冬小麥–夏玉米周年生產(chǎn)條件下夏玉米的適宜熟期與積溫需求特性

任佰朝 高 飛 魏玉君 董樹亭 趙 斌 劉 鵬 張吉旺

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冬小麥–夏玉米周年生產(chǎn)條件下夏玉米的適宜熟期與積溫需求特性

任佰朝**高 飛**魏玉君 董樹亭 趙 斌 劉 鵬 張吉旺*

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東泰安 271018

本研究旨在探討冬小麥–夏玉米周年生產(chǎn)條件下黃淮海區(qū)夏玉米的適宜熟期與積溫需求特性。選用鄭單958 (ZD958)、先玉335 (XY335)、登海605 (DH605)、登海618 (DH618)和登海661 (DH661), 設(shè)置5月21日、5月31日、6月10日和6月20日4個(gè)播期, 研究表明, 播期對(duì)夏玉米生理成熟所需積溫?zé)o顯著影響, 各品種生理成熟所需要的積溫主要取決于品種自身的特性, DH618、XY335、ZD958、DH605、DH661的生育期和生理成熟所需要積溫分別為110、112、116、116、121 d和2800、2880、2945、2950、3025°C d。冬小麥-夏玉米周年生產(chǎn)條件下, 夏玉米最大可能的生長期約107~112 d (自6月15日至10月1~5日), 積溫約2800°C d, 難以滿足現(xiàn)有品種的生產(chǎn)需要。夏玉米直播晚收、冬小麥適期晚播有利于周年產(chǎn)量提高, 但目前廣泛推廣的夏玉米品種生育期過長(約120 d), 適時(shí)晚收仍難以完全生理成熟, 機(jī)收籽粒損傷嚴(yán)重?？梢? 冬小麥–夏玉米周年生產(chǎn)條件下夏玉米最大可能的生長期和有效積溫不能滿足目前廣泛推廣的夏玉米品種所需生育持續(xù)期和積溫, 且適時(shí)晚收仍難以完全生理成熟, 黃淮海區(qū)亟需生育期適宜(生育期≤107 d)的高產(chǎn)夏玉米新品種。

夏玉米; 積溫; 生育期

黃淮海區(qū)域光溫資源豐富, 但利用率低, 光能利用率僅為1%~2%, 遠(yuǎn)低于作物理論最大光能利用率5%~ 6%[1]。冬小麥–夏玉米一年兩熟的種植方式是黃淮海地區(qū)傳統(tǒng)種植方式, 該種植方式存在冬小麥因冬前旺長和春季凍害而減產(chǎn), 周年生產(chǎn)光溫資源不足矛盾突出, 夏玉米麥套改直播后生育期不足, 收獲時(shí)籽粒乳線僅形成1/2, 千粒重低, 成熟度低, 不利于機(jī)械化生產(chǎn)等問題[2-3]。隨著氣候變暖趨勢的持續(xù)(IPCC, 2013)[4], 黃淮海地區(qū)秋末、冬初氣溫升高, 作物生長期后延, 為夏玉米晚收提供條件, 且冬小麥適期晚播有利于干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移, 穗粒數(shù)和千粒重顯著提高[5-6]。雖然“雙晚”栽培技術(shù)(即夏玉米適當(dāng)晚收、冬小麥適期晚播)充分利用了冬前有效光溫資源, 是提高周年資源配置, 實(shí)現(xiàn)周年高產(chǎn)高效的重要途徑[7-8], 但現(xiàn)有夏玉米品種生長期過長(110~120 d), 即使夏玉米收獲時(shí)間延遲至10月1日, 生長期約107 d, 也難以達(dá)到生理成熟[9]。隨著現(xiàn)代化水平的不斷提高, 農(nóng)業(yè)機(jī)械在生產(chǎn)中的應(yīng)用逐步擴(kuò)大, 機(jī)收夏玉米籽粒含水量低于30%時(shí)對(duì)籽粒傷害減小[10]。我國黃淮海區(qū)域主要種植制度是冬小麥–夏玉米一年兩熟, 隨著水肥條件的改善和機(jī)械化作業(yè)的發(fā)展, 兩茬復(fù)種比例上升, 但可利用的生長期仍只有90~110 d, 若扣除農(nóng)耗期, 可利用積溫更少, 收獲時(shí)玉米籽粒含水量高于35%, 機(jī)械損傷嚴(yán)重, 難以實(shí)現(xiàn)機(jī)收籽粒, 不利于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提高[10]。因此, 通過延長生育期以獲得高產(chǎn)的栽培措施并不理想, 亟需生育期適宜、后期脫水速率快的中早熟高產(chǎn)夏玉米品種。此外, 在實(shí)際生產(chǎn)中玉米生育期的概念不明確, 各育種單位及育種家對(duì)自己育成品種的熟性類型自主定義, 各品種的生育期和積溫值不準(zhǔn)確[11]。本文旨在研究冬小麥–夏玉米生產(chǎn)條件下黃淮海區(qū)夏玉米生理成熟所需要的積溫和生育期, 探討其適宜的熟期和積溫特性, 為高產(chǎn)高效夏玉米新品種的選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

