基于玉米分期播種試驗(yàn)熱量指標(biāo)分析

張鳳鳴 宗英飛

摘 要：為了探討遼寧西部朝陽(yáng)地區(qū)玉米生產(chǎn)中存在的農(nóng)業(yè)氣象問(wèn)題，保障糧食生產(chǎn)安全合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通過(guò)2011-2014年玉米分期播種試驗(yàn)，運(yùn)用最小二乘法和氣候診斷分析方法，分析熱量條件變化對(duì)玉米出苗速度、出苗至抽雄、抽雄至成熟以及生長(zhǎng)期、全生育期發(fā)育速度和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：在水分基本滿足的條件下，熱量條件對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量影響顯著。當(dāng)氣溫升高、積溫增加時(shí)，玉米播種至出苗期生長(zhǎng)速度加快，出苗至抽雄期、抽雄至成熟期則生長(zhǎng)速度減慢。朝陽(yáng)地區(qū)最佳播種期在4月20～30日，而≥10℃積溫每變化100℃·d，玉米產(chǎn)量增產(chǎn)或減產(chǎn)約455kg/hm2。因此，在氣候變暖的背景下，應(yīng)增加喜溫作物比例，適當(dāng)引入較長(zhǎng)生育期的玉米品種，以提高單產(chǎn)。研究成果可為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、玉米種植區(qū)劃提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：玉米；分期播種；熱量條件；生長(zhǎng)速度；產(chǎn)量

中圖分類(lèi)號(hào) S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）14-33-04

Analysis of Heat Index Based on Experiment in the Timely Sowing of Corn

Zhang Fengming1 et al.

（1Chaoyang Meteorological Bureau，Chaoyang122000，China）

Abstract：In order to explore the agricultural meteorology problems in Maize production，ensure food security and reasonable arrangements for the production of agricultural production，through the test of corn sowing by stages from 2011 to 2014，using the least squares method and climate diagnosis analysis，the effects of thermal conditions on corn emergence rate，emergence to heading，tasselling to mature and growing influence development rate and yield were analyzed. The results showed that：when water met the basic conditions，the influence of the heat conditions on corn growth and yield was significant. When the temperature rised，accumulated temperature increasesd，the growth rate speed up from sowing to seedling， the growth rate slowed down from seedling to tasseling.The best sowing in Chaoyang district was from April 20th to April 30th，and ≥10 ℃ accumulated temperature changed by 100℃·d，corn yield per hectare increased or decreased by 455kg. Under the background of climate warming，increase the proportion of thermophilic crops，and introduce the corn varieties with longer growth period to increase yields. The results can provide the basis for the adjustment of agricultural structure and corn planting regions.

Key words：Corns Sowing by stages；Thermal Conditions；Growth speed；Yield

玉米是中國(guó)主要糧食作物之一，朝陽(yáng)地區(qū)玉米產(chǎn)量占糧豆總產(chǎn)量的85%以上。而由于氣候變暖[1-3]所帶來(lái)的農(nóng)業(yè)氣象問(wèn)題，對(duì)玉米生產(chǎn)影響較大。因此，當(dāng)前研究玉米生長(zhǎng)發(fā)育與氣候變化關(guān)系較多，如：王琪等[4]研究了氣溫變化對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響；賈建英等[5]研究了東北地區(qū)玉米不同品種的布局變化；尹光華等[6]研究了適合朝陽(yáng)半干旱區(qū)春玉米栽培品種；張謀草等[7]研究了氣候變化對(duì)隴東地區(qū)玉米最適播種期和產(chǎn)量的影響。這些研究從不同角度揭示了不同地區(qū)玉米生產(chǎn)中的農(nóng)業(yè)氣象問(wèn)題，并提出在氣候變暖的環(huán)境下，玉米生產(chǎn)的應(yīng)對(duì)策略[8-10]。本文采用分期播種方法，研究在不同氣候條件下，熱量條件變化對(duì)玉米不同生長(zhǎng)階段生長(zhǎng)發(fā)育速度以及產(chǎn)量的影響，并提出朝陽(yáng)地區(qū)最佳播種期和溫度指標(biāo)，為糧食生產(chǎn)安全保障提供氣候依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來(lái)源 玉米發(fā)育期及產(chǎn)量資料來(lái)自于朝陽(yáng)縣氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)基地分期播種試驗(yàn)，物候期及室內(nèi)考種依照《農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范》[11]進(jìn)行界定。連續(xù)4a（2011-2014年）設(shè)計(jì)玉米分期播種試驗(yàn)。氣溫資料來(lái)自朝陽(yáng)縣氣象站平行觀測(cè)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 供試玉米品種為丹玉39。以4月15日為始期，4月20日、4月25日、4月30日為5d間隔，5月10日、5月20日、5月30日為10d間隔。試驗(yàn)共分7個(gè)播種期，重復(fù)3次，隨機(jī)排列，小區(qū)面積20m2。

