关中地区玉米各生长阶段生理需温状况研究

吕 海 波

(渭南师范学院 农商学院，陕西 渭南714099)



【现代应用技术研究】

关中地区玉米各生长阶段生理需温状况研究

吕 海 波

(渭南师范学院 农商学院，陕西 渭南714099)

利用陕西关中地区1953—2013年每10年温度数据，对4月7日(早播)及6月10日(晚播)种植的玉米在5个生长期(播种—出苗、出苗—拔节、拔节—抽雄、抽雄—授粉、授粉—成熟期)的气温条件进行评价。早播玉米拔节—抽雄期气温偏低、授粉—成熟期气温偏高，晚播玉米出苗—拔节期气温偏高；早播玉米高的气温异常率主要在发育早期，日极端低温低于下限的天数较多；晚播玉米气温异常率在出苗—拔节期和授粉—成熟期较高，表现为高温胁迫，随着气候变暖，高温胁迫形式仍将继续存在。

生理需温；温度胁迫；全球变暖

0 引言

1850年以来，全球各气象数据的记录表明[1]，1906—2005年全球气温正以0.74℃/年的速度升高。实测数据分析以及数据模拟发现，未来全球气温将继续上升，气候正趋于变暖。研究全球变暖对人类造成的影响及应对策略，已成为紧迫的科学任务，气候变暖对各方面的影响已成为人们关注的焦点。在农业方面，温度升高意味着区域积温和活动积温的升高，延长了作物的生长期，从而提高区域的气候生产潜力；气温升高还可以促进作物的新陈代谢，加速作物的发育过程，从而达到提高作物产量的目的[2]。气候变暖也可能对农业造成负面影响，如极端温度的出现频率增加，可能造成局部作物遭受冷害或者高温灼伤。

关中平原面积约3.4×104km2，西起宝鸡，东至潼关，海拔约325～800 m，长约300 km。关中地区属渭河冲积平原，大陆性气候，冬春降水较少，春旱、伏旱频繁。玉米是一年生禾本科草本植物，是关中地区重要的粮食作物和饲料来源，因而玉米的适应性研究广受关注。气温是保障玉米各生长阶段正常发育的重要保障，只有在气温符合要求时，才能完成生长过程，以获得理想产量。在温度达不到要求时，玉米的生长会受到不同程度的影响。研究证明，在生长季节短的春播玉米区，早播会使幼苗遭受短期春霜危害，开花期由于高温干旱，含60 %水分的花粉部分，在散粉后1～2小时内将迅速失水，逐渐干枯而丧失生长能力；同时花丝也会因高温造成存活时间缩短，因过早枯萎而影响授粉，玉米穗出现秃顶、缺粒的现象，成熟期温度高于25 ℃以上时，将使籽粒迅速脱水，出现高温逼熟现象[3-4]。在气温变暖的今天，评价玉米各阶段的温度适应性对于服务农业、提高产量有着重要意义。

研究发现，玉米的生长率与温度密切相关，平均气温每升高1℃，出苗率提升17%；气温每下降1℃，生育期将推迟10天，严重低温冷害可导致减产10%以上。[5]靳英华等[6]分析了1961—2010 年的气候资料，发现充分利用增加的热量资源，吉林省半干旱区玉米播种期可提前至4月11日。米娜等[7]从辽宁气温变化状况推算玉米适种时间，发现大部分地区玉米早播和晚播应分别在4月中下旬与5月中旬。气温变暖后，生长季延长、积温增加，玉米应适时早播。本研究通过对西安过去60年的气温分析，旨在探讨关中地区玉米种植各阶段的温度变化情况，目的在于为当地玉米种植提供参考。

1 资料来源与研究方法

1.1 数据来源

数据来源于各省、市、自治区气候资料处理部门逐月上报的“地面气象记录月报表”信息化资料，在中国气象共享网下载。

1.2 研究方法

据实际调查，关中地区玉米种植时间根据冬季作物调整时间，早期玉米大约种植于4月上旬，由于冬小麦错过早种时节的则于麦收后的6月上旬种植，为了对比方便，本文取各年4月7日和6月10日作为种植时间。根据玉米各生长期时间，对1953—2013年每10年的日气温数据进行分析，为了得到可靠的参考数据，本文调查了玉米生理专家及相关文献，发现玉米各生长阶段需温要求并没有一致的结论，笔者整理了各种结论(见表1)，并以此为根据取得本文的温度标准。

2 研究结果

玉米在生长过程中，可根据生长状态分为播种—出苗期、出苗—拔节期、拔节—抽雄期、抽雄—授粉期、授粉—成熟期。各生理期的标准如下：(1)播种期：播种到幼苗出土；(2)出苗期：幼苗出土到2 cm；(3)拔节期：植株雄穗伸长，茎节总长度达2～3 cm，叶龄指数30左右；(4)抽雄期：植株雄穗尖端露出顶叶3～5 cm；(5)授粉期：植株雄穗开始散粉；(6)成熟期：授粉后至玉米收割。