2012年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(泰安), 2013年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場、棗莊市農(nóng)業(yè)科學(xué)院和淄博市農(nóng)業(yè)科學(xué)院進(jìn)行試驗(yàn)。

2012年選用鄭單958 (ZD958)、先玉335 (XY335)和登海661 (DH661) 3個(gè)品種, 2013年選用ZD958、DH661、登海605 (DH605)和登海618 (DH618) 4個(gè)品種。設(shè)5月21日(播期I)、5月31日(播期II)、6月10日(播期III)、6月20日(播期IV) 4個(gè)播期。小區(qū)面積10 m×3 m, 3次重復(fù), 隨機(jī)排列。播種前精細(xì)整地, 造墑。種植密度67 500株 hm–2, 按12 000 kg hm–2的產(chǎn)量水平施肥, N 250 kg hm–2, P2O5120 kg hm–2, K2O 200 kg hm–2, 氮肥于拔節(jié)期和大喇叭口期各施40%和60%, 磷鉀肥于拔節(jié)期一次性施入。其他田間管理措施同普通生產(chǎn)田。

2005—2010年在萊州、兗州、岱岳、臨邑等不同生態(tài)區(qū)夏玉米高產(chǎn)田調(diào)查高產(chǎn)夏玉米實(shí)際生長期及其產(chǎn)量。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 生育進(jìn)程 播種后及時(shí)觀察并記錄各處理出苗、拔節(jié)、抽雄、開花和籽粒生理成熟的時(shí)間, 籽粒生理成熟以果穗中下部籽粒黑層出現(xiàn)且乳線消失的日期為準(zhǔn)。夏玉米從播種至生理成熟整個(gè)生長發(fā)育過程所用時(shí)間為生育期。

1.2.2 生育期內(nèi)積溫 氣象資料分別由泰安市、棗莊市和淄博市氣象局提供, 包括第一期播種到最后一期收獲時(shí)每天的日最高溫、日最低溫。參照嚴(yán)定春等(2004)方法計(jì)算積溫[12]。

第天的累積積溫= Σ[(max+min)/2], 其中,max和min為第天的最高和最低氣溫(10℃

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)。用SPSS 17.0軟件統(tǒng)計(jì)與分析數(shù)據(jù)。用SigmaPlot 10.0作圖。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以泰安市2013年為主。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育期

由表1可知, 各品種的品種審定生育期<目前實(shí)際生長期<最大可能生長期<實(shí)際生育期。品種審定生育期與實(shí)際生育期差異顯著, 5個(gè)品種登海618、先玉335、鄭單958、登海605、登海661審定的生育期比實(shí)際生育期分別少4、14、13、15、10 d。冬小麥–夏玉米周年生產(chǎn)條件下黃淮海地區(qū)的夏玉米目前實(shí)際生長期自6月15日至9月20~25日, 共97~102 d, 比ZD958的實(shí)際生育期少14~19 d。在現(xiàn)在推行的夏玉米適時(shí)晚收栽培措施下, 最大可能生長期延長了10 d, 至10月1~5日收獲, 但仍比ZD958實(shí)際生長期少4~9 d, 比DH661實(shí)際生長期短9~14 d。說明玉米品種的實(shí)際生育期過長, 即使延遲收獲仍不能達(dá)到完全生理成熟。

