陳杜，羅英艦，魏鵬程，葉開梅，羅上軻，盧平，宋碧*，張軍

（1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽 550025；2遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，貴州遵義 563100；3余慶縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州余慶 564400；4安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，貴州安順 561000）

玉米在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，其穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)不僅取決于遺傳特性和栽培措施等，也與自然資源的利用能力有關(guān)［1］。黔西南位于云貴高原東部，亞熱帶濕潤溫和型氣候，具有熱量豐富、降水充沛等特點，是貴州光熱資源較優(yōu)越的地區(qū)［2］。玉米是該地區(qū)的主要作物，但品種較單一，單產(chǎn)較低，未能充分利用其優(yōu)越的自然條件。研究春玉米物質(zhì)生產(chǎn)、產(chǎn)量與資源利用能力的關(guān)系，篩選出適宜該區(qū)域的春玉米品種，對充分利用自然資源，發(fā)揮品種潛力、增加產(chǎn)量具有重要意義。作物高產(chǎn)與生態(tài)條件、溫光水資源的利用密切相關(guān)［3］。周寶元等［4］認(rèn)為，雙季玉米和單季春玉米體系能顯著提高輻射生產(chǎn)效率和光能利用率。岳偉等［5］認(rèn)為，太陽總輻射的變化顯著影響不同熟期品種的氣象產(chǎn)量，其中晚熟品種對光能利用能力較好。任佰朝等［6］認(rèn)為，在冬小麥—夏玉米種植模式下，選擇適宜熟期的夏玉米品種能使籽粒適時成熟，充分利用當(dāng)季光熱資源，提高年際資源利用率。習(xí)敏等［7］認(rèn)為，合理選擇播期能夠優(yōu)化季節(jié)間資源配置，有效提高溫光水資源利用效率，且區(qū)域間資源利用明顯［8］。李齊霞等［9］認(rèn)為，增加花后有效積溫，能促進籽粒形成，增加生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)量。王洪章等［10］、張寶林等［11］認(rèn)為，采用增密、增肥等高效管理模式能夠提高光溫資源利用率14%～15%，從而增加產(chǎn)量。楊明達等［12］認(rèn)為，地下、地表灌溉能提高缺水、富水條件下水分利用效率。鄭孟靜等［13］指出，在確定灌水方式及灌水量的基礎(chǔ)上，灌水2～3次能夠保證產(chǎn)量，提高水分利用效率。

以往對作物產(chǎn)量與資源利用效率的研究多集中在黃淮海等地，對西南玉米生產(chǎn)區(qū)春玉米物質(zhì)生產(chǎn)與資源利用能力的研究較少。本研究以4個春玉米品種為材料，連續(xù)兩年在黔西南州興仁對其生育期、干物質(zhì)積累與分配、產(chǎn)量、溫光水利用及相關(guān)性進行研究，旨在探明不同春玉米品種在物質(zhì)生產(chǎn)、產(chǎn)量及氣候資源利用能力方面的差異，為該區(qū)域選用適宜的春玉米品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為先玉1171（XY1171，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)）、新中玉801（XZY801，貴州新中一種業(yè)有限責(zé)任公司）、金玉838（JY838，貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院）、金都玉2號（JDY2，貴州大學(xué)）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2018—2019年在貴州省興仁市（104°54′N，25°18′E）進行，雨養(yǎng)無灌溉。海拔高度1 400 m，高原型北亞熱帶溫和濕潤季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，無霜期長，雨熱同季，年均氣溫15.2℃，年均降水量1 315.3 mm。供試土壤為黃壤，pH 5.95，有機質(zhì)21.18 g／kg、堿解氮89.15 mg／kg、有效磷6.85 mg／kg、速效鉀290.02 mg／kg。隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積20 m2，3次重復(fù)。2018年4月7日播種，9月2日收獲；2019年4月13日播種，9月4日收獲。采用寬窄行直播，寬行80 cm，窄行40 cm，種植密度67 500株／hm2?；适┯脧?fù)合肥（N∶P2O5∶K2O＝16∶16∶16）600 kg／hm2，在拔節(jié)期和大喇叭口期分別追施尿素150和225 kg／hm2。其它田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3 測定項目與方法

