冬小麦–夏玉米周年生产条件下夏玉米的适宜熟期与积温需求特性

任佰朝 高 飞 魏玉君 董树亭 赵 斌 刘 鹏 张吉旺



冬小麦–夏玉米周年生产条件下夏玉米的适宜熟期与积温需求特性

任佰朝**高 飞**魏玉君 董树亭 赵 斌 刘 鹏 张吉旺*

山东农业大学农学院 / 作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018

本研究旨在探讨冬小麦–夏玉米周年生产条件下黄淮海区夏玉米的适宜熟期与积温需求特性。选用郑单958 (ZD958)、先玉335 (XY335)、登海605 (DH605)、登海618 (DH618)和登海661 (DH661), 设置5月21日、5月31日、6月10日和6月20日4个播期, 研究表明, 播期对夏玉米生理成熟所需积温无显著影响, 各品种生理成熟所需要的积温主要取决于品种自身的特性, DH618、XY335、ZD958、DH605、DH661的生育期和生理成熟所需要积温分别为110、112、116、116、121 d和2800、2880、2945、2950、3025°C d。冬小麦-夏玉米周年生产条件下, 夏玉米最大可能的生长期约107~112 d (自6月15日至10月1~5日), 积温约2800°C d, 难以满足现有品种的生产需要。夏玉米直播晚收、冬小麦适期晚播有利于周年产量提高, 但目前广泛推广的夏玉米品种生育期过长(约120 d), 适时晚收仍难以完全生理成熟, 机收籽粒损伤严重。可见, 冬小麦–夏玉米周年生产条件下夏玉米最大可能的生长期和有效积温不能满足目前广泛推广的夏玉米品种所需生育持续期和积温, 且适时晚收仍难以完全生理成熟, 黄淮海区亟需生育期适宜(生育期≤107 d)的高产夏玉米新品种。

夏玉米; 积温; 生育期

黄淮海区域光温资源丰富, 但利用率低, 光能利用率仅为1%~2%, 远低于作物理论最大光能利用率5%~ 6%[1]。冬小麦–夏玉米一年两熟的种植方式是黄淮海地区传统种植方式, 该种植方式存在冬小麦因冬前旺长和春季冻害而减产, 周年生产光温资源不足矛盾突出, 夏玉米麦套改直播后生育期不足, 收获时籽粒乳线仅形成1/2, 千粒重低, 成熟度低, 不利于机械化生产等问题[2-3]。随着气候变暖趋势的持续(IPCC, 2013)[4], 黄淮海地区秋末、冬初气温升高, 作物生长期后延, 为夏玉米晚收提供条件, 且冬小麦适期晚播有利于干物质向籽粒的转移, 穗粒数和千粒重显著提高[5-6]。虽然“双晚”栽培技术(即夏玉米适当晚收、冬小麦适期晚播)充分利用了冬前有效光温资源, 是提高周年资源配置, 实现周年高产高效的重要途径[7-8], 但现有夏玉米品种生长期过长(110~120 d), 即使夏玉米收获时间延迟至10月1日, 生长期约107 d, 也难以达到生理成熟[9]。随着现代化水平的不断提高, 农业机械在生产中的应用逐步扩大, 机收夏玉米籽粒含水量低于30%时对籽粒伤害减小[10]。我国黄淮海区域主要种植制度是冬小麦–夏玉米一年两熟, 随着水肥条件的改善和机械化作业的发展, 两茬复种比例上升, 但可利用的生长期仍只有90~110 d, 若扣除农耗期, 可利用积温更少, 收获时玉米籽粒含水量高于35%, 机械损伤严重, 难以实现机收籽粒, 不利于农业现代化水平的提高[10]。因此, 通过延长生育期以获得高产的栽培措施并不理想, 亟需生育期适宜、后期脱水速率快的中早熟高产夏玉米品种。此外, 在实际生产中玉米生育期的概念不明确, 各育种单位及育种家对自己育成品种的熟性类型自主定义, 各品种的生育期和积温值不准确[11]。本文旨在研究冬小麦–夏玉米生产条件下黄淮海区夏玉米生理成熟所需要的积温和生育期, 探讨其适宜的熟期和积温特性, 为高产高效夏玉米新品种的选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

