關(guān)中地區(qū)玉米各生長階段生理需溫狀況研究

呂 海 波

(渭南師范學(xué)院 農(nóng)商學(xué)院，陜西 渭南714099)

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【現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)研究】

關(guān)中地區(qū)玉米各生長階段生理需溫狀況研究

呂 海 波

(渭南師范學(xué)院 農(nóng)商學(xué)院，陜西 渭南714099)

利用陜西關(guān)中地區(qū)1953—2013年每10年溫度數(shù)據(jù)，對4月7日(早播)及6月10日(晚播)種植的玉米在5個生長期(播種—出苗、出苗—拔節(jié)、拔節(jié)—抽雄、抽雄—授粉、授粉—成熟期)的氣溫條件進(jìn)行評價。早播玉米拔節(jié)—抽雄期氣溫偏低、授粉—成熟期氣溫偏高，晚播玉米出苗—拔節(jié)期氣溫偏高；早播玉米高的氣溫異常率主要在發(fā)育早期，日極端低溫低于下限的天數(shù)較多；晚播玉米氣溫異常率在出苗—拔節(jié)期和授粉—成熟期較高，表現(xiàn)為高溫脅迫，隨著氣候變暖，高溫脅迫形式仍將繼續(xù)存在。

生理需溫；溫度脅迫；全球變暖

0 引言

1850年以來，全球各氣象數(shù)據(jù)的記錄表明[1]，1906—2005年全球氣溫正以0.74℃/年的速度升高。實測數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)模擬發(fā)現(xiàn)，未來全球氣溫將繼續(xù)上升，氣候正趨于變暖。研究全球變暖對人類造成的影響及應(yīng)對策略，已成為緊迫的科學(xué)任務(wù)，氣候變暖對各方面的影響已成為人們關(guān)注的焦點。在農(nóng)業(yè)方面，溫度升高意味著區(qū)域積溫和活動積溫的升高，延長了作物的生長期，從而提高區(qū)域的氣候生產(chǎn)潛力；氣溫升高還可以促進(jìn)作物的新陳代謝，加速作物的發(fā)育過程，從而達(dá)到提高作物產(chǎn)量的目的[2]。氣候變暖也可能對農(nóng)業(yè)造成負(fù)面影響，如極端溫度的出現(xiàn)頻率增加，可能造成局部作物遭受冷害或者高溫灼傷。

關(guān)中平原面積約3.4×104km2，西起寶雞，東至潼關(guān)，海拔約325～800 m，長約300 km。關(guān)中地區(qū)屬渭河沖積平原，大陸性氣候，冬春降水較少，春旱、伏旱頻繁。玉米是一年生禾本科草本植物，是關(guān)中地區(qū)重要的糧食作物和飼料來源，因而玉米的適應(yīng)性研究廣受關(guān)注。氣溫是保障玉米各生長階段正常發(fā)育的重要保障，只有在氣溫符合要求時，才能完成生長過程，以獲得理想產(chǎn)量。在溫度達(dá)不到要求時，玉米的生長會受到不同程度的影響。研究證明，在生長季節(jié)短的春播玉米區(qū)，早播會使幼苗遭受短期春霜危害，開花期由于高溫干旱，含60 %水分的花粉部分，在散粉后1～2小時內(nèi)將迅速失水，逐漸干枯而喪失生長能力；同時花絲也會因高溫造成存活時間縮短，因過早枯萎而影響授粉，玉米穗出現(xiàn)禿頂、缺粒的現(xiàn)象，成熟期溫度高于25 ℃以上時，將使籽粒迅速脫水，出現(xiàn)高溫逼熟現(xiàn)象[3-4]。在氣溫變暖的今天，評價玉米各階段的溫度適應(yīng)性對于服務(wù)農(nóng)業(yè)、提高產(chǎn)量有著重要意義。

研究發(fā)現(xiàn)，玉米的生長率與溫度密切相關(guān)，平均氣溫每升高1℃，出苗率提升17%；氣溫每下降1℃，生育期將推遲10天，嚴(yán)重低溫冷害可導(dǎo)致減產(chǎn)10%以上。[5]靳英華等[6]分析了1961—2010 年的氣候資料，發(fā)現(xiàn)充分利用增加的熱量資源，吉林省半干旱區(qū)玉米播種期可提前至4月11日。米娜等[7]從遼寧氣溫變化狀況推算玉米適種時間，發(fā)現(xiàn)大部分地區(qū)玉米早播和晚播應(yīng)分別在4月中下旬與5月中旬。氣溫變暖后，生長季延長、積溫增加，玉米應(yīng)適時早播。本研究通過對西安過去60年的氣溫分析，旨在探討關(guān)中地區(qū)玉米種植各階段的溫度變化情況，目的在于為當(dāng)?shù)赜衩追N植提供參考。

