基于玉米分期播種試驗熱量指標分析

張鳳鳴 宗英飛

摘 要：為了探討遼寧西部朝陽地區玉米生產中存在的農業氣象問題，保障糧食生產安全合理安排農業生產，通過2011-2014年玉米分期播種試驗，運用最小二乘法和氣候診斷分析方法，分析熱量條件變化對玉米出苗速度、出苗至抽雄、抽雄至成熟以及生長期、全生育期發育速度和產量的影響。結果表明：在水分基本滿足的條件下，熱量條件對玉米生長發育和產量影響顯著。當氣溫升高、積溫增加時，玉米播種至出苗期生長速度加快，出苗至抽雄期、抽雄至成熟期則生長速度減慢。朝陽地區最佳播種期在4月20～30日，而≥10℃積溫每變化100℃·d，玉米產量增產或減產約455kg/hm2。因此，在氣候變暖的背景下，應增加喜溫作物比例，適當引入較長生育期的玉米品種，以提高單產。研究成果可為農業結構調整、玉米種植區劃提供依據。

關鍵詞：玉米；分期播種；熱量條件；生長速度；產量

中圖分類號 S513 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）14-33-04

Analysis of Heat Index Based on Experiment in the Timely Sowing of Corn

Zhang Fengming1 et al.

（1Chaoyang Meteorological Bureau，Chaoyang122000，China）

Abstract：In order to explore the agricultural meteorology problems in Maize production，ensure food security and reasonable arrangements for the production of agricultural production，through the test of corn sowing by stages from 2011 to 2014，using the least squares method and climate diagnosis analysis，the effects of thermal conditions on corn emergence rate，emergence to heading，tasselling to mature and growing influence development rate and yield were analyzed. The results showed that：when water met the basic conditions，the influence of the heat conditions on corn growth and yield was significant. When the temperature rised，accumulated temperature increasesd，the growth rate speed up from sowing to seedling， the growth rate slowed down from seedling to tasseling.The best sowing in Chaoyang district was from April 20th to April 30th，and ≥10 ℃ accumulated temperature changed by 100℃·d，corn yield per hectare increased or decreased by 455kg. Under the background of climate warming，increase the proportion of thermophilic crops，and introduce the corn varieties with longer growth period to increase yields. The results can provide the basis for the adjustment of agricultural structure and corn planting regions.

Key words：Corns Sowing by stages；Thermal Conditions；Growth speed；Yield

玉米是中國主要糧食作物之一，朝陽地區玉米產量占糧豆總產量的85%以上。而由于氣候變暖[1-3]所帶來的農業氣象問題，對玉米生產影響較大。因此，當前研究玉米生長發育與氣候變化關系較多，如：王琪等[4]研究了氣溫變化對玉米生長發育和產量的影響；賈建英等[5]研究了東北地區玉米不同品種的布局變化；尹光華等[6]研究了適合朝陽半干旱區春玉米栽培品種；張謀草等[7]研究了氣候變化對隴東地區玉米最適播種期和產量的影響。這些研究從不同角度揭示了不同地區玉米生產中的農業氣象問題，并提出在氣候變暖的環境下，玉米生產的應對策略[8-10]。本文采用分期播種方法，研究在不同氣候條件下，熱量條件變化對玉米不同生長階段生長發育速度以及產量的影響，并提出朝陽地區最佳播種期和溫度指標，為糧食生產安全保障提供氣候依據。

1 材料與方法

1.1 資料來源 玉米發育期及產量資料來自于朝陽縣氣象局農業氣象觀測基地分期播種試驗，物候期及室內考種依照《農業氣象觀測規范》[11]進行界定。連續4a（2011-2014年）設計玉米分期播種試驗。氣溫資料來自朝陽縣氣象站平行觀測。

1.2 試驗設計 供試玉米品種為丹玉39。以4月15日為始期，4月20日、4月25日、4月30日為5d間隔，5月10日、5月20日、5月30日為10d間隔。試驗共分7個播種期，重復3次，隨機排列，小區面積20m2。

1.3 分析方法 運用玉米分期播種試驗平行觀測資料，應用相關分析、線性模擬等最小二乘法法則[12]，分別建立玉米各個生長階段發育速度、產量與氣溫、積溫統計相關模式，分析氣候變化對玉米影響程度。數據處理分析過程在Excel 2003軟件[13]支持下進行。玉米生長速率（1/d）為發育期日數（d）的倒數，模式中t為發育期平均氣溫，∑t≥10℃為≥10℃積溫。

