廣西亞熱帶氣候?qū)σ荒陜墒煊衩咨L及產(chǎn)量的影響

鐘昌松，張 玉，呂巨智，閆飛燕，程偉東，石達金，范繼征，張述寬

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，廣西 南寧 530007；2. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院；廣西 南寧 530007)

【研究意義】玉米是廣西重要的糧食作物和飼料來源。廣西玉米播種面積占糧食播種面積的18.4 %～20.4 %，玉米總產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的17.1 %～ 18.4 %。玉米是高產(chǎn)作物，然而廣西玉米產(chǎn)量占比低于面積占比，其增產(chǎn)潛力沒有得到充分發(fā)揮。廣西屬亞熱帶季風(fēng)氣候，夏長冬暖，雨量充沛，光照充足，復(fù)種指數(shù)高，是全國少數(shù)幾個生產(chǎn)玉米一年兩熟乃至三熟的地區(qū)。干旱、高溫高濕、強降雨天氣和低溫冷害等是制約廣西玉米高產(chǎn)潛力發(fā)揮的主要不利氣象因素。因此，基于廣西玉米一年兩熟生產(chǎn)潛力，明確氣候變化特征及其對玉米生長發(fā)育的影響，對廣西玉米物候期選擇、增產(chǎn)潛力的充分發(fā)揮和氣候變化應(yīng)對，具有重要的理論與實踐意義?！厩叭搜芯窟M展】分期播種是研究玉米生長發(fā)育適宜物候期和挖掘增產(chǎn)潛力的重要途徑。Thomas等[1]研究發(fā)現(xiàn)不同播期對玉米生長具有顯著的影響，籽粒的灌漿特性決定作物的最終產(chǎn)量。而近年的研究表明，氣候變化對玉米的影響具有一定的復(fù)雜性和空間分異性。肖登攀等[2]發(fā)現(xiàn)自20世紀80年代以來，中國西北部的春玉米在氣候影響下呈現(xiàn)出物候期提前、各生長階段歷時延長的趨勢；翟治芬等[3]對比2000和1960年的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中國不同農(nóng)業(yè)種植區(qū)域內(nèi)玉米生育期變動明顯，除東北大豆春麥甜菜區(qū)外，玉米播種期提前，玉米成熟期變動較為復(fù)雜，玉米生育期以延長為主；李正國等[4]研究了1990年至2009年間東三省玉米物候期變化趨勢，物候期的響應(yīng)和變化體現(xiàn)出區(qū)域差異，其中松嫩平原北部、吉林省中東部和遼寧省中部的響應(yīng)關(guān)系較為明顯。【本研究切入點】目前多數(shù)研究是在我國黃淮海和東北地區(qū)開展的，以亞熱帶地區(qū)一年多熟制生態(tài)環(huán)境為出發(fā)點，研究玉米物候期、生長發(fā)育和產(chǎn)量影響的報道尚較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】探索廣西亞熱帶多熟制氣候環(huán)境變化趨勢對玉米生長發(fā)育、籽粒灌漿和產(chǎn)量的影響，明確一年兩熟玉米生長發(fā)育對氣候變化的響應(yīng)規(guī)律，提升廣西玉米高產(chǎn)潛力，保障糧食生產(chǎn)安全。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點設(shè)在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所明陽試驗基地(108°13′59″N，22°36′43″E)，海拔300 m。試驗地為黃壤，有機質(zhì)含量為1.616 %，全氮0.101 mg/kg，全磷0.079 mg/kg，全鉀0.163 mg/kg，pH 6.06。試驗區(qū)年均降雨量1135.8 mm，年均積溫1940 ℃，年均日照時數(shù)1310.5 h。氣象數(shù)據(jù)來自試驗基地氣象觀測站(圖1～2)。

圖1 2013年2-12月玉米生育期間溫度變化Fig.1 Temperature changes during maize growth period from February to December

1.2 供試材料

參試品種5個，其中會單4號為早熟品種，渝單8號和貴單8號為中熟品種，正大619和迪卡008為晚熟品種。

1.3 試驗方法

試驗期為自2013年3月1日至12月31日，分春秋兩季開展，春季和秋季試驗設(shè)計和處理相同。采用裂區(qū)設(shè)計，以3個播期為主處理，5個品種為副處理，共15個處理，3次重復(fù)。