1.3 分析方法 運(yùn)用玉米分期播種試驗(yàn)平行觀測(cè)資料，應(yīng)用相關(guān)分析、線性模擬等最小二乘法法則[12]，分別建立玉米各個(gè)生長(zhǎng)階段發(fā)育速度、產(chǎn)量與氣溫、積溫統(tǒng)計(jì)相關(guān)模式，分析氣候變化對(duì)玉米影響程度。數(shù)據(jù)處理分析過(guò)程在Excel 2003軟件[13]支持下進(jìn)行。玉米生長(zhǎng)速率（1/d）為發(fā)育期日數(shù)（d）的倒數(shù)，模式中t為發(fā)育期平均氣溫，∑t≥10℃為≥10℃積溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 播種至出苗 由玉米分期播種試驗(yàn)結(jié)果得出，出苗最長(zhǎng)為27d，最短為7d。隨著日氣溫的逐漸升高，玉米種子發(fā)芽生長(zhǎng)速度逐漸加快，玉米出苗天數(shù)與平均氣溫呈非線性關(guān)系。由圖1所示，播種至出苗天數(shù)與日平均氣溫的模型為d=5961.3t-2.177，相關(guān)系數(shù)為-0.987 1（P<0.01）達(dá)到極顯著水平，這與王立志[14]在人工氣候室不同溫度下玉米發(fā)芽過(guò)程所建立的模型相類(lèi)似。出苗天數(shù)與≥10℃積溫呈線性關(guān)系，其模型為d =0.086 5∑t≥10℃-5.607，相關(guān)系數(shù)為0.903 4（P<0.01）達(dá)到顯著水平，氣溫越低完成出苗的時(shí)間越長(zhǎng)，生長(zhǎng)速度越慢，在不同溫度水平上，對(duì)玉米出苗速度的貢獻(xiàn)是不同的。積溫與出苗天數(shù)成正比，其線性方程為∑t≥10℃=10.465d+78.633，相關(guān)系數(shù)為0.951 6（P<0.01），說(shuō)明播種至出苗經(jīng)歷的天數(shù)越多所需的積溫越多，由此模式得出，玉米播種至出苗下限溫度為10.5℃，并需要≥10℃有效積溫下限值為78.6℃·d，≥10℃活動(dòng)積溫最低為139.8℃·d。依據(jù)4a的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，朝陽(yáng)地區(qū)玉米播種初始溫度為日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)12℃，而最佳播種溫度為15～20℃。

圖1 出苗天數(shù)與平均氣溫的關(guān)系

2.2 出苗至抽雄 玉米出苗至抽雄為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段。由圖2所示，玉米出苗至抽雄日平均氣溫、≥10℃積溫與生長(zhǎng)速率呈負(fù)相關(guān)，其線性方程分別為d=-8.314 2t+ 251.84，（r=-0.907 6，P<0.01）、1/d=-0.0015∑t≥10℃+3.693 2（r=-0.974 6，P<0.01）均達(dá)到顯著水平，表現(xiàn)日平均氣溫越高、積溫越多，玉米生長(zhǎng)天數(shù)越少，發(fā)育速率越快。此階段需要≥10℃積溫最低值為1 220℃·d。

圖2 玉米出苗至抽雄期生長(zhǎng)速率與平均氣溫的關(guān)系

2.3 抽雄至成熟 玉米抽雄至成熟期為生殖生長(zhǎng)期。由圖3和相關(guān)模式顯示出玉米抽雄至成熟階段發(fā)育速度與≥10℃積溫呈線性關(guān)系，模式方程為d=0.019 8∑t≥10℃+ 32.7（r=0.766 9，P<0.01）、1/d=-0.000 6∑t≥10℃+ 2.481 6（r=-0.763 0，P<0.01）并達(dá)到顯著水平。此生育階段需要≥10℃積溫最低值為1 113.6℃·d。玉米生殖生長(zhǎng)期與平均氣溫的相關(guān)關(guān)系表現(xiàn)不明顯，其原因是在試驗(yàn)過(guò)程中此階段平均氣溫集中在20.2～24.2℃，溫度環(huán)境對(duì)玉米生殖生長(zhǎng)階段較為適宜，因此分期播種的各個(gè)期次之間所反映出的差異較小。