（1）干物質(zhì)量。于吐絲期、生理成熟期選取代表性植株3株，分部位（葉片、莖稈、籽粒、穗軸、苞葉）置105℃烘箱殺青30 min，75℃烘至恒重后稱量。

（2）產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀。玉米成熟后，對各處理進行實收測產(chǎn)，并于每個小區(qū)選取代表性果穗10個，風(fēng)干至安全含水量（14%）后考種，測定千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)等。

（3）氣象數(shù)據(jù)。氣象資料由貴州省興仁市氣象局提供，包括2018—2019年玉米自播種期到收獲期的日均溫、最高溫、最低溫、日照時數(shù)、降水量（圖1）。積溫是考察期內(nèi)日平均氣溫≥0℃的逐日平均氣溫之和；有效積溫是考察期內(nèi)活動溫度的逐日有效溫度之和；降水量是考察期內(nèi)自然雨養(yǎng)條件下逐日降水量之和；日照時數(shù)是考察期內(nèi)日照時數(shù)之和。

1.4 光溫水利用率及生產(chǎn)效率計算

參照孫建軍等［14］的方法，計算積溫、有效積溫、日照時數(shù)、降水量利用率。以播種時間為起點，收獲時間為終點作為玉米生長期間總的自然資源，以各生育階段內(nèi)利用的自然資源占總自然資源的比例計算利用率：

圖1 2018-2019年玉米生育期興仁市氣象條件Fig.1 Meteorological conditions in Xingren city during maize growth period from 2018 to 2019

積溫利用率（%）＝（各生育階段積溫／總積溫）×100

有效積溫利用率（%）＝（各生育階段有效積溫／總有效積溫）×100

日照時數(shù)利用率（%）＝（各生育階段日照時數(shù)／總?cè)照諘r數(shù)）×100

降水量利用率（%）＝（各生育階段降水量／總降水量）×100

參照杜祥備等［15］的方法計算積溫、有效積溫、降水量生產(chǎn)效率：

積溫生產(chǎn)效率（kg／hm2·℃·d）＝單位面積產(chǎn)量／生育期內(nèi)積溫

有效積溫生產(chǎn)效率（kg／hm2·℃·d）＝單位面積產(chǎn)量／生育期內(nèi)有效積溫

降水量生產(chǎn)效率（g／mm）＝單位面積產(chǎn)量／生育期內(nèi)降水量

參照戴明宏等［16］的方法計算干物質(zhì)積累速率：

干物質(zhì)積累速率CGR［g／（m2·d）］＝單位面積干物質(zhì)積累量／持續(xù)時間

花后干物質(zhì)積累量（kg／hm2）＝成熟期干物質(zhì)積累—吐絲期干物質(zhì)積累

利用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理與作圖，用DPSv7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析，用LSD法進行顯著性測驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 春玉米品種的生育期差異

由表1可知，不同春玉米品種開花前、后及生育期所需的天數(shù)和光、溫、水等不同。生育期差異在4～10 d，主要是營養(yǎng)生長期（花前）不同，兩年均以先玉1171最長，金都玉2號最短。按達到生理成熟時（生育期）各品種對溫度、日照及降水量需求高低排序，先玉1171＞金玉838＞新中玉801＞金都玉2號；積溫：先玉1171≥3 100℃、金玉838在3 000～3 100℃、新中玉801和金都玉2號≤3 000℃；有效積溫先玉1171和金玉838在1 600～1 700℃、新中玉801和金都玉2號＞1 500℃；降水量：各品種均≥700 mm；日照時數(shù)各品種均在600～800 h之間。

表1 2018-2019年各春玉米品種生育時期及溫光水資源情況Table 1 Growth period of different spring maize varieties and warm and light water resources from 2018 to 2019