主處理播期：A1提早15 d；A2當?shù)厣a(chǎn)播期；A3推遲15 d；春季A1播種期為2013年3月5日，秋季A1播種期為同年8月6日。

副處理品種：正大619、迪卡008、渝單8號、貴單8號和會單4號。

種植密度57 000株/hm2，16行區(qū)，行長5 m，行距0.7 m。收獲中間4行計產(chǎn)，試驗田四周設(shè)置不少于3 m的保護行。其他管理與大田生產(chǎn)相同。

1.4 測定項目及方法

生長季節(jié)氣象要素：收集所在試驗區(qū)玉米生長季節(jié)的降雨量、光照、溫度、輻射等主要氣象因素。

生育進程：主要包括播期、出苗期、抽雄期、吐絲期和生理成熟期。

農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量：按區(qū)試標準調(diào)查株高、穗位高、穗長、禿尖長、行數(shù)、行粒數(shù)和千粒重等性狀。

產(chǎn)量：每小區(qū)實收中間4行測產(chǎn)，并折算成標準含水量14 %的產(chǎn)量。

籽粒灌漿特性調(diào)查：在玉米吐絲后的10、20、30、40和50 d每區(qū)隨機選擇3個點，每點取樣株數(shù)不少于3株，去掉果穗苞葉，稱取裸穗鮮重，采用小鑷子取果穗中部共200粒充實粒烘干稱重，精確到0.01 g。同時觀察記載籽粒乳線占籽粒深度的百分率，分析灌漿進度。

圖2 2013年2-12月玉米生育期間降雨量和太陽輻射變化Fig.2 Changes of rainfall and solar radiation during maize growth period from February to December

1.5 統(tǒng)計分析

采用SPSS 13.0和Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米物候期變化特征

由表1可知，在亞熱帶氣候變化條件下，不同播種期，玉米從播種出苗至成熟的光溫條件有顯著的差異，其物候期也有明顯變化。

相同播種期下，春季和秋季玉米品種之間出苗日期均沒有差異，但玉米播種至出苗的間隔時間有差異，春季較秋季遲1 d出苗，春季播種期平均溫度(20.23 ℃)較秋季(27.20 ℃)低是主要影響原因。玉米出苗-抽絲期，受光溫條件影響較大。同一玉米品種春季和秋季玉米從出苗至抽絲所需的有效積溫(GDD)基本穩(wěn)定，晚熟品種春季抽絲有效積溫(GDD)略大于秋季，但春季和秋季的差異性分析不顯著(表2)，玉米完成抽絲開花所需有效積溫應(yīng)主要由品種遺傳特性決定。隨著春季玉米播種期推遲，其抽絲期呈現(xiàn)縮短的趨勢，而秋季玉米抽絲期則呈現(xiàn)延長的趨勢，與溫度的變化趨勢相吻合。研究調(diào)查了日最高溫(Tmax)和日最低溫(Tmin)。Tmax>34 ℃主要集中在6-8月份，此時春玉米處于灌漿期，秋玉米8月份處于播種出苗期和拔節(jié)期；Tmin<10 ℃主要集中在11-12月份，此時秋玉米處于灌漿期。結(jié)果表明，春季Tmax>34 ℃天數(shù)隨播期推遲而逐漸增加，春季推遲玉米播期增加了高溫脅迫風(fēng)險；秋季Tmax>34 ℃天數(shù)則隨播期推遲而顯著減少，但Tmin<10 ℃天數(shù)隨播期延遲而顯著增加，秋季推遲玉米播期會增加低溫冷害風(fēng)險。

2.2 氣候?qū)τ衩字饕r(nóng)藝性狀的影響

由表3～4可知，不管在春季或秋季，品種間的株高、穗位高、穗長、禿尖、穗粗、行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重和乳線高度差異均達極顯著水平；春季播期對株高、穗長、穗粗、行粒數(shù)和乳線高度無顯著影響，對穗位高、禿尖、穗行數(shù)和千粒重的影響均達顯著(P<0.05)，而秋季播期對株高、穗位高、穗長、穗粗、禿尖、行粒數(shù)、千粒重和乳線高度的影響均達極顯著水平(P<0.01)。對比分析可知，秋季播期對玉米主要農(nóng)藝性狀的影響要較春季明顯。此外，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，秋季A2和A3播期的玉米生長發(fā)育至灌漿5 d后乳線仍不顯現(xiàn)，與同時期春季玉米有顯著差異，推測與其經(jīng)歷的低溫天氣較多，影響灌漿進度有關(guān)。

表1 不同季度玉米生育進程和光溫條件的變化

注：1.設(shè)定玉米生理學(xué)基礎(chǔ)溫度Tbase=10 ℃，玉米生理極高溫度為Topt=34 ℃；2.表中的Tmax和Tmin均統(tǒng)計玉米全生育期情況。

Note: 1.The physiological base temperature of corn was setTbase=10 ℃, and the high physiological temperature of corn wasTopt=34 ℃；2.The whole growth period of corn was counted byTmaxandTminin the table.

