一年一作玉米产量性状和籽粒灌浆特性对播期的响应及其与气象因子的关系*

曹彩云 ,党红凯 ,李佳 ,刘学彤 ,马俊永 ,李科江** ,郑春莲**

(1. 河北省农林科学院旱作农业研究所/河北省作物抗旱研究重点实验室/农业部衡水潮土生态环境重点野外科学观测试验站衡水 053000;2. 河北省农林科学院 石家庄 050031)

华北平原水资源匮乏、水粮矛盾突出,因地下水资源的过度开采造成的水环境等问题备受人们关注[1-3]。改变传统的小麦(Triticum aestivumL.)玉米(Zea maysL.)一年两作种植,压减冬小麦的种植面积,探索一作玉米高产高效种植模式,是缓解地下水资源危机,改善区域地下水环境的有效方法[2,4-5]。而一作玉米何时播种、适宜品种选择显得尤为重要。科学地调控播期,可避开玉米关键生育期不利气象条件的影响[6],优化光温水资源,达到稳产高产目的[7]。

前人就播期对玉米生长发育、产量、灌浆进程等的研究较多[8-10],播期可调控玉米生长期的光温水等生态要素,进而影响产量[11]。刘明等[12]提出华北地区春玉米早播由于雨热不同期不利于营养生长期干物质积累和产量形成,明博等[13]提出通过调整播期可降低玉米生长期间阶段性气象因子带来的不利影响。已有研究表明[14-15]气象因子中温度与玉米的产量和粒重的相关关系密切,影响玉米产量和产量构成的主要气象因子是积温[8-9,16],制约黑龙港区玉米产量的重要障碍因素是粒重决定期的温度[17-20]。李潮海等[21]研究认为散粉期日照时数多有利于穗粒数增加,但开花期和灌浆期降水偏多会影响籽粒发育反而降低产量。孙宏勇等[22]在限水条件下,提出华北平原推迟一作玉米播期到5 月30 日,产量、水分利用效率较高的同时,还可避开阴雨寡照和灌浆期高温的不利影响。钱春荣等[10]的研究表明,最大灌浆速率和平均灌浆速率与渐增期 ≥10 ℃有效积温和灌浆期日平均气温显著正相关,而灌浆特性及对气象因子的响应存在品种间差异[23-24]。不同基因型品种的产量潜力及对温度和水分等的适应性不同,耐性强的品种光合叶面积大,花后维持期长,易获得高产[25-26]。玉米的产量是系列产量性状的综合反映[27],而产量性状又是由多基因控制的数量性状,受遗传和环境共同制约,且各性状间又相互影响[28],而不同品种产量性状存在差异[29]。播期改变势必造成生育期气象因子发生变化,影响产量性状进而影响产量,因此不同播期下气象因子与产量、产量性状及灌浆特性的关系研究对指导生产意义重大。

本研究结合区域缺水特点,在仅灌溉底墒水的情况下,研究一作玉米不同播期对不同品种玉米产量和产量性状及灌浆特性的影响,探讨不同播期下玉米产量、产量性状及灌浆特征参数对阶段气象因子的响应机理,以期为低平原区种植结构调整和高产高效种植模式提供数据支撑。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2017-2018 年在河北省农林科学院旱作农业研究所试验站(37°44′N,115°47′E,海拔21 m)进行。近14 年(2003-2016 年)的年平均气温13.6℃,年日照时数平均2488.5 h;年降水量平均为545.9 mm,且主要集中在6-8 月。2017-2018 年5-10月气象要素(图1-图2)与2003-2016 年同期气象要素相比,光照条件好(变异系数0.6%～19.6%),日均温接近(变异系数0.5%～7.6%),气温日较差高(变异系数0.2%～16.0%),变化较大的是降雨量(变异系数5.0%～121.1%),没有异常天气影响。传统种植模式为小麦玉米一年两作。土壤类型为轻壤质底黏潮土,2 m 土体容重平均1.4 g·cm-3。播前土壤有机质2.2%、土壤速效氮105.8 mg·kg-1、速效磷19.7 mg·kg-1、速效钾121.3 mg·kg-1。

图1 2017—2018 年试验期间日平均气温和日均温差情况Fig.1 Daily average air temperature and daily temperature range during maize growing seasons in 2017-2018

图2 2017—2018 年试验期间日降雨量和日照时数情况Fig.2 Daily precipitation and daily sunshine duration during maize growing seasons in 2017-2018

