基于分期播種的氣候變暖對周口夏玉米生長發(fā)育與產(chǎn)量的影響研究

檀艷靜

(周口市氣象局，河南 周口 466000)

IPCC第五次評估報(bào)告指出，過去130a的氣候變化是史無前例的，全球平均氣溫升高了0.85 ℃，21世紀(jì)后氣溫變化更顯著[1]。全球氣候變暖帶來的氣溫、降水、光照等氣候要素的變化，對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境以及作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成將造成顯著影響[2～3]。國內(nèi)外許多學(xué)者在氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響方面做了大量而卓有成效的工作[4～6]。近年來，關(guān)于氣候變化對農(nóng)作物生長及產(chǎn)量影響的研究較多，主要研究方法有試驗(yàn)法、統(tǒng)計(jì)分析法和模型預(yù)測法。試驗(yàn)法是農(nóng)業(yè)氣象和生態(tài)學(xué)中普遍采用的傳統(tǒng)研究方法，而分期播種技術(shù)是研究氣候變化影響時(shí)被廣泛采用的研究手段之一，它可以在自然農(nóng)業(yè)條件下模擬出不同的氣候變化情景，通過可觀測到的氣象要素變化、作物生長及產(chǎn)量變化，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，分析氣候變化對農(nóng)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。梁秀蘭等[7]通過分期播種試驗(yàn)，探討了廣東省玉米適宜種植季節(jié)和播種期。馬樹慶等[8]利用分期播種資料研究了氣候變化對東北玉米生長和產(chǎn)量的影響。段長春等[9]認(rèn)為在水分適宜的條件下，不同播期的玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量變化與光照、10℃積溫呈正相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)[10～11]，不同生態(tài)區(qū)由于溫度和日照時(shí)數(shù)的變化，導(dǎo)致分期播期對玉米籽粒灌漿速率、百粒重、干物質(zhì)積累等的影響程度不同，但對于品種因素考慮較少。鑒于此，基于分期播種試驗(yàn)，探討氣候資源變化對玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的可能影響，以期為玉米生產(chǎn)趨利避害、評估氣候變化對其影響等方面提供參考。

1 試驗(yàn)資料及分析方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)在周口地區(qū)氣象局泛區(qū)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，自2017年5月27日至6月20日，每隔4 d設(shè)置一個(gè)播期，共計(jì)7個(gè)播期。試驗(yàn)依播期按照順序排列，以播期為主區(qū)、品種為副區(qū)，小區(qū)行長10 m，行距0.6 m，株距0.28 m，每品種8行，播期間間距1 m。

1.2 觀測項(xiàng)目

發(fā)育期觀測：播種、出苗、七葉、拔節(jié)、抽雄、開花、吐絲和成熟，以《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》發(fā)育期觀測標(biāo)準(zhǔn)觀測記錄。

植株形態(tài)指標(biāo)：株高、穗位高、莖粗。

產(chǎn)量構(gòu)成要素：穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重，以《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析標(biāo)準(zhǔn)觀測記錄。

1.3 氣象資料的采集

收集每個(gè)播期相應(yīng)時(shí)段氣象資料，主要包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日照時(shí)數(shù)、降水量，資料來源于泛區(qū)氣象局地面觀測。

1.4 分析方法

基于分期播種資料，分析不同播期、不同品種發(fā)育期、植株形態(tài)、果穗形態(tài)、產(chǎn)量要素等的變化，采用多元線性回歸分析法分析植株形態(tài)、果穗、產(chǎn)量要素等與氣候資源的關(guān)系，顯著性檢驗(yàn)采用相關(guān)分析法，利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件、Matlab等軟件分析處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播期下玉米生育進(jìn)程變化

各品種播種-出苗的天數(shù)沒有差異，均為5～6 d。浚單29不同播期下營養(yǎng)生長期的天數(shù)變異較小，新單29苗期天數(shù)變異較大，浚單29苗期6月20日播種比5月27日播種縮短了2 d，新單29苗期6月20日播種比5月27日播種縮短了5 d。各品種營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)階段的天數(shù)不存在差異，6月20日播種比5月27日播種縮短了2～3 d。生殖生長期天數(shù)不同品種存在差異，浚單29隨播期變化較小，6月20日播種比5月27日播種延長了3 d；新單29隨播期變化較大，6月20日播種比5月27日播種延長了5 d。夏玉米不同發(fā)育進(jìn)程隨播期變化不一致，營養(yǎng)生長期和生殖生長期天數(shù)隨播期變化較大，營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)階段變化較小。夏玉米不同發(fā)育進(jìn)程各品種之間也有一定差異，浚單29各發(fā)育進(jìn)程隨播期變化較小，新單29各發(fā)育進(jìn)程隨播期差異較大。

