基于分期播种的庆阳市春玉米气候资源及其影响分析

车 可，张谋草，张俊林，张红妮

（庆阳市气象局，甘肃庆阳 745000）

0 引言

IPCC第五次评估报告指出，全球平均温度在过去130年增加了0.85℃[1]，气候变暖已成为一个共识的事实。农业是对气候变化敏感度最高的行业之一，气候变暖致使光、热、水等农业气候资源发生改变，必然导致农业生态环境、农作物生长发育及产量形成发生显著影响，农业生产的不确定性和作物种植风险随气候变化增加[2-3]。因此，许多学者对在气候变化背景下的时空变化特征做了卓有成效的研究分析。郭建平总结了气候变化对中国农业生产的影响，认为气候变化有利于喜温和晚熟作物的种植，在一定程度上可以提高作物产量[4]；刘志娟等[5]分析了东北三省全年及温度生长期内的平均气温、≥10℃积温、降水量、日照时数和参考作物蒸散量等农业气候资源的变化特征，气温、积温总体呈升高趋势，积温带逐渐北移东扩，温度生长期内的日照时数明显减少等；王鹤龄等[6]对甘肃省80个地面气象观测站1961—2014年气象观测资料和玉米、春小麦、冬小麦、马铃薯的区划指标，分2个不同时段，分析气候变化对甘肃省农业气候资源变化特征和主要粮食作物潜在栽培格局的影响，玉米最适宜和可种植区面积均有增加，河西灌区变化最为显著。董旭光等[7]利用山东省90个气象站1961—2010年逐日气象观测数据，比较分析了冬小麦和夏玉米生长季光、热、水等农业气候资源的时空变化特征，冬小麦生长季延长趋势更明显。气候资源变化对农业生产带来了更新和机遇，但同时研究发现，近十几年来，许多区域升温趋缓，甚至出现降温趋势[8]，表明气候变化又具有一定地域复杂性。尤其黄土高原陇东地区生态环境脆弱，气候变化对农业生产影响显著，故研究当地气候特征下作物生长应对、分析气候变化而引起生产和适应情况尤为必要。

庆阳地处甘肃东部，是黄土高原地区粮食主产区，也是国家粮食储备基地之一，玉米是该地最大面积种植农作物，在粮食生产安全中发挥重要作用。在全球气候变化背景下，陇东地区气象灾害多发、频发，尤其干旱发生率有所增加，玉米种植风险增大。伏期是玉米生长的关键时期，也是产量形成的主要时段，而灾害天气尤其灌浆期高温干旱胁迫玉米的物质积累与运转，灌浆进程受到抑制，灌浆期缩短，叶片光合作用减弱，衰老加剧，最终降低穗粒数、粒重及产量。为发挥最大资源禀赋，避免或减轻气象灾害对农业生产的不利影响，确保陇东地区粮食生产安全，通过分期播种试验，完善基于气象数据的陇东地区春玉米生长变化特征，探讨气象因子与玉米生长发育的内在联系机制，减缓气候变化对玉米生产的不利影响，为制定未来气候变化条件下作物种植的适应性及实现乡村振兴提供科技支撑。

1 资料和方法

1.1 研究区概况

庆阳地处北半球中纬度的中国西北的黄土高原地区，是全球气候变化响应最敏感的地区之一，也是生态和社会环境最脆弱的地区之一，受气候变化影响更加显著[9]。庆阳属大陆季风性气候，为半湿润半干旱气候区，四季冷热干湿分明，雨热同季，非常有利于发展农业生产。年平均气温9.2℃，最高气温36.4℃，最低气温-21.4℃，年降水量527.6 mm，年日照时数2437.3 h，农耕期261天。

1.2 试验设计

于2018—2020年进行玉米分期播种试验。春玉米分期播种试验在西峰区小崆峒良种场内大田中进行。地段地形为平塬，试验地段面积为0.35 hm2，地段总面积为20 hm2。种植作物为一年一熟制（玉米-玉米），前茬作物为玉米。地段土壤为壤土，呈碱性，肥力中等。种植玉米为当地推广的杂交品种，中熟性，地膜覆盖、平作。2018年玉米品种为‘陇单339’，2019年玉米品种为‘大民3307’，2020年玉米品种为‘龙生5号’。

以当地常年大田实际播种期4月22日为界，提前10天的4月12日播种为第1期，正常的4月22日播种期为第2期，比正常播种期晚10天的5月2日播种为第3期，晚20天的5月12日为第4播期，共播种4期，前后间隔30天。各播种期重复4次，其中1个重复仅用作产量要素测定，不进行任何观测活动。各观测地段面积为77 m2，各观测区间留0.8 m保护间隔。玉米种植行向为东西向，田间管理措施与当地常规管理措施一致。