1 資料來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于各省、市、自治區(qū)氣候資料處理部門逐月上報的“地面氣象記錄月報表”信息化資料，在中國氣象共享網(wǎng)下載。

1.2 研究方法

據(jù)實際調(diào)查，關(guān)中地區(qū)玉米種植時間根據(jù)冬季作物調(diào)整時間，早期玉米大約種植于4月上旬，由于冬小麥錯過早種時節(jié)的則于麥?zhǔn)蘸蟮?月上旬種植，為了對比方便，本文取各年4月7日和6月10日作為種植時間。根據(jù)玉米各生長期時間，對1953—2013年每10年的日氣溫數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為了得到可靠的參考數(shù)據(jù)，本文調(diào)查了玉米生理專家及相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)玉米各生長階段需溫要求并沒有一致的結(jié)論，筆者整理了各種結(jié)論(見表1)，并以此為根據(jù)取得本文的溫度標(biāo)準(zhǔn)。

2 研究結(jié)果

玉米在生長過程中，可根據(jù)生長狀態(tài)分為播種—出苗期、出苗—拔節(jié)期、拔節(jié)—抽雄期、抽雄—授粉期、授粉—成熟期。各生理期的標(biāo)準(zhǔn)如下：(1)播種期：播種到幼苗出土；(2)出苗期：幼苗出土到2 cm；(3)拔節(jié)期：植株雄穗伸長，莖節(jié)總長度達(dá)2～3 cm，葉齡指數(shù)30左右；(4)抽雄期：植株雄穗尖端露出頂葉3～5 cm；(5)授粉期：植株雄穗開始散粉；(6)成熟期：授粉后至玉米收割。

各生長階段時長見表1。

表1 玉米各生長期氣溫及生長時間

2.1 玉米各生長期氣溫狀況

從過去60年的日均溫度情況看(如圖1所示)，關(guān)中地區(qū)4月7日播種的玉米在播種—出苗、出苗—拔節(jié)、抽雄—授粉期基本在溫度要求范圍內(nèi)，未出現(xiàn)明顯溫度制約，且較接近玉米出苗最適溫度；拔節(jié)—抽雄期1953—1993年表現(xiàn)出溫度偏低的特點；授粉—成熟期溫度偏高，除了1983年、2003年以外，其他年份都高于溫度上限。

6月10日播種的玉米在播種—出苗期、拔節(jié)—抽雄期、抽雄—授粉期及授粉—成熟期基本符合溫度要求；出苗—拔節(jié)期溫度偏高，各年溫度接近或高于溫度上限，2003年及2013年尤為明顯。

圖1 玉米各生長期氣溫狀況

2.2 玉米各生長期氣溫異常率狀況

為反映玉米各生長期超出氣溫要求的天數(shù)比例，引入氣溫異常率這一概念：

氣溫異常率=(日最高溫度高于上限的天數(shù)+日最低溫度低于下限的天數(shù))/(生長期天數(shù)×2)。

研究發(fā)現(xiàn)(見表2)，4月7日播種的玉米在早期(抽雄以前)低于溫度下限的情況較多，播種—出苗期主要表現(xiàn)在1993年以前，出苗—拔節(jié)期、拔節(jié)—抽雄期各年異常率都偏高；抽雄—授粉期低溫和高溫脅迫同時存在，異常率較高；授粉—成熟期表現(xiàn)出高溫脅迫，異常率有逐漸變高的時間趨勢。

6月10日種植的玉米播種—出苗期未出現(xiàn)溫度脅迫情況，出苗—拔節(jié)期異常率在各年都較高，拔節(jié)—抽雄期、抽雄—授粉期異常率不高，授粉—成熟期存在較高的異常率，主要為高溫脅迫。

