黄淮南部夏玉米品种高产高效综合评价

李树岩，王彦坡，邢冉冉，王顶杰，任丽伟，刘天学

(1.中国气象局农业气象保障与应用技术重点实验室，河南 郑州 450003；2.河南省西峡县农业农村局，河南 西峡 454500；3.河南农业大学，河南 郑州 450002；4.河南省方城县农业技术推广中心，河南 方城 473200；5.河南省鹤壁市气象局，河南 鹤壁 458000)

引 言

黄淮南部(河南)是夏玉米主产区，近年来播种面积一直保持在300×104hm2以上[1-2]，但近几年河南夏玉米单产较全国普遍偏低[3-4]。黄淮南部生产环境复杂，不能充分利用当地生态气候资源是造成夏玉米产量偏低的重要原因[5]。品种是决定作物产量和品质的主导因素[6]，在我国耕地面积不断下降、水资源和农业劳动力日益短缺背景下[7]，利用作物品种的遗传能力提高作物单产、最大限度地挖掘光温生产潜力[8-11]，是确保我国粮食安全和农业可持续发展的有效途径。

丰产性是品种选育首先需考虑的指标[12-13]。稳产性要求品种年际间产量相对稳定，不能忽高忽低，出现“大小年”[14-15]，稳产性评价也一直是品种选育的重要指标[16-17]。农业气候资源在农业生产中占重要地位，决定了一个地区农作物种植的类型、熟制、种植的方式、品种布局等。能否充分利用当地农业气候资源，提高玉米的光、温、水利用效率是品种筛选的重要参考[18-20]。特别是在全球气候变暖的背景下，夏玉米生长季节延长，用水需求增加[21]，区域气候条件更加不稳定，对品种的生态适应性提出了更高要求。

为科学评价、遴选生态适应性强的夏玉米品种，提高黄淮南部夏玉米单产水平，在客观土壤特性及气候条件基础上，选择已通过审定的40个玉米品种，于2018年在豫南、豫中和豫北3个生态区设计多点试验，以期筛选出适合3个生态区种植的夏玉米丰产、稳产及高效品种，为保障当地夏玉米安全生产提供参考，并为后续的配套栽培技术研究提供最适品种参考。

1 试验及方法

1.1 试验点概况

试验于2018年在豫北、豫中和豫南3个生态区同时开展。豫北生态区试验点位于鹤壁市浚县农业气象试验站(114.11°E、35.54°N)，该站年均气温13.9 ℃，年日照时数2098 h，年降水量591.7 mm，试验田土质为潮土，0～20 cm耕作层土壤有机质含量14.52 g·kg-1、碱解氮含量78.3 mg·kg-1、速效钾含量277.55 mg·kg-1、速效磷含量37.93 mg·kg-1。豫中生态区试验点位于许昌市建安区(113.81°E、34.02°N)，年均气温14.4 ℃，年日照时数2028 h，年降水量727.3 mm，试验田土质为潮土，0～20 cm耕作层土壤有机质含量23.54 g·kg-1、碱解氮含量43.77 mg·kg-1、速效钾含量202.04 mg·kg-1、速效磷含量11.07 mg·kg-1。豫南生态区试验点位于南阳市方城县(112.98°E、33.25°N)，该站年均气温14.3 ℃，年日照时数1971 h，年降水量812.3 mm，试验田土质为砂姜黑土，0～20 cm耕作层土壤有机质含量25.02 g·kg-1、碱解氮含量73.2 mg·kg-1、速效钾含量140.82 mg·kg-1、速效磷含量24.40 mg·kg-1。 3个试验点分布如图1所示。

图1 3个试验点分布示意图Fig.1 The sketch map of three experiment stations distribution

1.2 试验设计

试验品种及编号如表1所示。为与当地生产制度相匹配，各品种统一播种，统一在收获期取样。其中，浚县于6月11日播种，9月29日收获；许昌于6月 8日播种，9月27日收获；方城于6月6日播种，9月22日收获。

