一年一作玉米產(chǎn)量性狀和籽粒灌漿特性對(duì)播期的響應(yīng)及其與氣象因子的關(guān)系*

曹彩云 ,黨紅凱 ,李佳 ,劉學(xué)彤 ,馬俊永 ,李科江** ,鄭春蓮**

(1. 河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所/河北省作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部衡水潮土生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站衡水 053000;2. 河北省農(nóng)林科學(xué)院 石家莊 050031)

華北平原水資源匱乏、水糧矛盾突出,因地下水資源的過度開采造成的水環(huán)境等問題備受人們關(guān)注[1-3]。改變傳統(tǒng)的小麥(Triticum aestivumL.)玉米(Zea maysL.)一年兩作種植,壓減冬小麥的種植面積,探索一作玉米高產(chǎn)高效種植模式,是緩解地下水資源危機(jī),改善區(qū)域地下水環(huán)境的有效方法[2,4-5]。而一作玉米何時(shí)播種、適宜品種選擇顯得尤為重要?？茖W(xué)地調(diào)控播期,可避開玉米關(guān)鍵生育期不利氣象條件的影響[6],優(yōu)化光溫水資源,達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)目的[7]。

前人就播期對(duì)玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量、灌漿進(jìn)程等的研究較多[8-10],播期可調(diào)控玉米生長期的光溫水等生態(tài)要素,進(jìn)而影響產(chǎn)量[11]。劉明等[12]提出華北地區(qū)春玉米早播由于雨熱不同期不利于營養(yǎng)生長期干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成,明博等[13]提出通過調(diào)整播期可降低玉米生長期間階段性氣象因子帶來的不利影響。已有研究表明[14-15]氣象因子中溫度與玉米的產(chǎn)量和粒重的相關(guān)關(guān)系密切,影響玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的主要?dú)庀笠蜃邮欠e溫[8-9,16],制約黑龍港區(qū)玉米產(chǎn)量的重要障礙因素是粒重決定期的溫度[17-20]。李潮海等[21]研究認(rèn)為散粉期日照時(shí)數(shù)多有利于穗粒數(shù)增加,但開花期和灌漿期降水偏多會(huì)影響籽粒發(fā)育反而降低產(chǎn)量。孫宏勇等[22]在限水條件下,提出華北平原推遲一作玉米播期到5 月30 日,產(chǎn)量、水分利用效率較高的同時(shí),還可避開陰雨寡照和灌漿期高溫的不利影響。錢春榮等[10]的研究表明,最大灌漿速率和平均灌漿速率與漸增期 ≥10 ℃有效積溫和灌漿期日平均氣溫顯著正相關(guān),而灌漿特性及對(duì)氣象因子的響應(yīng)存在品種間差異[23-24]。不同基因型品種的產(chǎn)量潛力及對(duì)溫度和水分等的適應(yīng)性不同,耐性強(qiáng)的品種光合葉面積大,花后維持期長,易獲得高產(chǎn)[25-26]。玉米的產(chǎn)量是系列產(chǎn)量性狀的綜合反映[27],而產(chǎn)量性狀又是由多基因控制的數(shù)量性狀,受遺傳和環(huán)境共同制約,且各性狀間又相互影響[28],而不同品種產(chǎn)量性狀存在差異[29]。播期改變勢必造成生育期氣象因子發(fā)生變化,影響產(chǎn)量性狀進(jìn)而影響產(chǎn)量,因此不同播期下氣象因子與產(chǎn)量、產(chǎn)量性狀及灌漿特性的關(guān)系研究對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)意義重大。

本研究結(jié)合區(qū)域缺水特點(diǎn),在僅灌溉底墑水的情況下,研究一作玉米不同播期對(duì)不同品種玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀及灌漿特性的影響,探討不同播期下玉米產(chǎn)量、產(chǎn)量性狀及灌漿特征參數(shù)對(duì)階段氣象因子的響應(yīng)機(jī)理,以期為低平原區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和高產(chǎn)高效種植模式提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017-2018 年在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所試驗(yàn)站(37°44′N,115°47′E,海拔21 m)進(jìn)行。近14 年(2003-2016 年)的年平均氣溫13.6℃,年日照時(shí)數(shù)平均2488.5 h;年降水量平均為545.9 mm,且主要集中在6-8 月。2017-2018 年5-10月氣象要素(圖1-圖2)與2003-2016 年同期氣象要素相比,光照條件好(變異系數(shù)0.6%～19.6%),日均溫接近(變異系數(shù)0.5%～7.6%),氣溫日較差高(變異系數(shù)0.2%～16.0%),變化較大的是降雨量(變異系數(shù)5.0%～121.1%),沒有異常天氣影響。傳統(tǒng)種植模式為小麥玉米一年兩作。土壤類型為輕壤質(zhì)底黏潮土,2 m 土體容重平均1.4 g·cm-3。播前土壤有機(jī)質(zhì)2.2%、土壤速效氮105.8 mg·kg-1、速效磷19.7 mg·kg-1、速效鉀121.3 mg·kg-1。