1.2 试验设计

试验采用二因素随机区组设计,因素分别为播期和品种。设5 个播期,播期分别为5 月 5 日、5 月20 日、6 月5 日、6 月20 日和6 月30 日,分别用SD1、SD2、SD3、SD4和SD5表示;品种为当地主推夏玉米品种‘先玉335’和‘郑单958’。每个处理3 次重复,小区面积33.6 m2(7 m×4.8 m)。

两年的种植密度为6.7 万株·hm-2,行距60 cm,株距24 cm,人工穴播。肥料全部底施,2017 年和2018年分别底施复合肥(14-16-15)和玉米专用肥(22-8-12) 750 kg·hm-2。2017 年和2018 年仅播种后浇蒙头水1 次,灌溉量75 mm。其他管理同大田。收获时间2017 年分别为9 月5 日、9 月27 日、10 月14 日、10 月27 日和10 月31 日,2018 年分别为9 月7 日、9 月27 日、10 月7 日、10 月19 日和10 月30 日。

1.3 测定项目及测定方法

1.3.1 产量和产量性状

收获时去掉边行和保护行,每个小区连续收获40 穗,脱粒考种,折算产量。从测产样品中,随机取两个200 粒,称重,误差小于0.5 g,折算百粒重。抽取40 穗玉米,逐穗计数穗行数和2 行粒数,折算穗粒数。每小区调查4 行的株数、空秆数和双穗数,折算有效株数。

1.3.2 灌浆速率

在玉米吐丝期每小区选取吐丝一致的玉米植株40 株挂牌,并记载抽雄吐丝时间,从吐丝第10 天开始取穗,每10 d 取1 次,每次每小区取3 穗,取从穗底部第6 行开始向上6～8 行的100 粒,80 ℃烘干至恒重后测百粒干物质重,折算粒重。

采用Logistic 曲线模型模拟粒重的增长过程:

式中:Yt为t时刻的籽粒干物质重,即干物质积累量;t为灌浆开始后持续的天数;a、b、k为参数。当t趋于无穷大时,Yt值为其理论粒重;对方程求一阶导数可得灌浆速率方程,根据方程可进行曲线作图;对方程求二阶导数,并令其值为0,得到最大灌浆速率出现的时间(Tmax):

代入一阶导数方程得到最大灌浆速率(Vmax):

平均灌浆速率(V)=最大干物质累积量(g)/生长持续期(D);方程曲线两个拐点,把生长或灌浆过程分为前中后3 个时期,两个拐点的计算公式为:

1.3.3 气象参数

日平均气温(℃)、日最高温度(℃)、日最低温度(℃)、日照时数(h)和降雨量(mm)来源于衡水市深州观测点监测数据,距离试验田25 km。≥10 ℃积温(℃)为阶段生育期≥10 ℃日平均气温的和,平均温度(℃)为阶段生育期日平均气温,日均温差(℃)为日最高温度和最低温度的差值,降雨量(mm)为阶段降雨量的和。

计算如下指标:全生育期积温(T,℃)、播种到吐丝积温(Tsf,℃)、吐丝到成熟期积温(Tfm,℃)、全生育期的日平均气温(TAv,℃)、播种到吐丝的日平均气温(TAvsf,℃)、吐丝到成熟期的日平均气温(TAvfm,℃)、全生育期的降雨(F,mm)、播种到吐丝的降雨(Fsf,mm)、吐丝到成熟期的降雨(Ffm,mm)、全生育期的日均温差(TRAv,℃)、播种到吐丝的日均温差(TRAvsf,℃)、吐丝到成熟期的日均温差(TRAvfm,℃)、全生育期日照时数(S,h)、播种到吐丝日照时数(Ssf,h)、吐丝到成熟日照时数(Sfm,h)、灌浆期日平均气温(TAvfm,℃)、到达第1 拐点t1 的积温(Tf1,℃)、到达t1 的日平均气温(TAvf1,℃)、第1 拐点t1 到第2拐点t2 的积温(Tf12,℃)、t1到t2 的日平均气温(TAvf12,℃)、吐丝前10 d≥35 ℃天数(D1fe,d)、吐丝前10 d≥33 ℃天数(D2fe,d)、吐丝后10 d≥35 ℃天数(D1fa,d)、吐丝后10 d ≥33 ℃天数(D2fa,d)。