3 討論

3.1 玉米的氣溫適應(yīng)狀況

氣溫對玉米生長的影響已被廣泛認(rèn)同。對玉米各生理期溫度進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4月7日種植的玉米在拔節(jié)—抽雄期氣溫偏低，可能會造成植物體內(nèi)在莖基部分化蘗原基，拔節(jié)期分蘗較多。另外，低溫也可能造成生育期延遲；在授粉—成熟期出現(xiàn)高溫脅迫，影響淀粉酶活性，養(yǎng)分合成及轉(zhuǎn)移減慢，成熟延遲，粒重降低而造成減產(chǎn)。6月10日播種的玉米在出苗—拔節(jié)期溫度偏高，特別是隨著氣溫逐年變暖，這一趨勢可能仍將持續(xù)，這一時期應(yīng)注意保水保墑，避免因溫度過高出現(xiàn)苗葉卷曲和萎蔫現(xiàn)象。

表2 玉米各生長期氣溫異常率

氣候變暖后玉米生長期溫度發(fā)生變化，熱量資源的變化對玉米播種期的影響已成為研究熱點，適當(dāng)調(diào)整種植時間以適應(yīng)氣溫變化顯得非常必要。從研究結(jié)果看，關(guān)中玉米在出苗期溫度較高，適當(dāng)早播受低溫威脅的可能性較小，同時可以減緩成熟期高溫脅迫，但早播玉米在拔節(jié)—抽雄期氣溫偏低，如提早播種，這一問題更應(yīng)注意采取預(yù)防措施。盡管平均溫度適合玉米生長要求，但每日出現(xiàn)的瞬時溫度會導(dǎo)致玉米生長障礙。瞬時溫度對玉米生長的影響研究目前較少，其影響效果尚待研究。本研究從概率方面統(tǒng)計超出玉米生長要求的瞬時溫度，以期反映玉米生長的溫度適應(yīng)性。從每日出現(xiàn)的極限溫度看，4月7日早播玉米在發(fā)育早期受低溫脅迫較多，成熟期則為高溫脅迫；6月10日晚播玉米在中期(出苗—拔節(jié)期)及后期(授粉—成熟期)都表現(xiàn)為高溫脅迫，對玉米生長有一定影響。

全球變暖后玉米種植的調(diào)整可有效提高產(chǎn)量，但氣溫指標(biāo)的采用并不一致，如呂佳佳等[10]采用氣候傾向率統(tǒng)計的指標(biāo)，對東北地區(qū)現(xiàn)有推廣品種及救災(zāi)品種最遲播種日期的空間分布進(jìn)行分析。隨著全球氣候變暖趨勢，關(guān)中早播和晚播玉米溫度脅迫現(xiàn)象也會發(fā)生變化。從研究結(jié)果看， 4月7日播種玉米在拔節(jié)—抽雄期盡管在1993年以前低于或接近于溫度下限，但隨著2003年及2013年溫度升高，逐漸符合氣溫要求；6月10日種植的玉米在出苗—拔節(jié)期以及授粉—成熟期溫度有逐年上升的趨勢，溫度有超出上限的風(fēng)險。從溫度異常率看，早播玉米成熟期及晚播玉米中后期高溫趨勢不容樂觀。

3.2 低溫冷害和高溫脅迫的防治措施

拔節(jié)期低溫影響生長發(fā)育速度，主要防治措施有：(1)選用適合當(dāng)?shù)氐膬?yōu)質(zhì)玉米良種；(2)根據(jù)氣溫狀況調(diào)節(jié)播種時間，盡量避免凍害與高溫灼傷危害；(3)有條件地采用地膜覆蓋栽培。

降低凍害措施：拔節(jié)時期注意土壤保水保墑，適當(dāng)灌溉施肥，保持土壤濕度也有利于增加土壤熱容量，減少晝夜溫差。另外，適當(dāng)?shù)难瑹熞灿欣跍p少土壤的長波輻射，增加土壤輻射差額。

早播玉米成熟期及晚播玉米中后期有高溫趨勢，較為常用的防治措施有：(1)改善灌溉條件；(2)優(yōu)先選用抗旱品種； (3)注意水分保障；(4)在高溫干旱期間，玉米花粉傳粉能力下降，結(jié)實率容易下降，可利用人工授粉的措施，增加玉米授粉幾率，減少高溫干旱的危害； (5)氣溫升高，CO2含量增加的情況下，應(yīng)注意水肥的跟進(jìn)，尤其在玉米關(guān)鍵生長點。玉米破口期、抽穗期、灌漿期注意噴肥噴水，既能降溫增濕，又能增加植株穗部水分，提高籽粒飽滿度。