2.2 春玉米品種干物質(zhì)積累與分配的差異

花后干物質(zhì)積累量、積累速率、貢獻率是影響作物群體生物產(chǎn)量的重要因素。因兩年試驗結(jié)果趨勢一致，采用2018年數(shù)據(jù)進行分析。由表2可知，各品種全生育期群體干物質(zhì)積累量在24 373.43～30 501.63 kg／hm2，品種間差異較大，且主要源于花后干物質(zhì)積累；品種間全生育期干物質(zhì)積累速率（CGR）的差異，主要由于花后CGR差異顯著，且積累速度隨干物質(zhì)積累量增加而提高；在干物質(zhì)積累貢獻率中，花后大于花前，平均高14.5%。綜合分析，各品種間變化趨勢相同，表現(xiàn)為：金都玉2號＞先玉1171＞金玉838＞新中玉801。

由表3可知，吐絲期不同品種葉片、穗軸的干物質(zhì)積累量差異顯著，分配比例變幅分別為20.76%～24.27%、13.63%～20.32%；分配到莖稈和苞葉的干物質(zhì)積累量差異不顯著。成熟期莖稈、葉片、穗軸和苞葉的干物質(zhì)差異顯著，籽粒干物質(zhì)差異不顯著；吐絲期到成熟期，莖稈干物質(zhì)積累增加，葉片減小，苞葉和穗軸無明顯變化，籽粒干物質(zhì)積累量以先玉1171最多，新中玉801最少。

表2 各春玉米品種花前、花后干物質(zhì)積累量、積累速率與貢獻率（2018）Table 2 Dry matter accumulation，accumulation rate and contribution rate of various spring maize varieties before and after flowering in 2018

表3 各春玉米品種吐絲期、成熟期各器官干物質(zhì)積累（2018）Table 3 Dry matter accumulation of organs in silking and maturing stages of each spring maize variety in 2018 kg·hm-2

2.3 春玉米品種產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素差異

由表4可知，各品種產(chǎn)量、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)差異達到顯著水平。兩年產(chǎn)量均以先玉1171最高，金都玉2號最低，先玉1171、金玉838、新中玉801較金都玉2號分別增產(chǎn)14.2%、8.8%、4.1%。在產(chǎn)量構(gòu)成因素中，每公頃穗數(shù)差異不顯著，穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量差異顯著，年際和品種對穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的影響均達到極顯著水平。各品種中金玉838穗粒數(shù)最多，金都玉2號千粒質(zhì)量最大。

表4 2018—2019年各品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素分析Table 4 Analysis of variance of yield and yield components from 2018 to 2019

2.4 春玉米品種生產(chǎn)效率差異

生產(chǎn)效率是決定產(chǎn)量高低的重要原因。本試驗條件下各品種積溫、有效積溫、降水量生產(chǎn)效率變化規(guī)律相同，均表現(xiàn)為先玉1171＞金玉838＞新中玉801＞金都玉2號（表5）。不同資源間兩年均表現(xiàn)為有效積溫生產(chǎn)效率＞積溫生產(chǎn)效率＞降水量生產(chǎn)效率。積溫、有效積溫、降水量生產(chǎn)效率變幅分別在4.02～4.32 kg／hm2·℃·d、7.54～8.07 kg／hm2·℃·d、1.61～1.77 g／mm之間。與金都玉2號相比，先玉1171生產(chǎn)效率分別提高7.18%、7.07%、10.36%，金玉838分別提高4.57%、4.75%、6.57%，新中玉801分別提高2.50%、2.41%、2.31%。

表5 2018-2019年各春玉米品種全生育期生產(chǎn)效率比較Table 5 Production efficiency of spring maize in the whole growth period from 2018 to 2019

