魯中地區夏玉米主要生育期和產量對氣候變化的響應

劉春曉，呂建華，王昊，丁繼民，高英波，張慧，汪黎明，方志軍，董瑞，劉鐵山

（1.山東省農業科學院玉米研究所／小麥玉米國家工程實驗室／農業部黃淮海北部玉米生物學與遺傳育種重點實驗室，山東濟南 250100；2.山東省種子管理總站，山東 濟南 250100；3.山東省氣候中心，山東濟南 250031；4.東平縣銀山鎮農業綜合服務中心，山東東平 271513）

玉米已經成為我國第一大糧食作物，也是重要的經濟、飼料作物，對我國糧食安全具有舉足輕重的作用［1-3］。種植業是對氣候變化最敏感的領域之一。氣候變化通過溫度、降水等變化的綜合作用改變農作物生長發育過程中光照、熱量、水分的分配而影響其生產力，從而對作物生長、產量、病蟲害防治、農業生產潛力及農業管理等產生影響［4，5］。農業生產對氣候變化的響應和適應逐漸成為社會關注的焦點。

氣候與農業生產密切相關。近年來，關于氣候變化對農作物生育期及產量的影響許多專家進行了大量研究。劉昌等［6］用山東省1983—2015年34個氣象站點的氣象數據，通過線性回歸分析了其對山東省冬小麥、夏玉米單產的影響，結果表明，山東省冬小麥、夏玉米單產及冬小麥-夏玉米周年單產呈明顯的上升趨勢，平均氣溫、降水量、日照時數增加對冬小麥單產有促進作用，降水量增加對冬小麥增產影響最顯著；夏玉米對平均氣溫、最低氣溫、日照時數的增加表現為負效應，最高氣溫和降水量的增加有利于夏玉米增產。張潔等［7］通過研究河西走廊中部30年來氣候變化情況及其對主要農作物生育期和產量的影響，結果發現，氣溫、降水等氣候因素均能不同程度地影響春小麥、玉米的生育期及產量，且地域性差異顯著。

山東省是我國夏玉米主產區，播種面積、產量、加工能力、產值均居全國前3位，在我國玉米生產中具有重要地位。本研究重點分析了魯中地區3個典型縣區試驗點6個代表性玉米品種生長階段的氣候變化和生育進程及產量情況，以期為充分合理利用當地氣候資源、準確評估玉米生產力、指導農業生產和田間管理提供理論與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

山東省（34°22.9′～38°24.01′N，114°47.5′～122°42.3′E）地處我國東部沿海、黃河下游，屬溫帶季風性氣候，光照資源充足，年日照時數2 290～2 890 h，無霜期180～220 d，年均降水量550～950 mm，降水季節分布不均衡，多數集中在6月下旬—9月上旬。雨熱同季，自然條件對玉米生長發育極為有利，是夏玉米的典型種植區，栽培制度以冬小麥-夏玉米輪作為主，是全國糧食作物主要產區之一。其中，魯中地區是山東省的重要玉米產區，常年總種植面積73萬hm2［8］。本區域主要包括濟南、淄博、濰坊、臨沂的大部和泰安、日照的全部。本研究選擇章丘（36°44′N，117°34′E）、岱岳（36°00′N，117°00′E）、東平（35°53′N，116°21′E）3個典型縣區定位開展品種篩選試驗。

1.2 數據來源

本研究所需氣象數據由山東省氣候中心提供，包括魯中地區3個農業氣象基本觀測站（章丘、岱岳、東平）2017—2018年夏玉米生育期內平均氣溫、降水量和日照時數。

玉米生育時期及產量數據來源于山東省玉米主推生態鑒定示范試驗。品種示范試驗根據國家、省級審定品種（含綠色通道和聯合體試驗）及同一生態區引種備案品種情況，征集了6個玉米品種（YF3240、登海605、金來318、京農科 736、先玉047、鑫豐388）。各站點內統一播種，統一管理，田間管理略高于當地生產水平。種植密度按各品種最適密度設置。調查記錄各試驗點各品種的生育期進程，成熟期小區測產。