2012年在山东农业大学试验农场(泰安), 2013年在山东农业大学试验农场、枣庄市农业科学院和淄博市农业科学院进行试验。

2012年选用郑单958 (ZD958)、先玉335 (XY335)和登海661 (DH661) 3个品种, 2013年选用ZD958、DH661、登海605 (DH605)和登海618 (DH618) 4个品种。设5月21日(播期I)、5月31日(播期II)、6月10日(播期III)、6月20日(播期IV) 4个播期。小区面积10 m×3 m, 3次重复, 随机排列。播种前精细整地, 造墒。种植密度67 500株 hm–2, 按12 000 kg hm–2的产量水平施肥, N 250 kg hm–2, P2O5120 kg hm–2, K2O 200 kg hm–2, 氮肥于拔节期和大喇叭口期各施40%和60%, 磷钾肥于拔节期一次性施入。其他田间管理措施同普通生产田。

2005—2010年在莱州、兖州、岱岳、临邑等不同生态区夏玉米高产田调查高产夏玉米实际生长期及其产量。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 生育进程 播种后及时观察并记录各处理出苗、拔节、抽雄、开花和籽粒生理成熟的时间, 籽粒生理成熟以果穗中下部籽粒黑层出现且乳线消失的日期为准。夏玉米从播种至生理成熟整个生长发育过程所用时间为生育期。

1.2.2 生育期内积温 气象资料分别由泰安市、枣庄市和淄博市气象局提供, 包括第一期播种到最后一期收获时每天的日最高温、日最低温。参照严定春等(2004)方法计算积温[12]。

第天的累积积温= Σ[(max+min)/2], 其中,max和min为第天的最高和最低气温(10℃

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2003处理数据。用SPSS 17.0软件统计与分析数据。用SigmaPlot 10.0作图。试验数据分析以泰安市2013年为主。

2 结果与分析

2.1 生育期

由表1可知, 各品种的品种审定生育期<目前实际生长期<最大可能生长期<实际生育期。品种审定生育期与实际生育期差异显著, 5个品种登海618、先玉335、郑单958、登海605、登海661审定的生育期比实际生育期分别少4、14、13、15、10 d。冬小麦–夏玉米周年生产条件下黄淮海地区的夏玉米目前实际生长期自6月15日至9月20~25日, 共97~102 d, 比ZD958的实际生育期少14~19 d。在现在推行的夏玉米适时晚收栽培措施下, 最大可能生长期延长了10 d, 至10月1~5日收获, 但仍比ZD958实际生长期少4~9 d, 比DH661实际生长期短9~14 d。说明玉米品种的实际生育期过长, 即使延迟收获仍不能达到完全生理成熟。

2.2 积温

由表2和表3可以看出, 同一品种夏玉米在5月下旬至6月中旬播种时, 达到完熟时全生育期所需积温基本相同。DH618、XY335、ZD958、DH605和DH661完熟时所需要的积温依次为2780~2820、2880、2900~2990、2900~2990、3000~3050°C d, ZD958与DH605基本相同, 其他品种差异显著; 达到完熟时全生育期需要积温最多的品种是DH661, 最少的品种是DH618。

表1 不同夏玉米品种的审定生育期、实际生育期、目前实际生长期和最大可能生长期

同列标以不同小写字母的值差异达0.05显著水平。

Values followed by different letters in the same column are significantly different at the 0.05 probability level.

表2 不同夏玉米品种的生育期和积温以及播期调控(泰安, 2012)

在不同品种中同列标以不同小写字母的值差异达0.05显著水平。

Values followed by different letters in the same column are significantly different at the 0.05 probability level for each hybrid. AT: accumulated temperature; DMT: daily mean temperature.

同一品种夏玉米, 全生育期天数随播期推迟先缩短后延长, 不同播期间全生育期天数相差3~8 d; 品种间差异显著, DH661全生育期天数比DH618长10~15 d; 泰安全生育期天数与淄博相近, 大于枣庄; 2013年泰安地区播期Ⅲ DH618、XY335、ZD958、DH605、DH661全生育期天数依次为110、112、116、116、121 d。开花前天数随播期推迟而减少, 播期Ⅳ开花前天数比播期I减少3~9 d, 不同品种开花前天数差异不显著; 开花后天数随播期推迟增加, 开花至完熟天数延长5~14 d, 品种间差异显著,表现为DH618