1.4 数据处理方法

采用SAS 8.02 数据处理系统进行产量和产量性状的方差、Pearson 相关和回归分析。处理间差异显著性采用Tukey 法(P=0.05 水平差异显著性),*和**分别表示在Pearson 相关和回归及通径分析中在0.05 和0.01 水平差异显著,Excel 软件进行作图及数据处理。

2 结果与分析

2.1 播期对不同品种玉米产量和产量性状的影响

不同播期下不同品种玉米产量和产量性状如表1所示。从产量的影响结果看,年际间、播期间及品种间差异均达极显著水平,且两两因素间差异达显著或极显著水平,但三者的交互作用不显著。在2017 年,2 个品种的产量均随播期的延后呈先升高后降低的趋势,‘先玉335’以SD2产量最高,‘郑单958’以SD3产量最高;2018 年2 个品种均在 SD4播期获得最高产量。2 年平均以SD4产量最高,其次为SD3、SD5、SD2和SD1,其中SD4、SD3间与SD5、SD2间差异不显著但均与SD1差异显著。2017 年和2018年‘先玉335’较‘郑单958’平均产量分别增加4.6%和12.8%,2 年产量平均增加8.5%。说明产量的高低不仅受播期的影响,而且受播期和品种及三者交互作用的影响,过早或过晚均不利于产量的提高。

表1 2017 年和2018 年播期对不同品种玉米产量和产量性状的影响Table 1 Effects of sowing date on yield and yield components of different maize varieties in 2017 and 2018

从百粒重结果看,年际间无显著差异;但播期、品种及其三者交互作用对百粒重影响均达极显著水平。2017 年,‘先玉 335’百粒重以SD2最高,SD1最低;‘郑单 958’以SD4最高,SD1最低。2018 年2 个品种均以SD3百粒重最高。‘先玉 335’较‘郑单958’百粒重平均高7.7%,说明粒重的高低首先受基因型影响,而且受环境条件制约,播种早(SD1)或播种晚(SD5)均不利于粒重提高。

从穗粒数的影响看,受年型和播期的影响较大,‘先玉335’在2017 年和2018 年分别在SD1和SD4播期获得最高穗粒数,而‘郑单958’分别在SD2和SD4获得最高穗粒数,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)。‘先玉335’较‘郑单958’穗粒数2年平均高2.3%。

有效株数是收获时调查的实际株数减去空秆率和双穗折算的实际穗数,是出苗率对播期的综合反映,2 年平均有效株数结果为SD3＞SD4＞SD2＞SD5＞SD1。‘先玉335’较‘郑单958’在播期一致的情况下有效株数略少,2 年平均少0.7%。因此播期对产量性状的综合调控是提高产量的关键。

将2 年不同播期以产量三要素计算的理论产量和实测产量进行回归分析,回归方程为y=755.6120+0.9802x(F=102.4166,P=0.0021,R2=0.9715),说明产量要素较好地反映了产量结果。

再将产量三要素与产量做线性回归,回归方程为y=-15 840.2747+17.4438x1+327.7975x2+989.5866x3(R2=0.9201),其中x1为穗粒数,x2为百粒重,x3为有效株数。通径分析结果表明(表2),对产量影响较大是穗粒数和百粒重,有效株数的直接作用不显著,但穗粒数、百粒重和有效株数对产量的影响作用是相互的,其中百粒重对产量的影响最大,且与产量的Pearson 相关关系达极显著水平(r=0.7968)。本研究结果表明SD3、SD4播期综合产量较高的主要原因是有较多的穗粒数和较高的粒重。

表2 玉米产量三要素与产量的通径分析Table 2 Path analysis of three factors of yield and yield

2.2 试验期间气象条件分析

将与产量和产量性状影响显著的气象因子列于表3。因2 品种在不同播期下吐丝和成熟时间不同故分别列出。2 品种的温度参数随播期的变化基本一致,但降雨量参数随播期的变化差异较大。随播期的延后播种到吐丝的日均气温(TAvsf)呈先增加后降低的趋势,以SD4播期最高,说明该时期播种利于产量和粒重的提高;从播种到吐丝的降雨量(Fsf)分析看SD2和SD5播期较有利,因为前期降雨的增多可促进玉米营养生长为后期籽粒灌浆提供足够的营养;而吐丝到成熟的日均温差(TRAvfm)在2017 年以SD3播期最高,在2018 年随播期延后逐渐升高,较有利于灌浆;播种到吐丝的日照时数(Ssf)以SD1最长,但吐丝后10 d ≥35 ℃ (D1fa)和 ≥33 ℃ (D2fa)高温的天数增多,对籽粒灌浆不利。