2 結果與分析

2.1 播種至出苗 由玉米分期播種試驗結果得出，出苗最長為27d，最短為7d。隨著日氣溫的逐漸升高，玉米種子發芽生長速度逐漸加快，玉米出苗天數與平均氣溫呈非線性關系。由圖1所示，播種至出苗天數與日平均氣溫的模型為d=5961.3t-2.177，相關系數為-0.987 1（P<0.01）達到極顯著水平，這與王立志[14]在人工氣候室不同溫度下玉米發芽過程所建立的模型相類似。出苗天數與≥10℃積溫呈線性關系，其模型為d =0.086 5∑t≥10℃-5.607，相關系數為0.903 4（P<0.01）達到顯著水平，氣溫越低完成出苗的時間越長，生長速度越慢，在不同溫度水平上，對玉米出苗速度的貢獻是不同的。積溫與出苗天數成正比，其線性方程為∑t≥10℃=10.465d+78.633，相關系數為0.951 6（P<0.01），說明播種至出苗經歷的天數越多所需的積溫越多，由此模式得出，玉米播種至出苗下限溫度為10.5℃，并需要≥10℃有效積溫下限值為78.6℃·d，≥10℃活動積溫最低為139.8℃·d。依據4a的試驗數據，朝陽地區玉米播種初始溫度為日平均氣溫穩定通過12℃，而最佳播種溫度為15～20℃。

圖1 出苗天數與平均氣溫的關系

2.2 出苗至抽雄 玉米出苗至抽雄為營養生長階段。由圖2所示，玉米出苗至抽雄日平均氣溫、≥10℃積溫與生長速率呈負相關，其線性方程分別為d=-8.314 2t+ 251.84，（r=-0.907 6，P<0.01）、1/d=-0.0015∑t≥10℃+3.693 2（r=-0.974 6，P<0.01）均達到顯著水平，表現日平均氣溫越高、積溫越多，玉米生長天數越少，發育速率越快。此階段需要≥10℃積溫最低值為1 220℃·d。

圖2 玉米出苗至抽雄期生長速率與平均氣溫的關系

2.3 抽雄至成熟 玉米抽雄至成熟期為生殖生長期。由圖3和相關模式顯示出玉米抽雄至成熟階段發育速度與≥10℃積溫呈線性關系，模式方程為d=0.019 8∑t≥10℃+ 32.7（r=0.766 9，P<0.01）、1/d=-0.000 6∑t≥10℃+ 2.481 6（r=-0.763 0，P<0.01）并達到顯著水平。此生育階段需要≥10℃積溫最低值為1 113.6℃·d。玉米生殖生長期與平均氣溫的相關關系表現不明顯，其原因是在試驗過程中此階段平均氣溫集中在20.2～24.2℃，溫度環境對玉米生殖生長階段較為適宜，因此分期播種的各個期次之間所反映出的差異較小。

圖3 玉米抽雄至成熟期生長速率與平均氣溫

2.4 出苗至成熟 出苗至成熟為玉米生長期，由圖4和模式d=0.041 1∑t≥10℃+9.002 9（r=0.874 2，P<0.01）、1/d=-0.000 3∑t≥10℃+1.5794（r=-0.888 0，P<0.01）顯示玉米出苗至成熟生長天數與≥10℃積溫呈線性相關，相關達到極顯著水平，當≥10℃積溫每增加100℃·d生育天數則延長4d左右。試驗結果分析得出玉米出苗至成熟需要≥10℃積溫最低為2 148℃·d。

圖4 玉米出苗至成熟期生長速率與≥10℃積溫

2.5 全生育期 分期播種試驗中玉米全生育期（播種至成熟）最長為154d，最短為117d，平均為135d。全生育期天數與平均氣溫建立模式為d =-8.639 6t+325.44（r=-0.590 2，P<0.01），呈負相關，氣溫越高生育期越短，由圖5所示，玉米全生育天數與≥10℃積溫呈線性關系，建立線性模式為d=0.050 32∑t≥10℃-14.073（r=0.911 7，P<0.01），當≥10℃積溫每增加100℃·d生育天數則延長5d左右，全生育期下限溫度為14.1℃。試驗數據結果分析得出，玉米播種至成熟全生育期需要≥10℃積溫最低為2 590℃·d。

