內蒙古東部中晚熟區青貯玉米產量和品質與氣象因素的關系

郭 傲 朱英杰 王 曄 史冬梅 劉曉雯 南張杰 潘金豹 張秋芝

（北京農學院植物科學技術學院，植物生產國家級實驗教學示范中心，北京 102206）

內蒙古東部中晚熟區屬溫帶濕潤或半濕潤氣候，無霜期130～170 d，年降水量為400～800 mm，且主要集中在7?9月，自然降雨基本能夠滿足玉米的生產［1］。隨著“糧改飼”結構調整政策的實施，青貯玉米等優質飼草種植面積迅猛增加。近年來，氣象因子的變化直接影響了作物產量和品質［2-5］，而調整播期是協調作物生長與光熱資源配置的有效手段［6-8］。因此，通過調節播期，合理利用內蒙古東部中晚熟區的氣象條件，能夠有效促進青貯玉米生長發育，從而影響產量和品質的形成，對實現青貯玉米優質高產具有重要意義。

研究表明，推遲播期使青貯玉米生育期縮短，莖粗減小［9］，進而導致干物質積累量降低，籽粒產量下降［10］。隨著播期的推遲，青貯玉米株高、單位面積生物產量、干物質產量及籽粒產量均呈先升高后降低的趨勢，粗蛋白、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）及粗脂肪含量均呈下降趨勢［11-12］。適時早播可提高玉米的生物產量［13］，同時可實現光、溫及水資源的高效利用［14］。研究發現，隨著溫度升高，玉米生長發育進程加快，單產提高，籽粒中的粗蛋白和粗脂肪等品質主要受花后光照的影響［15］。葉面積指數主要受吐絲后有效積溫的影響，玉米的生長天數和收獲指數受全生育期日均溫影響，玉米穗粒數及千粒重則與降雨量、日照時數和粒期的有效積溫有關［15-17］。可見，氣象因素影響作物生長發育的每一個階段，適期播種可有效提高作物生產力，充分利用氣象資源以促進作物產量和品質的形成，對實現作物高效生產尤為重要［16］。

目前，青貯玉米產量和品質的研究多集中在品種篩選、氮肥和種植密度等栽培措施上，而有關氣象因子對青貯玉米產量和品質的影響研究鮮有報道。本研究以內蒙古東部中晚熟區青貯玉米主栽品種為材料，通過分期播種探索氣象因素對不同青貯玉米品種產量和品質的影響，旨在揭示影響該區域青貯玉米生產的主要氣象因素，為氣候變化背景下內蒙古東部中晚熟區青貯玉米的優質、高產、高效栽培提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2019年在內蒙古通遼市農業科學研究院試驗基地（122°63′N，43°73′E，平均海拔160 m）進行，試驗區土壤類型為黑土，播種前0～20 cm土層土壤pH值為7.82、有機質含量11.54 g·kg-1、全氮含量1.22 g·kg-1、速效磷含量16.57 mg·kg-1、速效鉀含量137.60 mg·kg-1，有機碳含量9.83 g·kg-1。青貯玉米生長季氣溫及降雨量變化如圖1所示。生長季（4月24日—9月22日）日平均氣溫為22.2 ℃，總降雨量為355.7 mm。

圖1 2018—2019年青貯玉米生長期日均溫和降水量變化Fig.1 Mean daily temperature and precipitation during silage maize growth period from 2018 to 2019

1.2 試驗設計

試驗以內蒙古東部中晚熟區主栽的青貯玉米品種北農青貯368（BN368，國審玉20180175）、東科301（DK301，國審玉20180369）、京科青貯516（JK516，國審玉2007029）和京科968（JK968，國審玉20190031）為材料，其生育期分別為123、119、115和127 d左右。

采用裂區設計，以播期為主區，品種為副區，共設置4個播期，分別為4月24日（D1）、5月1日（D2）、5月8日（D3）和5月15日（D4），種植密度為75 000株·hm-2，小區行長10 m，行距0.6 m，5行區，3次重復。播前撒施玉米專用復合肥（N∶P2O2∶K2O=26∶6∶8）450 kg·hm-2，其他田間管理措施同一般生產田。

1.3 氣象數據

氣象數據來源于中國氣象科學數據共享服務網（http：∕∕data.cma.cn∕），主要包括日平均溫、日最高溫、日最低溫、日照時數和日降雨量等。生育期有效積溫（growing-degree days， GDD）參照McMaster等［18］的方法計算。

式中，t為生育期內某個時間段；N為從播種到成熟的天數；Tmax和Tmin分別為第i天的日最高溫和日最低溫；Tbase為玉米生理基礎溫度，Tbase=10 ℃；當TminTut時，Tmax=Tut（玉米生理上限溫度，Tut=35 ℃）。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 生育時期記錄 于各生育時期記錄各小區播種、出苗、吐絲和收獲日期。

