廣西亞熱帶氣候對一年兩熟玉米生長及產量的影響

鐘昌松，張 玉，呂巨智，閆飛燕，程偉東，石達金，范繼征，張述寬

(1.廣西農業科學院玉米研究所，廣西 南寧 530007；2. 廣西農業科學院；廣西 南寧 530007)

【研究意義】玉米是廣西重要的糧食作物和飼料來源。廣西玉米播種面積占糧食播種面積的18.4 %～20.4 %，玉米總產量占糧食總產量的17.1 %～ 18.4 %。玉米是高產作物，然而廣西玉米產量占比低于面積占比，其增產潛力沒有得到充分發揮。廣西屬亞熱帶季風氣候，夏長冬暖，雨量充沛，光照充足，復種指數高，是全國少數幾個生產玉米一年兩熟乃至三熟的地區。干旱、高溫高濕、強降雨天氣和低溫冷害等是制約廣西玉米高產潛力發揮的主要不利氣象因素。因此，基于廣西玉米一年兩熟生產潛力，明確氣候變化特征及其對玉米生長發育的影響，對廣西玉米物候期選擇、增產潛力的充分發揮和氣候變化應對，具有重要的理論與實踐意義。【前人研究進展】分期播種是研究玉米生長發育適宜物候期和挖掘增產潛力的重要途徑。Thomas等[1]研究發現不同播期對玉米生長具有顯著的影響，籽粒的灌漿特性決定作物的最終產量。而近年的研究表明，氣候變化對玉米的影響具有一定的復雜性和空間分異性。肖登攀等[2]發現自20世紀80年代以來，中國西北部的春玉米在氣候影響下呈現出物候期提前、各生長階段歷時延長的趨勢；翟治芬等[3]對比2000和1960年的結果發現，中國不同農業種植區域內玉米生育期變動明顯，除東北大豆春麥甜菜區外，玉米播種期提前，玉米成熟期變動較為復雜，玉米生育期以延長為主；李正國等[4]研究了1990年至2009年間東三省玉米物候期變化趨勢，物候期的響應和變化體現出區域差異，其中松嫩平原北部、吉林省中東部和遼寧省中部的響應關系較為明顯。【本研究切入點】目前多數研究是在我國黃淮海和東北地區開展的，以亞熱帶地區一年多熟制生態環境為出發點，研究玉米物候期、生長發育和產量影響的報道尚較少。【擬解決的關鍵問題】探索廣西亞熱帶多熟制氣候環境變化趨勢對玉米生長發育、籽粒灌漿和產量的影響，明確一年兩熟玉米生長發育對氣候變化的響應規律，提升廣西玉米高產潛力，保障糧食生產安全。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點設在廣西農業科學院玉米研究所明陽試驗基地(108°13′59″N，22°36′43″E)，海拔300 m。試驗地為黃壤，有機質含量為1.616 %，全氮0.101 mg/kg，全磷0.079 mg/kg，全鉀0.163 mg/kg，pH 6.06。試驗區年均降雨量1135.8 mm，年均積溫1940 ℃，年均日照時數1310.5 h。氣象數據來自試驗基地氣象觀測站(圖1～2)。

圖1 2013年2-12月玉米生育期間溫度變化Fig.1 Temperature changes during maize growth period from February to December

1.2 供試材料

參試品種5個，其中會單4號為早熟品種，渝單8號和貴單8號為中熟品種，正大619和迪卡008為晚熟品種。

1.3 試驗方法

試驗期為自2013年3月1日至12月31日，分春秋兩季開展，春季和秋季試驗設計和處理相同。采用裂區設計，以3個播期為主處理，5個品種為副處理，共15個處理，3次重復。

主處理播期：A1提早15 d；A2當地生產播期；A3推遲15 d；春季A1播種期為2013年3月5日，秋季A1播種期為同年8月6日。

副處理品種：正大619、迪卡008、渝單8號、貴單8號和會單4號。

種植密度57 000株/hm2，16行區，行長5 m，行距0.7 m。收獲中間4行計產，試驗田四周設置不少于3 m的保護行。其他管理與大田生產相同。

1.4 測定項目及方法

生長季節氣象要素：收集所在試驗區玉米生長季節的降雨量、光照、溫度、輻射等主要氣象因素。

生育進程：主要包括播期、出苗期、抽雄期、吐絲期和生理成熟期。

農藝性狀與產量：按區試標準調查株高、穗位高、穗長、禿尖長、行數、行粒數和千粒重等性狀。

產量：每小區實收中間4行測產，并折算成標準含水量14 %的產量。

籽粒灌漿特性調查：在玉米吐絲后的10、20、30、40和50 d每區隨機選擇3個點，每點取樣株數不少于3株，去掉果穗苞葉，稱取裸穗鮮重，采用小鑷子取果穗中部共200粒充實粒烘干稱重，精確到0.01 g。同時觀察記載籽粒乳線占籽粒深度的百分率，分析灌漿進度。

圖2 2013年2-12月玉米生育期間降雨量和太陽輻射變化Fig.2 Changes of rainfall and solar radiation during maize growth period from February to December

