基于分期播种的气候变暖对周口夏玉米生长发育与产量的影响研究

檀艳静

(周口市气象局，河南 周口 466000)

IPCC第五次评估报告指出，过去130a的气候变化是史无前例的，全球平均气温升高了0.85 ℃，21世纪后气温变化更显著[1]。全球气候变暖带来的气温、降水、光照等气候要素的变化，对农业生态环境以及作物生长发育和产量形成将造成显著影响[2～3]。国内外许多学者在气候变化对农业生产的影响方面做了大量而卓有成效的工作[4～6]。近年来，关于气候变化对农作物生长及产量影响的研究较多，主要研究方法有试验法、统计分析法和模型预测法。试验法是农业气象和生态学中普遍采用的传统研究方法，而分期播种技术是研究气候变化影响时被广泛采用的研究手段之一，它可以在自然农业条件下模拟出不同的气候变化情景，通过可观测到的气象要素变化、作物生长及产量变化，建立相应的数学模型，分析气候变化对农作物生长发育和产量的影响。梁秀兰等[7]通过分期播种试验，探讨了广东省玉米适宜种植季节和播种期。马树庆等[8]利用分期播种资料研究了气候变化对东北玉米生长和产量的影响。段长春等[9]认为在水分适宜的条件下，不同播期的玉米干物质积累和产量变化与光照、10℃积温呈正相关。研究发现[10～11]，不同生态区由于温度和日照时数的变化，导致分期播期对玉米籽粒灌浆速率、百粒重、干物质积累等的影响程度不同，但对于品种因素考虑较少。鉴于此，基于分期播种试验，探讨气候资源变化对玉米生长发育和产量的可能影响，以期为玉米生产趋利避害、评估气候变化对其影响等方面提供参考。

1 试验资料及分析方法

1.1 试验设计

试验地点在周口地区气象局泛区农业气象试验站，自2017年5月27日至6月20日，每隔4 d设置一个播期，共计7个播期。试验依播期按照顺序排列，以播期为主区、品种为副区，小区行长10 m，行距0.6 m，株距0.28 m，每品种8行，播期间间距1 m。

1.2 观测项目

发育期观测：播种、出苗、七叶、拔节、抽雄、开花、吐丝和成熟，以《农业气象观测规范》发育期观测标准观测记录。

植株形态指标：株高、穗位高、茎粗。

产量构成要素：穗粒数、穗粒重和百粒重，以《农业气象观测规范》产量结构分析标准观测记录。

1.3 气象资料的采集

收集每个播期相应时段气象资料，主要包括日平均气温、日最高气温、日最低气温、日照时数、降水量，资料来源于泛区气象局地面观测。

1.4 分析方法

基于分期播种资料，分析不同播期、不同品种发育期、植株形态、果穗形态、产量要素等的变化，采用多元线性回归分析法分析植株形态、果穗、产量要素等与气候资源的关系，显著性检验采用相关分析法，利用SPSS统计软件、Matlab等软件分析处理数据。

2 结果与分析

2.1 不同播期下玉米生育进程变化

各品种播种-出苗的天数没有差异，均为5～6 d。浚单29不同播期下营养生长期的天数变异较小，新单29苗期天数变异较大，浚单29苗期6月20日播种比5月27日播种缩短了2 d，新单29苗期6月20日播种比5月27日播种缩短了5 d。各品种营养生长和生殖生长并进阶段的天数不存在差异，6月20日播种比5月27日播种缩短了2～3 d。生殖生长期天数不同品种存在差异，浚单29随播期变化较小，6月20日播种比5月27日播种延长了3 d；新单29随播期变化较大，6月20日播种比5月27日播种延长了5 d。夏玉米不同发育进程随播期变化不一致，营养生长期和生殖生长期天数随播期变化较大，营养生长和生殖生长并进阶段变化较小。夏玉米不同发育进程各品种之间也有一定差异，浚单29各发育进程随播期变化较小，新单29各发育进程随播期差异较大。

早播的夏玉米营养生长期长，为吐丝前营养物质的积累提供了时间保障，但是推迟了穗分化开始的日期、缩短了生殖生长期；晚播的夏玉米虽然缩短了营养生长期短，但是提前了穗分化开始的日期、延长了生殖生长期。由此可见，夏玉米随播期的推迟，前期营养物质积累时间缩短，后期灌浆时间延长，且早播夏玉米全生育期天数大于晚播全生育期天数。

2.2 不同播期下玉米植株形态变化

在6月上旬前，播期推迟、株高增高，在6月上旬后，播期推迟、株高降低。不同品种的株高最高点出现时间不一致，浚单29株高最高的播期在6月8日，新单29株高最高的播期出现在6月4日，均在6月上旬。浚单29的株高最低点出现在6月20日，新单29的株高最低点出现在5月31日。浚单29株高随播期变化较大，变化范围在27.1 cm，新单29变化较小，变化范围在21.6 cm。浚单29 的平均株高低于新单29。

不同品种的穗位高随播期变化不一致。浚单29于5月27日播种的穗位高最高，之后随播期呈单峰分布，新单29随播期呈双峰分布，穗位高最低点出现在6月8日。浚单29早播期的穗位高高于晚播期的穗位高，新单29晚播期的穗位高高于早播期的穗位高。浚单29穗位高随播期变化较大，变化范围在27.4 cm，新单29变化较小，变化范围在18cm。

不同品种的茎粗随播期变化一致，呈单峰分布。5月31日播期的茎秆最粗，其次是6月4日。随播期推迟，茎秆越细。浚单29茎粗随播期变化较大，变化范围在0.46 cm，新单29变化较小，变化范围在0.38 cm。

