崔兆韻，鄒俊麗，楊榮光，石兆鵬

（1山東省氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250031；2山東省泰安農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，山東泰安 271000）

0 引言

隨著人口數(shù)量增加及人們生活質(zhì)量的提高，對糧食數(shù)量和質(zhì)量的需求日益增加[1]。但近年來極端氣候頻發(fā)，對中國主要糧食作物玉米的產(chǎn)量及品質(zhì)造成不利影響[2-4]。李潮海等[5]研究表明，適宜的播期能夠有效保障玉米在其生育期內(nèi)高效利用光熱資源并且獲得高產(chǎn)，適期播種是實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的必要條件。籽粒灌漿是玉米產(chǎn)量及品質(zhì)形成的主要過程，受干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)以及籽粒灌漿特性的影響[6-7]。因此，研究播種期對玉米干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)分配、籽粒灌漿及產(chǎn)量形成的影響對實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。徐田軍等[8]通過玉米分期播種試驗(yàn)建立了干物質(zhì)的動態(tài)積累模型，分析了播期對干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)和籽粒灌漿特性的影響；同時大量研究表明播期主要是通過溫度、光照時數(shù)、降雨量等來影響玉米生長發(fā)育，并且主要通過溫度條件影響玉米干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及籽粒灌漿特性，是影響作物群體性狀和產(chǎn)量形成的重要因素。不同播期的有效積溫變化是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，調(diào)整播期則是充分利用光熱資源并協(xié)調(diào)玉米生長的有效手段，適期播種能使玉米充分利用光熱資源來構(gòu)建良好的豐產(chǎn)群體[9-10]。作物干物質(zhì)積累與特性及籽粒灌漿狀況是影響產(chǎn)量及品質(zhì)的重要因素，研究表明不同播期下玉米灌漿期溫度差異較大，最高氣溫平均值對灌漿速度的影響最大[11]。同時溫度和降水是共同決定作物干物質(zhì)積累的2個重要因素，是對作物影響最大、貫穿作物生長始末的氣象因素[12-13]。一般情況下品質(zhì)籽粒充實(shí)度越好，則稻米品質(zhì)越優(yōu)[14]。而莖稈干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)速率快、灌漿速率高是玉米獲得較高粒重從而獲得高產(chǎn)的重要原因。鑒于此，氣候變化對北方地區(qū)玉米干物質(zhì)積累以及不同播種期對玉米產(chǎn)量及品質(zhì)形成的研究成為重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。前人關(guān)于不同播期下干物質(zhì)積累或產(chǎn)量形成的研究較多，但研究不同播期下干物質(zhì)積累及籽粒灌漿速率對產(chǎn)量及品質(zhì)影響特性的研究較少。本試驗(yàn)通過設(shè)置不同播期處理，研究不同播期下光照、積溫及降雨量對夏玉米干物質(zhì)積累、籽粒灌漿速率、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，探討不同播期下氣候因素對玉米干物質(zhì)積累、分配及籽粒灌漿特性的影響，以期為培育適應(yīng)極端天氣并且產(chǎn)量與品質(zhì)穩(wěn)定的廣適性品種并為相應(yīng)栽培管理措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2018—2020 年在山東省泰安農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站進(jìn)行，海拔高度128.6 m。試驗(yàn)地段土壤為沙壤土，顯微酸性，肥力較好，地下水位深度大于2 m。試驗(yàn)地段為平原地，地勢平坦，大田作物為一年兩作（冬小麥-夏玉米），夏玉米前茬作物為冬小麥。

1.2 試驗(yàn)方法

選用推廣面積較大的中熟玉米品種‘登海605’為試驗(yàn)材料。設(shè)置4個播期：5月31日（播期1，S1）、6月10 日（播期2，S2）、6 月20 日（播期3，S3）和6 月30 日（播期4，S4）。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積33 m2，每個播期設(shè)置3個重復(fù)。種植密度按照株距25 cm，行距55 cm，設(shè)置為72727株/hm2；栽培方式為平作，直播；各小區(qū)播種時施用專用復(fù)合肥750 kg/hm2；田間管理參照高產(chǎn)田管理模式進(jìn)行。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 氣象資料收集 氣象資料由泰安國家氣象觀測站提供，該站與試驗(yàn)點(diǎn)位于同一地段，兩者相距40 m。如表1所示，觀測并記錄夏玉米從播種至收獲每日總?cè)照諘r數(shù)、平均氣溫、降水量，并統(tǒng)計(jì)出播種-拔節(jié)、拔節(jié)-開花、開花-成熟以及全生育期的積溫、降水量及日照。