表1 试验品种Tab.1 The test varieties

试验采用随机区组设计，每个品种3个重复。株距25 cm，60 cm等行距种植。小区行长5 m，宽3 m，小区之间间隔60 cm，区组间设1 m走道。播种方式为小麦收获后人工点播，一穴两粒铁茬播种，三叶期间苗，化控除草，拔节期行间开沟施入鲁西牌复合肥(N-P2O5-K2O: 29-5-6)750 kg·hm-2，3个试验点均为雨养生产未进行灌溉，其他管理措施同大田。

1.3 观测项目

1.3.1 气象和土壤墒情数据

记录的夏玉米生育期内逐日平均气温、日照时数、降水量和土壤墒情数据来源于当地地面气象观测站。

1.3.2 玉米发育期

观测夏玉米品种出苗、拔节、抽雄、吐丝、成熟等生育时期。

1.3.3 收获取样测定

为评价夏玉米品种在3个同生态区的生态适应性，考虑当地农时，每个生态区所有品种统一收获取样。取样方法为选择各重复小区中间行连续10株的果穗(除去小区边行和两头1 m的植株)，每个品种共取30穗。脱苞晒干后测量穗长、秃尖长、穗粗、行粒数、穗行数等，采用谷物水分测定仪测定含水率，称量百粒重，计算理论产量(产量均折合为14%含水率表示)。

1.4 气候资源利用率[22-23]

1.4.1 光能利用率

作物干物重的90%以上来自光合作用，子粒产量主要取决于光能利用率的高低，即光合产物中贮存的能量占有效辐射能或占太阳总辐射能的百分比，光能利用率计算公式如下：

(1)

式中：LUE(kg·MJ-1)为光能利用率；Y(kg·hm-2)为粮食作物产量；∑Q(MJ·hm-2)为作物生长季内的太阳总辐射。由于大部分地面气象观测台站没有辐射观测资料，需要通过日照时数来转换，因此采用国际上认可的埃斯屈朗(Angstrom)经验公式将日照时数转换为太阳辐射量[24]。

1.4.2 热量利用率

农业气象学的热量条件以积温表示，≥10 ℃的积温为喜温作物生长的热量条件。热量利用率计算公式如下：

(2)

式中：HUE(kg·℃-1·d-1·hm-2)为热量资源利用率；∑T(℃·d)为作物生长季≥10 ℃积温。

1.4.3 水分利用率

水分利用率反映水分条件对粮食产量形成的贡献，本研究忽略了灌溉、地下水供给，主要为降水资源利用率，非严格意义上的水分利用效率，其计算公式如下：

(3)

式中：PUE(kg·mm-1·hm-2)为降水资源利用率；∑R(mm)为夏玉米生长季内总降水量。

1.4.4 各品种气候资源利用率

各品种气候资源利用率计算公式如下：

(4)

1.5 品种丰产稳产特性评价

品种丰产稳产性采用变异系数法进行评价，产量变异系数根据重复取样数据来计算。以产量为横轴，以产量的变异系数为纵轴，以产量和产量的变异系数的中值为原点将平面分为4个象限，其中位于第4象限即产量高、变异系数小的品种为丰产稳产品种。

1.6 3个生态区品种高产高效综合评价

综合考虑品种高产、稳产特性及气候资源利用率，构建高产高效品种综合评价指数，计算公式如下：

(5)

(6)

式中：Zi为某要素的标准化值；Xi为某要素原始值；Xmax和Xmin分别为某要素序列的最大值和最小值。

2 结果分析

2.1 夏玉米生长季气象条件和土壤墒情

2.1.1 夏玉米生长季气象条件

夏玉米生长季主要集中在6—9月，统计3个试验点6—9月每个月平均气温T，日照时数S和降水量P(表2)。6月豫北浚县的气温略高，生长中后期3个试验点的热量差异不大；生长季日照时数许昌最长、浚县最短；降水量分布的随机性较大，生长季南部和北部多、中部少，浚县最多为412.6 mm，许昌最少为314.3 mm，这与河南省南多北少的降水常年分布形式不一致。浚县和方城的降水主要在6、7月，许昌主要在8月。

表2 3个生态区夏玉米生长季气象条件Tab.2 The meteorological conditions during summer maize growth periods in three ecological regions