表3 试验期间不同播期对不同玉米品种产量和产量性状影响显著的气象因子状况Table 3 Status of meteorological factors significantly impacting yield and yield components of different maize varieties in 2017 and 2018

2.3 气象要素与玉米产量和产量要素的相关关系

播期的改变势必影响生育期内各气象要素的变化,将不同播期积温、降雨、日照时数、日均气温、日均温差及阶段气象要素与产量和产量要素做Pearson 相关分析,相关显著或极显著的列于表4。结果表明,播种到吐丝的日均气温(TAvsf)越高、吐丝到成熟日均气温(TAvfm)越低和播种到吐丝的降雨量(Fsf)越大及吐丝到成熟阶段的日均温差越大(TRAvfm),产量越高,但吐丝后10 d ≥35 ℃ (D1fa)和≥33 ℃ (D2fa)的天数越多越不利于产量的提高。从百粒重看,TAvsf越高、TRAvfm越大,越有利于粒重提高,而播种到吐丝日照时数(Ssf)和D1fa越多,TAvfm、吐丝到第1 拐点的日均气温(TAvf1)和第1 到第2 拐点的日均气温(TAvf12)越高,粒重会越低。对穗粒数和有效株数的影响不显著。

表4 气象要素与玉米产量和产量性状的相关关系Table 4 Correlation between meteorological factors and yield and yield components of maize

将关系密切的气象因子与产量和百粒重做进一步通径分析(表5 和表6)。结果表明,各因子对产量和粒重的影响作用是相互的,例TAvfm对产量和百粒重的直接贡献最大,通过TAvsf、D2fa和TAvf12对产量和粒重的贡献作用为负效应,而通过TRAvfm、D1fa和TAvf1对产量的作用为正效应,但实际D1fa、D2fa越多,TAvfm、TAvf1和TAvf12越高,产量和百粒重越低。

表5 气象要素与玉米产量的通径分析Table 5 Path analysis of meteorological factors and yield of maize

表6 气象要素与玉米百粒重的通径分析Table 6 Path analysis of meteorological factors and 100-grain weight of maize

2.4 播期对玉米粒重的影响

2.4.1 不同播期的粒重及粒重特征方程

从不同播期灌浆测定的粒重看(表7),两品种平均粒重的变化趋势2017 年为SD4＞SD5＞SD2＞SD3＞SD1,SD4分别较SD5、SD2、SD3和SD1高34.0 mg、42.9 mg、48.6 mg 和95.7 mg;2018 年为SD4＞SD3＞SD5＞SD1＞SD2,SD4分别较 SD3、SD5、SD1和 SD2高0.1 mg、33.1 mg、78.5 mg 和87.9 mg。SD3和SD4播期粒重较高,早播(5 月5 日)和晚播(6 月30 日)均不利于玉米粒重的提高。‘先玉335’的粒重均高于 ‘郑单958’,平均高33.4 mg,说明粒重的大小首先决定于基因型。

用Logistic 曲线模型模拟粒重变化特征方程如表7 所示,决定系数R2在0.98 以上,均达极显著水平。将实测粒重和理论粒重作回归分析,二者呈极显著的线性相关关系,回归方程为y=1.045x-17.09 (R2=0.863**),说明粒重特征方程能较好地描述粒重的变化。