2.2 積溫

由表2和表3可以看出, 同一品種夏玉米在5月下旬至6月中旬播種時(shí), 達(dá)到完熟時(shí)全生育期所需積溫基本相同。DH618、XY335、ZD958、DH605和DH661完熟時(shí)所需要的積溫依次為2780~2820、2880、2900~2990、2900~2990、3000~3050°C d, ZD958與DH605基本相同, 其他品種差異顯著; 達(dá)到完熟時(shí)全生育期需要積溫最多的品種是DH661, 最少的品種是DH618。

表1 不同夏玉米品種的審定生育期、實(shí)際生育期、目前實(shí)際生長期和最大可能生長期

同列標(biāo)以不同小寫字母的值差異達(dá)0.05顯著水平。

Values followed by different letters in the same column are significantly different at the 0.05 probability level.

表2 不同夏玉米品種的生育期和積溫以及播期調(diào)控(泰安, 2012)

在不同品種中同列標(biāo)以不同小寫字母的值差異達(dá)0.05顯著水平。

Values followed by different letters in the same column are significantly different at the 0.05 probability level for each hybrid. AT: accumulated temperature; DMT: daily mean temperature.

同一品種夏玉米, 全生育期天數(shù)隨播期推遲先縮短后延長, 不同播期間全生育期天數(shù)相差3~8 d; 品種間差異顯著, DH661全生育期天數(shù)比DH618長10~15 d; 泰安全生育期天數(shù)與淄博相近, 大于棗莊; 2013年泰安地區(qū)播期Ⅲ DH618、XY335、ZD958、DH605、DH661全生育期天數(shù)依次為110、112、116、116、121 d。開花前天數(shù)隨播期推遲而減少, 播期Ⅳ開花前天數(shù)比播期I減少3~9 d, 不同品種開花前天數(shù)差異不顯著; 開花后天數(shù)隨播期推遲增加, 開花至完熟天數(shù)延長5~14 d, 品種間差異顯著,表現(xiàn)為DH618

播期對(duì)夏玉米開花至完熟生育進(jìn)程的影響大于開花前, 夏玉米日均溫與生育期變化規(guī)律相反, 全生育時(shí)期日均溫呈先升高后降低趨勢; 品種間表現(xiàn)為DH618>ZD958、DH605>DH661, 2013年泰安、淄博、棗莊播種的DH618分別比DH661高4.31%、3.66%、2.32%; 生態(tài)區(qū)間表現(xiàn)為棗莊>淄博>泰安。開花前日均溫隨播期推遲呈逐漸升高趨勢, 生態(tài)區(qū)間表現(xiàn)為棗莊>淄博>泰安。開花后日均溫隨播期推遲逐漸降低, 生態(tài)區(qū)間表現(xiàn)為: 棗莊>泰安>淄博(表3)。

隨播期推遲, 3個(gè)生態(tài)點(diǎn)玉米生育期內(nèi)積溫顯著降低, 泰安、淄博、棗莊6月20日播種的積溫比5月30日播種的分別降低15.42%、19.17%和15.55%, 淄博降幅最大。不同播期下, 3個(gè)生態(tài)點(diǎn)的積溫表現(xiàn)為棗莊最大, 泰安次之, 淄博最小。由ZD958、DH605、DH618和DH661四個(gè)品種完全成熟需要的積溫分別為2950、2945、2800和3025°C d可知, 泰安和淄博地區(qū)夏玉米達(dá)到完熟的播期, DH618應(yīng)早于6月10日, ZD958和DH605應(yīng)早于6月5日, DH661應(yīng)早于5月30日; 棗莊地區(qū)夏玉米達(dá)到完熟的播期, DH618應(yīng)早于6月15日, ZD958和DH605應(yīng)早于6月10日, DH661應(yīng)早于6月5日?？梢? 山東地區(qū)6月15日后播種的夏玉米, 收獲時(shí)均不能完全生理成熟(表4)。此外, 不同生態(tài)區(qū)夏玉米高產(chǎn)攻關(guān)試驗(yàn)的生長期均在120 d以上(表5)。

表3 不同夏玉米品種的生育期和積溫以及播期調(diào)控(2013)

(續(xù)表3)

表4 播期對(duì)不同夏玉米品種生育期內(nèi)的積溫影響

同列中標(biāo)以不同小寫字母的值差異達(dá)0.05顯著水平。

Values followed by different letters in the same column are significantly different at the 0.05 probability level.