播期对夏玉米开花至完熟生育进程的影响大于开花前, 夏玉米日均温与生育期变化规律相反, 全生育时期日均温呈先升高后降低趋势; 品种间表现为DH618>ZD958、DH605>DH661, 2013年泰安、淄博、枣庄播种的DH618分别比DH661高4.31%、3.66%、2.32%; 生态区间表现为枣庄>淄博>泰安。开花前日均温随播期推迟呈逐渐升高趋势, 生态区间表现为枣庄>淄博>泰安。开花后日均温随播期推迟逐渐降低, 生态区间表现为: 枣庄>泰安>淄博(表3)。

随播期推迟, 3个生态点玉米生育期内积温显著降低, 泰安、淄博、枣庄6月20日播种的积温比5月30日播种的分别降低15.42%、19.17%和15.55%, 淄博降幅最大。不同播期下, 3个生态点的积温表现为枣庄最大, 泰安次之, 淄博最小。由ZD958、DH605、DH618和DH661四个品种完全成熟需要的积温分别为2950、2945、2800和3025°C d可知, 泰安和淄博地区夏玉米达到完熟的播期, DH618应早于6月10日, ZD958和DH605应早于6月5日, DH661应早于5月30日; 枣庄地区夏玉米达到完熟的播期, DH618应早于6月15日, ZD958和DH605应早于6月10日, DH661应早于6月5日。可见, 山东地区6月15日后播种的夏玉米, 收获时均不能完全生理成熟(表4)。此外, 不同生态区夏玉米高产攻关试验的生长期均在120 d以上(表5)。

表3 不同夏玉米品种的生育期和积温以及播期调控(2013)

(续表3)

表4 播期对不同夏玉米品种生育期内的积温影响

同列中标以不同小写字母的值差异达0.05显著水平。

Values followed by different letters in the same column are significantly different at the 0.05 probability level.

表5 不同生态区高产夏玉米品种登海661的产量与生长期

3 讨论

黄淮海地区光温资源丰富, 但存在利用率低的问题, 调节光温在夏玉米各生育阶段的分布, 是提高该地区光温利用率的有效途径。前人研究表明, 玉米籽粒产量与生育期内有效积温呈正相关[13-14], 中晚熟品种成熟需要的有效积温为2500~2800℃ d。光温对玉米生育期影响显著, 推迟播期则生育进程缩短[15-17]。郑洪建等[2]认为, 影响生育期的主要因素是日均温, 两者呈极显著负相关。播期调整显著影响夏玉米生长环境, 适宜的播期是充分利用生态环境中光温资源的保障[18-19]。本研究表明, 随播期推迟夏玉米生育期呈现先缩短后延长的趋势。各阶段生育进程与日均温呈显著负相关, 早播时前期温度相对较低, 延长了播种至开花的生育进程; 晚播时后期温度较低, 延长了吐丝至生理成熟的进程。适当调整播期, 可以使夏玉米生育期处于有利的光温资源条件下, 便于充分利用气候资源, 是促进玉米高产, 形成良好生理特征的保障。播期对夏玉米品种达到生理成熟所需的积温无显著影响, 品种的温度需求基本稳定, 各品种完熟需要的积温主要取决于品种特性, 即播期不同导致生育期的变化, 其根本原因是玉米生长发育时期的温度条件变化。此外, 不同试验点之间的积温和生长期等存在显著差异, 说明不同生态区的积温和生长期各有不同。因此, 要选择适合本生态区生育期的品种。不同生态区之间的差异主要是由于不同生态区的积温等气候条件的不同所致, 因此在选择品种时要充分考虑到不同生态区间的积温等气候因素的差异。此外,在实际生产中玉米生育期的概念不明确, 各育种单位及育种家对自己育成品种的熟性类型自主定义, 生育期和积温值不准确[11]。我国目前推广面积最大的玉米品种是郑单958, 被全国大部分省区认定为中晚熟类型的对照种,山东省审定的夏播生育期为103 d左右; 登海605适宜在中等肥力以上地块栽培, 国家审定的生育期为101 d; 登海661作为高产攻关品种在高肥、高水条件下利用, 山东省审定的生育期为110 d。本研究表明, DH618、XY335、ZD958、DH605、DH661的实际生育期为110、112、116、116和121 d, 达到生理成熟所需要积温分别为2800、2880、2950、2945、3025°C d, 远高于晚熟品种的生育期(95~115 d)和积温(2200~2500°C d)[20]。可见, 目前我国推广的夏玉米实际生育期显著大于品种审定生育期, 属于中晚熟或晚熟品种, 而我国黄淮海区域夏玉米可利用生长期不足110 d。收获时难以达到生理成熟, 籽粒成熟度不足, 玉米籽粒含水量高于35%, 机械损伤严重, 不利于农业现代化水平的提高。因此, 该地区亟需中早熟且后期脱水快, 收获时玉米籽粒含水量低的高产夏玉米新品种。