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

2.4.2 不同播期的灌浆速率拟合曲线

2017 年、2018 年两品种籽粒灌浆拟合曲线如图3 所示。结果表明,不同品种在不同年份灌浆进程表现不同。例如2017 年SD3播期,两品种籽粒灌浆曲线靠前,说明同期灌浆速率大,有利于籽粒灌浆,但后期籽粒灌浆曲线下降较快,两品种均以SD4播期粒重最高,其曲线后延,说明在灌浆的后期养分的转移能力仍很高,有利于粒重的增加;而粒重低的SD1播期,籽粒灌浆曲线峰值低,说明同期灌浆速率低,不利于粒重的提高和干物质的积累。图3 和表8表明,SD3、SD4播期粒重较高的主要原因是平均灌浆速率较高,同期曲线靠上,或曲线后延,灌浆的时间长。2018 年SD5播期‘先玉335’虽然在灌浆后期曲线靠上,灌浆速率相对较高,灌浆期长,但因最大灌浆速率(曲线的峰值)和平均灌浆速率低,故粒重不高。‘先玉335’较‘郑单958’灌浆速率曲线的峰值总体偏高,最大灌浆速率高,且平均灌浆速率也高,平均粒重较高。‘郑单958’在2017 年SD4播期和2018 年SD3播期的灌浆期均长于‘先玉335’,但在2017 年SD4播期粒重高于‘先玉335’,2018 年SD3播期却低于‘先玉335’,说明粒重的提高不仅需高的灌浆速率,灌浆期也要长。

图3 2017 年和2018 年不同播期下玉米品种‘先玉335’(XY335)和‘郑单958’(ZD958)籽粒灌浆拟合曲线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种的籽粒灌浆特征参数Table 8 Grain filling characteristic parameters of different maize varieties sown at different dates

2.4.3 不同播期的籽粒灌浆特征参数

表8 籽粒灌浆特征参数揭示了籽粒灌浆进程的快慢和灌浆强度的高低。2017 年的SD4播期粒重最高,虽然较SD3播期最大灌浆速率(Vmax)和平均灌浆速率(V)小,但灌浆期(D)长,V×D值较SD3播期高41.9 mg·grain-1;2018 年‘先玉335’在SD4播期V×D值最高,而‘郑单958’在SD3播期V×D值最高,说明灌浆特征参数值受年型和品种特性的影响。SD5播期粒重降低的主要原因是V的减小及灌浆后期植株早衰D的缩短。SD1播期粒重较低的主要原因是V低。从品种看,‘先玉335’的V和V×D分别较‘郑单958’高0.19 mg·grain-1·d-1和0.73 mg·grain-1,是粒重较高的主要原因。说明选用灌浆速率高、灌浆期长的品种有利于粒重和产量的提高。

2.4.3 .1 灌浆特征参数与粒重的关系

表9 表明,灌浆特征参数值与粒重均为正相关关系,且灌浆特征参数存在互作效应。到达t1和t2 的时间越早,V越小、D越长;Vmax和V越大,D反而越短。而V和D共同决定粒重的高低。将与粒重关系较密切的t2、Vmax、V和D进行回归分析,回归方程为y(粒重)=-340.8113-4.8612t2+16.9760Vmax+24.4938V+8.5153D,R2=0.9911,达极显著水平。通径系数见表10,D、Vmax和V的直接作用较大且相关系数达显著水平,但D通过t2、Vmax和V的作用为负效应,说明D受t2、Vmax和V的制约,而V与D为相互影响的负效应关系,优化玉米灌浆特征参数,保持较高的V和D,才能最终提高粒重。

表9 玉米籽粒灌浆特征参数间和粒重的相关关系Table 9 Correlation between grain filling characteristic parameters and grain weight of maize

表10 玉米籽粒灌浆特征参数与粒重的通径分析Table 10 Path analysis between grain filling characteristic parameters and grain weight of maize

2.4.3 .2 灌浆特征参数及粒重与主要气象因子的关系

播期的改变主要影响生育期内温光水等资源的改变[30],影响籽粒灌浆特性[31],进而影响粒重的高低。将粒重和与粒重关系密切的t2、Vmax、V和D与播种至成熟阶段可能影响的气象要素分别做Pearson 相关分析(表11)。结果表明,气象因子间相互关联影响,而且不同因子对灌浆特征参数和灌浆粒重的影响不同。例如生育期≥10℃的积温(T)对粒重的影响是负效应,使得t2 时间提前,但Tf1越高使得t2 时间延后,而Tf1、Tf12越高,灌浆期D越长,V会越小。本研究中,SD1播期的T、Tsf较高,TAvsf低、TRAvfm小,且D1fa的天数多,D短,是粒重较低的主要原因。SD3、SD4播期TAvsf高,V、D较高,TRAvfm大,有利于籽粒灌浆,粒重较高。SD5播期虽然TRAvfm大,利于灌浆,但由于TAvf1和TAvf12低而造成Tf1、Tf12的降低,总体D缩短,最终粒重降低。因此播期改变是通过改变玉米生育期不同阶段各气象因子,进而影响灌浆特征参数的变化,影响决定粒重高低的V和D的改变。本研究SD3、SD4播期播种V和D较高,获得了较高的粒重,是产量提高的主要原因。

