郭歡樂(lè)，湯 彬，曹鐘洋，李 涵，陳松林，陳志輝，2*

(1 湖南省作物研究所，長(zhǎng)沙 410125； 2 南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長(zhǎng)沙 410128)

玉米是湖南省第一大旱糧作物，也是最重要的飼料來(lái)源，具有適應(yīng)性強(qiáng)、栽培技術(shù)簡(jiǎn)單、產(chǎn)量高、適宜機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn)，是本地種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和鎘污染區(qū)替代種植的重要作物，近年來(lái)種植面積增長(zhǎng)迅速。從2005到2018年，全省玉米栽培面積由28.2萬(wàn)公頃增長(zhǎng)到35.9萬(wàn)公頃，增幅27.3%，穩(wěn)居旱糧作物首位，成為湖南省僅次于水稻的第二大糧食作物[1]。

玉米在湖南省春夏秋三季均有種植，其中春玉米所占比例最大。夏玉米隨著“油菜—夏玉米”等玉米與冬季作物輪作模式的發(fā)展，栽培面積不斷擴(kuò)大。秋玉米由于秋季季節(jié)性干旱等因素影響，栽培面積較小。湖南省秋季依然有較為豐富的光熱資源，在適宜的地區(qū)開展秋玉米栽培，也可獲得較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。目前湖南省春玉米相關(guān)研究較多，對(duì)夏玉米和秋玉米研究較少。開展春夏秋三季玉米比較分析，對(duì)研究玉米相關(guān)多熟制具有重要意義。本研究選取兩個(gè)不同熟期的玉米品種進(jìn)行春夏秋三季栽培，分析其生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程、籽粒灌漿特點(diǎn)、產(chǎn)量因子構(gòu)成、生育期氣象條件等方面的差異，以為湖南省玉米生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及品種

試驗(yàn)于2018年在湖南省作物研究所長(zhǎng)沙試驗(yàn)田進(jìn)行，壤土，肥力中等，前茬為玉米。參試品種為早熟品種鄭單1002 和中遲熟品種蠡玉6號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)播期，春玉米、夏玉米、秋玉米分別于3月28日、5月14日和7月27日播種。每個(gè)播期3次重復(fù)，每重復(fù)60 m2，采取寬窄行栽培，寬行90 cm，窄行40 cm，種植密度為75 000株/hm2，田間管理與大田相同。

1.3 考察指標(biāo)及方法

玉米生育期間，記錄品種生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，收集氣溫、光照等氣象資料。雌穗吐絲前，每個(gè)品種選取整齊一致的植株40株，將雌穗用硫酸紙袋套上，所有果穗全部吐絲后再將紙袋取下，以保證所有果穗在同一天授粉。吐絲后20 d開始取樣，每次取6個(gè)果穗，每隔10 d取1次，共取樣6次。取果穗中部籽粒，測(cè)百粒鮮重，于80℃烘箱烘至恒重，測(cè)籽粒百粒重。玉米成熟后按小區(qū)全部收獲測(cè)產(chǎn)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)抽取20個(gè)果穗考種，記錄果穗產(chǎn)量性狀。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 春夏秋三季玉米生育進(jìn)程

由表1可知，兩個(gè)品種生育期天數(shù)均表現(xiàn)為秋季>春季>夏季，其中春季和秋季差別不大，夏季則明顯縮短。兩個(gè)品種3個(gè)季節(jié)的生育期日平均溫度均表現(xiàn)為夏季>春季>秋季(表2)，說(shuō)明玉米生育期會(huì)隨著溫度的降低而延長(zhǎng)。將生育期按吐絲前和吐絲后(即灌漿期)來(lái)進(jìn)行分析，3個(gè)季節(jié)玉米在兩個(gè)階段均有較大差異。吐絲前生長(zhǎng)時(shí)間為春季>夏季>秋季，吐絲后生長(zhǎng)時(shí)間為秋季>春季>夏季。從溫度數(shù)據(jù)來(lái)看，吐絲前日平均溫度為秋季>夏季>春季，吐絲后為夏季>春季>秋季。吐絲前和吐絲后的時(shí)間長(zhǎng)度均與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，較高的氣溫可以加快玉米生長(zhǎng)發(fā)育，縮短生育期，而較低的溫度則使得玉米生長(zhǎng)發(fā)育延遲，生育期延長(zhǎng)。春玉米與秋玉米在兩個(gè)生長(zhǎng)階段的時(shí)間差異正是由于春玉米前期低溫后期高溫和秋玉米前期高溫后期低溫造成的。