圖3 玉米抽雄至成熟期生長(zhǎng)速率與平均氣溫

2.4 出苗至成熟 出苗至成熟為玉米生長(zhǎng)期，由圖4和模式d=0.041 1∑t≥10℃+9.002 9（r=0.874 2，P<0.01）、1/d=-0.000 3∑t≥10℃+1.5794（r=-0.888 0，P<0.01）顯示玉米出苗至成熟生長(zhǎng)天數(shù)與≥10℃積溫呈線性相關(guān)，相關(guān)達(dá)到極顯著水平，當(dāng)≥10℃積溫每增加100℃·d生育天數(shù)則延長(zhǎng)4d左右。試驗(yàn)結(jié)果分析得出玉米出苗至成熟需要≥10℃積溫最低為2 148℃·d。

圖4 玉米出苗至成熟期生長(zhǎng)速率與≥10℃積溫

2.5 全生育期 分期播種試驗(yàn)中玉米全生育期（播種至成熟）最長(zhǎng)為154d，最短為117d，平均為135d。全生育期天數(shù)與平均氣溫建立模式為d =-8.639 6t+325.44（r=-0.590 2，P<0.01），呈負(fù)相關(guān)，氣溫越高生育期越短，由圖5所示，玉米全生育天數(shù)與≥10℃積溫呈線性關(guān)系，建立線性模式為d=0.050 32∑t≥10℃-14.073（r=0.911 7，P<0.01），當(dāng)≥10℃積溫每增加100℃·d生育天數(shù)則延長(zhǎng)5d左右，全生育期下限溫度為14.1℃。試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析得出，玉米播種至成熟全生育期需要≥10℃積溫最低為2 590℃·d。

圖5 玉米全生育期天數(shù)與≥10℃積溫

2.6 熱量條件對(duì)玉米產(chǎn)量（y）的影響 氣候條件的適宜與否最終體現(xiàn)在產(chǎn)量上，在分期播種期試驗(yàn)中，播種過(guò)早或過(guò)晚產(chǎn)量則較低。最高產(chǎn)量出現(xiàn)在4月20日、4月25日和4月30日3個(gè)播期。分析試驗(yàn)資料和日平均氣溫變化，最高產(chǎn)量出現(xiàn)在平均氣溫13.0～16.0℃。這一溫度環(huán)境可以保證玉米的正常發(fā)芽和出苗速度，是朝陽(yáng)地區(qū)春播玉米的最佳時(shí)節(jié)，在這樣的溫度環(huán)境下播種是玉米高產(chǎn)的必備因素。由圖6和模式y(tǒng)=4.5467∑t≥10℃-4630.5（r=0.882 6，P<0.01）顯示，玉米產(chǎn)量與全生育期≥10℃積溫呈線性關(guān)系，并達(dá)到極顯著水平，積溫越多產(chǎn)量也表現(xiàn)出越高的趨勢(shì)。5月20日、5月30日播期相對(duì)于4月20～30日播期積溫少約400℃·d，平均減產(chǎn)21.4%?！?0℃積溫每減少（增加）100℃·d，產(chǎn)量減產(chǎn)（增產(chǎn)）約455kg/hm2。

玉米生育天數(shù)與產(chǎn)量模式為y=0.0093 d5+52.864（r=0.867 6，P<0.01）呈線性關(guān)系，當(dāng)栽培管理及品種相對(duì)穩(wěn)定的前提下，因氣候條件的變化，玉米生育期縮短的同時(shí)也造成單產(chǎn)下降。

圖6 玉米產(chǎn)量與≥10℃積溫的關(guān)系

3 結(jié)論與討論

（1）通過(guò)分期播種實(shí)驗(yàn)表明，朝陽(yáng)地區(qū)氣候變化對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響是顯著的。在水分條件適宜的情況下，玉米不同生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)氣溫的反應(yīng)不同，玉米播種至出苗下限溫度為10.5℃，適宜播種溫度為12℃，當(dāng)溫度13～16℃播種時(shí)，產(chǎn)量表現(xiàn)最為理想。玉米全生育期下限溫度為14.1℃。

