基于气候变化下的辽西地区春玉米生长发育及产量与水热变化的响应研究

张兵兵 吕晓 杨璐 高全 吴航 张慧

摘 要：基于分期播种试验引用干燥度指数作为水热因子的均一化指标，对春玉米生长发育及产量形成对水热变化的响应机制进行了分析研究。结果表明，随着播期的推迟，玉米的全生育期呈现显著缩短的趋势，平均气温对玉米生长速率的显著影响主要表现在出苗及营养生长阶段，对生殖生长影响较小;干燥度与出苗速率及生殖生长速率显著相关，K每上升0.1，出苗速率降低20%，而抽雄至成熟间生长速率提升23%左右。抽雄—乳熟期的干燥度对产量的影响最大，玉米各发育阶段K对产量影响的程度由重至轻依次为：抽雄—乳熟>拔节—抽雄>出苗—拔节>乳熟—成熟。

关键词：分期播种;水热关系;春玉米;生长发育;产量

中图分类号 S513文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）23-0041-02

播期已成为作物生长的关键影响因素[1]，适宜的播期对提高作物干物质积累及产量意义重大[2]。作物的生长发育、干物质积累特征与播期的热量及水分的供应能力密切相关[3]，作物对水分、热量资源的利用状况可以通过播期的改变而得到有效的改善[4]，以此达到增产的目的。因此，研发适宜播种期对挖掘作物增产潜力具有十分重要的意义[5]。

辽西半干旱地区是生产玉米的主要地区[6]，玉米播期不合理是制约玉米生长的要素[7]。本研究通过适度调控玉播期的互作效应对玉米生长发育、干物质积累特征的响应机理，阐明玉米生长发育、干物质积累、产量形成特征的互利增产机理，以期为提升辽西半干旱地区玉米高产管理提供技术支撑。

1 资料与方法

1.1 试验设计 于2011—2015年在锦州农业气象试验站开展分期播种试验，土质为中壤土。供试品种为辽西地区主栽品种丹玉39，晚熟品种135～145d。试验设置6个播期，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个处理。

1.2 数据观测 气象资料来源于锦州市气象局，包括玉米生长期内逐日气象要素（日最高气温Timax、日最低气温Timin、日降水量Ri），并计算日平均气温（Ti），考虑到代表生物学意义，Timax极值过高或Timin极值过低对玉米生长发育的无效影响。

1.3 干燥度 由于试验期间玉米降水量在播期和年际之间差异比较大，引用干燥度指数k作为作物生长的水热均一化指数[8]，k的变化直接反映出在不同播种期下，温度和水分条件的匹配情况对玉米各发育期的影响。

[k=0.16∑T≥10R]

式中，k为干燥度;∑T≥10℃为玉米某发育期内日平均气温≥10℃期间的活动积温;R为同期降水量。

2 结果与分析

2.1 水热条件对生长速率的影响

2.1.1 分期播种的关键发育期 试验中随着播期的推迟，玉米的全生育期（播种至成熟）呈现显著缩短的趋势，最长为154d，最短为123d。从玉米的不同发育阶段来看，出苗阶段缩短了3～18d，主要营养生长阶段缩短了4～13d，而生殖生长阶段则相对稳定缩短了仅为3～7d。

2.1.2 气象条件对生长速率的影响 将各阶段气象因子與生长速率作相关分析，其中省略了相关性不显著的因子，得到表1。

2.2 不同生长阶段干物质增长与水热条件的相关分析 干物质变化量的大小与其间≥10℃积温和0～50cm贮水量显著相关。积温的增长与玉米干物质的增长呈显著正相关，但拔节期之前的积温对生物量的影响程度不如生长中后期的明显;生长季的0～50cm土壤贮水量变化基本呈二次曲线，与玉米的生长规律基本一致，拔节—乳熟期玉米蒸腾加剧，需水量增多，相关性显著，而乳熟—成熟土壤贮水量对干物质积累的影响较小。

2.3 水热因子对产量的影响 温度和水分的匹配变化对玉米生长发育速度、干物质积累的影响最终在产量高低上体现出来。2011—2013年以第3、4播期实际产量较高，播期间产量在11%～20%;2014和2015年呈显著下降趋势，播期间产量在14%～60%。

3 结论与讨论

郭春明[9]分析了东北地区春玉米在全生育期的农田蒸散动态变化，得到了春玉米发育期与蒸散的关系，徐田军[10]分析了播种期对玉米发育期变化的影响，由此建立了动态模型。本文在分析春玉米生长发育及产量与水热因子的相关规律后，得到了东北地区主栽品种春玉米生长发育随气候变化的动态特征，引用的均一化水热因子干燥度指数作为分析因子，在考虑降水的同时，增加了蒸发量的影响，在分析水热因子共同作用下对生长发育及气象产量的影响有一定优势，具有明显的生物学意义，便于从整体上了解水分和热量对春玉米生长特性的规律。在实践中可应用于玉米生长发育及产量形成的模拟动态监测、生长调控及估产等方面，可为东北地区春玉米选择适宜播期提供理论参考。但本文仅针对有限的试验数据资料初步进行了相关分析，仍需多年的玉米生长观测数据来支持和完善各影响因子的精确度。

玉米的出苗速率、各生育阶段天数均随温度变化而相应变化，早播前期温度略低，导致生长速率较慢。在出苗及营养生长阶段，平均气温对玉米生长速率的显著影响，平均气温每升高1℃，出苗速率提升30%，营养生长速率提升14%～19%，但在生殖生长阶段，平均气温对生长速率的影响较小，相关性不显著。干燥度k与出苗速率及生殖生长速率显著相关，干燥度每上升0.1，出苗速率降低20%，而抽雄至成熟间生长速率提升23%左右;抽雄—乳熟期的干燥度对产量的影响最大，综合全生育期的干燥度对产量的相关系数，I上升0.1，玉米气象产量下降800kg/hm2左右。

参考文献

[1]于文颖，纪瑞鹏，冯锐，等.东北地区玉米生长发育特征及其对热量的响应[J].应用生态学报，2012，23（5）：1295-1302.

[2]胡昌浩，王忠孝.玉米栽培生理[M].北京：中国农业出版社，1995.

[3]梁曦彤，陆至远，李文莹，等.种植行距对春玉米干物质积累动态及分配规律的影响[J].玉米科学，2015，23（4）：110-116.

[4]李晶，李文龙，顾万荣，等.不同栽培模式对春玉米茎秆特性、籽粒灌浆及产量的影响[J].东北农业大学学报，2018，49（8）：24-31.

[5]孔德胤，李建军，杨松，等.播期对河套地区玉米干物质积累模型的影响[J].中国农学通报，2015，31（36）：49-53.

[6]陈祥兰，张雪峰，罗新兰，等.东北玉米生长发育动态模拟模型研究[J].吉林农业大学学报，2012，34（3）：242-247.

[7]曹永强，李维佳，赵博雅，等.气候变化下辽西北春玉米生育期需水量研究[J].资源科学，2018，40（1）：150-160.

[8]张谋草，赵玮，邓振镛，等.分期播种对陇东地区玉米产量的影响及适宜播期分析[J].中国农学通报 2011，27（33）：28-33

[9]郭春明，任景全，张铁林，等.东北地区春玉米生长季农田蒸散量动态变化及其影响因子[J].中国农业气象，2016，37（4）：400-407.

[10]徐田军，吕天放，陈传永，等.播期对玉米干物质积累转运和籽粒灌浆特性的影响[J].中国农业科技导报，2016，18（6）：112-118.

（责编：张 丽）