7°C, 2005—2014年4月至10月份的平均日照時數(shù)和平均氣溫日較差分別較1970—1979年同期減少24.6%和12.4%; 降水量相差不大。由此得出, 與20世紀70年代相比, 黃淮南部玉米生長季氣候增暖明顯, 日照時數(shù)明顯減少, 氣溫日較差明顯減小, 而降水量變化不大。

表1顯示, 該地區(qū)降雨主要集中于7、8、9月份, 3個月累計降雨量占玉米生長季的71.8%。4月份和10月份降水較少且年際間波動較大。試驗?zāi)攴菖c該地區(qū)常年(試驗開始前10年的氣候數(shù)據(jù)均值, 下同)氣象資料相比, 4月至10月份的日照時數(shù)偏多, 常年4月至10月份日照時數(shù)為1150.6 h, 2015年、2016年同期日照時數(shù)分別為1183.4 h、1213.0 h, 分別比常年同期增加2.9%和5.4%, 2016年7月份和9月份日照時數(shù)明顯增多, 較常年同期增加34.9%、38.5%; 2015年、2016年4月至10月份的有效積溫和月均溫分別為2774.0°C d和2940.9°C d、22.7°C和23.6°C, 2015年接近常年, 2016年比常年同期高4.5%和3.1%, 9月份積溫增加較多, 較常年同期增多23.2%; 2015、2016年降雨量總體變化不大, 但分布出現(xiàn)較大變化, 10月份雨量明顯增多, 2015年、2016年10月份的降水量較常年同期高257.9%、556.2%; 4月至10月份氣溫日較差與該地區(qū)常年無太大差異。表明試驗?zāi)攴?015年為常年氣候, 2016年為高溫、多日照、多雨氣候。

表1 1970–1979、2005–2016年4月至10月的氣候條件

DSD: daily sunshine duration; GDD: growing degree-days; ADT: average daily temperature; ADTR: average daily temperature range; EP: effective precipitation.

2.2 播期對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表2可知, 年份間和播期處理間差異均達極顯著水平; 在互作效應(yīng)水平上, 年份×播期差異也達極顯著水平。

表2 年際間不同播期對玉米產(chǎn)量的方差分析

**表示差異在0.01水平顯著。

**means significant difference at the 0.01 probability level.

年際間隨播期推遲所引起的產(chǎn)量變化趨勢不同(圖3-A, B), 2015年呈先升高后降低的趨勢(<0.05); 2016年, 呈顯著下降趨勢(<0.05)。兩年不同播期玉米產(chǎn)量均在S4之后顯著下降。常年氣候的2015年播期間產(chǎn)量變化范圍為1.4%~68.7%; 高溫年份的2016年S1~S7播期間產(chǎn)量變化范圍為4.3%~82.7%, 7月下旬—9月上旬日均最高溫達33.0°C, 較2015年同期高5.2%, 由于高溫逼熟, S1~S7平均產(chǎn)量較2015年降低7.9%。

黃淮南部為冬小麥夏玉米兩熟種植區(qū), 夏玉米一般在6月10日左右播種, 以接近常年播期的S5為對照, 比較2年各個播期處理的玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)和百粒重平均值(2016年S3遭遇花期陰雨災(zāi)害, 分析時除外)表明, S3、S1、S2、S4產(chǎn)量分別增高11.2%、11.0%、10.6%、7.8%, S6、S7產(chǎn)量分別降低8.6%、35.9% (圖3-A, B); S3、S1、S2、S4穗粒數(shù)分別增多6.3%、5.9%、7.3%、4.6%, S6、S7穗粒數(shù)分別減少4.2%、11.9% (圖3-C, D); S3、S1、S2、S4百粒重分別增加6.5%、5.9%、4.6%、6.8%, S6、S7百粒重分別降低7.7%、21.7% (圖3-E, F)。

