湖南省春夏秋三季玉米生長發育及溫度脅迫特點研究

郭歡樂，湯 彬，曹鐘洋，李 涵，陳松林，陳志輝，2*

(1 湖南省作物研究所，長沙 410125； 2 南方糧油作物協同創新中心，湖南長沙 410128)

玉米是湖南省第一大旱糧作物，也是最重要的飼料來源，具有適應性強、栽培技術簡單、產量高、適宜機械化操作等優點，是本地種植結構調整和鎘污染區替代種植的重要作物，近年來種植面積增長迅速。從2005到2018年，全省玉米栽培面積由28.2萬公頃增長到35.9萬公頃，增幅27.3%，穩居旱糧作物首位，成為湖南省僅次于水稻的第二大糧食作物[1]。

玉米在湖南省春夏秋三季均有種植，其中春玉米所占比例最大。夏玉米隨著“油菜—夏玉米”等玉米與冬季作物輪作模式的發展，栽培面積不斷擴大。秋玉米由于秋季季節性干旱等因素影響，栽培面積較小。湖南省秋季依然有較為豐富的光熱資源，在適宜的地區開展秋玉米栽培，也可獲得較高的產量和經濟效益。目前湖南省春玉米相關研究較多，對夏玉米和秋玉米研究較少。開展春夏秋三季玉米比較分析，對研究玉米相關多熟制具有重要意義。本研究選取兩個不同熟期的玉米品種進行春夏秋三季栽培，分析其生長發育進程、籽粒灌漿特點、產量因子構成、生育期氣象條件等方面的差異，以為湖南省玉米生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及品種

試驗于2018年在湖南省作物研究所長沙試驗田進行，壤土，肥力中等，前茬為玉米。參試品種為早熟品種鄭單1002 和中遲熟品種蠡玉6號。

1.2 試驗設計

試驗設置3個播期，春玉米、夏玉米、秋玉米分別于3月28日、5月14日和7月27日播種。每個播期3次重復，每重復60 m2，采取寬窄行栽培，寬行90 cm，窄行40 cm，種植密度為75 000株/hm2，田間管理與大田相同。

1.3 考察指標及方法

玉米生育期間，記錄品種生長發育進程，收集氣溫、光照等氣象資料。雌穗吐絲前，每個品種選取整齊一致的植株40株，將雌穗用硫酸紙袋套上，所有果穗全部吐絲后再將紙袋取下，以保證所有果穗在同一天授粉。吐絲后20 d開始取樣，每次取6個果穗，每隔10 d取1次，共取樣6次。取果穗中部籽粒，測百粒鮮重，于80℃烘箱烘至恒重，測籽粒百粒重。玉米成熟后按小區全部收獲測產，每個小區隨機抽取20個果穗考種，記錄果穗產量性狀。

1.4 數據處理

采用Excel 2013進行數據分析和圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 春夏秋三季玉米生育進程

由表1可知，兩個品種生育期天數均表現為秋季>春季>夏季，其中春季和秋季差別不大，夏季則明顯縮短。兩個品種3個季節的生育期日平均溫度均表現為夏季>春季>秋季(表2)，說明玉米生育期會隨著溫度的降低而延長。將生育期按吐絲前和吐絲后(即灌漿期)來進行分析，3個季節玉米在兩個階段均有較大差異。吐絲前生長時間為春季>夏季>秋季，吐絲后生長時間為秋季>春季>夏季。從溫度數據來看，吐絲前日平均溫度為秋季>夏季>春季，吐絲后為夏季>春季>秋季。吐絲前和吐絲后的時間長度均與溫度呈負相關關系，較高的氣溫可以加快玉米生長發育，縮短生育期，而較低的溫度則使得玉米生長發育延遲，生育期延長。春玉米與秋玉米在兩個生長階段的時間差異正是由于春玉米前期低溫后期高溫和秋玉米前期高溫后期低溫造成的。

表1 不同季節玉米生育進程

表2 不同季節玉米溫度數據

2.2 產量性狀

兩個品種三季產量均表現為春季>秋季>夏季，差異顯著(表3)。鄭單1002夏播比春播減產19.7%，秋播比春播減產7.9%。蠡玉6號夏播比春播減產24.8%，秋播比春播減產2.3%。從各品種產量構成因素來看，三季產量差異主要表現在穗粒數和百粒重方面。從容重數據可知，兩個品種容重均表現為秋季明顯大于春夏兩季，同時秋季籽粒百粒重大于春夏兩季，從灌漿持續期長度可知灌漿持續時間對產量和品質的影響是十分顯著的。

