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        魯中地區(qū)夏玉米主要生育期和產(chǎn)量對(duì)氣候變化的響應(yīng)

        2020-11-13 06:01:40劉春曉呂建華王昊丁繼民高英波張慧汪黎明方志軍董瑞劉鐵山
        山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年10期
        關(guān)鍵詞:章丘日照時(shí)數(shù)夏玉米

        劉春曉,呂建華,王昊,丁繼民,高英波,張慧,汪黎明,方志軍,董瑞,劉鐵山

        (1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所/小麥玉米國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部黃淮海北部玉米生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250100;2.山東省種子管理總站,山東 濟(jì)南 250100;3.山東省氣候中心,山東濟(jì)南 250031;4.東平縣銀山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心,山東東平 271513)

        玉米已經(jīng)成為我國(guó)第一大糧食作物,也是重要的經(jīng)濟(jì)、飼料作物,對(duì)我國(guó)糧食安全具有舉足輕重的作用[1-3]。種植業(yè)是對(duì)氣候變化最敏感的領(lǐng)域之一。氣候變化通過溫度、降水等變化的綜合作用改變農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中光照、熱量、水分的分配而影響其生產(chǎn)力,從而對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量、病蟲害防治、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力及農(nóng)業(yè)管理等產(chǎn)生影響[4,5]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)逐漸成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。

        氣候與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)。近年來,關(guān)于氣候變化對(duì)農(nóng)作物生育期及產(chǎn)量的影響許多專家進(jìn)行了大量研究。劉昌等[6]用山東省1983—2015年34個(gè)氣象站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù),通過線性回歸分析了其對(duì)山東省冬小麥、夏玉米單產(chǎn)的影響,結(jié)果表明,山東省冬小麥、夏玉米單產(chǎn)及冬小麥-夏玉米周年單產(chǎn)呈明顯的上升趨勢(shì),平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)增加對(duì)冬小麥單產(chǎn)有促進(jìn)作用,降水量增加對(duì)冬小麥增產(chǎn)影響最顯著;夏玉米對(duì)平均氣溫、最低氣溫、日照時(shí)數(shù)的增加表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng),最高氣溫和降水量的增加有利于夏玉米增產(chǎn)。張潔等[7]通過研究河西走廊中部30年來氣候變化情況及其對(duì)主要農(nóng)作物生育期和產(chǎn)量的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),氣溫、降水等氣候因素均能不同程度地影響春小麥、玉米的生育期及產(chǎn)量,且地域性差異顯著。

        山東省是我國(guó)夏玉米主產(chǎn)區(qū),播種面積、產(chǎn)量、加工能力、產(chǎn)值均居全國(guó)前3位,在我國(guó)玉米生產(chǎn)中具有重要地位。本研究重點(diǎn)分析了魯中地區(qū)3個(gè)典型縣區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)6個(gè)代表性玉米品種生長(zhǎng)階段的氣候變化和生育進(jìn)程及產(chǎn)量情況,以期為充分合理利用當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源、準(zhǔn)確評(píng)估玉米生產(chǎn)力、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和田間管理提供理論與技術(shù)支撐。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)概況

        山東省(34°22.9′~38°24.01′N,114°47.5′~122°42.3′E)地處我國(guó)東部沿海、黃河下游,屬溫帶季風(fēng)性氣候,光照資源充足,年日照時(shí)數(shù)2 290~2 890 h,無(wú)霜期180~220 d,年均降水量550~950 mm,降水季節(jié)分布不均衡,多數(shù)集中在6月下旬—9月上旬。雨熱同季,自然條件對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育極為有利,是夏玉米的典型種植區(qū),栽培制度以冬小麥-夏玉米輪作為主,是全國(guó)糧食作物主要產(chǎn)區(qū)之一。其中,魯中地區(qū)是山東省的重要玉米產(chǎn)區(qū),常年總種植面積73萬(wàn)hm2[8]。本區(qū)域主要包括濟(jì)南、淄博、濰坊、臨沂的大部和泰安、日照的全部。本研究選擇章丘(36°44′N,117°34′E)、岱岳(36°00′N,117°00′E)、東平(35°53′N,116°21′E)3個(gè)典型縣區(qū)定位開展品種篩選試驗(yàn)。