表2 不同季度玉米品種出苗-抽絲期GDD差異性

注：不同小、大寫字母分別表示5 %和1 %水平下差異的顯著性。

Note: Different small and capital letters mean significantly different at the 5 % and 1 % probability level,respectively.

表3 春季不同播期玉米主要農(nóng)藝性狀的方差分析

注：*表示差異達0.05顯著水平，**表示差異達0.01極顯著水平。下同。

Note: * indicated difference at the 0.05 level, ** indicated difference at the 0.01 significant level. The same as below.

表4 秋季不同播期玉米主要農(nóng)藝性狀的方差分析

在春季和秋季，播期與品種互作均無顯著影響的性狀有穗長、穗粗、穗行數(shù)和行粒數(shù)；秋季播期與品種互作對禿尖有顯著影響，但春季無顯著影響；春季和秋季播期與品種互作均有顯著或極顯著影響的性狀有株高、穗位高、千粒重和乳線高度。

2.3 玉米灌漿效果影響

由圖3可知，春季和秋季，不同播期處理的玉米品種均呈現(xiàn)出灌漿速率先加快再變緩的趨勢，但不同季度和不同播期處理條件下的灌漿速率和灌漿積累均存在一定差異。一是起始灌漿速率有差異，春季和秋季的起始灌漿速率均隨播期推遲而降低，且春季的起始灌漿速率明顯大于秋季的。二是灌漿速率峰值出現(xiàn)的時間有差異，春季3個播期處理的灌漿速率峰值出現(xiàn)在開花授粉后的30～40 d，而秋季播期處理在授粉后的40～50 d仍未顯示達到峰值，秋季A3處理在授粉后的40～50 d甚至出現(xiàn)了灌漿衰弱跡象。三是玉米果穗灌漿積累最終效果有差異，春季和秋季的最終灌漿積累均隨播期推遲而降低，其中春季播期A1和A2處理的選擇效果是較優(yōu)的，它們的單果穗干重和千粒重?zé)o顯著差異，秋季A1處理和春季A3處理效果相當，秋季A3處理效果最差。

a.春季和秋季不同播期下玉米千粒重變化；b.春季和秋季不同播期下玉米單果穗干重變化圖3 春季和秋季不同播期下玉米千粒重和單果穗干重變化Fig.3 Changes of 1000 grain weight and single ear dry weight with different seeding dates in spring and autumn

圖4 不同熟期品種和播期的相關(guān)關(guān)系Fig.4 The correlation between different maturity varieties and sowing date

2.4 播期對不同熟期品種產(chǎn)量的影響

方差分析表明，春季A1處理的晚熟品種迪卡008和正大619、A2處理的迪卡008產(chǎn)量顯著大于其它播期品種的產(chǎn)量，且中、早熟品種隨播期推遲產(chǎn)量顯著降低；秋季A1處理處理迪卡008、正大619、貴單8號和會單4號顯著大于其它播期品種的產(chǎn)量，A2和A3處理的會單4號和貴單8號產(chǎn)量較同播期晚熟品種有較好的表現(xiàn)。以5個參試品種3個播期產(chǎn)量的平均值為縱橫坐標，對春季和秋季的品種產(chǎn)量水平作圖分析，可較直觀地看出兩熟制下適宜播期和品種的選擇(圖4)。由于廣西一年兩熟生態(tài)氣候溫度兩頭低、中間高的現(xiàn)象，在春季適宜早播并選擇相對晚熟的品種，其中晚熟品種迪卡008產(chǎn)量穩(wěn)定性較正大619好；秋季也以早播為佳，且越晚播種越應(yīng)選擇中、早熟品種，推遲播期時晚熟品種在偏低的溫度下灌漿不飽滿，較難成熟。