表1 2018—2020年積溫、降水量及日照等氣象因素

1.3.2 株高及葉面積 分別于七葉、拔節(jié)、抽雄、乳熟期測量植株高度（自地面至雄穗頂端的高度），每個小區(qū)測量10株；于七葉、拔節(jié)、抽雄、乳熟、成熟期測量植株綠色葉面積，植株各綠色葉片面積(cm2)為單葉中脈長(cm)×最大寬度(cm)×0.7，根據(jù)所測葉面積計(jì)算各小區(qū)葉面積指數(shù)。

1.3.3 干物質(zhì)積累 成熟期每個小區(qū)取樣10株，每株按照葉片、莖干、葉鞘和穗分開，裝入紙袋后放于烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，80～85℃烘干至恒重后稱重，并計(jì)算成熟期葉片、莖干、葉鞘及穗干重占植株地上部總重的比例。

1.3.4 籽粒灌漿特性 選取小區(qū)內(nèi)有代表性并且生長一致的植株40株于開花期掛牌標(biāo)記，自開花后10～45 d，每隔5 d 取樣一次，每次處理取5 個果穗，從每個果穗中部位置取100個籽粒烘干稱重。

1.3.5 產(chǎn)量及籽粒品質(zhì)測定 成熟期對各小區(qū)中間6行進(jìn)行收獲，對收獲果穗隨機(jī)選取30個自然風(fēng)干后用于室內(nèi)考種，考察果穗長、果穗粗、每穗粒數(shù)、千粒重，并計(jì)算產(chǎn)量；同時測定籽粒蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、淀粉及氨基酸含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，選用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果

2.1 播期對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

不同年份間不同播種時期夏玉米產(chǎn)量表現(xiàn)不同（表2）。2018 年夏玉米以S3 獲得較高產(chǎn)量，其次是S2，但單位面積產(chǎn)量在不同播期間差異未達(dá)顯著水平；S3 百粒重顯著高于其他播期，每穗粒數(shù)顯著低于本年度最高水平S1；S1 果穗長度顯著高于其他播期，S4播期果穗粗度最大，顯著高于其他播期。2019年S1田間產(chǎn)量最高，并且顯著高于其他播期，S2產(chǎn)量次之；S1 每穗粒數(shù)、百粒重、果穗長及果穗粗均高于其他播期，S2次之；S3百粒重最低，其產(chǎn)量值在當(dāng)年各播期中最低。2020 年S2 產(chǎn)量最高，并且顯著高于其他播期，其百粒重及每穗粒數(shù)與其他播期相比，均處于較高水平，同時果穗長和果穗粗高于其他播期。在3 年試驗(yàn)中，S4 每穗粒數(shù)和百粒重均低于其他播期，產(chǎn)量均處于最低水平。相關(guān)性分析結(jié)果表明，玉米群體產(chǎn)量與積溫顯著相關(guān)；果穗粗與降水顯著相關(guān)，與日照極顯著相關(guān)；果穗長與日照顯著相關(guān)。

表2 不同播種時期對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

2.2 播期對玉米籽粒品質(zhì)的影響

由表3可知，不同播期對籽粒蛋白質(zhì)、脂肪及淀粉含量影響相對較小，對粗纖維含量影響較大。2018年4個播期籽粒蛋白質(zhì)含量、脂肪含量無顯著差異，淀粉含量S2 低于S1 及S4，S2 粗纖維含量顯著高于本年度其他播期。2019 年各播期間脂肪和淀粉含量無顯著差異，S1 與S4 蛋白質(zhì)含量顯著高于S2 與S3，同時S1與S2 粗纖維含量顯著高于其他播期。2020 年各播期間蛋白質(zhì)含量無顯著差異，S2表現(xiàn)較為突出，其脂肪、淀粉及粗纖維含量均處于較高水平。相關(guān)性分析結(jié)果表明，積溫與籽粒脂肪含量、粗纖維含量顯著相關(guān)，日照與籽粒淀粉含量顯著相關(guān)。