1.3 观测项目

按顺序观测玉米播种、出苗、三叶、七叶、拔节、抽穗、开花、吐丝、乳熟、成熟各发育期的普遍期，观测标准按《农业气象观测规范》[10]进行，并进行生长状况及干物重测定。

2 结果与分析

2.1 不同播期春玉米发育期情况

2.1.1 不同播期春玉米发育期对比分析 根据2018—2020年春玉米发育期可知，各播期的春玉米全生育期为122～151天，第一播期生育期最长，比历年平均生育期多4天，第四播期生育期最短，比历年平均生育期少11天。总体来看，随着播种日期的推迟，玉米生长发育进程加快，全生育期天数缩短，‘陇单339’、‘大民3307’、‘龙生5号’的全生育期分别由139、143、151天缩短为122、126、140天。全生育期天数最长的是2020年第一播种期，全生育期天数最短的是2018年第四播种期。不同播种期各发育期间隔天数的差异较大，出苗-七叶、七叶-拔节、乳熟-成熟期间隔天数较多，其余生育期间隔天数较少（表1）。

表1 2018—2020年试验地春玉米发育期

2018年各播期平均气温19.2～20.5℃，降水量527.2～573.5 mm，日照时数807.5～962.2 h。阶段性旱象不明显，光、热、水条件匹配适宜，对玉米生产有利；2019年各播期平均气温18.7～19.7℃，降水量403.3～500.4 mm，日照时数793.9～939.9 h。5月上旬中后期出现了低温时段，导致第二播期的播种-出苗时间较长，出苗-七叶生育期延长。2020年各播期平均气温18.7～19.1℃，降水量444.7～488.8 mm，日照时数768.3～946.8 h。5月中下旬出现干旱，对4个播期的春玉米的营养生长均有影响。8月份出现低温连阴雨天气，降水日数19天，光照不足，土壤湿度过大，灌浆期延长，收获期推迟。

推迟播期，对春玉米的前期生长影响不大，对春玉米后期生长及灾害影响较为明显，个别年份由于播期推迟，会遭遇“卡脖旱”。同时随着气候变化及播期的推迟，玉米生育期内的气温呈上升趋势，上升率为0.01～0.04℃/a；日照时数呈偏少趋势，下降率为5.0～6.3 h/a；降水变率较大，年季差异亦较大，正常年份为偏少趋势，绝大多年份能满足玉米生长发育需求。

2.1.2 春玉米不同播期的发育进程 图1为试验地不同播期生育进程变化图，不同播期对春玉米的发育进程影响较大，随着播期的推迟，发育期时间缩短，且不同播期之间有差异性。这种差异性在播种-出苗、出苗-七叶表现的较为明显，而在其他生育期差异性较小。进行试验的春玉米品种的全生育期日数差异较大，‘陇单339’的4个播期的平均生育期为131天，‘大民3307’的4个播期的平均生育期为136天，‘龙生5号’的4个播期的平均生育期为146天，其中2018年播种的‘陇単339’品种在抽雄-乳熟的生殖生长期差异较大，气候及播期对作物生长影响更为明显。

图1 2018—2020年不同播期春玉米生育期变化图

因此，在玉米种植品种的选择上，要结合当年气候特点及气候趋势预测，择优种植耐旱、生育期偏短的品种。

2.2 不同播期春玉米生长量分析

2.2.1 不同播期干物质变化分析 不同播种期干物质的增长量呈现“缓慢增长-快速增长-缓慢增长”形式，三叶至七叶增长缓慢，七叶至乳熟期增长加快，在乳熟期增长量达到最大值，乳熟至成熟增长缓慢，增幅下降（表2）。同时不同播种期的同一发育期单株干物重增长量变化不同。七叶至拔节期不同播期间干物质增长量较为接近；2019—2020年在适播期内拔节至抽雄期干物质增长量最大，播期越迟，干物质量越小。抽雄-乳熟、乳熟-成熟的干物质量品种间差异大，适当早播的干物质量大。2020年玉米在乳熟-成熟期出现了持续阴雨寡照天气，气温偏低，造成干物质积累缓慢，最终导致产量下降。

表2 不同播期春玉米生育期的干物质量 g/株

总体来看，春玉米生育期干物质量受天气影响较大，尤其干旱是影响干物质量积累的直接因素，长期低温阴雨天气对玉米不利影响也不容忽视。除此之外，在多年平均适播期或适当早播的，干物质量较大。