2.5 春玉米品種溫光水利用率差異

作物生育進程不同導(dǎo)致對自然資源的利用有較大差異。由表6可知，各品種對溫光水利用率依次為先玉1171＞金玉838＞新中玉801＞金都玉2號。花前：溫光水平均利用效率變幅在47.56%～51.91%之間，其中先玉1171、金玉838平均利用率均達50%；花后：溫光水平均利用率均在47%以下，積溫、有效積溫、日照時數(shù)的利用率規(guī)律與花前一致，但降水量的利用率金都玉2號最高；全生育期：溫光水平均利用效率變幅在94.19%～98.89%之間，先玉1171、金玉838、新中玉801均在95%以上，較金都玉2號分別提高5.00%、3.20%、1.30%。

表6 各春玉米品種各階段溫光水資源利用率比較Table 6 Utilization rate of temperature，light and water in different stages of spring maize %

2.6 產(chǎn)量與溫光水利用率、生產(chǎn)效率的關(guān)系

由表7可知，產(chǎn)量與全生育期溫光利用率顯著正相關(guān)，與降水量利用率正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為：積溫＞有效積溫＞日照時數(shù)＞降水量；與生產(chǎn)效率呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為：積溫＞有效積溫＞降水量。

將各資源利用率、生產(chǎn)效率分別與產(chǎn)量進行逐步回歸分析（X1積溫，X2有效積溫，X3日照時數(shù)，X4降水量，Y產(chǎn)量），

資源利用率與產(chǎn)量回歸方程為：

資源生產(chǎn)效率與產(chǎn)量回歸方程為：

由方程可知，對產(chǎn)量影響最大的是有效積溫和降水量，且有效積溫對產(chǎn)量的影響大于降水量，與相關(guān)分析結(jié)果基本一致。將有效積溫、降水量利用率與其生產(chǎn)效率進行線性回歸，有效積溫：Y2＝0.081 53X2+0.012 66（R2＝0.992 4**）；降水量：Y4＝0.017 14X4+0.012 316（R2＝0.956 2**）；當(dāng)有效積溫與降水量利用率達95%時，此時生產(chǎn)效率分別為7.76、1.64，產(chǎn)量可達12 356.54 kg／hm2。

表7 春玉米全生育期資源利用率、生產(chǎn)效率與產(chǎn)量的相關(guān)分析Table 7 Correlation analysis of resource utilization，production efficiency and yield of spring maize during the whole growth period

3 討論

3.1 不同春玉米品種資源利用能力存在明顯差異

作物高產(chǎn)與溫、光、水資源的利用密切相關(guān)［3］。有研究表明，積溫、降水量、光照強度、日照時數(shù)等氣象條件對玉米的物質(zhì)生產(chǎn)、產(chǎn)量有顯著影響［17-20］，且不同類型品種隨播期［21］、生態(tài)區(qū)［22］、緯度［23］、栽培措施［24］等變化對資源的利用具有較大差異。在本研究中，通過對各春玉米品種的生育期、干物質(zhì)積累分配、產(chǎn)量、資源生產(chǎn)效率和利用率分析，發(fā)現(xiàn)先玉1171全生育期長，花后干物質(zhì)積累速率快、量大、生產(chǎn)效率高，達到生理成熟時對積溫、有效積溫、降水量分別要求在3 100℃、1 600℃、750 mm以上，對該區(qū)域玉米生長季內(nèi)的光、溫、水資源的利用率達到最大。而對照品種金都玉2號經(jīng)濟系數(shù)小、產(chǎn)量低，全生育期短，未充分利用當(dāng)季自然資源，其生產(chǎn)率、利用率遠低于其它品種。孫建軍等［14］研究表明，隨生育期縮短，達到正常生理成熟時對自然資源需求低，對溫光利用率呈現(xiàn)顯著的下降趨勢。這表明在當(dāng)季自然資源充足的條件下，選擇生育期較長的品種能夠起到充分利用當(dāng)?shù)刈匀毁Y源的效果。