表3 不同播種時期對玉米籽粒蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉及粗纖維等的影響

2.3 播期對籽粒干重的影響

隨著生育時期的推進(jìn)，籽粒百粒重增加，基本在開花后40 d趨于穩(wěn)定，2018—2020年不同播期粒重增長趨勢存在差異（圖1）。2018年S1、S2和S4播期粒重總體增長趨勢比較一致，前期灌漿速率比較均勻，并且均在開花后40 d左右粒重趨于穩(wěn)定，S3于開花后20～30 d灌漿速率相對低于開花后10～20 d，并且于開花25 d后灌漿速率提高，最大灌漿速率每天可達(dá)2.22 g/100 g，開花后45 d百粒重達(dá)到最大值33.47 g，顯著高于同年其他播期。2019 年S1 和S4 百粒重增長趨勢比較接近，開花后20 d S1灌漿速率高于S4，開花后40 d粒重開始趨于穩(wěn)定；相對于S1 與S4，S2 與S3 灌漿速率相對穩(wěn)定，尤其是開花后40 d仍維持較高水平，最終S2與S3粒重高于本年度其他播期。2020年S1和S4粒重增長趨勢相對接近，均于開花后30～35 d 籽粒灌漿速率達(dá)到最大值，于開花后40 d 左右粒重趨于最大值；S2 與S3前期表現(xiàn)相對接近，但于開花后25 d S2灌漿速率顯著低于S3，S3整個灌漿期籽粒灌漿速率均維持在較高水平，S3粒重高于本年度其他播期。

圖1 不同播期對夏玉米籽粒干重的影響

2.4 播期對干物質(zhì)積累及分配的影響

由表4可知，2018年不同播期，收獲期干物質(zhì)在植株莖鞘、葉片及穗部的分配比例不同，S3 穗干重所占比例顯著高于本年度其他播期，同時該播期葉片和莖干占總重的比例顯著低于其他播期，尤其是莖干/總重為12.58%，S1 和S4 的莖干/總重則高達(dá)25.05%和25.08%。2019年和2020年穗重/總重在各播期間差異未達(dá)顯著水平，2019年干物質(zhì)在葉片和莖鞘中的分配有所不同，S1 及S2 葉片中干物質(zhì)分配比例大于S3 和S4，但莖干中干物質(zhì)積累比例小于S3和S4；2020年各播期間干物質(zhì)在莖鞘、葉片及穗間的分配差異不顯著。

表4 不同播種時期對玉米葉片、莖干、葉鞘及穗干物質(zhì)分配的影響

2.5 播期對株高的影響

由圖2 可知，不同年份間株高表現(xiàn)有所不同。2018 年S3 株高整體較低，乳熟期株高為219.8 cm，顯著低于本年度其他播期；S1、S2及S4株高在整個生育期基本一致，乳熟期株高為227 cm左右。2019年4個播期間株高無顯著差異，乳熟期株高可達(dá)240 cm 以上。2020 年除S1 外，其他播期株高變化相對一致，處理間無顯著差異，S1于抽雄期株高顯著低于本年度其他播期，但乳熟期株高與其他處理間無顯著差異。

圖2 不同播期對夏玉米株高的影響

2.6 播期對葉面積指數(shù)的影響

如圖3 所示，不同年份間不同播期玉米葉面積指數(shù)變化差異較大，但總體呈先增加后降低的趨勢，于抽穗期達(dá)到最大值，2018 年葉面積指數(shù)大于2019 年及2020 年。2018 年S2 葉面積指數(shù)顯著高于其他播期，尤其是抽穗期葉面積指數(shù)可達(dá)12.26；S4 葉面積指數(shù)低于其他播期，抽穗期和成熟期分別為4.20 和2.33。2019年葉面積指數(shù)S1和S2高于S3和S4，抽穗期葉面積指數(shù)最高為6.57，最低為3.63。2020年S3葉面積指數(shù)于抽穗期和成熟期顯著低于其他3 個播期，但乳熟期各播期間差異不顯著。