3 討 論

作物生育期變化是作物本身生理過程和環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果[3]。大量研究表明，氣候變化對作物的生長條件與產(chǎn)量[5-6]、作物氣候適宜性[7-8]、以及種植制度[9-10]等都有重要影響。

氣候環(huán)境對玉米的影響，與當?shù)貧夂驎r空變化特征有較大關(guān)系。在東北地區(qū)，氣候變暖、熱量增加會促使作物春季物候期的提前和秋季成熟期推后，東北春玉米生長前期(播種期一抽雄期)日數(shù)減少，生長后期(抽雄期一成熟期)日數(shù)增加，全生育期日數(shù)增加[4,11-12]；張鎮(zhèn)濤等[13]研究了華北平原夏玉米生長情況，在充分灌溉和雨養(yǎng)條件下，隨著年代的推移，夏玉米適宜播期呈推遲趨勢，逐年代推遲3 d 左右。本研究發(fā)現(xiàn)，廣西亞熱帶氣候光溫環(huán)境對玉米生長發(fā)育和物候期的影響，主要反映在播種出苗期和抽絲期等生育進程差異、高溫冷害脅迫風(fēng)險和主要農(nóng)藝性狀變化差異等方面，與我國東北等其它地區(qū)有一定特征差異。在廣西3-12月玉米生長季節(jié)里，春季播種期平均溫度(20.23 ℃)較秋季(27.20 ℃)低，春季玉米播種至出苗要較秋季要遲1 d；玉米抽絲期受光溫條件影響較大，同一玉米品種的玉米出苗至抽絲所需有效積溫(GDD)基本穩(wěn)定，主要由品種遺傳特性決定，春季玉米的抽絲期隨溫度升高呈現(xiàn)縮短趨勢，而秋季玉米則隨溫度逐步降低呈現(xiàn)延長趨勢；氣候變化對廣西玉米主要農(nóng)藝性狀的影響也較明顯，且秋季生態(tài)氣候?qū)τ衩字饕r(nóng)藝性狀的影響要較春季大，株高、穗長、穗粗、行粒數(shù)和乳線高度受到的影響由春季的不顯著變?yōu)榍锛镜臉O顯著水平，穗位高、禿尖和千粒重受到的影響也從顯著水平變到極顯著水平。

其次，本研究發(fā)現(xiàn)，廣西玉米春季和秋季的起始灌漿速率、平均灌漿速率和最終灌漿積累效果均隨播期推遲而降低，且春季灌漿效果明顯好于秋季，秋季推遲播期有灌漿衰弱跡象。玉米的灌漿速率和灌漿持續(xù)時間對千粒重和作物產(chǎn)量影響較大，這與劉豐明[14]和徐壽軍[15]的研究結(jié)果較一致。結(jié)合廣西3-12月氣候變化特征，春季玉米晚播減產(chǎn)的原因為：灌漿期環(huán)境溫度升高導(dǎo)致使灌漿前期速率降低，生長后期遇到高溫催熟，造成灌漿質(zhì)量和數(shù)量降低從而減產(chǎn)。秋季玉米晚播減產(chǎn)原因為：秋玉米主要是8月份播種，正值廣西炎熱高峰期，灌漿前期速率較春季弱，9月份后氣溫逐步下降，有效積溫積累不足且受低溫冷害而減產(chǎn)。

綜合氣象脅迫統(tǒng)計數(shù)據(jù)、玉米灌漿特征和產(chǎn)量結(jié)果等因素分析，廣西春季推遲播期增加高溫脅迫風(fēng)險，秋季推遲播期會增加低溫冷害風(fēng)險。本研究認為，溫度和光周期是氣象要素中影響玉米生長發(fā)育的最主要因素，這與劉月娥[16]的研究觀點一致。從廣西一年兩熟光溫周期分布規(guī)律看，春季和秋季均宜早播，秋季玉米應(yīng)選擇熟期較春季短的玉米品種。

4 結(jié) 論

氣候變化對廣西一年兩熟玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量影響顯著，且秋季生態(tài)氣候?qū)τ衩椎挠绊懽兓^春季大，春季推遲播期會增加高溫脅迫風(fēng)險，秋季推遲播期會增加低溫冷害風(fēng)險，生產(chǎn)上建議春季早播并選擇相對晚熟的品種，秋季早播并選擇熟期相對短的品種，可較大程度發(fā)揮玉米高產(chǎn)的潛力。