基于氣候變化下的遼西地區春玉米生長發育及產量與水熱變化的響應研究

張兵兵 呂曉 楊璐 高全 吳航 張慧

摘 要：基于分期播種試驗引用干燥度指數作為水熱因子的均一化指標，對春玉米生長發育及產量形成對水熱變化的響應機制進行了分析研究。結果表明，隨著播期的推遲，玉米的全生育期呈現顯著縮短的趨勢，平均氣溫對玉米生長速率的顯著影響主要表現在出苗及營養生長階段，對生殖生長影響較小;干燥度與出苗速率及生殖生長速率顯著相關，K每上升0.1，出苗速率降低20%，而抽雄至成熟間生長速率提升23%左右。抽雄—乳熟期的干燥度對產量的影響最大，玉米各發育階段K對產量影響的程度由重至輕依次為：抽雄—乳熟>拔節—抽雄>出苗—拔節>乳熟—成熟。

關鍵詞：分期播種;水熱關系;春玉米;生長發育;產量

中圖分類號 S513文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）23-0041-02

播期已成為作物生長的關鍵影響因素[1]，適宜的播期對提高作物干物質積累及產量意義重大[2]。作物的生長發育、干物質積累特征與播期的熱量及水分的供應能力密切相關[3]，作物對水分、熱量資源的利用狀況可以通過播期的改變而得到有效的改善[4]，以此達到增產的目的。因此，研發適宜播種期對挖掘作物增產潛力具有十分重要的意義[5]。

遼西半干旱地區是生產玉米的主要地區[6]，玉米播期不合理是制約玉米生長的要素[7]。本研究通過適度調控玉播期的互作效應對玉米生長發育、干物質積累特征的響應機理，闡明玉米生長發育、干物質積累、產量形成特征的互利增產機理，以期為提升遼西半干旱地區玉米高產管理提供技術支撐。

1 資料與方法

1.1 試驗設計 于2011—2015年在錦州農業氣象試驗站開展分期播種試驗，土質為中壤土。供試品種為遼西地區主栽品種丹玉39，晚熟品種135～145d。試驗設置6個播期，即S1（4月10日）、S2（4月20日）、S3（4月30日）、S4（5月10日）、S5（5月20日）、S6（5月30日），共18個處理。

1.2 數據觀測 氣象資料來源于錦州市氣象局，包括玉米生長期內逐日氣象要素（日最高氣溫Timax、日最低氣溫Timin、日降水量Ri），并計算日平均氣溫（Ti），考慮到代表生物學意義，Timax極值過高或Timin極值過低對玉米生長發育的無效影響。

1.3 干燥度 由于試驗期間玉米降水量在播期和年際之間差異比較大，引用干燥度指數k作為作物生長的水熱均一化指數[8]，k的變化直接反映出在不同播種期下，溫度和水分條件的匹配情況對玉米各發育期的影響。

[k=0.16∑T≥10R]

式中，k為干燥度;∑T≥10℃為玉米某發育期內日平均氣溫≥10℃期間的活動積溫;R為同期降水量。

2 結果與分析

2.1 水熱條件對生長速率的影響

2.1.1 分期播種的關鍵發育期 試驗中隨著播期的推遲，玉米的全生育期（播種至成熟）呈現顯著縮短的趨勢，最長為154d，最短為123d。從玉米的不同發育階段來看，出苗階段縮短了3～18d，主要營養生長階段縮短了4～13d，而生殖生長階段則相對穩定縮短了僅為3～7d。

2.1.2 氣象條件對生長速率的影響 將各階段氣象因子與生長速率作相關分析，其中省略了相關性不顯著的因子，得到表1。

2.2 不同生長階段干物質增長與水熱條件的相關分析 干物質變化量的大小與其間≥10℃積溫和0～50cm貯水量顯著相關。積溫的增長與玉米干物質的增長呈顯著正相關，但拔節期之前的積溫對生物量的影響程度不如生長中后期的明顯;生長季的0～50cm土壤貯水量變化基本呈二次曲線，與玉米的生長規律基本一致，拔節—乳熟期玉米蒸騰加劇，需水量增多，相關性顯著，而乳熟—成熟土壤貯水量對干物質積累的影響較小。