圖1 2017—2018 年試驗(yàn)期間日平均氣溫和日均溫差情況Fig.1 Daily average air temperature and daily temperature range during maize growing seasons in 2017-2018

圖2 2017—2018 年試驗(yàn)期間日降雨量和日照時(shí)數(shù)情況Fig.2 Daily precipitation and daily sunshine duration during maize growing seasons in 2017-2018

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),因素分別為播期和品種。設(shè)5 個(gè)播期,播期分別為5 月 5 日、5 月20 日、6 月5 日、6 月20 日和6 月30 日,分別用SD1、SD2、SD3、SD4和SD5表示;品種為當(dāng)?shù)刂魍葡挠衩灼贩N‘先玉335’和‘鄭單958’。每個(gè)處理3 次重復(fù),小區(qū)面積33.6 m2(7 m×4.8 m)。

兩年的種植密度為6.7 萬株·hm-2,行距60 cm,株距24 cm,人工穴播。肥料全部底施,2017 年和2018年分別底施復(fù)合肥(14-16-15)和玉米專用肥(22-8-12) 750 kg·hm-2。2017 年和2018 年僅播種后澆蒙頭水1 次,灌溉量75 mm。其他管理同大田。收獲時(shí)間2017 年分別為9 月5 日、9 月27 日、10 月14 日、10 月27 日和10 月31 日,2018 年分別為9 月7 日、9 月27 日、10 月7 日、10 月19 日和10 月30 日。

1.3 測定項(xiàng)目及測定方法

1.3.1 產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀

收獲時(shí)去掉邊行和保護(hù)行,每個(gè)小區(qū)連續(xù)收獲40 穗,脫?？挤N,折算產(chǎn)量。從測產(chǎn)樣品中,隨機(jī)取兩個(gè)200 粒,稱重,誤差小于0.5 g,折算百粒重。抽取40 穗玉米,逐穗計(jì)數(shù)穗行數(shù)和2 行粒數(shù),折算穗粒數(shù)。每小區(qū)調(diào)查4 行的株數(shù)、空稈數(shù)和雙穗數(shù),折算有效株數(shù)。

1.3.2 灌漿速率

在玉米吐絲期每小區(qū)選取吐絲一致的玉米植株40 株掛牌,并記載抽雄吐絲時(shí)間,從吐絲第10 天開始取穗,每10 d 取1 次,每次每小區(qū)取3 穗,取從穗底部第6 行開始向上6～8 行的100 粒,80 ℃烘干至恒重后測百粒干物質(zhì)重,折算粒重。

采用Logistic 曲線模型模擬粒重的增長過程:

式中:Yt為t時(shí)刻的籽粒干物質(zhì)重,即干物質(zhì)積累量;t為灌漿開始后持續(xù)的天數(shù);a、b、k為參數(shù)。當(dāng)t趨于無窮大時(shí),Yt值為其理論粒重;對(duì)方程求一階導(dǎo)數(shù)可得灌漿速率方程,根據(jù)方程可進(jìn)行曲線作圖;對(duì)方程求二階導(dǎo)數(shù),并令其值為0,得到最大灌漿速率出現(xiàn)的時(shí)間(Tmax):

代入一階導(dǎo)數(shù)方程得到最大灌漿速率(Vmax):

平均灌漿速率(V)=最大干物質(zhì)累積量(g)/生長持續(xù)期(D);方程曲線兩個(gè)拐點(diǎn),把生長或灌漿過程分為前中后3 個(gè)時(shí)期,兩個(gè)拐點(diǎn)的計(jì)算公式為:

1.3.3 氣象參數(shù)

日平均氣溫(℃)、日最高溫度(℃)、日最低溫度(℃)、日照時(shí)數(shù)(h)和降雨量(mm)來源于衡水市深州觀測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù),距離試驗(yàn)田25 km?！?0 ℃積溫(℃)為階段生育期≥10 ℃日平均氣溫的和,平均溫度(℃)為階段生育期日平均氣溫,日均溫差(℃)為日最高溫度和最低溫度的差值,降雨量(mm)為階段降雨量的和。