由于夏玉米品种的实际生育期较长, 仅仅通过播期的调整不能满足其积温需求。因此, 需要与本地区的温度资源状况相匹配的生育时期适宜的品种。此外, 品种审定生育期<目前生长期<最大可能生长期<实际生育期(表1), 且差异显著。通过调查发现, 不同生态区高产攻关田的夏玉米生育期均不短于120 d (表5), 但即使夏玉米直播晚收结合小麦晚播, 黄淮海地区最大可能生长期自6月15日至10月1日至5日, 共107~112 d, 积温约2800°C d, 但现有夏玉米品种生长期过长(110~120 d), 仍远低于目前推广夏玉米品种实际生育期及达到生理成熟所需积温, 此时收获难以达到完全生理成熟, 含水量高, 不利于机械化生产, 限制了夏玉米产量潜力的发挥, 亟需选育生育期适宜、后期脱水速率快、宜机收的高产夏玉米品种。

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Suitable Maturity Period and Accumulated Temperature of Summer Maize in Wheat–maize Double Cropping System

REN Bai-Zhao**, GAO Fei**, WEI Yu-Jun, DONG Shu-Ting, ZHAO Bin, LIU Peng, and ZHANG Ji-Wang*

State Key Laboratory of Crop Biology / Agronomy College of Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China

Five summer maize hybrids Zhengdan 958 (ZD958), Xianyu 335 (XY335), Denghai 605 (DH605), Denghai 618 (DH618), and Denghai 661 (DH661) were used with treatments of four seeding dates on 21 May, 31 May, 10 June, and 20 June to explore the accumulated temperature and growth period of summer maize in wheat–maize double cropping system. There was no significant effect of seeding dates on the required accumulated temperature making physiological maturity, which mainly depended on the nature of varieties. DH618, XY335, ZD958, DH605, and DH661 had the growth period of 110, 112, 116, 116, and 121 d, and required accumulated temperature of 2800, 2880, 2945, 2950, and 3025°C d, respectively. In wheat–maize double cropping system, the largest possible growth period was 107-120 d (from 15 June to 1-5 October), the accumulated temperature was about 2800°C d, which wasdifficult to meet the needs of production for main maize hybrids. The double late-cropping patterns were conducive to increasing grain yield. However, the growth period (about 120 d) of summer maize hybrids planted most popularly was too long to reach full maturity, resulting in seriousgrain damage when harvest by machinery. In conclusion, at present, the largest possible growth period and accumulated temperature are not possible to satisfy the needs of the production of main maize hybrids in wheat–maize double cropping system, even timely late harvest is still difficult to complete physiological maturity. Therefore, we need early-maturing (growth period ≤ 107 d) and high-yielding summer maize hybrids in the Yellew-Huaihe-Haihe Rivers Plain.

summer maize; growth period; accumulated temperature

2017-03-13;

2017-09-10;

2017-09-28.

10.3724/SP.J.1006.2018.00137

通信作者(Corresponding author): 张吉旺, Tel: 0538-8241485, E-mail: jwzhang@sdau.edu.cn

**同等贡献(Contributed equally to this work)

任佰朝, E-mail: renbaizhao@sina.com; 高飞, E-mail: 1006182152@qq.com

本研究由国家重点研发计划“粮食丰产增效科技创新”重点专项(SQ2017YFNC050063), 国家自然科学基金项目(31671629)和国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-02-20)资助。

This study was supported by the State Key Research and Development Program “Food Production Enhancement and Efficiency Innovation” Key Special Project (SQ2017YFNC050063), the National Natural Science Foundation of China (31671629), and the National Modern Agricultural Technology & Industry System (CARS-02-20).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170928.1842.018.html