花后10 d是穗粒數(shù)的關(guān)鍵決定期, 此階段的氣候條件對玉米穗粒數(shù)和產(chǎn)量影響極大。黃淮南部主要氣象災(zāi)害如表3所示, 花期高溫、花期陰雨災(zāi)害均會導(dǎo)致授粉不良, 結(jié)實性下降。2015年S1抽雄散粉期降水量104.5 mm, 造成花期陰雨災(zāi)害, 產(chǎn)量、穗粒數(shù)分別較2016年同期減少4.7%、3.3%; 2016年S3抽雄散粉期降水量157.3 mm, 造成花期陰雨災(zāi)害, 籽粒形成期又遭遇高溫?zé)岷?2016年7月22日至26日連續(xù)5 d日均溫超過35.0°C), 導(dǎo)致籽粒敗育, 嚴重影響了穗粒數(shù)和粒重, 高溫對粒重的影響主要表現(xiàn)在籽粒灌漿期縮短, 較2015年縮短了7.3%, 導(dǎo)致該播期穗粒數(shù)和粒重分別較2015年同期減少12.0%和12.8%, 產(chǎn)量較2015年同期降低18.6%; 2016年S4抽雄散粉期遭遇高溫?zé)岷? 導(dǎo)致穗粒數(shù)較2015年同期減少9.5%, 產(chǎn)量降低12.4%。表明花期降水量少, 光照充足, 溫度適中, 有利于玉米開花授粉結(jié)實, 提高玉米產(chǎn)量。S1、S2、S5、S6、S7 年際間產(chǎn)量變異系數(shù)為3.4%、3.4%、6.0%、7.0%、4.1%, 而S3、S4年際間產(chǎn)量變異系數(shù)達14.5%、9.4%。S1花期一般在6月中下旬, S2一般在7月初, S3一般在7月中旬, 結(jié)合表3, S1、S3花期陰雨、高溫?zé)岷?zāi)害發(fā)生的概率高于S2, 雖然S1、S2、S3均能顯著提高玉米籽粒產(chǎn)量, 但S2豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性能更好, 因此, 在黃淮南部種植春玉米時, 5月1日左右是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的適宜播種期。

由于2年不同播期的收獲穗數(shù)差異很小, 僅將產(chǎn)量和穗粒數(shù)與百粒重2個產(chǎn)量構(gòu)成因素作線性擬合, 回歸方程為= 12.61+312.12-7490.9,= 283.9**(<0.01), 方程達極顯著水平, 其中1為穗粒數(shù),2為百粒重,1、2回歸系數(shù)均達到極顯著水平(<0.01), 決定系數(shù)2= 0.936。通徑結(jié)果顯示, 直接正效應(yīng)為百粒重(0.659)>穗粒數(shù)(0.333), 穗粒數(shù)和百粒重的相關(guān)性極高(0.893), 穗粒數(shù)通過百粒重對產(chǎn)量有較大的間接正效應(yīng)(0.588), 因而穗粒數(shù)與產(chǎn)量顯著正相關(guān)(0.921)。說明在本試驗條件下, 百粒重對產(chǎn)量的貢獻大于穗粒數(shù)。

2.3 全生育期氣候因子對玉米產(chǎn)量的影響

試驗中各處理田間管理措施基本一致, 而播期間的產(chǎn)量在兩年的趨勢不同, 這與年際氣候因子變化有關(guān)。

由表4可知, 年際間不同播期處理氣候因子變異最大的是降水量, S1~S7年際間變異系數(shù)變化范圍為6.9%~36.0%, 日照時數(shù)、有效積溫、日均溫、日較差S1~S7年際間變異系數(shù)變化范圍分別為2.1%~13.6%、0.1%~3.5%、0.6%~5.3%和0~10.3%。

圖3 不同播期玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

柱上不同字母表示不同處理差異在0.05水平顯著; S1(4/15)、S2(4/30)、S3(5/15)、S4(5/30)、S5(6/14)、S6(6/29)、S7(7/14)分別表示第1至第7播期。

Different letters on bars represent significant difference between different treatments at the 0.05 probability level; S1(4/15), S2(4/30), S3(5/15), S4(5/30), S5(6/14), S6(6/29), and S7(7/14) are the different sowing dates from the first to the seventh, respectively.

表3 1970–2016年黃淮南部主要氣象災(zāi)害發(fā)生概率

將全生育期氣候因子和產(chǎn)量作線性擬合, 回歸方程為= 9.92-8142.1,= 29.6**(<0.01), 方程達極顯著水平, 其中2為有效積溫,2的回歸系數(shù)達極顯著水平(<0.01), 決定系數(shù)2=0.711。全生育期氣候因子與產(chǎn)量相關(guān)分析, 有效積溫與產(chǎn)量極顯著正相關(guān)(0.843), 說明有效積溫是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵氣候因子。由表4可知, S1~S3的積溫變化幅度為4.8~22.2°C d, 變化幅度很小, 而S4~S7的積溫變化幅度卻高達69.6~361.0°C d。春播S1~S3、早夏播S4生育期的積溫均能滿足玉米生理成熟積溫需求, 夏播S5~S7積溫是限制玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵氣候因子, 因此為了獲得較高的產(chǎn)量, 黃淮南部夏播玉米應(yīng)搶時早播, 爭取更多積溫。

表4 不同播期玉米全生育期氣候因子

縮寫同表1。S1(4/15)、S2(4/30)、S3(5/15)、S4(5/30)、S5(6/14)、S6(6/29)、S7(7/14)分別表示第1至第7播期。

Abbreviations are the same as those given in Table 1. S1(4/15), S2(4/30), S3(5/15), S4(5/30), S5(6/14), S6(6/29), S7(7/14) are the different sowing dates from the first to the seventh, respectively.