圖3 不同播期對夏玉米葉面積指數(shù)的影響

3 討論

3.1 播期對夏玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

隨播期的推遲，作物各生育期天數(shù)縮短，溫光資源利用率降低，作物生長發(fā)育不良從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降[15-17]。尤其是籽粒灌漿期縮短，籽粒不能實(shí)現(xiàn)正常生理成熟，從而導(dǎo)致籽粒質(zhì)量下降造成減產(chǎn)，Berzsenyi等[18]研究表明每延遲播種10 d和20 d，產(chǎn)量降低5%和12.5%。同時相關(guān)研究證明不同熟期粳稻品種產(chǎn)量均隨播期推遲而顯著下降，主要體現(xiàn)在每穗穎花數(shù)和結(jié)實(shí)率降低，同時蒸煮與食味品質(zhì)顯著變劣，中熟中粳和遲熟中粳品種營養(yǎng)品質(zhì)變劣，早熟晚粳類型品種的加工品質(zhì)變劣[19-20]。適期播種則是花生生產(chǎn)中充分利用光熱資源來構(gòu)建良好的豐產(chǎn)群體，從而達(dá)到提高產(chǎn)量并改善品質(zhì)效果的保證[21]。本研究中，播期S2和S3玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)均優(yōu)于其他播期，該播期作物生長期內(nèi)積溫較高，同時播種-拔節(jié)期降水較多，光照充足，墑情處于適宜至過濕之間，保證了玉米正常出苗及苗期生長；拔節(jié)-開花期降水和光照均較為充足，利于玉米生長；開花-成熟期土壤墑情始終處于適宜狀態(tài)，此期光溫水均較為充足，利于夏玉米灌漿成熟。播期主要是通過溫度、光照時數(shù)、降雨量等來影響玉米生長發(fā)育，并且主要通過溫度條件影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的形成[22-24]。溫度通過影響作物的生理機(jī)能，影響對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收強(qiáng)度，從而影響作物品質(zhì)[25]，因此根據(jù)氣候因素調(diào)整播期是協(xié)調(diào)玉米生長和光熱水資源的有效手段。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)積溫與產(chǎn)量顯著正相關(guān)，該結(jié)果與梁茜等[26]的關(guān)于不同播期的有效積溫變化是影響產(chǎn)量最關(guān)鍵因子等試驗(yàn)結(jié)果相一致。

3.2 播期對夏玉米生物量及干物質(zhì)積累分配的影響

作物株高受基因型和環(huán)境的影響，提前播種期并且加施氮肥有利于葉面積指數(shù)和株高的增加，可有效提高作物生物量[27-28]；播期推遲引起的生育期縮短會導(dǎo)致植株發(fā)育時間縮短，株高、葉面積及葉面積指數(shù)降低，并且會加快花后葉片衰老進(jìn)程。鑒于綠葉面積及其有效功能期是干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，而生物產(chǎn)量（群體干物質(zhì)積累）決定著玉米產(chǎn)量[29]，因此夏玉米適當(dāng)早播可有效增加干物質(zhì)積累量，晚播則花后干物質(zhì)積累量減少，作物生物量降低[30-32]。本研究表明，不同播種時期對株高影響相對較小，對葉面積指數(shù)影響較大，適期播種可有效增加玉米葉面積指數(shù)，2018年S2和S3葉面積指數(shù)顯著高于其他水平（圖3），尤其S3株高及葉面積指數(shù)均高于本年度其他播期，較高的生物量積累為該播期獲得高產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研究表明玉米開花期至成熟期有較高的干物質(zhì)與養(yǎng)分積累可顯著提高玉米開花后所積累養(yǎng)分對籽粒貢獻(xiàn)率[33]。同時播期是影響作物群體性狀和產(chǎn)量形成的重要因素，主要通過影響作物生育前期積溫及光照等生態(tài)因素來影響個體生長發(fā)育和群體建成，并通過溫度條件影響干物質(zhì)積累分配及籽粒灌漿。相關(guān)研究證明夏播玉米獲得較高產(chǎn)量主要在于籽粒灌漿開啟后莖鞘內(nèi)干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)速率快并且灌漿速率高[8,34]。本研究表明，收獲期穗部干物質(zhì)積累量較高播期的產(chǎn)量相對高于其他播期（表2，表4）。同時積溫的增加對生殖生長的干物質(zhì)積累優(yōu)勢更為明顯，灌漿期溫度升高更有利于玉米生物量的積累[35]。