表1 不同季節(jié)玉米生育進(jìn)程

表2 不同季節(jié)玉米溫度數(shù)據(jù)

2.2 產(chǎn)量性狀

兩個(gè)品種三季產(chǎn)量均表現(xiàn)為春季>秋季>夏季，差異顯著(表3)。鄭單1002夏播比春播減產(chǎn)19.7%，秋播比春播減產(chǎn)7.9%。蠡玉6號(hào)夏播比春播減產(chǎn)24.8%，秋播比春播減產(chǎn)2.3%。從各品種產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看，三季產(chǎn)量差異主要表現(xiàn)在穗粒數(shù)和百粒重方面。從容重?cái)?shù)據(jù)可知，兩個(gè)品種容重均表現(xiàn)為秋季明顯大于春夏兩季，同時(shí)秋季籽粒百粒重大于春夏兩季，從灌漿持續(xù)期長(zhǎng)度可知灌漿持續(xù)時(shí)間對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響是十分顯著的。

表3 不同季節(jié)玉米產(chǎn)量性狀

注：同品種同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平。

2.3 灌漿特點(diǎn)

由于品種間差異在吐絲后20 d才表現(xiàn)較為明顯，因此本研究?jī)H從吐絲后20 d開始收集數(shù)據(jù)。兩個(gè)品種夏季均在吐絲后40 d籽粒干質(zhì)量達(dá)到高峰，春季為50 d，而秋季為70 d。春夏兩季玉米籽粒干質(zhì)量達(dá)到最大值后均開始緩慢降低直至生理成熟，而秋玉米則表現(xiàn)為籽粒干質(zhì)量持續(xù)增加，且前40 d灌漿速率明顯低于春夏兩季，但灌漿持續(xù)期最長(zhǎng)(圖1A、B)。

2.4 籽粒脫水速率

由圖1C、D可知，兩個(gè)品種籽粒含水量夏季在吐絲后40 d以前低于春季，40 d后春夏兩季趨于一致，且在整個(gè)灌漿期均明顯低于秋季，春夏季籽粒脫水速率明顯高于秋季，在吐絲后60 d可滿足機(jī)收要求，而秋季則在吐絲后70 d籽粒含水量仍然在33%左右，遠(yuǎn)不能滿足機(jī)收要求。對(duì)比春夏兩季和秋季灌漿期氣溫可知，春夏兩季灌漿期日平均氣溫比秋季高出10 ℃以上，溫度是造成籽粒含水量差異的重要原因。

2.5 氣象數(shù)據(jù)分析

分析本試驗(yàn)點(diǎn)1981～2010年4～11月氣象數(shù)據(jù)可知：4～11月的最高氣溫、最低氣溫、月均氣溫和月均日照時(shí)間均表現(xiàn)為4～7月逐漸升高，8～11月逐漸下降，11月最低；空氣濕度在75%～81%之間，變幅不大；降水量4～7月較多，9、10月最少(表4)。由此可知，春玉米生長(zhǎng)處于氣溫不斷上升的過(guò)程，至成熟時(shí)氣溫達(dá)到一年最高點(diǎn)，生育前期降水較多，末期降水減少。夏玉米生長(zhǎng)起始溫度高于春玉米，氣溫迅速升至全年最高，生育中后期處于一年中氣溫最高時(shí)期，且后期伴隨干旱發(fā)生。秋玉米生長(zhǎng)處于降溫過(guò)程，前期高溫，中后期則溫度不斷下降，降水較少，生育后期出現(xiàn)低溫寡照現(xiàn)象?？傮w來(lái)看，春玉米相對(duì)夏玉米和秋玉米生長(zhǎng)環(huán)境較好，不受干旱影響，灌漿期溫度相對(duì)適宜，而夏玉米的不利因素最多，這也是導(dǎo)致春玉米產(chǎn)量最高，夏玉米產(chǎn)量最低的主要原因。