3.2 花后物質(zhì)生產(chǎn)能力與產(chǎn)量形成是造成資源利用差異的主要原因

花后物質(zhì)生產(chǎn)與籽粒形成過程是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵，產(chǎn)量是判斷資源利用力的主要指標(biāo)之一。春玉米全生育期干物質(zhì)積累、產(chǎn)量的差異主要源于花后干物質(zhì)積累及穗粒數(shù)差異。本試驗條件下，花后氣溫高、光照好、降水量大，有效地促進了花后干物質(zhì)的積累與分配，不同品種間CGR、器官間干物質(zhì)分配差異較大。氣象因子中有效積溫、降水量是影響籽粒形成的主要因素，當(dāng)玉米開花授粉時，良好的光、溫及較少的降水能夠有效地促進雌穗的小花分化、授粉受精，減少籽粒的敗育，增加穗粒數(shù)，增加產(chǎn)量［25］。本研究中各玉米品種營養(yǎng)生長和生殖生長階段時間不一致，在開花授粉時所處溫、光、水等自然條件不同，籽粒灌漿持續(xù)時間、灌漿效果不一，相關(guān)分析表明，對穗粒數(shù)的影響中有效積溫起主要作用。先玉1171較長的營養(yǎng)生長期使得開花授粉時恰好處于氣溫高、光照好、降水量少的時期，保障了籽粒的授粉受精，較高的有效積溫增強了灌漿效果，使穗粒數(shù)明顯增加，產(chǎn)量、籽粒生產(chǎn)效率、溫光水利用率提高。陳國平等［26］、鄧根云［27］認(rèn)為，當(dāng)籽粒灌漿期在較優(yōu)越的光熱條件下，能獲得較高產(chǎn)量，提高資源利用能力。表明玉米花后所處的自然條件能極大地影響物質(zhì)生產(chǎn)、分配與籽粒形成，繼而造成資源利用差異。

3.3 遺傳特性、生態(tài)因子、栽培措施共同影響資源利用能力

相關(guān)性分析表明，有效積溫、降水量對玉米產(chǎn)量影響最大，但其它因素對產(chǎn)量、資源利用能力也有影響。作物產(chǎn)量形成是遺傳特性、生態(tài)因子、栽培措施共同作用的結(jié)果，產(chǎn)量是品種對自然資源利用結(jié)果的體現(xiàn)，因此，遺傳特性、生態(tài)因子、栽培措施共同影響了作物的資源利用力。（1）生態(tài)因子差異。陳波等［23］將不同類型品種在不同緯度地區(qū)栽培后發(fā)現(xiàn)，同類型品種呈現(xiàn)為隨緯度增加，穗數(shù)明顯增加，結(jié)實率提高，產(chǎn)量增加，溫光利用率提高。（2）栽培措施差異。楊明達等［12］、潘曉瑩等［28］通過比較不同的灌溉方式對夏玉米籽粒產(chǎn)量的影響后認(rèn)為，地下滴灌和移動噴灌能夠有效提高穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量，增加產(chǎn)量，提高水分的利用率；王洪章等［10］認(rèn)為增密增肥、分次施肥能有效提高光溫利用率。（3）遺傳特性差異。李洪濤等［29］以出籽粒差異顯著的兩個親本自交組配的后代為材料，發(fā)現(xiàn)籽粒形成受多個基因控制，并指出環(huán)境因素對出籽率有一定影響，兩者共同影響產(chǎn)量。因此，作物的資源利用能力是受遺傳特性、生態(tài)因子、栽培措施的共同影響。

4 結(jié)論

本研究從生育期、干物質(zhì)積累與分配、產(chǎn)量、生產(chǎn)率、利用率分析了黔西南地區(qū)不同春玉米品種對溫、光、水資源利用的差異。結(jié)果表明，品種間生育期差異主要是營養(yǎng)生長期不同，導(dǎo)致抽雄吐絲及后期自然條件不同，從而造成物質(zhì)生產(chǎn)、產(chǎn)量的差異和籽粒生產(chǎn)率、溫、光、水利用率不同。氣象因子中，有效積溫、降水量起主要作用。各品種中先玉1171花后資源利用率最高，較對照品種增產(chǎn)14.20%，溫光水利用率提高5%，當(dāng)氣候資源利用率達到95%以上時，產(chǎn)量可達12 356.54 kg／hm2，可作為該區(qū)域首選品種。