表5 不同生態(tài)區(qū)高產(chǎn)夏玉米品種登海661的產(chǎn)量與生長期

3 討論

黃淮海地區(qū)光溫資源豐富, 但存在利用率低的問題, 調(diào)節(jié)光溫在夏玉米各生育階段的分布, 是提高該地區(qū)光溫利用率的有效途徑。前人研究表明, 玉米籽粒產(chǎn)量與生育期內(nèi)有效積溫呈正相關(guān)[13-14], 中晚熟品種成熟需要的有效積溫為2500~2800℃ d。光溫對(duì)玉米生育期影響顯著, 推遲播期則生育進(jìn)程縮短[15-17]。鄭洪建等[2]認(rèn)為, 影響生育期的主要因素是日均溫, 兩者呈極顯著負(fù)相關(guān)。播期調(diào)整顯著影響夏玉米生長環(huán)境, 適宜的播期是充分利用生態(tài)環(huán)境中光溫資源的保障[18-19]。本研究表明, 隨播期推遲夏玉米生育期呈現(xiàn)先縮短后延長的趨勢。各階段生育進(jìn)程與日均溫呈顯著負(fù)相關(guān), 早播時(shí)前期溫度相對(duì)較低, 延長了播種至開花的生育進(jìn)程; 晚播時(shí)后期溫度較低, 延長了吐絲至生理成熟的進(jìn)程。適當(dāng)調(diào)整播期, 可以使夏玉米生育期處于有利的光溫資源條件下, 便于充分利用氣候資源, 是促進(jìn)玉米高產(chǎn), 形成良好生理特征的保障。播期對(duì)夏玉米品種達(dá)到生理成熟所需的積溫?zé)o顯著影響, 品種的溫度需求基本穩(wěn)定, 各品種完熟需要的積溫主要取決于品種特性, 即播期不同導(dǎo)致生育期的變化, 其根本原因是玉米生長發(fā)育時(shí)期的溫度條件變化。此外, 不同試驗(yàn)點(diǎn)之間的積溫和生長期等存在顯著差異, 說明不同生態(tài)區(qū)的積溫和生長期各有不同。因此, 要選擇適合本生態(tài)區(qū)生育期的品種。不同生態(tài)區(qū)之間的差異主要是由于不同生態(tài)區(qū)的積溫等氣候條件的不同所致, 因此在選擇品種時(shí)要充分考慮到不同生態(tài)區(qū)間的積溫等氣候因素的差異。此外,在實(shí)際生產(chǎn)中玉米生育期的概念不明確, 各育種單位及育種家對(duì)自己育成品種的熟性類型自主定義, 生育期和積溫值不準(zhǔn)確[11]。我國目前推廣面積最大的玉米品種是鄭單958, 被全國大部分省區(qū)認(rèn)定為中晚熟類型的對(duì)照種,山東省審定的夏播生育期為103 d左右; 登海605適宜在中等肥力以上地塊栽培, 國家審定的生育期為101 d; 登海661作為高產(chǎn)攻關(guān)品種在高肥、高水條件下利用, 山東省審定的生育期為110 d。本研究表明, DH618、XY335、ZD958、DH605、DH661的實(shí)際生育期為110、112、116、116和121 d, 達(dá)到生理成熟所需要積溫分別為2800、2880、2950、2945、3025°C d, 遠(yuǎn)高于晚熟品種的生育期(95~115 d)和積溫(2200~2500°C d)[20]。可見, 目前我國推廣的夏玉米實(shí)際生育期顯著大于品種審定生育期, 屬于中晚熟或晚熟品種, 而我國黃淮海區(qū)域夏玉米可利用生長期不足110 d。收獲時(shí)難以達(dá)到生理成熟, 籽粒成熟度不足, 玉米籽粒含水量高于35%, 機(jī)械損傷嚴(yán)重, 不利于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提高。因此, 該地區(qū)亟需中早熟且后期脫水快, 收獲時(shí)玉米籽粒含水量低的高產(chǎn)夏玉米新品種。

