基于氣候變化下的遼西地區(qū)春玉米生長發(fā)育及產量與水熱變化的響應研究

張兵兵 呂曉 楊璐 高全 吳航 張慧

摘 要：基于分期播種試驗引用干燥度指數(shù)作為水熱因子的均一化指標，對春玉米生長發(fā)育及產量形成對水熱變化的響應機制進行了分析研究。結果表明，隨著播期的推遲，玉米的全生育期呈現(xiàn)顯著縮短的趨勢，平均氣溫對玉米生長速率的顯著影響主要表現(xiàn)在出苗及營養(yǎng)生長階段，對生殖生長影響較小;干燥度與出苗速率及生殖生長速率顯著相關，K每上升0.1，出苗速率降低20%，而抽雄至成熟間生長速率提升23%左右。抽雄—乳熟期的干燥度對產量的影響最大，玉米各發(fā)育階段K對產量影響的程度由重至輕依次為：抽雄—乳熟>拔節(jié)—抽雄>出苗—拔節(jié)>乳熟—成熟。

關鍵詞：分期播種;水熱關系;春玉米;生長發(fā)育;產量

中圖分類號 S513文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）23-0041-02

播期已成為作物生長的關鍵影響因素[1]，適宜的播期對提高作物干物質積累及產量意義重大[2]。作物的生長發(fā)育、干物質積累特征與播期的熱量及水分的供應能力密切相關[3]，作物對水分、熱量資源的利用狀況可以通過播期的改變而得到有效的改善[4]，以此達到增產的目的。因此，研發(fā)適宜播種期對挖掘作物增產潛力具有十分重要的意義[5]。

遼西半干旱地區(qū)是生產玉米的主要地區(qū)[6]，玉米播期不合理是制約玉米生長的要素[7]。本研究通過適度調控玉播期的互作效應對玉米生長發(fā)育、干物質積累特征的響應機理，闡明玉米生長發(fā)育、干物質積累、產量形成特征的互利增產機理，以期為提升遼西半干旱地區(qū)玉米高產管理提供技術支撐。

1 資料與方法

1.1 試驗設計 于2011—2015年在錦州農業(yè)氣象試驗站開展分期播種試驗，土質為中壤土。供試品種為遼西地區(qū)主栽品種丹玉39，晚熟品種135～145d。試驗設置6個播期，即S1（4月10日）、S2（4月20日）、S3（4月30日）、S4（5月10日）、S5（5月20日）、S6（5月30日），共18個處理。

1.2 數(shù)據(jù)觀測 氣象資料來源于錦州市氣象局，包括玉米生長期內逐日氣象要素（日最高氣溫Timax、日最低氣溫Timin、日降水量Ri），并計算日平均氣溫（Ti），考慮到代表生物學意義，Timax極值過高或Timin極值過低對玉米生長發(fā)育的無效影響。

1.3 干燥度 由于試驗期間玉米降水量在播期和年際之間差異比較大，引用干燥度指數(shù)k作為作物生長的水熱均一化指數(shù)[8]，k的變化直接反映出在不同播種期下，溫度和水分條件的匹配情況對玉米各發(fā)育期的影響。

[k=0.16∑T≥10R]

式中，k為干燥度;∑T≥10℃為玉米某發(fā)育期內日平均氣溫≥10℃期間的活動積溫;R為同期降水量。

2 結果與分析

2.1 水熱條件對生長速率的影響

2.1.1 分期播種的關鍵發(fā)育期 試驗中隨著播期的推遲，玉米的全生育期（播種至成熟）呈現(xiàn)顯著縮短的趨勢，最長為154d，最短為123d。從玉米的不同發(fā)育階段來看，出苗階段縮短了3～18d，主要營養(yǎng)生長階段縮短了4～13d，而生殖生長階段則相對穩(wěn)定縮短了僅為3～7d。