2.4 生育階段氣候因子對玉米產(chǎn)量的影響

玉米一生可以分為3個生育階段, 即苗期(播種至拔節(jié))、穗期(拔節(jié)至抽雄)、粒期(抽雄至成熟)。由2年共14個播期玉米各生育階段的氣象資料(表5和圖3-A, B)可以看出, 2015年粒期的積溫、日均溫、降水量S1較S4分別增多9.7%、5.8%和46.9%, 日較差S1較S4減少6.6%, 而這2個播期玉米的日照時數(shù)相當, 分別為281.4 h和297.6 h, 而前者產(chǎn)量為10 203.7 kg hm–2, 后者為10 825.4 kg hm–2, 相差6.1%; 2016年S3粒期的積溫多于2016年同期的S5, 日照時數(shù)、日均溫、氣溫日較差相當, 而降水量多達337.6 mm, 產(chǎn)量僅為8531.6 kg hm–2。說明5個氣候生態(tài)因子在各生育階段的協(xié)調(diào)程度和時空分布對玉米產(chǎn)量影響很大。

為了進一步探討各生育階段氣候因子對產(chǎn)量影響的定量關(guān)系, 對3個生育階段同一氣候因子1(苗期)、2(穗期)、3(粒期)與產(chǎn)量作線性擬合, 回歸方程為= 8.73+1745.1,= 25.1**(<0.01), 方程達極顯著水平, 其中3為粒期有效積溫,3的回歸系數(shù)達極顯著水平(<0.01), 決定系數(shù)2=0.676。

日均溫低于16°C時, 玉米基本停止籽粒灌漿[33]。如表6所示, 近十年來黃淮南部(試驗點資料) 10月份平均日均溫16°C終止日由20世紀70年代的10月11日延遲為10月21日, 有效灌漿期延長10 d, 因此, 可以通過推遲玉米收獲期, 延長玉米灌漿期, 增加粒重, 提高玉米籽粒產(chǎn)量。

2.5 氣候因子與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)分析

表7表明, 全生育期、粒期有效積溫均與產(chǎn)量極顯著正相關(guān), 而苗期、穗期有效積溫對產(chǎn)量影響不大, 說明粒期有效積溫是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵氣候因子。苗期日均溫與產(chǎn)量顯著負相關(guān), 降水量與產(chǎn)量負相關(guān), 苗期日較差與產(chǎn)量顯著正相關(guān), 說明苗期日均溫高, 降水量過多, 不宜培育壯苗, 不利于產(chǎn)量的提高, 適當增加粒期日均溫有利于產(chǎn)量的提高。全生育期、苗期、粒期的日照時數(shù)均與產(chǎn)量顯著正相關(guān), 粒期的日照時數(shù)對產(chǎn)量的正效應(yīng)大于全生育期及苗期, 說明籽粒形成期增加日照時數(shù)對提高產(chǎn)量有利。

與穗粒數(shù)顯著正相關(guān)的氣候因子依次為粒期有效積溫、全生育期有效積溫、苗期氣溫日較差、粒期日均溫、粒期日照時數(shù)、全生育期日較差、苗期日照時數(shù), 顯著負相關(guān)的氣候因子依次為苗期日均溫和苗期降水量; 與百粒重顯著正相關(guān)的氣候因子依次為全生育期有效積溫、粒期有效積溫、苗期氣溫日較差、粒期日均溫、粒期日照時數(shù)、苗期日照時數(shù)、全生育期日照時數(shù), 顯著負相關(guān)的氣候因子依次為苗期降水量和苗期日均溫。影響穗粒數(shù)和百粒重的主導(dǎo)氣候因子為全生育期及粒期有效積溫, 且均達到極顯著水平。

表6 不同年份10月份各旬日均溫比較

表7 氣候因子與玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的相關(guān)分析

*,**分別表示在0.05和0.01水平顯著相關(guān)?？s寫同表1和圖2。

*,**means significant correlation at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. Abbreviations are the same as those given in Table 1 and Fig. 2.