各生长阶段时长见表1。

表1 玉米各生长期气温及生长时间

2.1 玉米各生长期气温状况

从过去60年的日均温度情况看(如图1所示)，关中地区4月7日播种的玉米在播种—出苗、出苗—拔节、抽雄—授粉期基本在温度要求范围内，未出现明显温度制约，且较接近玉米出苗最适温度；拔节—抽雄期1953—1993年表现出温度偏低的特点；授粉—成熟期温度偏高，除了1983年、2003年以外，其他年份都高于温度上限。

6月10日播种的玉米在播种—出苗期、拔节—抽雄期、抽雄—授粉期及授粉—成熟期基本符合温度要求；出苗—拔节期温度偏高，各年温度接近或高于温度上限，2003年及2013年尤为明显。

图1 玉米各生长期气温状况

2.2 玉米各生长期气温异常率状况

为反映玉米各生长期超出气温要求的天数比例，引入气温异常率这一概念：

气温异常率=(日最高温度高于上限的天数+日最低温度低于下限的天数)/(生长期天数×2)。

研究发现(见表2)，4月7日播种的玉米在早期(抽雄以前)低于温度下限的情况较多，播种—出苗期主要表现在1993年以前，出苗—拔节期、拔节—抽雄期各年异常率都偏高；抽雄—授粉期低温和高温胁迫同时存在，异常率较高；授粉—成熟期表现出高温胁迫，异常率有逐渐变高的时间趋势。

6月10日种植的玉米播种—出苗期未出现温度胁迫情况，出苗—拔节期异常率在各年都较高，拔节—抽雄期、抽雄—授粉期异常率不高，授粉—成熟期存在较高的异常率，主要为高温胁迫。

3 讨论

3.1 玉米的气温适应状况

气温对玉米生长的影响已被广泛认同。对玉米各生理期温度进行对比，结果发现，4月7日种植的玉米在拔节—抽雄期气温偏低，可能会造成植物体内在茎基部分化蘖原基，拔节期分蘖较多。另外，低温也可能造成生育期延迟；在授粉—成熟期出现高温胁迫，影响淀粉酶活性，养分合成及转移减慢，成熟延迟，粒重降低而造成减产。6月10日播种的玉米在出苗—拔节期温度偏高，特别是随着气温逐年变暖，这一趋势可能仍将持续，这一时期应注意保水保墒，避免因温度过高出现苗叶卷曲和萎蔫现象。

表2 玉米各生长期气温异常率

气候变暖后玉米生长期温度发生变化，热量资源的变化对玉米播种期的影响已成为研究热点，适当调整种植时间以适应气温变化显得非常必要。从研究结果看，关中玉米在出苗期温度较高，适当早播受低温威胁的可能性较小，同时可以减缓成熟期高温胁迫，但早播玉米在拔节—抽雄期气温偏低，如提早播种，这一问题更应注意采取预防措施。尽管平均温度适合玉米生长要求，但每日出现的瞬时温度会导致玉米生长障碍。瞬时温度对玉米生长的影响研究目前较少，其影响效果尚待研究。本研究从概率方面统计超出玉米生长要求的瞬时温度，以期反映玉米生长的温度适应性。从每日出现的极限温度看，4月7日早播玉米在发育早期受低温胁迫较多，成熟期则为高温胁迫；6月10日晚播玉米在中期(出苗—拔节期)及后期(授粉—成熟期)都表现为高温胁迫，对玉米生长有一定影响。

全球变暖后玉米种植的调整可有效提高产量，但气温指标的采用并不一致，如吕佳佳等[10]采用气候倾向率统计的指标，对东北地区现有推广品种及救灾品种最迟播种日期的空间分布进行分析。随着全球气候变暖趋势，关中早播和晚播玉米温度胁迫现象也会发生变化。从研究结果看， 4月7日播种玉米在拔节—抽雄期尽管在1993年以前低于或接近于温度下限，但随着2003年及2013年温度升高，逐渐符合气温要求；6月10日种植的玉米在出苗—拔节期以及授粉—成熟期温度有逐年上升的趋势，温度有超出上限的风险。从温度异常率看，早播玉米成熟期及晚播玉米中后期高温趋势不容乐观。

3.2 低温冷害和高温胁迫的防治措施

拔节期低温影响生长发育速度，主要防治措施有：(1)选用适合当地的优质玉米良种；(2)根据气温状况调节播种时间，尽量避免冻害与高温灼伤危害；(3)有条件地采用地膜覆盖栽培。