2.1.2 夏玉米生长季土壤墒情

图2为3个生态区夏玉米生长季土壤相对湿度变化。可以看出，浚县除9月5—18日土壤相对湿度<60%，有一定的干旱胁迫外，其他时段墒情均适宜；许昌在8月18日之前土壤相对湿度一直在60%附近波动，没有明显的水分胁迫，8月18日之后随一场大的降水过程，直至成熟收获土壤相对湿度均维持较高水平；方城玉米生长季土壤相对湿度总体呈下降趋势，但均处于60%～90%的适宜范围内。综上所述，3个试验点玉米生长季土壤墒情大都处于适宜状态，可基本忽略水分胁迫的影响。

图2 3个生态区夏玉米生长季土壤相对湿度变化Fig.2 The variation of soil relative humidity during summer maize growth season in three ecological regions

2.2 3个生态区夏玉米生育期变化特征

图3为3个生态区夏玉米品种主要生育期日数分布。可以看出，苗期日数浚县最短(23～25 d)，许昌最长(25～28 d)；穗期日数浚县最短(22～26 d)，方城最长(25～28 d)。这主要由于6月浚县的平均气温偏高，造成苗期和穗期生育进程加快。花粒期是持续时间最长的一个阶段，为50～63 d，表现为由南向北逐渐增加，3个生态区品种花粒期日数相差8～10 d；全生育期日数方城最短平均值为108 d，浚县最长平均值为111 d，且3个生态区品种间全生育期日数相差12～16 d，亦可知全生育期长度与花粒期长度相关性最强。

图3 3个生态区夏玉米品种苗期(a)、穗期(b)、花粒期(c)和全生育期(d)日数分布Fig.3 The days distribution of seeding stage (a), ear stage (b), grain stage (c) and full growth periods (d) of summer maize varieties in three ecological regions

2.3 3个生态区夏玉米产量变化特征

图4为3个生态区夏玉米品种产量分布。可知，夏玉米各品种产量方城最高为9152.6～12 828.6 kg·hm-2，平均为10 802.2 kg·hm-2，许昌最低为6574.6～9077.7 kg·hm-2，平均7907.9 kg·hm-2。3个生态区产量差异两两之间均通过0.05显著性检验。

图4 3个生态区夏玉米品种产量分布(*表示两个生态区产量差异通过0.05显著性检验)Fig.4 The distribution of yield of summer maize varieties in three ecological regions(The * means yield difference between two ecological regions passed the 0.05 significance test)

2.4 3个生态区夏玉米气候资源利用率变化

图5为3个生态区夏玉米各品种光能、热量和水分利用率。可以看出，浚县大部分品种光能利用率为0.42～0.47 kg·MJ-1，许昌为0.35～0.40 kg·MJ-1，方城最高为0.50～0.55 kg·MJ-1。浚县、许昌和方城大部分品种热量利用率分别为2.9～3.2、2.5～2.9 和3.5～3.9 kg·℃-1·d-1·hm-2。浚县的水分利用率最低，大部分品种为21～24 kg·mm-1·hm-2，许昌和方城大部分品种水分利用率分别为23～26和26～30 kg·mm-1·hm-2。综合所述，由于方城产量最高，其光温水气候资源利用率均最高。光、温利用率浚县高于许昌，但水分利用率许昌高于浚县。

图5 3个生态区夏玉米品种光能(a)、热量(b)和水分(c)利用率分布Fig.5 The distribution of light (a), heat (b) and water (c) utilization efficiency of summer maize varieties in three ecological regions

2.5 3个生态区夏玉米丰产稳产品种评价

采用变异系数法对3个生态区40个夏玉米品种进行丰产稳产性评价(图6)，分布于第4象限的品种为丰产且变异程度小的品种。其中浚县和许昌筛选出12个品种，方城筛选出11个品种。

图6 3个生态区40个夏玉米品种丰产稳产性分布Fig.6 Distribution of high and stable yield of summer maize varieties in three ecological regions

将3个生态区筛选出的丰产稳产性品种，按照产量水平进行排序(表3)。其中，登海605在3个生态区均被筛选出来，新单68、晟玉88、大丰30同时出现在浚县和许昌，伟科702、郑单1002和郑单538同时出现在浚县和方城，怀川39同时出现在许昌和方城。