2.2.2 不同播期春玉米叶面积指数变化 随着玉米生长,叶片数的增加,不同播种期玉米从三叶至拔节叶面积指数均是增加的，在抽雄期叶片完全抽出，叶面积指数达到最大值（见图2）。抽雄后随着植株底部叶面变黄，乳熟至成熟期叶面积指数减小。不同品种、不同播期及不同发育期，叶面积指数变化不同。总体来看，3个品种的第三播期叶面积指数最大，2018年播种的‘陇単339’品种叶面积指数最大，2019年播种的‘大民3307’叶面积指数最小，但同一品种间的不同播期的春玉米叶面积指数差异较小，品种间的差异较大。

图2 不同春玉米播期的叶面积指数

2.2.3 不同播期春玉米产量结构分析 春玉米的品种及播期对产量均有不同程度的影响（表3），随着播期的推迟，产量呈下降趋势。3个春玉米品种第一播期的产量均较高，产量超过了12000 kg/hm2。品种为‘大民3307’的春玉米产量较低，主要是伏期出现了干旱天气，抽雄推迟5天左右，秃尖比较大，籽粒不饱满。

表3 不同播期春玉米产量结构分析表

从产量结构分析来看，推迟播期，2018、2019年单株籽粒数呈下降趋势，分别为-0.4和-4.1个/a。2018年第四播期由于在乳熟期降水偏少，出现了干旱天气，乳熟进程减缓，成熟度不足，因此造成虽然此播期籽粒数最多，但产量较低。2019年第一、二播期的播种期由于土壤墒情差，玉米出苗不全，尤其第二播期进行了补种，玉米长势参差不齐，最终导致此期的玉米产量是试验期内最低的。

3 讨论与结论

在生态环境相同条件下，播种日期对玉米的生长发育进程及产量构成有显著影响[11]。不同播期之间春玉米各生育期长度存在较大差异，随着播期推迟，玉米全生育期缩短，‘陇单339’、‘大民3307’、‘龙生5号’分别缩短了17、17、11天。

叶面积指数是衡量植物生长情况的关键指标之一[12]。本分期试验结果表明，抽雄-乳熟期叶面积指数达到最大。品种间差异较大，‘陇单339’的叶面积指数最大，‘龙生5号’次之，‘大民3307’最小。分播期来看，‘陇单339’在适播期内叶面积指数较大，‘大民3307’随播期延后叶面积指数减小，‘龙生5号’播期延迟叶面积指数较大。

玉米产量的高低是由生物产量的累积所决定的[13]。正常情况下，干物质积累的越多，玉米产量就越高[14]。从试验结果来看，适宜期或适当早播的玉米干物质积累时间较长，积累的干物质也更多；抽雄-乳熟期随着播期的推迟，玉米生长期缩短，干物质积累不足，最终造成产量偏低。

这与徐运林等[15]、赵先丽等[16]研究的结论较为一致，但全生育期缩短的天数更多，抽雄-乳熟期播期的推迟对产量的影响更为显著，表现为作物的地域差异性明显。

总体来看，玉米品种之间、播期之间及其相互之间有显著性差异，由于本地处于中纬度内陆地带，夏季光热充足，有利于作物光合作用，促进作物生长发育，昼夜温差大，夜间气温较低，作物呼吸消耗少，利于干物质积累。同时由于全球气候变化，灾害性天气呈增加趋势[17]，玉米种植风险增大，尤其在玉米抽雄吐丝期，干旱频发，易形成“卡脖旱”，抑制玉米生长发育。伏期是玉米产量形成的主要时段，灾害天气尤其灌浆乳熟期高温干旱胁迫玉米的物质积累与运转，灌浆进程受到抑制，灌浆期缩短，叶片光合作用减弱，衰老加剧，最终降低穗粒数、粒重及产量。灌浆乳熟期的持续阴雨寡照天气也使玉米光合作用受阻，影响玉米成熟度。通过分期播种试验分析，雨养农业条件下在适宜播期或适当提前下种，可以充分利用气候资源，并使玉米在关键生长期避开高温干旱、阴雨寡照等不利天气的影响，从而通过调整播期来减轻或避免灾害造成损失，主动适应气候变化，确保粮食安全。虽然本研究播期对不同品种玉米生物学产量的影响对实现玉米高产稳产具有重要意义，但观测序列时间较短，且是不同品种之间的生长发育对比，每年玉米生长的气象干扰因素较大，在今后的具体实践中要予以考虑。