湖南省春夏秋三季玉米生长发育及温度胁迫特点研究

郭欢乐，汤 彬，曹钟洋，李 涵，陈松林，陈志辉，2*

(1 湖南省作物研究所，长沙 410125； 2 南方粮油作物协同创新中心，湖南长沙 410128)

玉米是湖南省第一大旱粮作物，也是最重要的饲料来源，具有适应性强、栽培技术简单、产量高、适宜机械化操作等优点，是本地种植结构调整和镉污染区替代种植的重要作物，近年来种植面积增长迅速。从2005到2018年，全省玉米栽培面积由28.2万公顷增长到35.9万公顷，增幅27.3%，稳居旱粮作物首位，成为湖南省仅次于水稻的第二大粮食作物[1]。

玉米在湖南省春夏秋三季均有种植，其中春玉米所占比例最大。夏玉米随着“油菜—夏玉米”等玉米与冬季作物轮作模式的发展，栽培面积不断扩大。秋玉米由于秋季季节性干旱等因素影响，栽培面积较小。湖南省秋季依然有较为丰富的光热资源，在适宜的地区开展秋玉米栽培，也可获得较高的产量和经济效益。目前湖南省春玉米相关研究较多，对夏玉米和秋玉米研究较少。开展春夏秋三季玉米比较分析，对研究玉米相关多熟制具有重要意义。本研究选取两个不同熟期的玉米品种进行春夏秋三季栽培，分析其生长发育进程、籽粒灌浆特点、产量因子构成、生育期气象条件等方面的差异，以为湖南省玉米生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点及品种

试验于2018年在湖南省作物研究所长沙试验田进行，壤土，肥力中等，前茬为玉米。参试品种为早熟品种郑单1002 和中迟熟品种蠡玉6号。

1.2 试验设计

试验设置3个播期，春玉米、夏玉米、秋玉米分别于3月28日、5月14日和7月27日播种。每个播期3次重复，每重复60 m2，采取宽窄行栽培，宽行90 cm，窄行40 cm，种植密度为75 000株/hm2，田间管理与大田相同。

1.3 考察指标及方法

玉米生育期间，记录品种生长发育进程，收集气温、光照等气象资料。雌穗吐丝前，每个品种选取整齐一致的植株40株，将雌穗用硫酸纸袋套上，所有果穗全部吐丝后再将纸袋取下，以保证所有果穗在同一天授粉。吐丝后20 d开始取样，每次取6个果穗，每隔10 d取1次，共取样6次。取果穗中部籽粒，测百粒鲜重，于80℃烘箱烘至恒重，测籽粒百粒重。玉米成熟后按小区全部收获测产，每个小区随机抽取20个果穗考种，记录果穗产量性状。

1.4 数据处理

采用Excel 2013进行数据分析和图表绘制。

2 结果与分析

2.1 春夏秋三季玉米生育进程

由表1可知，两个品种生育期天数均表现为秋季>春季>夏季，其中春季和秋季差别不大，夏季则明显缩短。两个品种3个季节的生育期日平均温度均表现为夏季>春季>秋季(表2)，说明玉米生育期会随着温度的降低而延长。将生育期按吐丝前和吐丝后(即灌浆期)来进行分析，3个季节玉米在两个阶段均有较大差异。吐丝前生长时间为春季>夏季>秋季，吐丝后生长时间为秋季>春季>夏季。从温度数据来看，吐丝前日平均温度为秋季>夏季>春季，吐丝后为夏季>春季>秋季。吐丝前和吐丝后的时间长度均与温度呈负相关关系，较高的气温可以加快玉米生长发育，缩短生育期，而较低的温度则使得玉米生长发育延迟，生育期延长。春玉米与秋玉米在两个生长阶段的时间差异正是由于春玉米前期低温后期高温和秋玉米前期高温后期低温造成的。

表1 不同季节玉米生育进程

表2 不同季节玉米温度数据

2.2 产量性状

两个品种三季产量均表现为春季>秋季>夏季，差异显著(表3)。郑单1002夏播比春播减产19.7%，秋播比春播减产7.9%。蠡玉6号夏播比春播减产24.8%，秋播比春播减产2.3%。从各品种产量构成因素来看，三季产量差异主要表现在穗粒数和百粒重方面。从容重数据可知，两个品种容重均表现为秋季明显大于春夏两季，同时秋季籽粒百粒重大于春夏两季，从灌浆持续期长度可知灌浆持续时间对产量和品质的影响是十分显著的。