3.3 播期對夏玉米籽粒灌漿特性及產(chǎn)量品質(zhì)形成的影響

干物質(zhì)在不同器官的積累量在作物生長發(fā)育各個階段差異較大，其在各器官中的分配對于建立平衡的源庫關(guān)系及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)具有重要意義。籽粒灌漿是玉米產(chǎn)量形成的主要過程，適期播種是玉米在生育期內(nèi)高效利用光熱資源的保障和獲得高產(chǎn)的重要栽培措施[5,36-37]。適時播種可以促進(jìn)夏玉米在生育進(jìn)程中充分利用當(dāng)?shù)毓?、溫、水等氣候資源，促進(jìn)夏玉米生長發(fā)育，加速玉米灌漿速率，進(jìn)而提高產(chǎn)量和品質(zhì)[38-39]。在夏玉米灌漿期增加光照可以促進(jìn)干物質(zhì)積累和籽粒灌漿速率，進(jìn)而提高產(chǎn)量[7,40]。本研究表明，日照與果穗粗極顯著正相關(guān)，與果穗長顯著正相關(guān)，與玉米籽粒淀粉含量顯著正相關(guān)；積溫則直接與產(chǎn)量顯著正相關(guān)，同時積溫與玉米籽粒中脂肪和粗纖維含量顯著正相關(guān)。付幫波等[41]的研究結(jié)果表明，日照是影響灌漿速率的主導(dǎo)氣象因子，溫度是限制因子，其他氣象因素的影響一般為間接性。最高氣溫平均值對灌漿速度的影響最重要[11]。植株的干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及籽粒灌漿狀況是決定粒重進(jìn)而影響產(chǎn)量的重要因素。付幫波等[42]用糖花比（抽穗期莖鞘非結(jié)構(gòu)性碳水化合物與穎花數(shù)的比值）來表示灌漿初期每朵穎花所能獲得的灌漿物質(zhì)的多少，其數(shù)值大小與籽粒灌漿初期的生理活性呈正相關(guān)。籽粒灌漿的過程決定最終的產(chǎn)量及品質(zhì)，灌漿特性不同，米質(zhì)不同，一般籽粒充實(shí)度越好稻米品質(zhì)越優(yōu)[14,43-44]。本研究表明不同播期下玉米灌漿期溫度存在較大差異，不同年份籽粒灌漿期溫度較高并且光照資源充足的播期，能夠截獲更多的太陽輻射，提高群體生產(chǎn)力，從而滿足玉米灌漿結(jié)實(shí)期對光溫資源的需求，因此其產(chǎn)量和品質(zhì)性相對較好。

4 結(jié)論

通過3 年大田試驗(yàn)，對積溫、降水、日照與夏玉米產(chǎn)量因素及品質(zhì)關(guān)系進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果表明，積溫顯著影響玉米群體產(chǎn)量、葉面積指數(shù)和籽粒脂肪含量、粗纖維含量，降水與日照顯著影響果穗粗，日照顯著影響果穗長與籽粒淀粉含量。適期播種能夠有效利用氣候條件，提高夏玉米對光、溫、水資源的利用效率，促進(jìn)光合同化物由葉片向穗的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高籽粒灌漿速率，有效增加粒重，從而保證產(chǎn)量和品質(zhì)的形成。