計(jì)算如下指標(biāo):全生育期積溫(T,℃)、播種到吐絲積溫(Tsf,℃)、吐絲到成熟期積溫(Tfm,℃)、全生育期的日平均氣溫(TAv,℃)、播種到吐絲的日平均氣溫(TAvsf,℃)、吐絲到成熟期的日平均氣溫(TAvfm,℃)、全生育期的降雨(F,mm)、播種到吐絲的降雨(Fsf,mm)、吐絲到成熟期的降雨(Ffm,mm)、全生育期的日均溫差(TRAv,℃)、播種到吐絲的日均溫差(TRAvsf,℃)、吐絲到成熟期的日均溫差(TRAvfm,℃)、全生育期日照時(shí)數(shù)(S,h)、播種到吐絲日照時(shí)數(shù)(Ssf,h)、吐絲到成熟日照時(shí)數(shù)(Sfm,h)、灌漿期日平均氣溫(TAvfm,℃)、到達(dá)第1 拐點(diǎn)t1 的積溫(Tf1,℃)、到達(dá)t1 的日平均氣溫(TAvf1,℃)、第1 拐點(diǎn)t1 到第2拐點(diǎn)t2 的積溫(Tf12,℃)、t1到t2 的日平均氣溫(TAvf12,℃)、吐絲前10 d≥35 ℃天數(shù)(D1fe,d)、吐絲前10 d≥33 ℃天數(shù)(D2fe,d)、吐絲后10 d≥35 ℃天數(shù)(D1fa,d)、吐絲后10 d ≥33 ℃天數(shù)(D2fa,d)。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用SAS 8.02 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀的方差、Pearson 相關(guān)和回歸分析。處理間差異顯著性采用Tukey 法(P=0.05 水平差異顯著性),*和**分別表示在Pearson 相關(guān)和回歸及通徑分析中在0.05 和0.01 水平差異顯著,Excel 軟件進(jìn)行作圖及數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對(duì)不同品種玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀的影響

不同播期下不同品種玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀如表1所示。從產(chǎn)量的影響結(jié)果看,年際間、播期間及品種間差異均達(dá)極顯著水平,且兩兩因素間差異達(dá)顯著或極顯著水平,但三者的交互作用不顯著。在2017 年,2 個(gè)品種的產(chǎn)量均隨播期的延后呈先升高后降低的趨勢,‘先玉335’以SD2產(chǎn)量最高,‘鄭單958’以SD3產(chǎn)量最高;2018 年2 個(gè)品種均在 SD4播期獲得最高產(chǎn)量。2 年平均以SD4產(chǎn)量最高,其次為SD3、SD5、SD2和SD1,其中SD4、SD3間與SD5、SD2間差異不顯著但均與SD1差異顯著。2017 年和2018年‘先玉335’較‘鄭單958’平均產(chǎn)量分別增加4.6%和12.8%,2 年產(chǎn)量平均增加8.5%。說明產(chǎn)量的高低不僅受播期的影響,而且受播期和品種及三者交互作用的影響,過早或過晚均不利于產(chǎn)量的提高。

表1 2017 年和2018 年播期對(duì)不同品種玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀的影響Table 1 Effects of sowing date on yield and yield components of different maize varieties in 2017 and 2018

從百粒重結(jié)果看,年際間無顯著差異;但播期、品種及其三者交互作用對(duì)百粒重影響均達(dá)極顯著水平。2017 年,‘先玉 335’百粒重以SD2最高,SD1最低;‘鄭單 958’以SD4最高,SD1最低。2018 年2 個(gè)品種均以SD3百粒重最高?！扔?335’較‘鄭單958’百粒重平均高7.7%,說明粒重的高低首先受基因型影響,而且受環(huán)境條件制約,播種早(SD1)或播種晚(SD5)均不利于粒重提高。

從穗粒數(shù)的影響看,受年型和播期的影響較大,‘先玉335’在2017 年和2018 年分別在SD1和SD4播期獲得最高穗粒數(shù),而‘鄭單958’分別在SD2和SD4獲得最高穗粒數(shù),2 年平均以SD1播期最高(525.5 粒),其次是SD4(495.8 粒)、SD3(493.9 粒)、SD5(486.3 粒)和SD2(475.0 粒)?！扔?35’較‘鄭單958’穗粒數(shù)2年平均高2.3%。

有效株數(shù)是收獲時(shí)調(diào)查的實(shí)際株數(shù)減去空稈率和雙穗折算的實(shí)際穗數(shù),是出苗率對(duì)播期的綜合反映,2 年平均有效株數(shù)結(jié)果為SD3＞SD4＞SD2＞SD5＞SD1?！扔?35’較‘鄭單958’在播期一致的情況下有效株數(shù)略少,2 年平均少0.7%。因此播期對(duì)產(chǎn)量性狀的綜合調(diào)控是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵。