表4 長(zhǎng)沙市1981～2010年4～11月常年氣象數(shù)據(jù)

2.6 溫度脅迫規(guī)律

溫度是影響玉米生長(zhǎng)的重要因素[2～4]。有研究表明，當(dāng)日最高溫度高于32 ℃時(shí)，產(chǎn)量就會(huì)明顯降低[5]，如吐絲期氣溫超過(guò)35 ℃時(shí)，即便只有3～4 d，也會(huì)影響成熟期籽粒干物質(zhì)量，甚至造成果穗缺?，F(xiàn)象發(fā)生[6，7]。當(dāng)日均氣溫低于18 ℃時(shí)，灌漿速率顯著降低，降至16 ℃時(shí)灌漿基本停止[8～10]。

由表5可知，4～11月最高溫度高于32 ℃和35 ℃的天數(shù)，均呈先增加后減少趨勢(shì)，7、8兩個(gè)月最多，全月份大部分日期都存在高溫脅迫，9～11月逐漸消失。灌漿期低溫脅迫主要集中在10月和11月，其中11月最多。

表5 長(zhǎng)沙市2015～2019年4～11月平均溫度脅迫時(shí)間累積

2.7 不同灌漿起始期溫度脅迫特點(diǎn)

溫度是影響玉米灌漿的主要因素。玉米灌漿期前40 d是最重要的灌漿階段，此時(shí)春夏兩季玉米籽粒干質(zhì)量占到成熟期干質(zhì)量的96%以上，秋季也在75%以上，因此研究本階段環(huán)境對(duì)灌漿的影響最有參考價(jià)值。本研究收集了2015～2019年從5月1日至10月18日，共計(jì)18個(gè)灌漿起始日期分別對(duì)應(yīng)的灌漿后40 d內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，研究灌漿期溫度脅迫與灌漿起始日期的關(guān)系。

從表6可知，隨著灌漿起始日期推遲，灌漿期平均氣溫呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，從5月1日至7月10日，氣溫逐漸升高，越來(lái)越不適宜灌漿，之后溫度降低，越來(lái)越有利于灌漿，至9月18日后隨著溫度進(jìn)一步降低，再次不利于灌漿。高溫脅迫天數(shù)方面，從5月1日起便開始出現(xiàn)，但脅迫時(shí)間較短，之后隨著時(shí)間推遲，脅迫天數(shù)增加，至7月10～20日達(dá)到頂峰，此時(shí)幾乎整個(gè)灌漿期都處于高溫脅迫狀態(tài)，7月20日后開始減少，直至逐漸消失。低溫脅迫天數(shù)方面，8月29日之前開始灌漿不會(huì)出現(xiàn)低溫脅迫，之后開始出現(xiàn)，脅迫天數(shù)隨時(shí)間推遲而增加。10月8日以后開始灌漿，則低溫脅迫時(shí)間超過(guò)24 d，幾乎不能正常成熟。

表6 2015～2019年不同灌漿起始日期對(duì)應(yīng)的灌漿期內(nèi)平均氣溫與平均溫度脅迫時(shí)間

3 討論

本研究比較了湖南長(zhǎng)沙地區(qū)春夏秋三季玉米生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量性狀、生長(zhǎng)環(huán)境等特點(diǎn)。隨著生長(zhǎng)環(huán)境變化，三季玉米表現(xiàn)出不同的生育進(jìn)程，生長(zhǎng)發(fā)育隨著氣溫升高而加快，表現(xiàn)為秋季快于夏季，夏季快于春季。灌漿期溫度差異導(dǎo)致灌漿期天數(shù)為秋季>春季>夏季。三季玉米在籽粒灌漿和脫水上也表現(xiàn)出明顯差異。

產(chǎn)量性狀方面，春季最高，秋季次之，夏季最低，但春季與秋季差異不顯著。根據(jù)本課題組之前研究的秋季播期與產(chǎn)量的模擬結(jié)果看，7月15日播種相比7月28日播種，早熟品種產(chǎn)量提高33.0%，中熟品種產(chǎn)量可提高11.6%[11]，因此通過(guò)合理安排播期和選擇合適品種，秋玉米也可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。