表3 不同季节玉米产量性状

注：同品种同列数据后不同小写字母表示差异达显著水平。

2.3 灌浆特点

由于品种间差异在吐丝后20 d才表现较为明显，因此本研究仅从吐丝后20 d开始收集数据。两个品种夏季均在吐丝后40 d籽粒干质量达到高峰，春季为50 d，而秋季为70 d。春夏两季玉米籽粒干质量达到最大值后均开始缓慢降低直至生理成熟，而秋玉米则表现为籽粒干质量持续增加，且前40 d灌浆速率明显低于春夏两季，但灌浆持续期最长(图1A、B)。

2.4 籽粒脱水速率

由图1C、D可知，两个品种籽粒含水量夏季在吐丝后40 d以前低于春季，40 d后春夏两季趋于一致，且在整个灌浆期均明显低于秋季，春夏季籽粒脱水速率明显高于秋季，在吐丝后60 d可满足机收要求，而秋季则在吐丝后70 d籽粒含水量仍然在33%左右，远不能满足机收要求。对比春夏两季和秋季灌浆期气温可知，春夏两季灌浆期日平均气温比秋季高出10 ℃以上，温度是造成籽粒含水量差异的重要原因。

2.5 气象数据分析

分析本试验点1981～2010年4～11月气象数据可知：4～11月的最高气温、最低气温、月均气温和月均日照时间均表现为4～7月逐渐升高，8～11月逐渐下降，11月最低；空气湿度在75%～81%之间，变幅不大；降水量4～7月较多，9、10月最少(表4)。由此可知，春玉米生长处于气温不断上升的过程，至成熟时气温达到一年最高点，生育前期降水较多，末期降水减少。夏玉米生长起始温度高于春玉米，气温迅速升至全年最高，生育中后期处于一年中气温最高时期，且后期伴随干旱发生。秋玉米生长处于降温过程，前期高温，中后期则温度不断下降，降水较少，生育后期出现低温寡照现象。总体来看，春玉米相对夏玉米和秋玉米生长环境较好，不受干旱影响，灌浆期温度相对适宜，而夏玉米的不利因素最多，这也是导致春玉米产量最高，夏玉米产量最低的主要原因。

表4 长沙市1981～2010年4～11月常年气象数据

2.6 温度胁迫规律

温度是影响玉米生长的重要因素[2～4]。有研究表明，当日最高温度高于32 ℃时，产量就会明显降低[5]，如吐丝期气温超过35 ℃时，即便只有3～4 d，也会影响成熟期籽粒干物质量，甚至造成果穗缺粒现象发生[6，7]。当日均气温低于18 ℃时，灌浆速率显著降低，降至16 ℃时灌浆基本停止[8～10]。

由表5可知，4～11月最高温度高于32 ℃和35 ℃的天数，均呈先增加后减少趋势，7、8两个月最多，全月份大部分日期都存在高温胁迫，9～11月逐渐消失。灌浆期低温胁迫主要集中在10月和11月，其中11月最多。

表5 长沙市2015～2019年4～11月平均温度胁迫时间累积

2.7 不同灌浆起始期温度胁迫特点

温度是影响玉米灌浆的主要因素。玉米灌浆期前40 d是最重要的灌浆阶段，此时春夏两季玉米籽粒干质量占到成熟期干质量的96%以上，秋季也在75%以上，因此研究本阶段环境对灌浆的影响最有参考价值。本研究收集了2015～2019年从5月1日至10月18日，共计18个灌浆起始日期分别对应的灌浆后40 d内的温度数据，研究灌浆期温度胁迫与灌浆起始日期的关系。

从表6可知，随着灌浆起始日期推迟，灌浆期平均气温呈现先升高再降低的趋势，从5月1日至7月10日，气温逐渐升高，越来越不适宜灌浆，之后温度降低，越来越有利于灌浆，至9月18日后随着温度进一步降低，再次不利于灌浆。高温胁迫天数方面，从5月1日起便开始出现，但胁迫时间较短，之后随着时间推迟，胁迫天数增加，至7月10～20日达到顶峰，此时几乎整个灌浆期都处于高温胁迫状态，7月20日后开始减少，直至逐渐消失。低温胁迫天数方面，8月29日之前开始灌浆不会出现低温胁迫，之后开始出现，胁迫天数随时间推迟而增加。10月8日以后开始灌浆，则低温胁迫时间超过24 d，几乎不能正常成熟。