將2 年不同播期以產(chǎn)量三要素計(jì)算的理論產(chǎn)量和實(shí)測產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析,回歸方程為y=755.6120+0.9802x(F=102.4166,P=0.0021,R2=0.9715),說明產(chǎn)量要素較好地反映了產(chǎn)量結(jié)果。

再將產(chǎn)量三要素與產(chǎn)量做線性回歸,回歸方程為y=-15 840.2747+17.4438x1+327.7975x2+989.5866x3(R2=0.9201),其中x1為穗粒數(shù),x2為百粒重,x3為有效株數(shù)。通徑分析結(jié)果表明(表2),對(duì)產(chǎn)量影響較大是穗粒數(shù)和百粒重,有效株數(shù)的直接作用不顯著,但穗粒數(shù)、百粒重和有效株數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響作用是相互的,其中百粒重對(duì)產(chǎn)量的影響最大,且與產(chǎn)量的Pearson 相關(guān)關(guān)系達(dá)極顯著水平(r=0.7968)。本研究結(jié)果表明SD3、SD4播期綜合產(chǎn)量較高的主要原因是有較多的穗粒數(shù)和較高的粒重。

表2 玉米產(chǎn)量三要素與產(chǎn)量的通徑分析Table 2 Path analysis of three factors of yield and yield

2.2 試驗(yàn)期間氣象條件分析

將與產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀影響顯著的氣象因子列于表3。因2 品種在不同播期下吐絲和成熟時(shí)間不同故分別列出。2 品種的溫度參數(shù)隨播期的變化基本一致,但降雨量參數(shù)隨播期的變化差異較大。隨播期的延后播種到吐絲的日均氣溫(TAvsf)呈先增加后降低的趨勢,以SD4播期最高,說明該時(shí)期播種利于產(chǎn)量和粒重的提高;從播種到吐絲的降雨量(Fsf)分析看SD2和SD5播期較有利,因?yàn)榍捌诮涤甑脑龆嗫纱龠M(jìn)玉米營養(yǎng)生長為后期籽粒灌漿提供足夠的營養(yǎng);而吐絲到成熟的日均溫差(TRAvfm)在2017 年以SD3播期最高,在2018 年隨播期延后逐漸升高,較有利于灌漿;播種到吐絲的日照時(shí)數(shù)(Ssf)以SD1最長,但吐絲后10 d ≥35 ℃ (D1fa)和 ≥33 ℃ (D2fa)高溫的天數(shù)增多,對(duì)籽粒灌漿不利。

表3 試驗(yàn)期間不同播期對(duì)不同玉米品種產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀影響顯著的氣象因子狀況Table 3 Status of meteorological factors significantly impacting yield and yield components of different maize varieties in 2017 and 2018

2.3 氣象要素與玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量要素的相關(guān)關(guān)系

播期的改變勢必影響生育期內(nèi)各氣象要素的變化,將不同播期積溫、降雨、日照時(shí)數(shù)、日均氣溫、日均溫差及階段氣象要素與產(chǎn)量和產(chǎn)量要素做Pearson 相關(guān)分析,相關(guān)顯著或極顯著的列于表4。結(jié)果表明,播種到吐絲的日均氣溫(TAvsf)越高、吐絲到成熟日均氣溫(TAvfm)越低和播種到吐絲的降雨量(Fsf)越大及吐絲到成熟階段的日均溫差越大(TRAvfm),產(chǎn)量越高,但吐絲后10 d ≥35 ℃ (D1fa)和≥33 ℃ (D2fa)的天數(shù)越多越不利于產(chǎn)量的提高。從百粒重看,TAvsf越高、TRAvfm越大,越有利于粒重提高,而播種到吐絲日照時(shí)數(shù)(Ssf)和D1fa越多,TAvfm、吐絲到第1 拐點(diǎn)的日均氣溫(TAvf1)和第1 到第2 拐點(diǎn)的日均氣溫(TAvf12)越高,粒重會(huì)越低。對(duì)穗粒數(shù)和有效株數(shù)的影響不顯著。

表4 氣象要素與玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀的相關(guān)關(guān)系Table 4 Correlation between meteorological factors and yield and yield components of maize