        1.2 數(shù)據(jù)來源

        本研究所需氣象數(shù)據(jù)由山東省氣候中心提供,包括魯中地區(qū)3個(gè)農(nóng)業(yè)氣象基本觀測(cè)站(章丘、岱岳、東平)2017—2018年夏玉米生育期內(nèi)平均氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)。

        玉米生育時(shí)期及產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于山東省玉米主推生態(tài)鑒定示范試驗(yàn)。品種示范試驗(yàn)根據(jù)國(guó)家、省級(jí)審定品種(含綠色通道和聯(lián)合體試驗(yàn))及同一生態(tài)區(qū)引種備案品種情況,征集了6個(gè)玉米品種(YF3240、登海605、金來318、京農(nóng)科 736、先玉047、鑫豐388)。各站點(diǎn)內(nèi)統(tǒng)一播種,統(tǒng)一管理,田間管理略高于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)水平。種植密度按各品種最適密度設(shè)置。調(diào)查記錄各試驗(yàn)點(diǎn)各品種的生育期進(jìn)程,成熟期小區(qū)測(cè)產(chǎn)。

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        采用 Sigmaplot 12.5和 Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及作圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 2017—2018年玉米生育期氣候變化分析

        2.1.1 溫度變化情況 從圖1、圖2可以看出,章丘、岱岳、東平3個(gè)試驗(yàn)站點(diǎn)2017年、2018年夏玉米主要生育期(6—9月)平均氣溫變化大體一致。2017年章丘玉米生育期平均氣溫維持在16.7~32.7℃,最高氣溫出現(xiàn)在7月11日,最低氣溫出現(xiàn)在9月28日,高溫期出現(xiàn)在7月8日至14日左右,日平均氣溫為 29.9~32.7℃;2018年,章丘玉米生育期平均氣溫維持在16.6~32.5℃,最高氣溫出現(xiàn)在7月20日,最低氣溫出現(xiàn)在9月24日,高溫期出現(xiàn)在7月15日至23日左右,日平均氣溫高達(dá) 30.5~32.5℃。

        2017 年岱岳玉米生育期平均氣溫維持在18.2~31.3℃,最高氣溫出現(xiàn)在7月23日,最低氣溫出現(xiàn)在9月28日;2018年,岱岳玉米生育期平均氣溫維持在16.8~32.6℃,高溫期出現(xiàn)在7月13日至26日左右,日平均氣溫達(dá)到28.8~31.8℃,7月31日到8月12日左右又出現(xiàn)了一段高溫期。

        東平2017年、2018年玉米生育期平均氣溫變化趨勢(shì)基本與章丘、岱岳一致,最高、最低溫度出現(xiàn)的日期也相差不大。

        圖1 2017年不同試驗(yàn)站點(diǎn)玉米生育期日平均氣溫變化情況

        圖2 2018年不同試驗(yàn)站點(diǎn)玉米生育期日平均氣溫變化情況

        2.1.2 日照時(shí)數(shù)變化情況 由圖3和圖4看出,章丘、岱岳、東平3個(gè)試驗(yàn)站點(diǎn)日照時(shí)數(shù)均呈波動(dòng)性變化,變化幅度在0~13 h之間。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,陰雨天氣較多,日照時(shí)數(shù)較少。生育后期日照時(shí)數(shù)基本都在10 h以下。玉米屬于短日照植物,在短日照條件下可以正常生長(zhǎng)發(fā)育,12~14 h光照對(duì)玉米生長(zhǎng)反而有抑制作用。由圖3和圖4的變化趨勢(shì)看出,在玉米生育期內(nèi)光照基本不會(huì)抑制玉米生長(zhǎng)。