2.1.2 氣象條件對生長速率的影響 將各階段氣象因子與生長速率作相關分析，其中省略了相關性不顯著的因子，得到表1。

2.2 不同生長階段干物質增長與水熱條件的相關分析 干物質變化量的大小與其間≥10℃積溫和0～50cm貯水量顯著相關。積溫的增長與玉米干物質的增長呈顯著正相關，但拔節(jié)期之前的積溫對生物量的影響程度不如生長中后期的明顯;生長季的0～50cm土壤貯水量變化基本呈二次曲線，與玉米的生長規(guī)律基本一致，拔節(jié)—乳熟期玉米蒸騰加劇，需水量增多，相關性顯著，而乳熟—成熟土壤貯水量對干物質積累的影響較小。

2.3 水熱因子對產量的影響 溫度和水分的匹配變化對玉米生長發(fā)育速度、干物質積累的影響最終在產量高低上體現(xiàn)出來。2011—2013年以第3、4播期實際產量較高，播期間產量在11%～20%;2014和2015年呈顯著下降趨勢，播期間產量在14%～60%。

3 結論與討論

郭春明[9]分析了東北地區(qū)春玉米在全生育期的農田蒸散動態(tài)變化，得到了春玉米發(fā)育期與蒸散的關系，徐田軍[10]分析了播種期對玉米發(fā)育期變化的影響，由此建立了動態(tài)模型。本文在分析春玉米生長發(fā)育及產量與水熱因子的相關規(guī)律后，得到了東北地區(qū)主栽品種春玉米生長發(fā)育隨氣候變化的動態(tài)特征，引用的均一化水熱因子干燥度指數(shù)作為分析因子，在考慮降水的同時，增加了蒸發(fā)量的影響，在分析水熱因子共同作用下對生長發(fā)育及氣象產量的影響有一定優(yōu)勢，具有明顯的生物學意義，便于從整體上了解水分和熱量對春玉米生長特性的規(guī)律。在實踐中可應用于玉米生長發(fā)育及產量形成的模擬動態(tài)監(jiān)測、生長調控及估產等方面，可為東北地區(qū)春玉米選擇適宜播期提供理論參考。但本文僅針對有限的試驗數(shù)據(jù)資料初步進行了相關分析，仍需多年的玉米生長觀測數(shù)據(jù)來支持和完善各影響因子的精確度。

玉米的出苗速率、各生育階段天數(shù)均隨溫度變化而相應變化，早播前期溫度略低，導致生長速率較慢。在出苗及營養(yǎng)生長階段，平均氣溫對玉米生長速率的顯著影響，平均氣溫每升高1℃，出苗速率提升30%，營養(yǎng)生長速率提升14%～19%，但在生殖生長階段，平均氣溫對生長速率的影響較小，相關性不顯著。干燥度k與出苗速率及生殖生長速率顯著相關，干燥度每上升0.1，出苗速率降低20%，而抽雄至成熟間生長速率提升23%左右;抽雄—乳熟期的干燥度對產量的影響最大，綜合全生育期的干燥度對產量的相關系數(shù)，I上升0.1，玉米氣象產量下降800kg/hm2左右。

參考文獻

[1]于文穎，紀瑞鵬，馮銳，等.東北地區(qū)玉米生長發(fā)育特征及其對熱量的響應[J].應用生態(tài)學報，2012，23（5）：1295-1302.

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[8]張謀草，趙瑋，鄧振鏞，等.分期播種對隴東地區(qū)玉米產量的影響及適宜播期分析[J].中國農學通報 2011，27（33）：28-33

[9]郭春明，任景全，張鐵林，等.東北地區(qū)春玉米生長季農田蒸散量動態(tài)變化及其影響因子[J].中國農業(yè)氣象，2016，37（4）：400-407.

[10]徐田軍，呂天放，陳傳永，等.播期對玉米干物質積累轉運和籽粒灌漿特性的影響[J].中國農業(yè)科技導報，2016，18（6）：112-118.

（責編：張 麗）