表3 不同季節玉米產量性狀

注：同品種同列數據后不同小寫字母表示差異達顯著水平。

2.3 灌漿特點

由于品種間差異在吐絲后20 d才表現較為明顯，因此本研究僅從吐絲后20 d開始收集數據。兩個品種夏季均在吐絲后40 d籽粒干質量達到高峰，春季為50 d，而秋季為70 d。春夏兩季玉米籽粒干質量達到最大值后均開始緩慢降低直至生理成熟，而秋玉米則表現為籽粒干質量持續增加，且前40 d灌漿速率明顯低于春夏兩季，但灌漿持續期最長(圖1A、B)。

2.4 籽粒脫水速率

由圖1C、D可知，兩個品種籽粒含水量夏季在吐絲后40 d以前低于春季，40 d后春夏兩季趨于一致，且在整個灌漿期均明顯低于秋季，春夏季籽粒脫水速率明顯高于秋季，在吐絲后60 d可滿足機收要求，而秋季則在吐絲后70 d籽粒含水量仍然在33%左右，遠不能滿足機收要求。對比春夏兩季和秋季灌漿期氣溫可知，春夏兩季灌漿期日平均氣溫比秋季高出10 ℃以上，溫度是造成籽粒含水量差異的重要原因。

2.5 氣象數據分析

分析本試驗點1981～2010年4～11月氣象數據可知：4～11月的最高氣溫、最低氣溫、月均氣溫和月均日照時間均表現為4～7月逐漸升高，8～11月逐漸下降，11月最低；空氣濕度在75%～81%之間，變幅不大；降水量4～7月較多，9、10月最少(表4)。由此可知，春玉米生長處于氣溫不斷上升的過程，至成熟時氣溫達到一年最高點，生育前期降水較多，末期降水減少。夏玉米生長起始溫度高于春玉米，氣溫迅速升至全年最高，生育中后期處于一年中氣溫最高時期，且后期伴隨干旱發生。秋玉米生長處于降溫過程，前期高溫，中后期則溫度不斷下降，降水較少，生育后期出現低溫寡照現象。總體來看，春玉米相對夏玉米和秋玉米生長環境較好，不受干旱影響，灌漿期溫度相對適宜，而夏玉米的不利因素最多，這也是導致春玉米產量最高，夏玉米產量最低的主要原因。

表4 長沙市1981～2010年4～11月常年氣象數據

2.6 溫度脅迫規律

溫度是影響玉米生長的重要因素[2～4]。有研究表明，當日最高溫度高于32 ℃時，產量就會明顯降低[5]，如吐絲期氣溫超過35 ℃時，即便只有3～4 d，也會影響成熟期籽粒干物質量，甚至造成果穗缺粒現象發生[6，7]。當日均氣溫低于18 ℃時，灌漿速率顯著降低，降至16 ℃時灌漿基本停止[8～10]。

由表5可知，4～11月最高溫度高于32 ℃和35 ℃的天數，均呈先增加后減少趨勢，7、8兩個月最多，全月份大部分日期都存在高溫脅迫，9～11月逐漸消失。灌漿期低溫脅迫主要集中在10月和11月，其中11月最多。

表5 長沙市2015～2019年4～11月平均溫度脅迫時間累積

2.7 不同灌漿起始期溫度脅迫特點

溫度是影響玉米灌漿的主要因素。玉米灌漿期前40 d是最重要的灌漿階段，此時春夏兩季玉米籽粒干質量占到成熟期干質量的96%以上，秋季也在75%以上，因此研究本階段環境對灌漿的影響最有參考價值。本研究收集了2015～2019年從5月1日至10月18日，共計18個灌漿起始日期分別對應的灌漿后40 d內的溫度數據，研究灌漿期溫度脅迫與灌漿起始日期的關系。

從表6可知，隨著灌漿起始日期推遲，灌漿期平均氣溫呈現先升高再降低的趨勢，從5月1日至7月10日，氣溫逐漸升高，越來越不適宜灌漿，之后溫度降低，越來越有利于灌漿，至9月18日后隨著溫度進一步降低，再次不利于灌漿。高溫脅迫天數方面，從5月1日起便開始出現，但脅迫時間較短，之后隨著時間推遲，脅迫天數增加，至7月10～20日達到頂峰，此時幾乎整個灌漿期都處于高溫脅迫狀態，7月20日后開始減少，直至逐漸消失。低溫脅迫天數方面，8月29日之前開始灌漿不會出現低溫脅迫，之后開始出現，脅迫天數隨時間推遲而增加。10月8日以后開始灌漿，則低溫脅迫時間超過24 d，幾乎不能正常成熟。