表3 筛选的3个生态区丰产稳产品种Tab.3 Selected summer maize varieties with high and stable yield in three ecological regions

2.6 3个生态区高产高效品种评价

根据高产高效综合评价指数对3个生态区夏玉米品种进行排序，表4列出排名前20的品种。可以看出，有11个品种同时在3个试验点出现，分别是伟科702、庆玉9号、新单68、登海605、大丰30、郑单1002、丰德存玉10、浚单29、郑单538、怀川39和SK1098。表明这些品种在黄淮南部主产区的高产高效性表现较为一致。另外郑单6122和晟玉88同时出现在浚县和许昌的前20名。丰德存玉13同时出现在浚县和方城的前20名。裕丰303、秋乐368和郑单6095同时出现在许昌和方城的前20名。

表4 3个生态区排名前20的夏玉米品种高产高效综合评价指数Tab.4 The top 20 high yield and high efficiency evaluation comprehensive index of summer maize varieties in three ecological regions

3 结论与讨论

(1)全生育期长度方城最短，各品种平均值为108 d，浚县最长，各品种平均值为111 d，不同生态区品种间相差12～16 d，且全生育期长度与花粒期相关性最强。受气象条件及当地土壤、栽培措施等条件影响，当年试验点方城夏玉米产量最高，许昌产量最低，且各站产量差异均通过显著性检验。受产量高低影响，方城的光温水气候资源利用率均最高，浚县的光、温利用率高于许昌，但水分利用率低于许昌。

(2)在3个生态区排名前20的品种中，筛选出11个高产高效夏玉米品种，分别是伟科702、庆玉9号、新单68、登海605、大丰30、郑单1002、丰德存玉10、浚单29、郑单538、怀川39和SK1098。

品种自身的遗传特性是决定高产高效的重要内因，外界气象条件、栽培管理措施等是也是影响夏玉米产量的重要因素。近年来气候变化加剧，极端气候事件频发，高温、干旱、倒伏等农业气象灾害给夏玉米安全生产带来严重威胁[25-27]，不利的气象条件也加剧了病虫害的发生[28]。受近几年玉米“去库存”政策的影响，玉米生产效益大幅下降，导致农民的生产积极性降低，田间管理愈发粗放等，也造成了玉米产量下降。因此促进夏玉米高产高效还需从品种选育、耕作措施、防灾减灾等多方面入手。

本文主要从3个生态区品种的丰产稳产表现和气象条件的高效利用入手，分析区域间的生态气候条件差异并进行品种适应性的评价，由于试验当年无大范围严重的农业气象灾害和病虫害，研究结果没有充分考虑品种抗病抗灾特性，但各品种在抗病虫害能力方面存在差异，这是后续研究需关注的问题。为吻合当地生产制度，部分偏晚熟品种没有达到黑底层出现的完熟标准就进行了收获，即所有品种统一取样、测产，成熟度对产量和品质会有一定影响，没有完全发挥品种的优势，但品种达不到完熟亦收获也可以反映出当地热量条件是否满足该品种生长所需。

水分条件对夏玉米产量影响较大，由3个试验点的土壤水分资料可知，夏玉米全生育期土壤墒情大都处于适宜及以上，没有严重的水分胁迫发生。但从常年来看，不同生态区降水年际波动较大，在整个生育期的分配也不均匀，且不同区域的农田基础设施条件有差异，当有旱情发生时豫北地区由于灌溉条件较好，往往容易获得更高的产量。相反豫南地区受灌溉条件所限，干旱风险增加，对品种的抗旱能力要求也更高。

本研究采用单年多点试验，受当年生态、气象等条件影响，各品种在不同生态区表现不一。方城试验点中后期光照条件较好，渍涝和阴雨寡照得到缓解，病虫害轻于往年，产量在3个试验点中表现最好。本研究旨在评价每个品种在黄淮南部的最适宜种植区，但所选品种既然能通过审定，其丰产稳产性是有一定保障的，受单年试验条件所限，研究结果还存在一定的局限性，应深入持续地开展品种比较和试验研究。