將關(guān)系密切的氣象因子與產(chǎn)量和百粒重做進(jìn)一步通徑分析(表5 和表6)。結(jié)果表明,各因子對(duì)產(chǎn)量和粒重的影響作用是相互的,例TAvfm對(duì)產(chǎn)量和百粒重的直接貢獻(xiàn)最大,通過TAvsf、D2fa和TAvf12對(duì)產(chǎn)量和粒重的貢獻(xiàn)作用為負(fù)效應(yīng),而通過TRAvfm、D1fa和TAvf1對(duì)產(chǎn)量的作用為正效應(yīng),但實(shí)際D1fa、D2fa越多,TAvfm、TAvf1和TAvf12越高,產(chǎn)量和百粒重越低。

表5 氣象要素與玉米產(chǎn)量的通徑分析Table 5 Path analysis of meteorological factors and yield of maize

表6 氣象要素與玉米百粒重的通徑分析Table 6 Path analysis of meteorological factors and 100-grain weight of maize

2.4 播期對(duì)玉米粒重的影響

2.4.1 不同播期的粒重及粒重特征方程

從不同播期灌漿測定的粒重看(表7),兩品種平均粒重的變化趨勢2017 年為SD4＞SD5＞SD2＞SD3＞SD1,SD4分別較SD5、SD2、SD3和SD1高34.0 mg、42.9 mg、48.6 mg 和95.7 mg;2018 年為SD4＞SD3＞SD5＞SD1＞SD2,SD4分別較 SD3、SD5、SD1和 SD2高0.1 mg、33.1 mg、78.5 mg 和87.9 mg。SD3和SD4播期粒重較高,早播(5 月5 日)和晚播(6 月30 日)均不利于玉米粒重的提高?！扔?35’的粒重均高于 ‘鄭單958’,平均高33.4 mg,說明粒重的大小首先決定于基因型。

用Logistic 曲線模型模擬粒重變化特征方程如表7 所示,決定系數(shù)R2在0.98 以上,均達(dá)極顯著水平。將實(shí)測粒重和理論粒重作回歸分析,二者呈極顯著的線性相關(guān)關(guān)系,回歸方程為y=1.045x-17.09 (R2=0.863**),說明粒重特征方程能較好地描述粒重的變化。

表7 不同播期下不同品種玉米粒重及粒重的變化特征方程Table 7 Characteristic equations of grain weight and grain weight change of different maize varieties sown at different dates

2.4.2 不同播期的灌漿速率擬合曲線

2017 年、2018 年兩品種籽粒灌漿擬合曲線如圖3 所示。結(jié)果表明,不同品種在不同年份灌漿進(jìn)程表現(xiàn)不同。例如2017 年SD3播期,兩品種籽粒灌漿曲線靠前,說明同期灌漿速率大,有利于籽粒灌漿,但后期籽粒灌漿曲線下降較快,兩品種均以SD4播期粒重最高,其曲線后延,說明在灌漿的后期養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移能力仍很高,有利于粒重的增加;而粒重低的SD1播期,籽粒灌漿曲線峰值低,說明同期灌漿速率低,不利于粒重的提高和干物質(zhì)的積累。圖3 和表8表明,SD3、SD4播期粒重較高的主要原因是平均灌漿速率較高,同期曲線靠上,或曲線后延,灌漿的時(shí)間長。2018 年SD5播期‘先玉335’雖然在灌漿后期曲線靠上,灌漿速率相對(duì)較高,灌漿期長,但因最大灌漿速率(曲線的峰值)和平均灌漿速率低,故粒重不高。‘先玉335’較‘鄭單958’灌漿速率曲線的峰值總體偏高,最大灌漿速率高,且平均灌漿速率也高,平均粒重較高?！崋?58’在2017 年SD4播期和2018 年SD3播期的灌漿期均長于‘先玉335’,但在2017 年SD4播期粒重高于‘先玉335’,2018 年SD3播期卻低于‘先玉335’,說明粒重的提高不僅需高的灌漿速率,灌漿期也要長。

圖3 2017 年和2018 年不同播期下玉米品種‘先玉335’(XY335)和‘鄭單958’(ZD958)籽粒灌漿擬合曲線Fig.3 Fitting curves of grain filling rate of maize varieties ‘Xianyu335’ (XY335) and ‘Zhengdan958’ (ZD958) sown at different dates in 2017 and 2018

表8 不同播期下不同玉米品種的籽粒灌漿特征參數(shù)Table 8 Grain filling characteristic parameters of different maize varieties sown at different dates

2.4.3 不同播期的籽粒灌漿特征參數(shù)