4 結(jié)語

關(guān)中地區(qū)早播玉米應(yīng)注意拔節(jié)—抽雄期氣溫偏低、授粉—成熟期氣溫偏高，晚播玉米在出苗—拔節(jié)期氣溫偏高，應(yīng)注意高溫干旱所造成的危害。

早播玉米氣溫異常率主要在發(fā)育早期，日極端低溫低于下限的天數(shù)較多；晚播玉米在出苗—拔節(jié)期和授粉—成熟期則表現(xiàn)為高溫脅迫。

關(guān)中地區(qū)玉米在個別生長時段，存在低溫危害和高溫脅迫，結(jié)合本區(qū)實際種植條件，建議在危害時期通過增加灌溉和施肥來減少危害，有條件的可采取遮陽膜覆蓋和熏煙等方式減小高溫和低溫的危害。

[1] 周義,覃志豪,包剛.氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響及應(yīng)對[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2011，(32):299-303.

[2] 郝楠,王延波,李月明.溫度對玉米種子萌發(fā)特性的影響[J].玉米科學(xué)，2013，(4):59-63.

[3] 李偉.玉米對溫度的要求[EB/OL].(2010-05-31)[2016-03-12].http://www.formers.org.cn/article/showarticle.asp?articleID=56214.

[4] 王步奇.玉米各生育階段對溫度的要求[EB/OL].(2012-05-31)[2016-03-12].http://www.ynagri.gov.cn/cx/sb/news3318/20130315/3830732.shtml.

[5] 王琪,馬樹慶,郭建平，等.溫度對玉米生長和產(chǎn)量的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2009，(2)：255-260.

[6] 靳英華,周道瑋,秦麗杰．適應(yīng)氣候變化的吉林省半干旱區(qū)玉米播種期[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2012,23(10):2795-2802.

[7] 米娜,紀(jì)瑞鵬,張玉書,等.遼寧省玉米適宜播種期的熱量資源分析[J]．中國農(nóng)學(xué)通報,2010,26(18):329-334.

[8] 楊軍,包永青,王德海,等.玉米生長發(fā)育過程對環(huán)境條件的要求[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2008，(11):250-251.

[9] 玉米基礎(chǔ)知識[DB/OL].(2010-10-26)[2016-03-12].http://www.360doc.com/content/10/1026/17/3091032_64223093.shtml.

[10] 呂佳佳,王秋京,閆平,等.基于氣溫資料的黑龍江省玉米播種期分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2014,35(1):68-73.

【責(zé)任編輯 馬小俠】

Analysis on Physiological Temperature Needs for Corn Growth in Guanzhong Area

LV Hai-bo

(School of Agricultural and Business，Weinan Normal University, Weinan 714099, China)

To study the suitable temperature condition of corn growth in Guanzhong area, the temperature conditions of five growth periods (sowing-emergence, emergence-jointing, jointing- pumping, pumping-tasseling, tasseling-maturity) for early sowing (planted in April 7) and late sowing (planted in June 10) corn were evaluated by analyzing measured air-temperature data in every 10 years from 1953 to 2013. The study found, for early sowing corn, air-temperature in the jointing-pumping stage was lower, while was higher in the tasseling-maturity stage. For late sowing corn, air temperature was high in the emergence-jointing stage. The abnormal rate of air-temperature were higher, both for early sowing corn in the early growing stage, days of extreme low temperature lower than the lowest temperature demand were more, and the late sowing corn in the emergence-jointing and tasseling-maturity stage predicts higher temperature stress which will persist in the background of climate warming.

physiological temperature needs; temperature stress; global warming

S513

A

1009-5128(2016)24-0030-05

2016-03-29

陜西省教育廳專項科研計劃項目:水位變化對蘆葦濕地土壤呼吸及貢獻(xiàn)率影響研究(16JK033)；渭南師范學(xué)院科研計劃項目:蘆葦濕地帶狀廢水排放造成的重金屬土壤擴(kuò)散及相應(yīng)特征(14YKS004)

呂海波(1980—)，男，山西永濟(jì)人，渭南師范學(xué)院農(nóng)商學(xué)院副教授，理學(xué)博士，主要從事氣候變化研究。