1.3 數據處理

采用 Sigmaplot 12.5和 Microsoft Excel 2010軟件進行數據統計分析及作圖。

2 結果與分析

2.1 2017—2018年玉米生育期氣候變化分析

2.1.1 溫度變化情況 從圖1、圖2可以看出，章丘、岱岳、東平3個試驗站點2017年、2018年夏玉米主要生育期（6—9月）平均氣溫變化大體一致。2017年章丘玉米生育期平均氣溫維持在16.7～32.7℃，最高氣溫出現在7月11日，最低氣溫出現在9月28日，高溫期出現在7月8日至14日左右，日平均氣溫為 29.9～32.7℃；2018年，章丘玉米生育期平均氣溫維持在16.6～32.5℃，最高氣溫出現在7月20日，最低氣溫出現在9月24日，高溫期出現在7月15日至23日左右，日平均氣溫高達 30.5～32.5℃。

2017 年岱岳玉米生育期平均氣溫維持在18.2～31.3℃，最高氣溫出現在7月23日，最低氣溫出現在9月28日；2018年，岱岳玉米生育期平均氣溫維持在16.8～32.6℃，高溫期出現在7月13日至26日左右，日平均氣溫達到28.8～31.8℃，7月31日到8月12日左右又出現了一段高溫期。

東平2017年、2018年玉米生育期平均氣溫變化趨勢基本與章丘、岱岳一致，最高、最低溫度出現的日期也相差不大。

圖1 2017年不同試驗站點玉米生育期日平均氣溫變化情況

圖2 2018年不同試驗站點玉米生育期日平均氣溫變化情況

2.1.2 日照時數變化情況 由圖3和圖4看出，章丘、岱岳、東平3個試驗站點日照時數均呈波動性變化，變化幅度在0～13 h之間。2017年7月15日至8月3日、8月23日至8月30日，2018年8月13日至8月19日，陰雨天氣較多，日照時數較少。生育后期日照時數基本都在10 h以下。玉米屬于短日照植物，在短日照條件下可以正常生長發育，12～14 h光照對玉米生長反而有抑制作用。由圖3和圖4的變化趨勢看出，在玉米生育期內光照基本不會抑制玉米生長。

圖3 2017年不同試驗站點玉米生育期日照時數變化情況

圖4 2018年不同試驗站點玉米生育期日照時數變化情況

2.1.3 降水量變化情況 由圖5、圖6看出，2017年，3個試驗站點的降雨主要集中在7月中下旬。其中章丘單日最大降雨量出現在8月9日，達到40.8 mm；岱岳最大降雨量出現在7月28日，達到69.8 mm；東平降雨量明顯高于章丘和岱岳，整個玉米生育期超過50 mm的降雨多達3次，最大降雨量出現在6月22日，高達109.3 mm。由于玉米當時還未出苗，種植地塊排灌設施良好，未對其生長造成較大影響。2018年，降雨量明顯高于2017年，3個試驗點降雨時間比較一致，8月19日章丘、岱岳、東平三地均出現強降雨，降雨量分別高達 124.4、121.4、179.7 mm，東平在8月14日也出現150.0 mm的降雨。

2.2 2017—2018年玉米生育時期變化情況

由表1可知，各試驗站點基本在6月13日左右播種，東平2017年播種較晚，在6月20日播種。各品種在不同試驗站點的生育期差異不大。一般播種至出苗期5～7 d，此期溫度都能滿足玉米出苗需要，影響較大的是澆水情況，只要播種后及時澆水，出苗天數差異不大。出苗到抽雄時間為37～49 d，抽雄到吐絲時間為0～3 d，吐絲到成熟時間為52～68 d。生育期都在110 d左右。由于澆水時間、調查標準不一致等主觀因素也會造成各生育時期的差異。

圖5 2017年不同試驗站點玉米生育期日降水量變化情況

圖6 2018年不同試驗站點玉米生育期日降水量變化情況

根據玉米生長發育特點，將玉米全生育期劃分為營養生長（播種-抽雄）和生殖生長（抽雄-成熟）兩個階段。對兩個階段生育期時長與其對應的積溫、總日照時數和總降水量進行相關分析，結果見表2。各品種玉米營養生長階段天數與總積溫值呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數高達0.97～0.99，與總日照時數相關性不大，相關系數在0.41～0.70，與總降水量不存在相關性，相關系數在-0.02～0.38；各品種玉米生殖生長階段天數與總積溫值呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數在0.80～0.95，與總日照時數和總降水量相關性不大，相關系數分別在-0.19～0.09、-0.04～0.41。綜合來看，玉米生育期天數與總積溫相關性較大，對日照時數和總降水量變化不敏感。