表8 籽粒灌漿特征參數(shù)揭示了籽粒灌漿進(jìn)程的快慢和灌漿強(qiáng)度的高低。2017 年的SD4播期粒重最高,雖然較SD3播期最大灌漿速率(Vmax)和平均灌漿速率(V)小,但灌漿期(D)長,V×D值較SD3播期高41.9 mg·grain-1;2018 年‘先玉335’在SD4播期V×D值最高,而‘鄭單958’在SD3播期V×D值最高,說明灌漿特征參數(shù)值受年型和品種特性的影響。SD5播期粒重降低的主要原因是V的減小及灌漿后期植株早衰D的縮短。SD1播期粒重較低的主要原因是V低。從品種看,‘先玉335’的V和V×D分別較‘鄭單958’高0.19 mg·grain-1·d-1和0.73 mg·grain-1,是粒重較高的主要原因。說明選用灌漿速率高、灌漿期長的品種有利于粒重和產(chǎn)量的提高。

2.4.3 .1 灌漿特征參數(shù)與粒重的關(guān)系

表9 表明,灌漿特征參數(shù)值與粒重均為正相關(guān)關(guān)系,且灌漿特征參數(shù)存在互作效應(yīng)。到達(dá)t1和t2 的時(shí)間越早,V越小、D越長;Vmax和V越大,D反而越短。而V和D共同決定粒重的高低。將與粒重關(guān)系較密切的t2、Vmax、V和D進(jìn)行回歸分析,回歸方程為y(粒重)=-340.8113-4.8612t2+16.9760Vmax+24.4938V+8.5153D,R2=0.9911,達(dá)極顯著水平。通徑系數(shù)見表10,D、Vmax和V的直接作用較大且相關(guān)系數(shù)達(dá)顯著水平,但D通過t2、Vmax和V的作用為負(fù)效應(yīng),說明D受t2、Vmax和V的制約,而V與D為相互影響的負(fù)效應(yīng)關(guān)系,優(yōu)化玉米灌漿特征參數(shù),保持較高的V和D,才能最終提高粒重。

表9 玉米籽粒灌漿特征參數(shù)間和粒重的相關(guān)關(guān)系Table 9 Correlation between grain filling characteristic parameters and grain weight of maize

表10 玉米籽粒灌漿特征參數(shù)與粒重的通徑分析Table 10 Path analysis between grain filling characteristic parameters and grain weight of maize

2.4.3 .2 灌漿特征參數(shù)及粒重與主要?dú)庀笠蜃拥年P(guān)系

播期的改變主要影響生育期內(nèi)溫光水等資源的改變[30],影響籽粒灌漿特性[31],進(jìn)而影響粒重的高低。將粒重和與粒重關(guān)系密切的t2、Vmax、V和D與播種至成熟階段可能影響的氣象要素分別做Pearson 相關(guān)分析(表11)。結(jié)果表明,氣象因子間相互關(guān)聯(lián)影響,而且不同因子對(duì)灌漿特征參數(shù)和灌漿粒重的影響不同。例如生育期≥10℃的積溫(T)對(duì)粒重的影響是負(fù)效應(yīng),使得t2 時(shí)間提前,但Tf1越高使得t2 時(shí)間延后,而Tf1、Tf12越高,灌漿期D越長,V會(huì)越小。本研究中,SD1播期的T、Tsf較高,TAvsf低、TRAvfm小,且D1fa的天數(shù)多,D短,是粒重較低的主要原因。SD3、SD4播期TAvsf高,V、D較高,TRAvfm大,有利于籽粒灌漿,粒重較高。SD5播期雖然TRAvfm大,利于灌漿,但由于TAvf1和TAvf12低而造成Tf1、Tf12的降低,總體D縮短,最終粒重降低。因此播期改變是通過改變玉米生育期不同階段各氣象因子,進(jìn)而影響灌漿特征參數(shù)的變化,影響決定粒重高低的V和D的改變。本研究SD3、SD4播期播種V和D較高,獲得了較高的粒重,是產(chǎn)量提高的主要原因。

表11 氣象因子間及灌漿特征參數(shù)和粒重與氣象因子間的相關(guān)關(guān)系Table 11 Correlation relationship between meteorological factors,maize grain filling characteristic parameters and grain weight,and meteorological factors

3 討論

3.1 播期可優(yōu)化玉米生長的氣象因子,提高粒重和產(chǎn)量

在全球變暖背景下,氣候資源對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響越來越受到人們關(guān)注[32],且不同區(qū)域?qū)夂虻捻憫?yīng)存在差異[33],限制華北平原夏玉米產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃邮墙邓凸庹誟34],適宜的播期可為玉米生長發(fā)育提供有利的溫光水資源條件[30,35]。杜霞等[36]研究表明氣象因子對(duì)玉米的影響主要表現(xiàn)在營養(yǎng)生長階段,營養(yǎng)生長期充足的溫光水條件可為玉米搭好豐產(chǎn)的架子,播種過早不利于玉米前期的生長發(fā)育,影響源和庫[37],而且適宜的播期也可躲開花期的高溫等氣象災(zāi)害[6]。因此通過播期調(diào)整可優(yōu)化作物生長的氣象因子條件,進(jìn)而提高產(chǎn)量。