        圖3 2017年不同試驗(yàn)站點(diǎn)玉米生育期日照時(shí)數(shù)變化情況

        圖4 2018年不同試驗(yàn)站點(diǎn)玉米生育期日照時(shí)數(shù)變化情況

        2.1.3 降水量變化情況 由圖5、圖6看出,2017年,3個(gè)試驗(yàn)站點(diǎn)的降雨主要集中在7月中下旬。其中章丘單日最大降雨量出現(xiàn)在8月9日,達(dá)到40.8 mm;岱岳最大降雨量出現(xiàn)在7月28日,達(dá)到69.8 mm;東平降雨量明顯高于章丘和岱岳,整個(gè)玉米生育期超過50 mm的降雨多達(dá)3次,最大降雨量出現(xiàn)在6月22日,高達(dá)109.3 mm。由于玉米當(dāng)時(shí)還未出苗,種植地塊排灌設(shè)施良好,未對(duì)其生長(zhǎng)造成較大影響。2018年,降雨量明顯高于2017年,3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)降雨時(shí)間比較一致,8月19日章丘、岱岳、東平三地均出現(xiàn)強(qiáng)降雨,降雨量分別高達(dá) 124.4、121.4、179.7 mm,東平在8月14日也出現(xiàn)150.0 mm的降雨。

        2.2 2017—2018年玉米生育時(shí)期變化情況

        由表1可知,各試驗(yàn)站點(diǎn)基本在6月13日左右播種,東平2017年播種較晚,在6月20日播種。各品種在不同試驗(yàn)站點(diǎn)的生育期差異不大。一般播種至出苗期5~7 d,此期溫度都能滿足玉米出苗需要,影響較大的是澆水情況,只要播種后及時(shí)澆水,出苗天數(shù)差異不大。出苗到抽雄時(shí)間為37~49 d,抽雄到吐絲時(shí)間為0~3 d,吐絲到成熟時(shí)間為52~68 d。生育期都在110 d左右。由于澆水時(shí)間、調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)不一致等主觀因素也會(huì)造成各生育時(shí)期的差異。

        圖5 2017年不同試驗(yàn)站點(diǎn)玉米生育期日降水量變化情況

        圖6 2018年不同試驗(yàn)站點(diǎn)玉米生育期日降水量變化情況

        根據(jù)玉米生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn),將玉米全生育期劃分為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)(播種-抽雄)和生殖生長(zhǎng)(抽雄-成熟)兩個(gè)階段。對(duì)兩個(gè)階段生育期時(shí)長(zhǎng)與其對(duì)應(yīng)的積溫、總?cè)照諘r(shí)數(shù)和總降水量進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果見表2。各品種玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段天數(shù)與總積溫值呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.97~0.99,與總?cè)照諘r(shí)數(shù)相關(guān)性不大,相關(guān)系數(shù)在0.41~0.70,與總降水量不存在相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)在-0.02~0.38;各品種玉米生殖生長(zhǎng)階段天數(shù)與總積溫值呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)在0.80~0.95,與總?cè)照諘r(shí)數(shù)和總降水量相關(guān)性不大,相關(guān)系數(shù)分別在-0.19~0.09、-0.04~0.41。綜合來看,玉米生育期天數(shù)與總積溫相關(guān)性較大,對(duì)日照時(shí)數(shù)和總降水量變化不敏感。

        2.3 2017—2018年玉米產(chǎn)量變化情況

        由圖7可知,同一品種在不同地區(qū)種植,產(chǎn)量差異較大。2017年先玉047在岱岳站點(diǎn)的產(chǎn)量最高,達(dá)12 382.5 kg/hm2;產(chǎn)量最低的為鑫豐388,2017年在東平的產(chǎn)量?jī)H為6 704.0 kg/hm2。章丘兩年的產(chǎn)量在8 550.0~9 600.0 kg/hm2,各品種兩年之間的產(chǎn)量差異不大,差值在60~870 kg/hm2,除登海605外,其余5個(gè)品種2017年產(chǎn)量均高于2018年。岱岳站點(diǎn)兩年的產(chǎn)量均高于章丘和東平,2017、2018年各品種產(chǎn)量分別比章丘高出2 212.5~2 871.0 kg/hm2、2 540.7~3 289.5 kg/hm2,比東平分別高出 1 594.5~5 033.6 kg/hm2、1 949.7~4 372.5 kg/hm2,產(chǎn)量在11 510.7~12 382.5 kg/hm2,各品種兩年間的產(chǎn)量差異也不大,差值在31.5~871.8 kg/hm2。東平兩年的產(chǎn)量在6 704.0~10 221.0 kg/hm2,各品種兩年間差異較大,差值高達(dá)660.0~1 612.5 kg/hm2。

        表1 2017—2018年玉米生育進(jìn)程

        表2 玉米全生育階段氣候要素與各生育階段時(shí)長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)