從本試驗(yàn)結(jié)果看，鄭單1002春季灌漿起始比蠡玉6號(hào)早9 d，使得其高溫脅迫日數(shù)減少7 d，灌漿期日平均溫度降低1.3 ℃；鄭單1002秋季灌漿期比蠡玉6號(hào)早5 d，使得其灌漿期低溫脅迫日數(shù)減少3 d，灌漿期日平均氣溫提高1.4 ℃。因此早熟品種在春秋兩季在應(yīng)對(duì)灌漿期溫度脅迫方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。通過(guò)提早灌漿，春季可以避開部分后期高溫脅迫，秋季可以避開部分后期低溫影響，同時(shí)使灌漿期處于較為適宜的溫度環(huán)境中，促進(jìn)產(chǎn)量和品質(zhì)性狀提升。

湖南省春玉米一般3月底4月初播種，前期氣溫較低，生長(zhǎng)發(fā)育較慢，灌漿起始日期在6月10日左右，灌漿階段不可能完全避開高溫。因此，春玉米應(yīng)盡量早播種并選擇早熟品種，采取地膜覆蓋增溫等方式來(lái)加快玉米生長(zhǎng)發(fā)育，使灌漿起始日期盡量提前。

本試驗(yàn)點(diǎn)3月份多年(1981～2010年)平均氣溫為11.2 ℃，且氣溫呈增長(zhǎng)趨勢(shì)[12]。隨著全球氣候變暖，3月份氣溫也隨之升高[13]。以2015～2019年長(zhǎng)沙市平均數(shù)據(jù)為例，3月平均氣溫為12.9 ℃，上、中、下旬平均氣溫分別為11.1、12.7和14.6 ℃，能基本滿足玉米播種對(duì)溫度的要求。采取地膜覆蓋等措施，播種時(shí)間提早至3月10日左右是可行的。此時(shí)播種，氣溫基本穩(wěn)定在10 ℃以上，灌漿起始日期可提前到5月20日左右，灌漿期前40 d平均氣溫在25 ℃左右，32 ℃以上的高溫天數(shù)為13 d左右，較傳統(tǒng)時(shí)間播種明顯減少，有利于獲得更高產(chǎn)量。

夏玉米一般在5月10日以后播種，此時(shí)氣溫較高，生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程加快，生物量減少，吐絲期在7月上旬，其灌漿期全部處于高溫脅迫狀態(tài)下，導(dǎo)致灌漿期縮短，產(chǎn)量與春玉米相比下降較多。為實(shí)現(xiàn)夏玉米穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，須選擇高溫耐受能力強(qiáng)、耐密植的品種，從增加田間果穗數(shù)和提高耐高溫脅迫能力等方面保證產(chǎn)量。由于夏玉米前期也處于升溫過(guò)程，發(fā)育進(jìn)程隨播期推遲加快，導(dǎo)致生物量積累不足，這對(duì)產(chǎn)量形成不利，因此夏玉米也應(yīng)適當(dāng)早播，或者推遲至6月底或7月初播種，使灌漿期推遲至8月中下旬，以避開部分高溫。

秋玉米生育期間溫度呈前高后低的變化趨勢(shì)，中間階段較為適宜玉米生長(zhǎng)。8月29日以前開始灌漿易受高溫影響，9月8日以后開始灌漿則受低溫影響越來(lái)越明顯，因此灌漿起始日期在兩者之間最為有利。以秋玉米出苗后45 d開始灌漿計(jì)算，在7月15日左右播種較為適宜。此時(shí)播種的玉米灌漿起始期在9月3日左右，吐絲后40 d內(nèi)32 ℃以上脅迫日數(shù)在13 d左右，低溫脅迫日數(shù)在2 d左右，灌漿期日平均氣溫在24 ℃左右，對(duì)產(chǎn)量形成較為有利。此結(jié)果也與本課題組之前的秋季播期研究結(jié)果一致[11]。