2.3 2017—2018年玉米產量變化情況

由圖7可知，同一品種在不同地區種植，產量差異較大。2017年先玉047在岱岳站點的產量最高，達12 382.5 kg／hm2；產量最低的為鑫豐388，2017年在東平的產量僅為6 704.0 kg／hm2。章丘兩年的產量在8 550.0～9 600.0 kg／hm2，各品種兩年之間的產量差異不大，差值在60～870 kg／hm2，除登海605外，其余5個品種2017年產量均高于2018年。岱岳站點兩年的產量均高于章丘和東平，2017、2018年各品種產量分別比章丘高出2 212.5～2 871.0 kg／hm2、2 540.7～3 289.5 kg／hm2，比東平分別高出 1 594.5～5 033.6 kg／hm2、1 949.7～4 372.5 kg／hm2，產量在11 510.7～12 382.5 kg／hm2，各品種兩年間的產量差異也不大，差值在31.5～871.8 kg／hm2。東平兩年的產量在6 704.0～10 221.0 kg／hm2，各品種兩年間差異較大，差值高達660.0～1 612.5 kg／hm2。

表1 2017—2018年玉米生育進程

表2 玉米全生育階段氣候要素與各生育階段時長的相關系數

圖7 2017—2018年玉米產量變化情況

將玉米產量與其生育時期對應的積溫、總降水量和總日照時數進行相關分析，結果見表3。各品種玉米產量與積溫、總降水量、總日照時數和生育期的相關系數差異較大。各品種產量與積溫、總降水量、日照時數和生育期單方面因素的相關性都較小，表明在本試驗條件下，玉米產量受品種特性的影響較大，對同期氣候因素的變化不敏感。

表3 玉米全生育階段氣候要素與產量的相關系數

3 討論與結論

氣候變化對農作物生育期具有顯著影響。孟林等［9］研究表明，夏玉米全生育期天數和生殖生長期天數均與同期平均氣溫呈負相關關系，平均氣溫每上升1℃，全生育期天數和生殖生長期天數分別平均縮短2.71 d和1.07 d。不同生育時期溫度的增加均有利于作物生長［10］，播種期溫度增加，會使夏玉米播種期提前而成熟期推遲［11，12］。夏玉米對日照時數的增加表現為負響應，而對降水和最高氣溫具有較強的敏感性［9］。本研究表明，各品種玉米營養生長階段天數與總積溫值呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數高達0.97～0.99，與總日照時數相關性不大，相關系數在0.41～0.70，與總降水量不存在相關性，相關系數在-0.02～0.38；各品種玉米生殖生長階段天數與總積溫值呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數在0.80～0.95，與總日照時數和總降水量相關性不大，相關系數分別在-0.19～0.09、-0.04～0.41。生育期對氣候因素的響應不僅反映了農作物對氣候變化的被動適應過程，也反映了農業生產中通過改變作物品種、田間管理措施、種植制度和栽培方式等來應對環境變化的主動適應過程［13-15］。

玉米產量的形成受氣候、品種特性和栽培管理措施等多種因素共同影響。王洪麗［16］、劉鋒［17］等分別對吉林省和山東省玉米產量分析發現，自然災害是造成玉米產量波動的重要因素之一。張秋英等［18］研究認為，產量與年際間氣候條件變化關系不大，熱量多且雨量充沛的年份才有利于玉米產量潛力的挖掘。氣候通過影響玉米潛力上限影響產量差［19］。本試驗結果與上述研究結果大致相同，各品種玉米產量與積溫、總降水量、總日照時數和生育期的相關系數差異較大，各品種產量與積溫、總降水量、日照時數和生育期單方面因素的相關性都較小，玉米產量受品種特性的影響較大，對同期氣候因素的變化不敏感。由于本研究年份沒有發生重大的自然災害，而且各研究站點的農田基本水利建設比較完善，旱能灌、澇能排，因此氣候因素未對玉米產量造成影響。不同地區應根據夏玉米主要生育期的變化選擇適宜的品種類型。

本研究只分析了2017、2018年兩年的數據，僅選擇了魯中地區的3個研究站點，研究數據較少、地區選擇也比較片面，今后將選擇山東各地區多個研究站點，增加玉米試驗品種，從多方面著手進行分析研究，進一步完善研究內容和結果。