早播的夏玉米營養(yǎng)生長期長，為吐絲前營養(yǎng)物質(zhì)的積累提供了時(shí)間保障，但是推遲了穗分化開始的日期、縮短了生殖生長期；晚播的夏玉米雖然縮短了營養(yǎng)生長期短，但是提前了穗分化開始的日期、延長了生殖生長期。由此可見，夏玉米隨播期的推遲，前期營養(yǎng)物質(zhì)積累時(shí)間縮短，后期灌漿時(shí)間延長，且早播夏玉米全生育期天數(shù)大于晚播全生育期天數(shù)。

2.2 不同播期下玉米植株形態(tài)變化

在6月上旬前，播期推遲、株高增高，在6月上旬后，播期推遲、株高降低。不同品種的株高最高點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間不一致，浚單29株高最高的播期在6月8日，新單29株高最高的播期出現(xiàn)在6月4日，均在6月上旬。浚單29的株高最低點(diǎn)出現(xiàn)在6月20日，新單29的株高最低點(diǎn)出現(xiàn)在5月31日。浚單29株高隨播期變化較大，變化范圍在27.1 cm，新單29變化較小，變化范圍在21.6 cm。浚單29 的平均株高低于新單29。

不同品種的穗位高隨播期變化不一致。浚單29于5月27日播種的穗位高最高，之后隨播期呈單峰分布，新單29隨播期呈雙峰分布，穗位高最低點(diǎn)出現(xiàn)在6月8日。浚單29早播期的穗位高高于晚播期的穗位高，新單29晚播期的穗位高高于早播期的穗位高。浚單29穗位高隨播期變化較大，變化范圍在27.4 cm，新單29變化較小，變化范圍在18cm。

不同品種的莖粗隨播期變化一致，呈單峰分布。5月31日播期的莖稈最粗，其次是6月4日。隨播期推遲，莖稈越細(xì)。浚單29莖粗隨播期變化較大，變化范圍在0.46 cm，新單29變化較小，變化范圍在0.38 cm。

2.3 不同播期下玉米果穗形態(tài)變化

夏玉米的果穗長、凸尖比、穗粒數(shù)受播期影響較大，果穗粗受影響較小。浚單29晚播處理的果穗長比早播處理縮短了6.1%，新單29晚播處理比早播處理縮短了9.1%。浚單29晚播處理的果穗粗比早播處理下降了1.3%，新單29晚播處理的果穗粗比早播處理增加了1.6%。凸尖比隨播期的推遲顯著增加，尤其是新單29，新單29晚播處理的凸尖比比早播處理增加了1.2倍。穗粒數(shù)受播期影響較顯著，浚單29晚播處理的穗粒數(shù)比早播處理減少了7.9%，新單29晚播處理的穗粒數(shù)比早播處理減少了10.0%。

同一播期下，浚單29的果穗長小于新單29的果穗長，浚單29的果穗粗大于浚單29的果穗粗。同一播期下，浚單29的凸尖比小于新單29的凸尖比，浚單29的穗粒數(shù)大于新單29的穗粒數(shù)，尤其是晚播浚單29的凸尖比要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晚播新單29的凸尖比。晚播處理的夏玉米花期遭遇高溫、干旱災(zāi)害，導(dǎo)致果穗凸尖、缺粒的現(xiàn)象明顯。

2.4 不同播期下玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素變化

2.4.1 不同播期下玉米百粒重變化 不同品種夏玉米百粒重受播期影響變化如圖1所示，不同品種的百粒重隨播期變化一致，基本呈單峰分布。6月8日播期的百粒重最大，其次是6月4日，隨著播期的推遲和提前，百粒重變小。浚單29百粒重隨播期變化較大，變化范圍在5.67 g，新單29變化較小，變化范圍在3.45 g。浚單29 的平均百粒重略大于新單29。晚播夏玉米籽粒灌漿時(shí)氣溫較其他播期夏玉米的氣溫低，雖然灌漿時(shí)間長但灌漿速率降低，百粒重小于6月4日和8日播種的百粒重；早播夏玉米籽粒灌漿初期遭遇高溫天氣，灌漿速率低且灌漿時(shí)間短，百粒重最小。