3 討論

播期是生產(chǎn)中重要的栽培措施, 可通過調(diào)節(jié)光、溫、降水等氣象因子在生育期內(nèi)的分布來調(diào)控玉米的生長發(fā)育。適宜的播期是玉米實現(xiàn)高產(chǎn)的條件[9,12]。本研究結(jié)果表明, 黃淮南部主要通過溫度因子調(diào)整玉米播期來影響玉米的生長發(fā)育, 進而調(diào)控光合有效輻射截獲和干物質(zhì)生產(chǎn), 最終影響玉米產(chǎn)量[34-35]。隨著播期的推遲, 生長前期日均溫逐漸升高, 苗期生長階段縮短, 高溫加快發(fā)育, 不利于培育壯苗, 減少干物質(zhì)的積累。S7苗期干物質(zhì)積累較S1~S6減少15.5%~39.8%, 生育后期日均溫逐漸降低, 不能滿足玉米正常成熟所需積溫要求, 干物質(zhì)積累較S1~S6減少10.8%~34.5%, 導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低。相關(guān)分析表明, 全生育期以及粒期有效積溫是影響玉米產(chǎn)量最關(guān)鍵的氣候因子。

但是過高的溫度條件也會影響玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量[36], 日最高氣溫≥35°C持續(xù)5 d以上會引發(fā)明顯的高溫?zé)岷30]。在生育后期遭遇高溫脅迫會使玉米植株過早衰亡, 或提前結(jié)束生育進程, 使灌漿時間縮短, 大大減少干物質(zhì)積累量, 使粒重和產(chǎn)量大幅度下降[37]。本研究結(jié)果表明, 屬高溫年份的2016年, 與正常氣候年份的2015年相比, 生育期縮短4.8%~8.5%, S4播期花期遇到高溫?zé)岷? 產(chǎn)量較2015同期減少12.4%。

明博等[9]認為在試驗設(shè)定的密度條件下, 對玉米產(chǎn)量的貢獻依次為千粒重>穗粒數(shù)>穗數(shù), 可以通過晚收等措施延長籽粒灌漿時間以增加千粒重, 進而提升產(chǎn)量。陶志強等[38]研究表明, 4月中旬、下旬、5月上旬和下旬的玉米授粉結(jié)實和灌漿期降雨多, 陰天多, 光照少、日均溫高、≥33°C的天數(shù)多, 日較差小, 氣候生態(tài)因子對穗粒數(shù)和百粒重的負效應(yīng)大, 導(dǎo)致產(chǎn)量降低。灌漿期日照時數(shù)對粒重起直接正效應(yīng)[20]。開花至成熟期的日照時數(shù)對穗粒數(shù)影響較為顯著[17,38], 尤其在籽粒形成期[16]。周寶元等[39]認為吐絲后生長速率是限制玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵, 早播玉米吐絲到成熟階段高溫或低輻射及晚播玉米該階段低溫低輻射等氣候條件導(dǎo)致吐絲后植株生長速率降低, 植株干物質(zhì)積累總量隨之降低, 最終產(chǎn)量降低。本研究結(jié)果表明, 播期對玉米產(chǎn)量影響顯著, 在試驗設(shè)定密度條件下(67 500株 hm–2), 百粒重對產(chǎn)量的貢獻大于穗粒數(shù)。粒期適宜的日平均溫度為24~26°C[12], 在該范圍內(nèi)平均氣溫高有利于穗粒數(shù)的增多和粒重的增加。S1、S2、S3玉米生育期間有充足的光、溫、水資源, 產(chǎn)量均高于夏播玉米, 但S1、S3花期遭遇高溫?zé)岷突ㄆ陉幱隇?zāi)害的概率遠大于S2, 因此, 黃淮南部春玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的適宜播種期應(yīng)在5月1日左右; 早夏播S4能夠滿足玉米完全成熟的有效積溫, 夏玉米提早播種可降低苗期日均溫, 增大氣溫日較差, 并使粒期處于較高的日均溫條件下, 為玉米各生育階段創(chuàng)造相對適宜的氣候條件, 有利于產(chǎn)量的提高。S5~S7積溫是限制玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵氣候因子, S7粒期溫度較低, 無法滿足籽粒達到完全成熟的有效積溫, 產(chǎn)量大幅度下降, 但植株可做較好的青貯飼料[40]。