1.4.2 農藝性狀測定 在各小區青貯玉米收獲前，連續選取10株，測定株高、穗位高、莖粗和綠葉數。

1.4.3 生物產量測定 當各小區青貯玉米籽粒乳線達到1∕2時，從地上20 cm處全株刈割，每小區實收中間3行稱重計為生物產量。從中隨機選取10株，全株粉碎，充分混勻后，在105 ℃的烘箱中殺青4 h后再80 ℃烘干至恒重，計算干物質產量。

1.4.4 營養品質測定 將烘干后的樣品粉碎過60目篩，采用范氏（Van Soest）纖維含量測定法，利用ANKOM-220纖維分析儀（美國ANKOM科技公司）測定中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）含量［19］。采用Dumatec 8000全自動杜馬斯定氮儀（丹麥FOSS集團公司）測定粗蛋白（crude protein，CP）含量［20］；采用鹽酸水解-蒽酮比色法測定淀粉（starch，ST）含量［21］。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2019軟件進行數據處理，采用SPSS 25.0軟件進行數據統計分析，用Duncan法進行多重比較（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 播期對青貯玉米生育進程的影響

由圖2可知，隨著播期的推遲，青貯玉米各品種的生育期均縮短，兩年趨勢一致。當播期由D1推遲到D4時，北農青貯368、東科301、京科青貯516和京科968的生育期分別縮短了16～18 d、10～13 d、18～19 d和8～12 d。播期每推遲1 d，青貯玉米生育期平均推遲0.71 d。D4播期處理下，北農青貯368和京科青貯516出苗至吐絲期所占整個生育期的比例高于其他播期，但吐絲期至收獲期所占整個生育期的比例低于其他播期。東科301在各播期處理下的出苗至吐絲期所占整個生育期的比例差異不大，京科968在D1播期處理下的出苗至吐絲期所占整個生育期的比例高于其他播期，但東科301、京科968兩品種在D1播期處理下的吐絲至收獲期所占整個生育期的比例低于其他播期。

圖2 播期對不同品種青貯玉米生育進程的影響Fig.2 Effect of sowing date on growth stages of different silage maize varieties

2.2 播期對青貯玉米農藝性狀的影響

由表1可知，播期對青貯玉米莖粗有極顯著影響（P<0.001），不同年份對株高（P<0.01）、穗位高（P<0.01）和莖粗（P<0.05）影響顯著，品種和播期互作對株高（P<0.01）、穗位高（P<0.05）和綠葉數（P<0.001）影響顯著。隨著播期的延遲，北農青貯368株高無顯著差異，東科301、京科青貯516和京科968的株高在D3播期較低；京科968穗位高無顯著差異，北農青貯368和京科青貯516穗位高整體呈先增加后降低趨勢，東科301穗位高呈波動性變化；各品種莖粗呈增加趨勢。在相同播期下，北農青貯368株高和穗位高整體高于其他品種。各品種在4個播期處理下，綠葉數均大于9片葉，表現出較好的持綠性。品種對株高、穗位高、莖粗和綠葉數均有極顯著影響（P<0.01），表明品種的遺傳特性是影響青貯玉米植株農藝性狀的主要因素。

表1 播期對不同品種青貯玉米農藝性狀的影響Table 1 Effect of sowing date on agronomic characteristic of different silage maize varieties

2.3 播期對青貯玉米生物產量的影響

由圖3可知，隨著播期的延遲，各品種青貯玉米兩年間的生物產量整體呈現先增加后降低的趨勢，在D2播期下的平均生物產量最高（35.2～40.2 t·hm-2）。D2播期下各品種的生物產量分別比D1、D3和D4播期增加了4.9%～11.1%、0.5%～4.6%和7.5%～10.7%。不同播期間，青貯玉米生物產量整體表現為D2>D3>D1>D4。品種和播期對生物產量有顯著影響（P<0.05）。年際間差異對青貯玉米各品種生物產量有極顯著影響（P<0.001），北農青貯368、東科301、京科青貯516和京科968在2018年不同播期的平均生物產量較2019年分別增加了23.6%、26.0%、20.3%和12.7%。

圖3 播期對不同品種青貯玉米生物產量的影響Fig.3 Effect of sowing date on fresh weight yield of different silage maize varieties