圖5 玉米全生育期天數與≥10℃積溫

2.6 熱量條件對玉米產量（y）的影響 氣候條件的適宜與否最終體現在產量上，在分期播種期試驗中，播種過早或過晚產量則較低。最高產量出現在4月20日、4月25日和4月30日3個播期。分析試驗資料和日平均氣溫變化，最高產量出現在平均氣溫13.0～16.0℃。這一溫度環境可以保證玉米的正常發芽和出苗速度，是朝陽地區春播玉米的最佳時節，在這樣的溫度環境下播種是玉米高產的必備因素。由圖6和模式y=4.5467∑t≥10℃-4630.5（r=0.882 6，P<0.01）顯示，玉米產量與全生育期≥10℃積溫呈線性關系，并達到極顯著水平，積溫越多產量也表現出越高的趨勢。5月20日、5月30日播期相對于4月20～30日播期積溫少約400℃·d，平均減產21.4%。≥10℃積溫每減少（增加）100℃·d，產量減產（增產）約455kg/hm2。

玉米生育天數與產量模式為y=0.0093 d5+52.864（r=0.867 6，P<0.01）呈線性關系，當栽培管理及品種相對穩定的前提下，因氣候條件的變化，玉米生育期縮短的同時也造成單產下降。

圖6 玉米產量與≥10℃積溫的關系

3 結論與討論

（1）通過分期播種實驗表明，朝陽地區氣候變化對玉米生長發育和產量的影響是顯著的。在水分條件適宜的情況下，玉米不同生長發育階段對氣溫的反應不同，玉米播種至出苗下限溫度為10.5℃，適宜播種溫度為12℃，當溫度13～16℃播種時，產量表現最為理想。玉米全生育期下限溫度為14.1℃。

（2）玉米播種至出苗階段需要≥10℃積溫最低為139.8℃·d以上，≥10℃有效積溫最低為78.6℃·d；營養生長階段需要≥10℃積溫最低為1 220℃·d；生殖生長階段需要≥10℃積溫最低為1 113.6℃·d；出苗至成熟需要≥10℃積溫最低為2 148℃·d；全生育期需要≥10℃積溫最低為2 590℃·d。播種出苗至成熟≥10℃積溫每增加100℃·d，生育期可延長4d左右。

（3）分期播種實驗結果表明，最高產量出現在播期4月20～30日，過早或過晚播種產量均較低。玉米產量與全生育期≥10℃積溫緊密相關，≥10℃積溫每增加（減少）100℃·d，增產（減產）約455kg/hm2。

（4）通過分期播種實驗，進一步了解了玉米不同生育階段對氣候條件的響應，在水分條件滿足的情況下，其生長發育對溫度條件反應十分敏感，熱量資源條件充足有利于玉米生長發育全過程，并贏得干物質積累的過程和時間。但過早播種氣溫低對種子發芽不利，過晚播種玉米幼穗分化加快，最終都影響玉米的產量。在氣候變暖的背景下，朝陽地區≥10℃積溫增加約200℃·d[14]，可以考慮引用偏晚熟玉米品種以及喜溫作物比例，從而提高作物產量水平。但朝陽地區在氣候變暖的同時存在著嚴重的水分不足問題，據分析，近年來遼西地區作物生長季降水量減少約30～40mm，干旱風險程度有增加趨勢[15]，氣候干旱對玉米干物質積累和產量形成造成不利影響，尤其使抽雄至成熟期縮短，高溫干旱迫使玉米加速成熟，從而造成減產。農作物生長季干旱日趨加重和頻繁對農業生產是不利的。

（5）在氣候變暖的過程中，農業生產要采取積極應對措施。其一，從近年來對氣候變化研究的結果看，朝陽地區年平均氣溫升高0.6～0.8℃[14]，冬季高于夏季，并以最低溫度升高為主。為此，應切實掌握氣候變暖的變化幅度和分布特征，才有利于農業產業結構調整，應用氣候變

暖所帶來的熱量資源擴大喜溫作物的種植比例，適當引進玉米中晚熟品種，提高單位面積產量水平。其二，實驗是在具有灌溉環境下進行，盡量避免水分因素困擾情況下完成的，而朝陽地區干旱災害是不容忽視的，在氣溫升高降水量減少情況下，暖干旱化趨勢明顯。若要充分發揮熱量資源優勢，必須以防御農業干旱為前提，大力修建水利工程、農田水利工程、擴大農田灌溉面積，研發推廣抗旱、節水栽培技術，引進、培育抗旱品種以此來防御干旱化的威脅。其三，朝陽地區≥10℃積溫在3 000～3 400℃·d，日照時間在2 600～2 800h，光熱資源一茬有余、二茬不足，因此，應考慮在努魯爾虎山山脈以南地區種植晚熟品種，在努魯爾虎山山脈以北地區種植中晚熟品種。

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