2.3 水熱因子對產量的影響 溫度和水分的匹配變化對玉米生長發育速度、干物質積累的影響最終在產量高低上體現出來。2011—2013年以第3、4播期實際產量較高，播期間產量在11%～20%;2014和2015年呈顯著下降趨勢，播期間產量在14%～60%。

3 結論與討論

郭春明[9]分析了東北地區春玉米在全生育期的農田蒸散動態變化，得到了春玉米發育期與蒸散的關系，徐田軍[10]分析了播種期對玉米發育期變化的影響，由此建立了動態模型。本文在分析春玉米生長發育及產量與水熱因子的相關規律后，得到了東北地區主栽品種春玉米生長發育隨氣候變化的動態特征，引用的均一化水熱因子干燥度指數作為分析因子，在考慮降水的同時，增加了蒸發量的影響，在分析水熱因子共同作用下對生長發育及氣象產量的影響有一定優勢，具有明顯的生物學意義，便于從整體上了解水分和熱量對春玉米生長特性的規律。在實踐中可應用于玉米生長發育及產量形成的模擬動態監測、生長調控及估產等方面，可為東北地區春玉米選擇適宜播期提供理論參考。但本文僅針對有限的試驗數據資料初步進行了相關分析，仍需多年的玉米生長觀測數據來支持和完善各影響因子的精確度。

玉米的出苗速率、各生育階段天數均隨溫度變化而相應變化，早播前期溫度略低，導致生長速率較慢。在出苗及營養生長階段，平均氣溫對玉米生長速率的顯著影響，平均氣溫每升高1℃，出苗速率提升30%，營養生長速率提升14%～19%，但在生殖生長階段，平均氣溫對生長速率的影響較小，相關性不顯著。干燥度k與出苗速率及生殖生長速率顯著相關，干燥度每上升0.1，出苗速率降低20%，而抽雄至成熟間生長速率提升23%左右;抽雄—乳熟期的干燥度對產量的影響最大，綜合全生育期的干燥度對產量的相關系數，I上升0.1，玉米氣象產量下降800kg/hm2左右。

參考文獻

[1]于文穎，紀瑞鵬，馮銳，等.東北地區玉米生長發育特征及其對熱量的響應[J].應用生態學報，2012，23（5）：1295-1302.

[2]胡昌浩，王忠孝.玉米栽培生理[M].北京：中國農業出版社，1995.

[3]梁曦彤，陸至遠，李文瑩，等.種植行距對春玉米干物質積累動態及分配規律的影響[J].玉米科學，2015，23（4）：110-116.

[4]李晶，李文龍，顧萬榮，等.不同栽培模式對春玉米莖稈特性、籽粒灌漿及產量的影響[J].東北農業大學學報，2018，49（8）：24-31.

[5]孔德胤，李建軍，楊松，等.播期對河套地區玉米干物質積累模型的影響[J].中國農學通報，2015，31（36）：49-53.

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[7]曹永強，李維佳，趙博雅，等.氣候變化下遼西北春玉米生育期需水量研究[J].資源科學，2018，40（1）：150-160.

[8]張謀草，趙瑋，鄧振鏞，等.分期播種對隴東地區玉米產量的影響及適宜播期分析[J].中國農學通報 2011，27（33）：28-33

[9]郭春明，任景全，張鐵林，等.東北地區春玉米生長季農田蒸散量動態變化及其影響因子[J].中國農業氣象，2016，37（4）：400-407.

[10]徐田軍，呂天放，陳傳永，等.播期對玉米干物質積累轉運和籽粒灌漿特性的影響[J].中國農業科技導報，2016，18（6）：112-118.

（責編：張 麗）