2.4 播期對青貯玉米品質的影響

由表2可知，播期對青貯玉米中性洗滌纖維（NDF）含量（P<0.001）和酸性洗滌纖維（ADF）含量（P<0.01）影響顯著。隨著播期的推遲，各品種NDF和ADF含量整體呈逐漸增加趨勢；淀粉含量呈先增加后降低趨勢，D2播期下淀粉含量最高，D4播期下淀粉含量最低。品種、播期和年際互作對NDF含量影響顯著（P<0.01）。播期（P<0.05）和年際（P<0.001）對淀粉含量影響顯著。

表2 播期對不同品種青貯玉米品質的影響Table 2 Effect of sowing date on quality of different silage maize varieties

2.5 氣象因子對青貯玉米干物質產量的影響

由圖4可知，青貯玉米干物質產量與生育期有效積溫、日照時數、降雨量及吐絲后有效積溫、日照時數、降雨量均呈二次函數關系。隨著生育期有效積溫的增加，干物質產量先增加后逐漸降低；隨著生育期日照時數和吐絲后日照時數的增加，干物質產量呈下降趨勢；隨著生育期降雨量（R2=0.591，P<0.001）和吐絲后有效積溫的增加，干物質產量呈先下降后上升趨勢。隨著吐絲后降雨量（R2=0.367，P=0.039）的增加，干物質產量呈增加趨勢。

圖4 氣象因子與青貯玉米干物質產量的關系Fig.4 Relationships between dry matter yield of silage maize and meteorological factors

2.6 氣象因子對青貯玉米品質的影響

2.6.1 氣象因子對青貯玉米中性洗滌纖維含量的影響 由圖5可知，吐絲后有效積溫（R2=0.681）、吐絲后降雨量（R2=0.782）和吐絲后日照時數（R2=0.561）對青貯玉米NDF含量均有極顯著影響（P<0.001）。隨著吐絲后有效積溫和吐絲后降雨量的增加，NDF含量呈下降趨勢，隨著吐絲后日照時數的增加，NDF含量呈上升趨勢。NDF含量隨生育期有效積溫、日照時數和降雨量的增加呈先上升后下降趨勢。

圖5 氣象因子與青貯玉米中性洗滌纖維含量的關系Fig.5 Relationships between neutral detergent fiber of silage maize and meteorological factors

2.6.2 氣象因子對青貯玉米酸性洗滌纖維含量的影響 由圖6可知，青貯玉米ADF含量和氣象因子間的相關關系與NDF含量相似，吐絲后有效積溫（R2=0.657）和吐絲后降雨量（R2=0.818）均與ADF含量呈極顯著負相關（P<0.001），吐絲后日照時數（R2=0.542）與ADF含量呈極顯著正相關（P<0.001）。ADF含量隨生育期有效積溫的增加呈先降低后升高趨勢，隨生育期日照時數和降雨量的增加則呈先上升后下降趨勢。

圖6 氣象因子與青貯玉米酸性洗滌纖維含量的關系Fig.6 Relationships between acid detergent fiber of silage maize and meteorological factors

2.6.3 氣象因子對青貯玉米粗蛋白含量的影響 由圖7可知，隨著生育期有效積溫、日照時數、降雨量以及吐絲后有效積溫和降雨量的增加，青貯玉米粗蛋白含量呈先降低后升高趨勢。隨著吐絲后日照時數的增加，粗蛋白含量呈先上升后下降趨勢。

圖7 氣象因子與青貯玉米粗蛋白含量的關系Fig.7 Relationships between crude protein of silage maize and meteorological factors

2.6.4 氣象因子對青貯玉米全株淀粉含量的影響 由圖8可知，隨著生育期日照時數（R2=0.475，P=0.006）、降雨量（R2=0.556，P<0.001）及吐絲后降雨量（R2=0.665，P<0.001）的增加，青貯玉米全株淀粉含量呈先下降后上升趨勢。隨著吐絲后有效積溫的增加，淀粉含量呈增加趨勢。隨著生育期有效積溫的增加，淀粉含量呈先升高后降低趨勢。隨著吐絲后日照時數（R2=0.432，P=0.014）的增加，淀粉含量呈下降趨勢。

圖8 氣象因子與青貯玉米淀粉含量的關系Fig.8 Relationships between starch content of silage maize and meteorological factors

3 討論

3.1 播期對青貯玉米生育期和農藝性狀的影響

玉米各生育階段持續時間長短受播期影響較大［11］，本研究結果也表明，不同品種青貯玉米的生育期均隨播期推遲而縮短。本試驗條件下，北農青貯368播期每推遲1 d生育期平均縮短0.79 d，東科301和京科968播期每推遲1 d生育期平均縮短0.57 d，京科青貯516播期每推遲1 d生育期平均縮短0.86 d，生育期縮短的主要原因在于后期溫度過高，導致生育進程加快［22］。不同播期下，各品種對光照、溫度和降水資源的需求量存在顯著差異，且隨播期推遲，玉米在生育期所需積溫減少［23］。