2.4.2 不同播期下玉米產(chǎn)量變化 不同品種夏玉米理論產(chǎn)量受播期影響變化如圖2所示，不同品種的理論產(chǎn)量隨播期變化一致，基本呈單峰分布。浚單29于5月31日播種的理論產(chǎn)量最大，其次是6月4日，新單29于6月8日播種的理論產(chǎn)量最大，其次是6月4日。隨著播期的推遲，理論產(chǎn)量明顯明顯變小。浚單29百粒重隨播期變化較大，變化范圍在225.3 g·m-2，新單29變化較小，變化范圍在161.3 g·m-2。浚單29 的平均理論產(chǎn)量大于新單29。

2.5 氣候要素對夏玉米產(chǎn)量要素及產(chǎn)量的定量化影響

為了進(jìn)一步探討氣候要素對玉米產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量要素影響的定量關(guān)系，對玉米全生育期內(nèi)氣候要素(積溫、降水、日照時(shí)數(shù))與產(chǎn)量要素及產(chǎn)量作線性擬合。表1為產(chǎn)量構(gòu)成與氣候要素的多元回歸方程及偏相關(guān)系數(shù)，百粒重與氣候要素回歸方程R2=0.36，穗粒數(shù)與氣候要素回歸方程R2=0.56，理論產(chǎn)量與氣候要素回歸方程R2=0.65。結(jié)果表明百粒重、穗粒數(shù)和理論產(chǎn)量與積溫、日照時(shí)數(shù)為正相關(guān)關(guān)系、與降水為負(fù)相關(guān)關(guān)系，即積溫和降水對其影響為正效應(yīng)，降水對其影響為負(fù)效應(yīng)。氣候要素與產(chǎn)量要素進(jìn)行相關(guān)分析，積溫與產(chǎn)量要素通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，日照時(shí)數(shù)與產(chǎn)量要素通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，說明積溫和日照時(shí)數(shù)是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因子，降水對其影響較小。

圖1 夏玉米百粒重 圖2 夏玉米理論產(chǎn)量

氣候要素回歸方程標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)偏相關(guān)系數(shù)百粒重穗粒數(shù)理論產(chǎn)量百粒重穗粒數(shù)理論產(chǎn)量積溫1.190.760.710.71??0.73??0.74??降水量-0.54-0.35-0.41-0.34-0.21-0.36日照時(shí)數(shù)0.131.371.800.140.61?0.62?

注：*表示通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，**表示通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)論

播期對夏玉米營養(yǎng)生長期和生殖生長期天數(shù)影響較大，對營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)階段影響較小。夏玉米不同發(fā)育進(jìn)程各品種之間也有一定差異，浚單29各發(fā)育進(jìn)程隨播期變化較小，新單29各發(fā)育進(jìn)程隨播期差異較大。播期對夏玉米株高影響較小，對穗位高影響、莖粗較大。播期對不同品種的形態(tài)影響不一樣，浚單29的植株形態(tài)受播期影響較大，新單29受影響較小。灌漿速率受播期影響顯著，晚播夏玉米灌漿速率較小。同一播期下，新單29的灌漿速率峰值略小于浚單29的灌漿速率峰值。

夏玉米的果穗長、凸尖比、穗粒數(shù)受播期影響較大，果穗粗受影響較小。同一播期下，浚單29的果穗長小于新單29的果穗長，浚單29的果穗粗大于浚單29的果穗粗，浚單29的凸尖比小于新單29的凸尖比，浚單29的穗粒數(shù)大于新單29的穗粒數(shù)。隨著播期的推遲和提前，百粒重變小。浚單29百粒重隨播期變化較大，新單29變化較小。隨著播期的推遲，理論產(chǎn)量明顯變小。浚單29百粒重隨播期變化較大，新單29變化較小。

株高、穗位高和莖粗與積溫為正相關(guān)關(guān)系，與降水和日照時(shí)數(shù)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。果穗長與積溫為負(fù)相關(guān)關(guān)系、與降水和日照時(shí)數(shù)為正相關(guān)關(guān)系，果穗粗與積溫為負(fù)相關(guān)關(guān)系、與降水和日照時(shí)數(shù)為正相關(guān)關(guān)系，凸尖比與積溫和日照時(shí)數(shù)為正相關(guān)關(guān)系、與降水為負(fù)相關(guān)關(guān)系。百粒重、穗粒數(shù)和理論產(chǎn)量與積溫、日照時(shí)數(shù)為正相關(guān)關(guān)系、與降水為負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且積溫和日照時(shí)數(shù)是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因子。