基于分期播種的氣候變暖對周口夏玉米生長發育與產量的影響研究

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，對農業生態環境以及作物生長發育和產量形成將造成顯著影響[2～3]。國內外許多學者在氣候變化對農業生產的影響方面做了大量而卓有成效的工作[4～6]。近年來，關于氣候變化對農作物生長及產量影響的研究較多，主要研究方法有試驗法、統計分析法和模型預測法。試驗法是農業氣象和生態學中普遍采用的傳統研究方法，而分期播種技術是研究氣候變化影響時被廣泛采用的研究手段之一，它可以在自然農業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、作物生長及產量變化，建立相應的數學模型，分析氣候變化對農作物生長發育和產量的影響。梁秀蘭等[7]通過分期播種試驗，探討了廣東省玉米適宜種植季節和播種期。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量的影響。段長春等[9]認為在水分適宜的條件下，不同播期的玉米干物質積累和產量變化與光照、10℃積溫呈正相關。研究發現[10～11]，不同生態區由于溫度和日照時數的變化，導致分期播期對玉米籽粒灌漿速率、百粒重、干物質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，探討氣候資源變化對玉米生長發育和產量的可能影響，以期為玉米生產趨利避害、評估氣候變化對其影響等方面提供參考。

1 試驗資料及分析方法

1.1 試驗設計

試驗地點在周口地區氣象局泛區農業氣象試驗站，自2017年5月27日至6月20日，每隔4 d設置一個播期，共計7個播期。試驗依播期按照順序排列，以播期為主區、品種為副區，小區行長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 觀測項目

發育期觀測：播種、出苗、七葉、拔節、抽雄、開花、吐絲和成熟，以《農業氣象觀測規范》發育期觀測標準觀測記錄。

植株形態指標：株高、穗位高、莖粗。

產量構成要素：穗粒數、穗粒重和百粒重，以《農業氣象觀測規范》產量結構分析標準觀測記錄。

1.3 氣象資料的采集

收集每個播期相應時段氣象資料，主要包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日照時數、降水量，資料來源于泛區氣象局地面觀測。

1.4 分析方法

基于分期播種資料，分析不同播期、不同品種發育期、植株形態、果穗形態、產量要素等的變化，采用多元線性回歸分析法分析植株形態、果穗、產量要素等與氣候資源的關系，顯著性檢驗采用相關分析法，利用SPSS統計軟件、Matlab等軟件分析處理數據。

2 結果與分析

2.1 不同播期下玉米生育進程變化

各品種播種-出苗的天數沒有差異，均為5～6 d。浚單29不同播期下營養生長期的天數變異較小，新單29苗期天數變異較大，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。各品種營養生長和生殖生長并進階段的天數不存在差異，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。夏玉米不同發育進程隨播期變化不一致，營養生長期和生殖生長期天數隨播期變化較大，營養生長和生殖生長并進階段變化較小。夏玉米不同發育進程各品種之間也有一定差異，浚單29各發育進程隨播期變化較小，新單29各發育進程隨播期差異較大。

早播的夏玉米營養生長期長，為吐絲前營養物質的積累提供了時間保障，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，前期營養物質積累時間縮短，后期灌漿時間延長，且早播夏玉米全生育期天數大于晚播全生育期天數。

2.2 不同播期下玉米植株形態變化

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出現時間不一致，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在6月4日，均在6月上旬。浚單29的株高最低點出現在6月20日，新單29的株高最低點出現在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，穗位高最低點出現在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。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變化

夏玉米的果穗長、凸尖比、穗粒數受播期影響較大，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。穗粒數受播期影響較顯著，浚單29晚播處理的穗粒數比早播處理減少了7.9%，新單29晚播處理的穗粒數比早播處理減少了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的穗粒數大于新單29的穗粒數，尤其是晚播浚單29的凸尖比要遠遠小于晚播新單29的凸尖比。晚播處理的夏玉米花期遭遇高溫、干旱災害，導致果穗凸尖、缺粒的現象明顯。

2.4 不同播期下玉米產量及產量構成要素變化

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氣溫較其他播期夏玉米的氣溫低，雖然灌漿時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間短，百粒重最小。

2.4.2 不同播期下玉米產量變化 不同品種夏玉米理論產量受播期影響變化如圖2所示，不同品種的理論產量隨播期變化一致，基本呈單峰分布。浚單29于5月31日播種的理論產量最大，其次是6月4日，新單29于6月8日播種的理論產量最大，其次是6月4日。隨著播期的推遲，理論產量明顯明顯變小。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 的平均理論產量大于新單29。

2.5 氣候要素對夏玉米產量要素及產量的定量化影響

為了進一步探討氣候要素對玉米產量構成及產量要素影響的定量關系，對玉米全生育期內氣候要素(積溫、降水、日照時數)與產量要素及產量作線性擬合。表1為產量構成與氣候要素的多元回歸方程及偏相關系數，百粒重與氣候要素回歸方程R2=0.36，穗粒數與氣候要素回歸方程R2=0.56，理論產量與氣候要素回歸方程R2=0.65。結果表明百粒重、穗粒數和理論產量與積溫、日照時數為正相關關系、與降水為負相關關系，即積溫和降水對其影響為正效應，降水對其影響為負效應。氣候要素與產量要素進行相關分析，積溫與產量要素通過了0.01水平的顯著性檢驗，日照時數與產量要素通過了0.05水平的顯著性檢驗，說明積溫和日照時數是影響玉米產量的關鍵因子，降水對其影響較小。

圖1 夏玉米百粒重 圖2 夏玉米理論產量

氣候要素回歸方程標準化系數偏相關系數百粒重穗粒數理論產量百粒重穗粒數理論產量積溫1.190.760.710.71??0.73??0.74??降水量-0.54-0.35-0.41-0.34-0.21-0.36日照時數0.131.371.800.140.61?0.62?

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

3 結論

播期對夏玉米營養生長期和生殖生長期天數影響較大，對營養生長和生殖生長并進階段影響較小。夏玉米不同發育進程各品種之間也有一定差異，浚單29各發育進程隨播期變化較小，新單29各發育進程隨播期差異較大。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影響不一樣，浚單29的植株形態受播期影響較大，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的穗粒數大于新單29的穗粒數。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關系，與降水和日照時數為負相關關系。果穗長與積溫為負相關關系、與降水和日照時數為正相關關系，果穗粗與積溫為負相關關系、與降水和日照時數為正相關關系，凸尖比與積溫和日照時數為正相關關系、與降水為負相關關系。百粒重、穗粒數和理論產量與積溫、日照時數為正相關關系、與降水為負相關關系，并且積溫和日照時數是影響玉米產量的關鍵因子。