1.5 統計分析

采用SPSS 13.0和Excel 2007軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 玉米物候期變化特征

由表1可知，在亞熱帶氣候變化條件下，不同播種期，玉米從播種出苗至成熟的光溫條件有顯著的差異，其物候期也有明顯變化。

相同播種期下，春季和秋季玉米品種之間出苗日期均沒有差異，但玉米播種至出苗的間隔時間有差異，春季較秋季遲1 d出苗，春季播種期平均溫度(20.23 ℃)較秋季(27.20 ℃)低是主要影響原因。玉米出苗-抽絲期，受光溫條件影響較大。同一玉米品種春季和秋季玉米從出苗至抽絲所需的有效積溫(GDD)基本穩定，晚熟品種春季抽絲有效積溫(GDD)略大于秋季，但春季和秋季的差異性分析不顯著(表2)，玉米完成抽絲開花所需有效積溫應主要由品種遺傳特性決定。隨著春季玉米播種期推遲，其抽絲期呈現縮短的趨勢，而秋季玉米抽絲期則呈現延長的趨勢，與溫度的變化趨勢相吻合。研究調查了日最高溫(Tmax)和日最低溫(Tmin)。Tmax>34 ℃主要集中在6-8月份，此時春玉米處于灌漿期，秋玉米8月份處于播種出苗期和拔節期；Tmin<10 ℃主要集中在11-12月份，此時秋玉米處于灌漿期。結果表明，春季Tmax>34 ℃天數隨播期推遲而逐漸增加，春季推遲玉米播期增加了高溫脅迫風險；秋季Tmax>34 ℃天數則隨播期推遲而顯著減少，但Tmin<10 ℃天數隨播期延遲而顯著增加，秋季推遲玉米播期會增加低溫冷害風險。

2.2 氣候對玉米主要農藝性狀的影響

由表3～4可知，不管在春季或秋季，品種間的株高、穗位高、穗長、禿尖、穗粗、行數、行粒數、千粒重和乳線高度差異均達極顯著水平；春季播期對株高、穗長、穗粗、行粒數和乳線高度無顯著影響，對穗位高、禿尖、穗行數和千粒重的影響均達顯著(P<0.05)，而秋季播期對株高、穗位高、穗長、穗粗、禿尖、行粒數、千粒重和乳線高度的影響均達極顯著水平(P<0.01)。對比分析可知，秋季播期對玉米主要農藝性狀的影響要較春季明顯。此外，調查發現，秋季A2和A3播期的玉米生長發育至灌漿5 d后乳線仍不顯現，與同時期春季玉米有顯著差異，推測與其經歷的低溫天氣較多，影響灌漿進度有關。

表1 不同季度玉米生育進程和光溫條件的變化

注：1.設定玉米生理學基礎溫度Tbase=10 ℃，玉米生理極高溫度為Topt=34 ℃；2.表中的Tmax和Tmin均統計玉米全生育期情況。

Note: 1.The physiological base temperature of corn was setTbase=10 ℃, and the high physiological temperature of corn wasTopt=34 ℃；2.The whole growth period of corn was counted byTmaxandTminin the table.

表2 不同季度玉米品種出苗-抽絲期GDD差異性

注：不同小、大寫字母分別表示5 %和1 %水平下差異的顯著性。

Note: Different small and capital letters mean significantly different at the 5 % and 1 % probability level,respectively.

表3 春季不同播期玉米主要農藝性狀的方差分析

注：*表示差異達0.05顯著水平，**表示差異達0.01極顯著水平。下同。

Note: * indicated difference at the 0.05 level, ** indicated difference at the 0.01 significant level. The same as below.

表4 秋季不同播期玉米主要農藝性狀的方差分析

在春季和秋季，播期與品種互作均無顯著影響的性狀有穗長、穗粗、穗行數和行粒數；秋季播期與品種互作對禿尖有顯著影響，但春季無顯著影響；春季和秋季播期與品種互作均有顯著或極顯著影響的性狀有株高、穗位高、千粒重和乳線高度。

2.3 玉米灌漿效果影響

由圖3可知，春季和秋季，不同播期處理的玉米品種均呈現出灌漿速率先加快再變緩的趨勢，但不同季度和不同播期處理條件下的灌漿速率和灌漿積累均存在一定差異。一是起始灌漿速率有差異，春季和秋季的起始灌漿速率均隨播期推遲而降低，且春季的起始灌漿速率明顯大于秋季的。二是灌漿速率峰值出現的時間有差異，春季3個播期處理的灌漿速率峰值出現在開花授粉后的30～40 d，而秋季播期處理在授粉后的40～50 d仍未顯示達到峰值，秋季A3處理在授粉后的40～50 d甚至出現了灌漿衰弱跡象。三是玉米果穗灌漿積累最終效果有差異，春季和秋季的最終灌漿積累均隨播期推遲而降低，其中春季播期A1和A2處理的選擇效果是較優的，它們的單果穗干重和千粒重無顯著差異，秋季A1處理和春季A3處理效果相當，秋季A3處理效果最差。

a.春季和秋季不同播期下玉米千粒重變化；b.春季和秋季不同播期下玉米單果穗干重變化圖3 春季和秋季不同播期下玉米千粒重和單果穗干重變化Fig.3 Changes of 1000 grain weight and single ear dry weight with different seeding dates in spring and autumn