播期推遲導致玉米生育進程變快，造成玉米生育期縮短，進而影響玉米的農藝性狀［24］。本研究各品種平均株高隨播期推遲呈增加趨勢，與前人研究結果相同［25］。隨著播期的推遲，莖粗呈增加趨勢，綠葉數并沒有明顯變化，均表現出較好的持綠性，這與前人研究結果不同［26-27］，可能是不同生態條件和品種選擇差異所致。青貯玉米農藝性狀變化的主要原因是播期不同，造成生育期內溫度和降水條件產生差異。推遲播期，玉米在吐絲期會遇到高溫，不同品種玉米對高溫的適應性因基因型而異，進而導致其對播期的響應也不同［27］。

3.2 播期對青貯玉米產量和品質的影響

品種特性、栽培技術和環境因素會影響作物產量和品質的形成［28-29］。適宜的播期是獲得優質高產青貯玉米的關鍵栽培措施之一。內蒙古東部中晚熟區玉米通常在4月24日—5月15日播種，本研究將當地習慣播種日期分為四個階段，即播期D1～D4。研究結果表明，在當地習慣播種日期范圍內，青貯玉米各品種均能正常成熟，其中D2播期青貯玉米產量最高，D4播期產量最低，說明內蒙古東部中晚熟區具有較好的光溫資源。一般認為適當早播可以增產［30］，提前播種可為后期干物質積累奠定良好的基礎［31-32］。本試驗期間，早播處理（D1）前期熱量資源有限，導致出苗后幼苗發育緩慢，玉米灌漿期（7月底至8月初）正處于高溫多雨時期，因此影響了玉米產量和品質形成。晚播處理（D4）生育進程縮短，影響了干物質積累，且籽粒建成期降雨量較少，生產潛力未得到充分發揮，不利于高產。D2和D3播期的青貯玉米生長發育階段能更好地利用雨熱資源，與董飛等［33］的研究結果一致。

作物品質指標受播期的影響較大。本研究表明，隨著播期的推遲，各品種青貯玉米中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量呈升高趨勢，淀粉含量呈先增加后減少的趨勢，而播期對不同品種的粗蛋白含量影響不大。品質一級的青貯玉米表現為中性洗滌纖維含量≤45%、酸性洗滌纖維含量≤23%、粗蛋白含量≥7%、淀粉含量≥25%［34］。可見，在本試驗條件下，青貯玉米各品種品質均達一級，但隨著播期的推遲，青貯玉米品質參數呈下降趨勢，與袁慧敏等［30］和李雯等［3］的研究結果基本一致。青貯玉米營養品質指標隨播期推遲表現出不同的變化趨勢，表明氣象因子的變化影響青貯玉米品質形成，且對其形成過程存在不同的作用機制。

3.3 氣象因子與青貯玉米產量和品質形成的關系

作物生育期內的氣象條件直接或間接影響作物的產量形成和品質優劣［35-37］。玉米產量受積溫、日照時數及降水量變化的影響較大，且抽雄前的積溫、抽雄前后的降雨量是影響玉米產量的主要因素，后期降雨量增多會導致產量下降［38］。玉米灌漿后期的溫度較高而降水量較少，有效積溫與降雨量對酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量有負向影響，對粗蛋白含量則是正向影響［39］。本研究結果表明，生育期內的日照時數和降雨量顯著影響干物質產量形成，吐絲后的有效積溫、日照時數和降雨量對青貯玉米的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量有極顯著影響，與袁慧敏等［30］的研究結果一致。有研究表明，蛋白質含量與花后日均溫和積溫呈顯著負相關，適期播種有利于蛋白質含量的提高［40］。而在本研究中，氣象因子對粗蛋白含量變化影響不大，可能是不同生態區播期、栽培措施和品種特性的差異所致。在青貯玉米生長發育和營養品質形成期間，氣象因子會影響其生長過程中的物質積累與轉化，適宜的氣象條件有利于發揮青貯玉米高產優質的潛力，而不同品種對氣象因子的響應也存在一定差異，可見產量和品質形成是環境與品種特性共同作用的結果。

4 結論

在內蒙古東部中晚熟地區，隨著播期的推遲，青貯玉米生育進程加快，株高和莖粗均呈增加趨勢，但播期對綠葉數影響不顯著。生育期日照時數和降雨量是影響青貯玉米產量形成的關鍵因子，吐絲后有效積溫、日照時數和降雨量對青貯玉米品質形成影響較大。綜合考慮不同播期下4個玉米品種的生物產量和品質，在5月1日左右播種可使內蒙古東部中晚熟區青貯玉米有效利用氣象資源，實現較高的生產潛力，形成優良的品質。