本研究表明,隨播期延后玉米產(chǎn)量呈先增加后降低趨勢,平均產(chǎn)量和粒重以SD4(6 月20 日)播期最高,與產(chǎn)量關(guān)系最為密切的產(chǎn)量性狀為百粒重;氣象因子中吐絲到成熟的日平均氣溫(TAvfm)對(duì)產(chǎn)量和百粒重的直接貢獻(xiàn)最大,通過播種到吐絲的日平均氣溫(TAvsf)、吐絲后10 d≥33 ℃的天數(shù)(D2fa)和第1(t1)到第2(t2)拐點(diǎn)的日均氣溫(TAvf12)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)作用為負(fù)效應(yīng),通過吐絲到成熟的日均溫差(TRAvfm)、吐絲后10 d≥35 ℃的天數(shù)(D1fa)和吐絲到第1 拐點(diǎn)的日均氣溫(TAvf1)對(duì)產(chǎn)量的作用為正效應(yīng),但實(shí)際D1fa、D2fa越多,TAvfm、TAvf1和TAvf12越高,產(chǎn)量和百粒重越低。說明播期對(duì)產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀的影響是多個(gè)氣象因子的綜合效應(yīng)。從不同播期來看,5月5 日(SD1)播種的積溫條件可滿足玉米生長需要,但降雨主要在7-8 月,雨熱不同期,且播種到吐絲的日均氣溫(TAvsf)較低、吐絲到成熟階段的日平均氣溫(TAvfm)高、D1fa、D2fa的天數(shù)多,與陶志強(qiáng)等[38]在5 月上旬播種灌漿期的高溫脅迫結(jié)果相吻合,不利于粒重提高,也是該播期產(chǎn)量低的主要原因。在6 月5 日(SD3)和6 月20 日(SD4)播期播種可充分利用降雨資源[39],而且灌漿期的溫度較適宜,TRAvfm大,花期高溫?zé)岷瓦B陰雨發(fā)生的幾率低[6],有利于粒重和產(chǎn)量的提高,與華北平原玉米播種5 月25 日-6月27 日有利于籽粒生長獲得高產(chǎn)[18],及夏播玉米適播期6 月9 日-6 月25 日的研究結(jié)果較吻合[40]。目前生產(chǎn)上玉米生理成熟需積溫2800 ℃左右,‘鄭單958’和‘先玉335’所需的積溫分別為2950 ℃和2880 ℃[41]。本研究中,5 月5 日-6 月5 日播種完全能滿足玉米生理成熟所需的積溫,6 月20 日播種(SD4)基本能滿足,6 月30 日(SD5)播種太晚,平均積溫低于2700 ℃,不能滿足玉米生理成熟所需的積溫,是粒重和產(chǎn)量降低的主要原因,也印證了李文陽等[42]播種早灌漿期日均溫差小,播種晚積溫不夠的研究結(jié)果。

3.2 氣象因子條件通過影響玉米籽粒灌漿特征參數(shù)影響粒重

本研究結(jié)果表明,粒重是制約玉米產(chǎn)量提高的主要因素,粒重的提高受整個(gè)生育期氣象要素的制約,而且籽粒灌漿特征參數(shù)及影響籽粒灌漿特征參數(shù)的氣候因子間相互作用顯著。全生育期≥10 ℃積溫(T)和播種到吐絲≥10 ℃積溫(Tsf)越高,到達(dá)第1 和第2 拐點(diǎn)的時(shí)間越早,灌漿期(D)越短,粒重會(huì)越低;TAvsf越高,TRAvfm越大,平均灌漿速率(V)和灌漿期越長,越利于灌漿。例如SD3和SD4播期的TAvsf較高,TRAvfm較大,其V或D及V×D值較高,粒重較高。而V和D呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,且灌漿時(shí)間和灌漿速率的乘積決定粒重高低[43],因此灌漿特征參數(shù)的綜合優(yōu)化對(duì)提高粒重十分關(guān)鍵。SD1播期雖然全生育期積溫較高能滿足玉米的成熟要求,由于播種早,氣候干旱不利于玉米前期的生長發(fā)育[37],而“源足、庫大、流暢”是高產(chǎn)的基礎(chǔ)[44],加之灌漿期高溫,D1fa、D2fa多,造成灌漿期D短,V×D值低,粒重低,說明氣象因子可通過影響灌漿期的長短影響粒重的高低。