圖4 不同熟期品種和播期的相關關系Fig.4 The correlation between different maturity varieties and sowing date

2.4 播期對不同熟期品種產量的影響

方差分析表明，春季A1處理的晚熟品種迪卡008和正大619、A2處理的迪卡008產量顯著大于其它播期品種的產量，且中、早熟品種隨播期推遲產量顯著降低；秋季A1處理處理迪卡008、正大619、貴單8號和會單4號顯著大于其它播期品種的產量，A2和A3處理的會單4號和貴單8號產量較同播期晚熟品種有較好的表現。以5個參試品種3個播期產量的平均值為縱橫坐標，對春季和秋季的品種產量水平作圖分析，可較直觀地看出兩熟制下適宜播期和品種的選擇(圖4)。由于廣西一年兩熟生態氣候溫度兩頭低、中間高的現象，在春季適宜早播并選擇相對晚熟的品種，其中晚熟品種迪卡008產量穩定性較正大619好；秋季也以早播為佳，且越晚播種越應選擇中、早熟品種，推遲播期時晚熟品種在偏低的溫度下灌漿不飽滿，較難成熟。

3 討 論

作物生育期變化是作物本身生理過程和環境條件綜合作用的結果[3]。大量研究表明，氣候變化對作物的生長條件與產量[5-6]、作物氣候適宜性[7-8]、以及種植制度[9-10]等都有重要影響。

氣候環境對玉米的影響，與當地氣候時空變化特征有較大關系。在東北地區，氣候變暖、熱量增加會促使作物春季物候期的提前和秋季成熟期推后，東北春玉米生長前期(播種期一抽雄期)日數減少，生長后期(抽雄期一成熟期)日數增加，全生育期日數增加[4,11-12]；張鎮濤等[13]研究了華北平原夏玉米生長情況，在充分灌溉和雨養條件下，隨著年代的推移，夏玉米適宜播期呈推遲趨勢，逐年代推遲3 d 左右。本研究發現，廣西亞熱帶氣候光溫環境對玉米生長發育和物候期的影響，主要反映在播種出苗期和抽絲期等生育進程差異、高溫冷害脅迫風險和主要農藝性狀變化差異等方面，與我國東北等其它地區有一定特征差異。在廣西3-12月玉米生長季節里，春季播種期平均溫度(20.23 ℃)較秋季(27.20 ℃)低，春季玉米播種至出苗要較秋季要遲1 d；玉米抽絲期受光溫條件影響較大，同一玉米品種的玉米出苗至抽絲所需有效積溫(GDD)基本穩定，主要由品種遺傳特性決定，春季玉米的抽絲期隨溫度升高呈現縮短趨勢，而秋季玉米則隨溫度逐步降低呈現延長趨勢；氣候變化對廣西玉米主要農藝性狀的影響也較明顯，且秋季生態氣候對玉米主要農藝性狀的影響要較春季大，株高、穗長、穗粗、行粒數和乳線高度受到的影響由春季的不顯著變為秋季的極顯著水平，穗位高、禿尖和千粒重受到的影響也從顯著水平變到極顯著水平。

其次，本研究發現，廣西玉米春季和秋季的起始灌漿速率、平均灌漿速率和最終灌漿積累效果均隨播期推遲而降低，且春季灌漿效果明顯好于秋季，秋季推遲播期有灌漿衰弱跡象。玉米的灌漿速率和灌漿持續時間對千粒重和作物產量影響較大，這與劉豐明[14]和徐壽軍[15]的研究結果較一致。結合廣西3-12月氣候變化特征，春季玉米晚播減產的原因為：灌漿期環境溫度升高導致使灌漿前期速率降低，生長后期遇到高溫催熟，造成灌漿質量和數量降低從而減產。秋季玉米晚播減產原因為：秋玉米主要是8月份播種，正值廣西炎熱高峰期，灌漿前期速率較春季弱，9月份后氣溫逐步下降，有效積溫積累不足且受低溫冷害而減產。

綜合氣象脅迫統計數據、玉米灌漿特征和產量結果等因素分析，廣西春季推遲播期增加高溫脅迫風險，秋季推遲播期會增加低溫冷害風險。本研究認為，溫度和光周期是氣象要素中影響玉米生長發育的最主要因素，這與劉月娥[16]的研究觀點一致。從廣西一年兩熟光溫周期分布規律看，春季和秋季均宜早播，秋季玉米應選擇熟期較春季短的玉米品種。

4 結 論

氣候變化對廣西一年兩熟玉米生長發育及產量影響顯著，且秋季生態氣候對玉米的影響變化要較春季大，春季推遲播期會增加高溫脅迫風險，秋季推遲播期會增加低溫冷害風險，生產上建議春季早播并選擇相對晚熟的品種，秋季早播并選擇熟期相對短的品種，可較大程度發揮玉米高產的潛力。