        圖7 2017—2018年玉米產(chǎn)量變化情況

        將玉米產(chǎn)量與其生育時(shí)期對(duì)應(yīng)的積溫、總降水量和總?cè)照諘r(shí)數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果見表3。各品種玉米產(chǎn)量與積溫、總降水量、總?cè)照諘r(shí)數(shù)和生育期的相關(guān)系數(shù)差異較大。各品種產(chǎn)量與積溫、總降水量、日照時(shí)數(shù)和生育期單方面因素的相關(guān)性都較小,表明在本試驗(yàn)條件下,玉米產(chǎn)量受品種特性的影響較大,對(duì)同期氣候因素的變化不敏感。

        表3 玉米全生育階段氣候要素與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)

        3 討論與結(jié)論

        氣候變化對(duì)農(nóng)作物生育期具有顯著影響。孟林等[9]研究表明,夏玉米全生育期天數(shù)和生殖生長(zhǎng)期天數(shù)均與同期平均氣溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,平均氣溫每上升1℃,全生育期天數(shù)和生殖生長(zhǎng)期天數(shù)分別平均縮短2.71 d和1.07 d。不同生育時(shí)期溫度的增加均有利于作物生長(zhǎng)[10],播種期溫度增加,會(huì)使夏玉米播種期提前而成熟期推遲[11,12]。夏玉米對(duì)日照時(shí)數(shù)的增加表現(xiàn)為負(fù)響應(yīng),而對(duì)降水和最高氣溫具有較強(qiáng)的敏感性[9]。本研究表明,各品種玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段天數(shù)與總積溫值呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.97~0.99,與總?cè)照諘r(shí)數(shù)相關(guān)性不大,相關(guān)系數(shù)在0.41~0.70,與總降水量不存在相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)在-0.02~0.38;各品種玉米生殖生長(zhǎng)階段天數(shù)與總積溫值呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)在0.80~0.95,與總?cè)照諘r(shí)數(shù)和總降水量相關(guān)性不大,相關(guān)系數(shù)分別在-0.19~0.09、-0.04~0.41。生育期對(duì)氣候因素的響應(yīng)不僅反映了農(nóng)作物對(duì)氣候變化的被動(dòng)適應(yīng)過程,也反映了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過改變作物品種、田間管理措施、種植制度和栽培方式等來應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的主動(dòng)適應(yīng)過程[13-15]。

        玉米產(chǎn)量的形成受氣候、品種特性和栽培管理措施等多種因素共同影響。王洪麗[16]、劉鋒[17]等分別對(duì)吉林省和山東省玉米產(chǎn)量分析發(fā)現(xiàn),自然災(zāi)害是造成玉米產(chǎn)量波動(dòng)的重要因素之一。張秋英等[18]研究認(rèn)為,產(chǎn)量與年際間氣候條件變化關(guān)系不大,熱量多且雨量充沛的年份才有利于玉米產(chǎn)量潛力的挖掘。氣候通過影響玉米潛力上限影響產(chǎn)量差[19]。本試驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果大致相同,各品種玉米產(chǎn)量與積溫、總降水量、總?cè)照諘r(shí)數(shù)和生育期的相關(guān)系數(shù)差異較大,各品種產(chǎn)量與積溫、總降水量、日照時(shí)數(shù)和生育期單方面因素的相關(guān)性都較小,玉米產(chǎn)量受品種特性的影響較大,對(duì)同期氣候因素的變化不敏感。由于本研究年份沒有發(fā)生重大的自然災(zāi)害,而且各研究站點(diǎn)的農(nóng)田基本水利建設(shè)比較完善,旱能灌、澇能排,因此氣候因素未對(duì)玉米產(chǎn)量造成影響。不同地區(qū)應(yīng)根據(jù)夏玉米主要生育期的變化選擇適宜的品種類型。

        本研究只分析了2017、2018年兩年的數(shù)據(jù),僅選擇了魯中地區(qū)的3個(gè)研究站點(diǎn),研究數(shù)據(jù)較少、地區(qū)選擇也比較片面,今后將選擇山東各地區(qū)多個(gè)研究站點(diǎn),增加玉米試驗(yàn)品種,從多方面著手進(jìn)行分析研究,進(jìn)一步完善研究?jī)?nèi)容和結(jié)果。

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