（2）玉米播種至出苗階段需要≥10℃積溫最低為139.8℃·d以上，≥10℃有效積溫最低為78.6℃·d；營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段需要≥10℃積溫最低為1 220℃·d；生殖生長(zhǎng)階段需要≥10℃積溫最低為1 113.6℃·d；出苗至成熟需要≥10℃積溫最低為2 148℃·d；全生育期需要≥10℃積溫最低為2 590℃·d。播種出苗至成熟≥10℃積溫每增加100℃·d，生育期可延長(zhǎng)4d左右。

（3）分期播種實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最高產(chǎn)量出現(xiàn)在播期4月20～30日，過(guò)早或過(guò)晚播種產(chǎn)量均較低。玉米產(chǎn)量與全生育期≥10℃積溫緊密相關(guān)，≥10℃積溫每增加（減少）100℃·d，增產(chǎn)（減產(chǎn)）約455kg/hm2。

（4）通過(guò)分期播種實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步了解了玉米不同生育階段對(duì)氣候條件的響應(yīng)，在水分條件滿足的情況下，其生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)溫度條件反應(yīng)十分敏感，熱量資源條件充足有利于玉米生長(zhǎng)發(fā)育全過(guò)程，并贏得干物質(zhì)積累的過(guò)程和時(shí)間。但過(guò)早播種氣溫低對(duì)種子發(fā)芽不利，過(guò)晚播種玉米幼穗分化加快，最終都影響玉米的產(chǎn)量。在氣候變暖的背景下，朝陽(yáng)地區(qū)≥10℃積溫增加約200℃·d[14]，可以考慮引用偏晚熟玉米品種以及喜溫作物比例，從而提高作物產(chǎn)量水平。但朝陽(yáng)地區(qū)在氣候變暖的同時(shí)存在著嚴(yán)重的水分不足問(wèn)題，據(jù)分析，近年來(lái)遼西地區(qū)作物生長(zhǎng)季降水量減少約30～40mm，干旱風(fēng)險(xiǎn)程度有增加趨勢(shì)[15]，氣候干旱對(duì)玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成造成不利影響，尤其使抽雄至成熟期縮短，高溫干旱迫使玉米加速成熟，從而造成減產(chǎn)。農(nóng)作物生長(zhǎng)季干旱日趨加重和頻繁對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是不利的。

（5）在氣候變暖的過(guò)程中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要采取積極應(yīng)對(duì)措施。其一，從近年來(lái)對(duì)氣候變化研究的結(jié)果看，朝陽(yáng)地區(qū)年平均氣溫升高0.6～0.8℃[14]，冬季高于夏季，并以最低溫度升高為主。為此，應(yīng)切實(shí)掌握氣候變暖的變化幅度和分布特征，才有利于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，應(yīng)用氣候變

暖所帶來(lái)的熱量資源擴(kuò)大喜溫作物的種植比例，適當(dāng)引進(jìn)玉米中晚熟品種，提高單位面積產(chǎn)量水平。其二，實(shí)驗(yàn)是在具有灌溉環(huán)境下進(jìn)行，盡量避免水分因素困擾情況下完成的，而朝陽(yáng)地區(qū)干旱災(zāi)害是不容忽視的，在氣溫升高降水量減少情況下，暖干旱化趨勢(shì)明顯。若要充分發(fā)揮熱量資源優(yōu)勢(shì)，必須以防御農(nóng)業(yè)干旱為前提，大力修建水利工程、農(nóng)田水利工程、擴(kuò)大農(nóng)田灌溉面積，研發(fā)推廣抗旱、節(jié)水栽培技術(shù)，引進(jìn)、培育抗旱品種以此來(lái)防御干旱化的威脅。其三，朝陽(yáng)地區(qū)≥10℃積溫在3 000～3 400℃·d，日照時(shí)間在2 600～2 800h，光熱資源一茬有余、二茬不足，因此，應(yīng)考慮在努魯爾虎山山脈以南地區(qū)種植晚熟品種，在努魯爾虎山山脈以北地區(qū)種植中晚熟品種。

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