由于夏玉米品種的實(shí)際生育期較長, 僅僅通過播期的調(diào)整不能滿足其積溫需求。因此, 需要與本地區(qū)的溫度資源狀況相匹配的生育時(shí)期適宜的品種。此外, 品種審定生育期<目前生長期<最大可能生長期<實(shí)際生育期(表1), 且差異顯著。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn), 不同生態(tài)區(qū)高產(chǎn)攻關(guān)田的夏玉米生育期均不短于120 d (表5), 但即使夏玉米直播晚收結(jié)合小麥晚播, 黃淮海地區(qū)最大可能生長期自6月15日至10月1日至5日, 共107~112 d, 積溫約2800°C d, 但現(xiàn)有夏玉米品種生長期過長(110~120 d), 仍遠(yuǎn)低于目前推廣夏玉米品種實(shí)際生育期及達(dá)到生理成熟所需積溫, 此時(shí)收獲難以達(dá)到完全生理成熟, 含水量高, 不利于機(jī)械化生產(chǎn), 限制了夏玉米產(chǎn)量潛力的發(fā)揮, 亟需選育生育期適宜、后期脫水速率快、宜機(jī)收的高產(chǎn)夏玉米品種。

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Suitable Maturity Period and Accumulated Temperature of Summer Maize in Wheat–maize Double Cropping System

REN Bai-Zhao**, GAO Fei**, WEI Yu-Jun, DONG Shu-Ting, ZHAO Bin, LIU Peng, and ZHANG Ji-Wang*

State Key Laboratory of Crop Biology / Agronomy College of Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China

Five summer maize hybrids Zhengdan 958 (ZD958), Xianyu 335 (XY335), Denghai 605 (DH605), Denghai 618 (DH618), and Denghai 661 (DH661) were used with treatments of four seeding dates on 21 May, 31 May, 10 June, and 20 June to explore the accumulated temperature and growth period of summer maize in wheat–maize double cropping system. There was no significant effect of seeding dates on the required accumulated temperature making physiological maturity, which mainly depended on the nature of varieties. DH618, XY335, ZD958, DH605, and DH661 had the growth period of 110, 112, 116, 116, and 121 d, and required accumulated temperature of 2800, 2880, 2945, 2950, and 3025°C d, respectively. In wheat–maize double cropping system, the largest possible growth period was 107-120 d (from 15 June to 1-5 October), the accumulated temperature was about 2800°C d, which wasdifficult to meet the needs of production for main maize hybrids. The double late-cropping patterns were conducive to increasing grain yield. However, the growth period (about 120 d) of summer maize hybrids planted most popularly was too long to reach full maturity, resulting in seriousgrain damage when harvest by machinery. In conclusion, at present, the largest possible growth period and accumulated temperature are not possible to satisfy the needs of the production of main maize hybrids in wheat–maize double cropping system, even timely late harvest is still difficult to complete physiological maturity. Therefore, we need early-maturing (growth period ≤ 107 d) and high-yielding summer maize hybrids in the Yellew-Huaihe-Haihe Rivers Plain.

summer maize; growth period; accumulated temperature

2017-03-13;

2017-09-10;

2017-09-28.

10.3724/SP.J.1006.2018.00137

通信作者(Corresponding author): 張吉旺, Tel: 0538-8241485, E-mail: jwzhang@sdau.edu.cn

**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

任佰朝, E-mail: renbaizhao@sina.com; 高飛, E-mail: 1006182152@qq.com

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“糧食豐產(chǎn)增效科技創(chuàng)新”重點(diǎn)專項(xiàng)(SQ2017YFNC050063), 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31671629)和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-02-20)資助。

This study was supported by the State Key Research and Development Program “Food Production Enhancement and Efficiency Innovation” Key Special Project (SQ2017YFNC050063), the National Natural Science Foundation of China (31671629), and the National Modern Agricultural Technology & Industry System (CARS-02-20).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170928.1842.018.html