籽粒灌漿期對(duì)溫度比較敏感,玉米籽粒灌漿適宜的日平均溫度為22～24 ℃,溫度過高和過低均不利于粒重的提高。本研究表明播期可使玉米籽粒灌漿期的積溫、平均溫度、緩增期的積溫、快增期的溫度均發(fā)生改變。首先體現(xiàn)在對(duì)籽粒灌漿遲滯期的影響上,吐絲到第1 拐點(diǎn)≥10 ℃的積溫(Tf1)越高到達(dá)t1和t2 的時(shí)間越晚,與錢春榮等[10]活躍灌漿期、有效灌漿期與快增期≥10 ℃有效積溫顯著正相關(guān)結(jié)果一致。但TAvf1吐絲到第1 拐點(diǎn)的平均氣溫越高,到達(dá)第1 和第2 拐點(diǎn)的時(shí)間越早,說明灌漿期日平均氣溫超過一定界限會(huì)加速葉片衰老、降低光合能力[45]、縮短灌漿期。本研究中SD1播期不易獲得較高粒重的原因是Tfm較高,TAvfm為25.5～27.3 ℃,而TAvf1為27.6～28.8 ℃,TAvf12為26.0～29.4 ℃,Vmax和V相對(duì)較低,不利于灌漿。SD3、SD4播期吐絲到成熟TAvfm分別為22.7～22.8 ℃和20.3～20.7 ℃,比較有利于灌漿,SD5播期玉米灌漿期的溫度較低,TAvfm(17.5 ℃)低,灌漿速率下降,說明溫度過高[45]和過低[46]均不利于粒重和產(chǎn)量提高。

3.3 優(yōu)化播期的同時(shí)玉米品種選擇對(duì)提高粒重和產(chǎn)量也很關(guān)鍵

玉米的產(chǎn)量受品種特性[22]、氣候條件[47]、栽培措施[48]等多因素影響,不同品種的產(chǎn)量潛力[49]和灌漿特性不同[50]。本研究結(jié)果表明,產(chǎn)量和百粒重不僅與播期有關(guān),而且受年型和品種及三者的綜合效應(yīng)影響,隨播期的延后產(chǎn)量和百粒重呈先增加后降低的趨勢,不同年型不同品種表現(xiàn)不同。2017 年‘先玉335’的產(chǎn)量和百粒重均在SD2下最高,‘鄭單958’分別在SD3、SD4下最高;2018 年‘先玉335’和‘鄭單958’均分別在SD4、SD3下獲得最高產(chǎn)量和百粒重,說明不同品種不同年型下對(duì)播期的響應(yīng)是不同的。本研究結(jié)果還表明,‘先玉 335’的V及V×D均高于 ‘鄭單 958’,粒重高的同時(shí)穗粒數(shù)多,是產(chǎn)量高的主要原因。付景等[51]研究表明‘鄭單958’和‘先玉335’為2 個(gè)耐熱性不同的品種,受高溫脅迫時(shí),‘鄭單958’的影響幅度小。本研究中同一播期的‘先玉335’不僅粒重和產(chǎn)量高,而且灌漿速率也較高,與齊琦等[52]的研究結(jié)果一致,說明產(chǎn)量潛力和灌漿速率高的品種對(duì)提高玉米產(chǎn)量也尤為重要。因此播期優(yōu)化的同時(shí)還需選擇產(chǎn)量潛力高和抗逆性好的品種[53]。

4 結(jié)論

玉米的產(chǎn)量受播期影響的同時(shí)還受品種和氣候年型的影響,產(chǎn)量構(gòu)成要素中粒重、穗粒數(shù)和最終成穗率均受播期影響,其中粒重對(duì)產(chǎn)量的直接作用最大。播種到吐絲的日均溫度越高、降雨量越大及吐絲到成熟的日均溫差越大,越有利于籽粒灌漿,產(chǎn)量越高;5 月5 日和6 月30 日播種均不利于粒重和產(chǎn)量的提高,優(yōu)化播期可優(yōu)化玉米生長發(fā)育的氣象因子條件,進(jìn)而提高粒重和產(chǎn)量。‘先玉335’較‘鄭單958’產(chǎn)量高的主要原因是穗粒數(shù)和百粒重高,而且平均灌漿速率高。因此選用產(chǎn)量潛力大、灌漿速率高和綜合抗性好的品種,在6 月上旬到6 月中下旬播種,可作為缺水的低平原區(qū)季節(jié)性休耕條件下玉米高產(chǎn)高效的種植技術(shù)措施。