降低冻害措施：拔节时期注意土壤保水保墒，适当灌溉施肥，保持土壤湿度也有利于增加土壤热容量，减少昼夜温差。另外，适当的熏烟也有利于减少土壤的长波辐射，增加土壤辐射差额。

早播玉米成熟期及晚播玉米中后期有高温趋势，较为常用的防治措施有：(1)改善灌溉条件；(2)优先选用抗旱品种； (3)注意水分保障；(4)在高温干旱期间，玉米花粉传粉能力下降，结实率容易下降，可利用人工授粉的措施，增加玉米授粉几率，减少高温干旱的危害； (5)气温升高，CO2含量增加的情况下，应注意水肥的跟进，尤其在玉米关键生长点。玉米破口期、抽穗期、灌浆期注意喷肥喷水，既能降温增湿，又能增加植株穗部水分，提高籽粒饱满度。

4 结语

关中地区早播玉米应注意拔节—抽雄期气温偏低、授粉—成熟期气温偏高，晚播玉米在出苗—拔节期气温偏高，应注意高温干旱所造成的危害。

早播玉米气温异常率主要在发育早期，日极端低温低于下限的天数较多；晚播玉米在出苗—拔节期和授粉—成熟期则表现为高温胁迫。

关中地区玉米在个别生长时段，存在低温危害和高温胁迫，结合本区实际种植条件，建议在危害时期通过增加灌溉和施肥来减少危害，有条件的可采取遮阳膜覆盖和熏烟等方式减小高温和低温的危害。

[1] 周义,覃志豪,包刚.气候变化对农业的影响及应对[J].中国农学通报，2011，(32):299-303.

[2] 郝楠,王延波,李月明.温度对玉米种子萌发特性的影响[J].玉米科学，2013，(4):59-63.

[3] 李伟.玉米对温度的要求[EB/OL].(2010-05-31)[2016-03-12].http://www.formers.org.cn/article/showarticle.asp?articleID=56214.

[4] 王步奇.玉米各生育阶段对温度的要求[EB/OL].(2012-05-31)[2016-03-12].http://www.ynagri.gov.cn/cx/sb/news3318/20130315/3830732.shtml.

[5] 王琪,马树庆,郭建平，等.温度对玉米生长和产量的影响[J].生态学杂志，2009，(2)：255-260.

[6] 靳英华,周道玮,秦丽杰．适应气候变化的吉林省半干旱区玉米播种期[J]．应用生态学报，2012,23(10):2795-2802.

[7] 米娜,纪瑞鹏,张玉书,等.辽宁省玉米适宜播种期的热量资源分析[J]．中国农学通报,2010,26(18):329-334.

[8] 杨军,包永青,王德海,等.玉米生长发育过程对环境条件的要求[J].现代农业科技,2008，(11):250-251.

[9] 玉米基础知识[DB/OL].(2010-10-26)[2016-03-12].http://www.360doc.com/content/10/1026/17/3091032_64223093.shtml.

[10] 吕佳佳,王秋京,闫平,等.基于气温资料的黑龙江省玉米播种期分析[J].中国农业气象,2014,35(1):68-73.

【责任编辑 马小侠】

Analysis on Physiological Temperature Needs for Corn Growth in Guanzhong Area

LV Hai-bo

(School of Agricultural and Business，Weinan Normal University, Weinan 714099, China)

To study the suitable temperature condition of corn growth in Guanzhong area, the temperature conditions of five growth periods (sowing-emergence, emergence-jointing, jointing- pumping, pumping-tasseling, tasseling-maturity) for early sowing (planted in April 7) and late sowing (planted in June 10) corn were evaluated by analyzing measured air-temperature data in every 10 years from 1953 to 2013. The study found, for early sowing corn, air-temperature in the jointing-pumping stage was lower, while was higher in the tasseling-maturity stage. For late sowing corn, air temperature was high in the emergence-jointing stage. The abnormal rate of air-temperature were higher, both for early sowing corn in the early growing stage, days of extreme low temperature lower than the lowest temperature demand were more, and the late sowing corn in the emergence-jointing and tasseling-maturity stage predicts higher temperature stress which will persist in the background of climate warming.

physiological temperature needs; temperature stress; global warming

S513

A

1009-5128(2016)24-0030-05

2016-03-29

陕西省教育厅专项科研计划项目:水位变化对芦苇湿地土壤呼吸及贡献率影响研究(16JK033)；渭南师范学院科研计划项目:芦苇湿地带状废水排放造成的重金属土壤扩散及相应特征(14YKS004)

吕海波(1980—)，男，山西永济人，渭南师范学院农商学院副教授，理学博士，主要从事气候变化研究。