表6 2015～2019年不同灌浆起始日期对应的灌浆期内平均气温与平均温度胁迫时间

3 讨论

本研究比较了湖南长沙地区春夏秋三季玉米生长发育、产量性状、生长环境等特点。随着生长环境变化，三季玉米表现出不同的生育进程，生长发育随着气温升高而加快，表现为秋季快于夏季，夏季快于春季。灌浆期温度差异导致灌浆期天数为秋季>春季>夏季。三季玉米在籽粒灌浆和脱水上也表现出明显差异。

产量性状方面，春季最高，秋季次之，夏季最低，但春季与秋季差异不显著。根据本课题组之前研究的秋季播期与产量的模拟结果看，7月15日播种相比7月28日播种，早熟品种产量提高33.0%，中熟品种产量可提高11.6%[11]，因此通过合理安排播期和选择合适品种，秋玉米也可以实现高产。

从本试验结果看，郑单1002春季灌浆起始比蠡玉6号早9 d，使得其高温胁迫日数减少7 d，灌浆期日平均温度降低1.3 ℃；郑单1002秋季灌浆期比蠡玉6号早5 d，使得其灌浆期低温胁迫日数减少3 d，灌浆期日平均气温提高1.4 ℃。因此早熟品种在春秋两季在应对灌浆期温度胁迫方面均具有明显优势。通过提早灌浆，春季可以避开部分后期高温胁迫，秋季可以避开部分后期低温影响，同时使灌浆期处于较为适宜的温度环境中，促进产量和品质性状提升。

湖南省春玉米一般3月底4月初播种，前期气温较低，生长发育较慢，灌浆起始日期在6月10日左右，灌浆阶段不可能完全避开高温。因此，春玉米应尽量早播种并选择早熟品种，采取地膜覆盖增温等方式来加快玉米生长发育，使灌浆起始日期尽量提前。

本试验点3月份多年(1981～2010年)平均气温为11.2 ℃，且气温呈增长趋势[12]。随着全球气候变暖，3月份气温也随之升高[13]。以2015～2019年长沙市平均数据为例，3月平均气温为12.9 ℃，上、中、下旬平均气温分别为11.1、12.7和14.6 ℃，能基本满足玉米播种对温度的要求。采取地膜覆盖等措施，播种时间提早至3月10日左右是可行的。此时播种，气温基本稳定在10 ℃以上，灌浆起始日期可提前到5月20日左右，灌浆期前40 d平均气温在25 ℃左右，32 ℃以上的高温天数为13 d左右，较传统时间播种明显减少，有利于获得更高产量。

夏玉米一般在5月10日以后播种，此时气温较高，生长发育进程加快，生物量减少，吐丝期在7月上旬，其灌浆期全部处于高温胁迫状态下，导致灌浆期缩短，产量与春玉米相比下降较多。为实现夏玉米稳产高产，须选择高温耐受能力强、耐密植的品种，从增加田间果穗数和提高耐高温胁迫能力等方面保证产量。由于夏玉米前期也处于升温过程，发育进程随播期推迟加快，导致生物量积累不足，这对产量形成不利，因此夏玉米也应适当早播，或者推迟至6月底或7月初播种，使灌浆期推迟至8月中下旬，以避开部分高温。

秋玉米生育期间温度呈前高后低的变化趋势，中间阶段较为适宜玉米生长。8月29日以前开始灌浆易受高温影响，9月8日以后开始灌浆则受低温影响越来越明显，因此灌浆起始日期在两者之间最为有利。以秋玉米出苗后45 d开始灌浆计算，在7月15日左右播种较为适宜。此时播种的玉米灌浆起始期在9月3日左右，吐丝后40 d内32 ℃以上胁迫日数在13 d左右，低温胁迫日数在2 d左右，灌浆期日平均气温在24 ℃左右，对产量形成较为有利。此结果也与本课题组之前的秋季播期研究结果一致[11]。