黃淮海南部冬小麥—夏玉米一年兩熟制是其傳統(tǒng)的種植方式, 如何合理分配兩熟作物的生育時間是提高周年產(chǎn)量的重要途徑。研究結(jié)果表明, 麥收后搶時早播, 實現(xiàn)夏玉米6月上旬播種可顯著提高玉米產(chǎn)量。其次, 生產(chǎn)中夏玉米收獲普遍偏早, 多在9月中下旬, 而冬小麥播種期多為10月中下旬, 光、熱資源的浪費嚴重[41]。本研究表明, 近年來, 黃淮南部日均溫16°C終止日較40年前延遲了10 d左右, 因此應(yīng)當充分利用該階段光、熱資源, 延長玉米的收獲期, 提高產(chǎn)量。

受試驗?zāi)攴?、試驗地區(qū)的限制, 本研究不能全面反映整個地區(qū)的氣候條件; 在分析氣候因子與產(chǎn)量的關(guān)系時, 應(yīng)結(jié)合玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量形成、物質(zhì)生產(chǎn)與分配等方面。

4 結(jié)論

在黃淮南部選擇適宜的播期能夠較大程度地趨利避害, 大幅度提高玉米生產(chǎn)力。5月1日左右播種春玉米易實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn); 6月初播種夏玉米, 推遲到10月上旬收獲, 不僅可以緩解苗期高溫對壯苗的負面影響, 且可增加粒期有效積溫, 使玉米灌漿處于適度較高的氣溫條件下, 對提高粒重和穗粒數(shù)及獲得高產(chǎn)非常有利, 同時可為玉米后期脫水贏得時間, 為實現(xiàn)機械粒收創(chuàng)造條件。

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Response of Maize (L.) Yield to Climatic Ecological Condition on the South Yellow-Huaihe-Haihe Rivers Plain

AN Pan-Pan1, MING Bo3, DONG Peng-Fei1, ZHANG Miao1, HUANG Da-Zhao1, ZHAO Ya-Li1,2,*, and LI Chao-Hai1,2,*

1Agronomy College, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, Henan, China;2Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops / Co-construction State Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science, Zhengzhou 450002, Henan, China;3Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081, China

In view of the changes of climatic condition and farming system in recent years, a field experiment during growing season 2015–2016 was conducted to study the responses of maize yield to ecological condition, and discuss the effects of climatic factors on maize yield under condition of different sowing dates on the south Yellow-Huaihe-Haihe Rivers plain. A main maize cultivar Zhengdan 958 was sown at seven sowing dates (S1: 15 April; S2: 30 April; S3: 15 May; S4: 30 May; S5: 14 June; S6: 29 June; S7: 14 July). There was significant difference in maize yield because of the different climatic conditions between years and between conditions of sowing dates. The yield of spring-sowing maize was significantly higher than that of summer-sowing maize, which deceased significantly with postponing sowing date. With postponing maize sowing date, the average daily temperature during seeding stage increased, the average daily temperature from anthesis to maturity and growing degree-days during whole growth period decreased, and the growth period of maize shortened gradually. At the density of 67 500 plants ha–1,100-grain weight made more contribution to yield than grain number per ear. The main climatic factors affecting 100-grain weight and grain number per ear were growing degree-days during whole growth period, especially from anthesis to maturity stage. The main climatic factors affecting maize yield were the average daily temperature range (= 0.696**) and average daily temperature (=-0.638*) at seedling stage, the growing degree-days (= 0.822**) and average daily temperature (= 0.723**) from anthesis to maturity stage, and the growing degree-days during whole growth period (= 0.843**). Therefore, the sowing date of the spring-sowing maize can be postponed from the midmonth of April to May 1st, which can achieve high and stable grain yield because of decreasing the harmful effects of cloudy and rainy at flowering and high temperature heat damage.For summer maize, the suitable sowing date should be as early as possible after wheat harvest. The early sowing date of summer maize not only increase growing degree-days, but create suitable temperature condition that the average daily temperature is low during seedling stage and high from anthesis to maturity stage, and provide suitable condition for delaying harvest and facilitating mechanical grain-harvest.

maize; sowing date; yield; climatic factors

2017-05-19;

2017-11-21;

2017-12-25.

10.3724/SP.J.1006.2018.00442

本研究由國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0300106), 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-02-17)和國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503117)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300106), the China Agriculture Research System (CARS-02-17), and the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201503117).

Corresponding authors李潮海, E-mail: lichaohai2005@163.com; 趙亞麗, E-mail: zhaoyali2006@126.com

E-mail: 18203632382@163.com

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20171225.0843.004.html