表6 2015～2019年不同灌漿起始日期對應的灌漿期內平均氣溫與平均溫度脅迫時間

3 討論

本研究比較了湖南長沙地區春夏秋三季玉米生長發育、產量性狀、生長環境等特點。隨著生長環境變化，三季玉米表現出不同的生育進程，生長發育隨著氣溫升高而加快，表現為秋季快于夏季，夏季快于春季。灌漿期溫度差異導致灌漿期天數為秋季>春季>夏季。三季玉米在籽粒灌漿和脫水上也表現出明顯差異。

產量性狀方面，春季最高，秋季次之，夏季最低，但春季與秋季差異不顯著。根據本課題組之前研究的秋季播期與產量的模擬結果看，7月15日播種相比7月28日播種，早熟品種產量提高33.0%，中熟品種產量可提高11.6%[11]，因此通過合理安排播期和選擇合適品種，秋玉米也可以實現高產。

從本試驗結果看，鄭單1002春季灌漿起始比蠡玉6號早9 d，使得其高溫脅迫日數減少7 d，灌漿期日平均溫度降低1.3 ℃；鄭單1002秋季灌漿期比蠡玉6號早5 d，使得其灌漿期低溫脅迫日數減少3 d，灌漿期日平均氣溫提高1.4 ℃。因此早熟品種在春秋兩季在應對灌漿期溫度脅迫方面均具有明顯優勢。通過提早灌漿，春季可以避開部分后期高溫脅迫，秋季可以避開部分后期低溫影響，同時使灌漿期處于較為適宜的溫度環境中，促進產量和品質性狀提升。

湖南省春玉米一般3月底4月初播種，前期氣溫較低，生長發育較慢，灌漿起始日期在6月10日左右，灌漿階段不可能完全避開高溫。因此，春玉米應盡量早播種并選擇早熟品種，采取地膜覆蓋增溫等方式來加快玉米生長發育，使灌漿起始日期盡量提前。

本試驗點3月份多年(1981～2010年)平均氣溫為11.2 ℃，且氣溫呈增長趨勢[12]。隨著全球氣候變暖，3月份氣溫也隨之升高[13]。以2015～2019年長沙市平均數據為例，3月平均氣溫為12.9 ℃，上、中、下旬平均氣溫分別為11.1、12.7和14.6 ℃，能基本滿足玉米播種對溫度的要求。采取地膜覆蓋等措施，播種時間提早至3月10日左右是可行的。此時播種，氣溫基本穩定在10 ℃以上，灌漿起始日期可提前到5月20日左右，灌漿期前40 d平均氣溫在25 ℃左右，32 ℃以上的高溫天數為13 d左右，較傳統時間播種明顯減少，有利于獲得更高產量。

夏玉米一般在5月10日以后播種，此時氣溫較高，生長發育進程加快，生物量減少，吐絲期在7月上旬，其灌漿期全部處于高溫脅迫狀態下，導致灌漿期縮短，產量與春玉米相比下降較多。為實現夏玉米穩產高產，須選擇高溫耐受能力強、耐密植的品種，從增加田間果穗數和提高耐高溫脅迫能力等方面保證產量。由于夏玉米前期也處于升溫過程，發育進程隨播期推遲加快，導致生物量積累不足，這對產量形成不利，因此夏玉米也應適當早播，或者推遲至6月底或7月初播種，使灌漿期推遲至8月中下旬，以避開部分高溫。

秋玉米生育期間溫度呈前高后低的變化趨勢，中間階段較為適宜玉米生長。8月29日以前開始灌漿易受高溫影響，9月8日以后開始灌漿則受低溫影響越來越明顯，因此灌漿起始日期在兩者之間最為有利。以秋玉米出苗后45 d開始灌漿計算，在7月15日左右播種較為適宜。此時播種的玉米灌漿起始期在9月3日左右，吐絲后40 d內32 ℃以上脅迫日數在13 d左右，低溫脅迫日數在2 d左右，灌漿期日平均氣溫在24 ℃左右，對產量形成較為有利。此結果也與本課題組之前的秋季播期研究結果一致[11]。