2.3 不同播期下玉米果穗形态变化

夏玉米的果穗长、凸尖比、穗粒数受播期影响较大，果穗粗受影响较小。浚单29晚播处理的果穗长比早播处理缩短了6.1%，新单29晚播处理比早播处理缩短了9.1%。浚单29晚播处理的果穗粗比早播处理下降了1.3%，新单29晚播处理的果穗粗比早播处理增加了1.6%。凸尖比随播期的推迟显著增加，尤其是新单29，新单29晚播处理的凸尖比比早播处理增加了1.2倍。穗粒数受播期影响较显著，浚单29晚播处理的穗粒数比早播处理减少了7.9%，新单29晚播处理的穗粒数比早播处理减少了10.0%。

同一播期下，浚单29的果穗长小于新单29的果穗长，浚单29的果穗粗大于浚单29的果穗粗。同一播期下，浚单29的凸尖比小于新单29的凸尖比，浚单29的穗粒数大于新单29的穗粒数，尤其是晚播浚单29的凸尖比要远远小于晚播新单29的凸尖比。晚播处理的夏玉米花期遭遇高温、干旱灾害，导致果穗凸尖、缺粒的现象明显。

2.4 不同播期下玉米产量及产量构成要素变化

2.4.1 不同播期下玉米百粒重变化 不同品种夏玉米百粒重受播期影响变化如图1所示，不同品种的百粒重随播期变化一致，基本呈单峰分布。6月8日播期的百粒重最大，其次是6月4日，随着播期的推迟和提前，百粒重变小。浚单29百粒重随播期变化较大，变化范围在5.67 g，新单29变化较小，变化范围在3.45 g。浚单29 的平均百粒重略大于新单29。晚播夏玉米籽粒灌浆时气温较其他播期夏玉米的气温低，虽然灌浆时间长但灌浆速率降低，百粒重小于6月4日和8日播种的百粒重；早播夏玉米籽粒灌浆初期遭遇高温天气，灌浆速率低且灌浆时间短，百粒重最小。

2.4.2 不同播期下玉米产量变化 不同品种夏玉米理论产量受播期影响变化如图2所示，不同品种的理论产量随播期变化一致，基本呈单峰分布。浚单29于5月31日播种的理论产量最大，其次是6月4日，新单29于6月8日播种的理论产量最大，其次是6月4日。随着播期的推迟，理论产量明显明显变小。浚单29百粒重随播期变化较大，变化范围在225.3 g·m-2，新单29变化较小，变化范围在161.3 g·m-2。浚单29 的平均理论产量大于新单29。

2.5 气候要素对夏玉米产量要素及产量的定量化影响

为了进一步探讨气候要素对玉米产量构成及产量要素影响的定量关系，对玉米全生育期内气候要素(积温、降水、日照时数)与产量要素及产量作线性拟合。表1为产量构成与气候要素的多元回归方程及偏相关系数，百粒重与气候要素回归方程R2=0.36，穗粒数与气候要素回归方程R2=0.56，理论产量与气候要素回归方程R2=0.65。结果表明百粒重、穗粒数和理论产量与积温、日照时数为正相关关系、与降水为负相关关系，即积温和降水对其影响为正效应，降水对其影响为负效应。气候要素与产量要素进行相关分析，积温与产量要素通过了0.01水平的显著性检验，日照时数与产量要素通过了0.05水平的显著性检验，说明积温和日照时数是影响玉米产量的关键因子，降水对其影响较小。

图1 夏玉米百粒重 图2 夏玉米理论产量

气候要素回归方程标准化系数偏相关系数百粒重穗粒数理论产量百粒重穗粒数理论产量积温1.190.760.710.71∗∗0.73∗∗0.74∗∗降水量-0.54-0.35-0.41-0.34-0.21-0.36日照时数0.131.371.800.140.61∗0.62∗

注：*表示通过了0.05水平的显著性检验，**表示通过了0.01水平的显著性检验。

3 结论

播期对夏玉米营养生长期和生殖生长期天数影响较大，对营养生长和生殖生长并进阶段影响较小。夏玉米不同发育进程各品种之间也有一定差异，浚单29各发育进程随播期变化较小，新单29各发育进程随播期差异较大。播期对夏玉米株高影响较小，对穗位高影响、茎粗较大。播期对不同品种的形态影响不一样，浚单29的植株形态受播期影响较大，新单29受影响较小。灌浆速率受播期影响显著，晚播夏玉米灌浆速率较小。同一播期下，新单29的灌浆速率峰值略小于浚单29的灌浆速率峰值。

夏玉米的果穗长、凸尖比、穗粒数受播期影响较大，果穗粗受影响较小。同一播期下，浚单29的果穗长小于新单29的果穗长，浚单29的果穗粗大于浚单29的果穗粗，浚单29的凸尖比小于新单29的凸尖比，浚单29的穗粒数大于新单29的穗粒数。随着播期的推迟和提前，百粒重变小。浚单29百粒重随播期变化较大，新单29变化较小。随着播期的推迟，理论产量明显变小。浚单29百粒重随播期变化较大，新单29变化较小。

株高、穗位高和茎粗与积温为正相关关系，与降水和日照时数为负相关关系。果穗长与积温为负相关关系、与降水和日照时数为正相关关系，果穗粗与积温为负相关关系、与降水和日照时数为正相关关系，凸尖比与积温和日照时数为正相关关系、与降水为负相关关系。百粒重、穗粒数和理论产量与积温、日照时数为正相关关系、与降水为负相关关系，并且积温和日照时数是影响玉米产量的关键因子。