表11 气象因子间及灌浆特征参数和粒重与气象因子间的相关关系Table 11 Correlation relationship between meteorological factors,maize grain filling characteristic parameters and grain weight,and meteorological factors

3 讨论

3.1 播期可优化玉米生长的气象因子,提高粒重和产量

在全球变暖背景下,气候资源对农业生产的影响越来越受到人们关注[32],且不同区域对气候的响应存在差异[33],限制华北平原夏玉米产量的主要气象因子是降水和光照[34],适宜的播期可为玉米生长发育提供有利的温光水资源条件[30,35]。杜霞等[36]研究表明气象因子对玉米的影响主要表现在营养生长阶段,营养生长期充足的温光水条件可为玉米搭好丰产的架子,播种过早不利于玉米前期的生长发育,影响源和库[37],而且适宜的播期也可躲开花期的高温等气象灾害[6]。因此通过播期调整可优化作物生长的气象因子条件,进而提高产量。

本研究表明,随播期延后玉米产量呈先增加后降低趋势,平均产量和粒重以SD4(6 月20 日)播期最高,与产量关系最为密切的产量性状为百粒重;气象因子中吐丝到成熟的日平均气温(TAvfm)对产量和百粒重的直接贡献最大,通过播种到吐丝的日平均气温(TAvsf)、吐丝后10 d≥33 ℃的天数(D2fa)和第1(t1)到第2(t2)拐点的日均气温(TAvf12)对产量的贡献作用为负效应,通过吐丝到成熟的日均温差(TRAvfm)、吐丝后10 d≥35 ℃的天数(D1fa)和吐丝到第1 拐点的日均气温(TAvf1)对产量的作用为正效应,但实际D1fa、D2fa越多,TAvfm、TAvf1和TAvf12越高,产量和百粒重越低。说明播期对产量和产量性状的影响是多个气象因子的综合效应。从不同播期来看,5月5 日(SD1)播种的积温条件可满足玉米生长需要,但降雨主要在7-8 月,雨热不同期,且播种到吐丝的日均气温(TAvsf)较低、吐丝到成熟阶段的日平均气温(TAvfm)高、D1fa、D2fa的天数多,与陶志强等[38]在5 月上旬播种灌浆期的高温胁迫结果相吻合,不利于粒重提高,也是该播期产量低的主要原因。在6 月5 日(SD3)和6 月20 日(SD4)播期播种可充分利用降雨资源[39],而且灌浆期的温度较适宜,TRAvfm大,花期高温热害和连阴雨发生的几率低[6],有利于粒重和产量的提高,与华北平原玉米播种5 月25 日-6月27 日有利于籽粒生长获得高产[18],及夏播玉米适播期6 月9 日-6 月25 日的研究结果较吻合[40]。目前生产上玉米生理成熟需积温2800 ℃左右,‘郑单958’和‘先玉335’所需的积温分别为2950 ℃和2880 ℃[41]。本研究中,5 月5 日-6 月5 日播种完全能满足玉米生理成熟所需的积温,6 月20 日播种(SD4)基本能满足,6 月30 日(SD5)播种太晚,平均积温低于2700 ℃,不能满足玉米生理成熟所需的积温,是粒重和产量降低的主要原因,也印证了李文阳等[42]播种早灌浆期日均温差小,播种晚积温不够的研究结果。

3.2 气象因子条件通过影响玉米籽粒灌浆特征参数影响粒重

本研究结果表明,粒重是制约玉米产量提高的主要因素,粒重的提高受整个生育期气象要素的制约,而且籽粒灌浆特征参数及影响籽粒灌浆特征参数的气候因子间相互作用显著。全生育期≥10 ℃积温(T)和播种到吐丝≥10 ℃积温(Tsf)越高,到达第1 和第2 拐点的时间越早,灌浆期(D)越短,粒重会越低;TAvsf越高,TRAvfm越大,平均灌浆速率(V)和灌浆期越长,越利于灌浆。例如SD3和SD4播期的TAvsf较高,TRAvfm较大,其V或D及V×D值较高,粒重较高。而V和D呈显著的负相关关系,且灌浆时间和灌浆速率的乘积决定粒重高低[43],因此灌浆特征参数的综合优化对提高粒重十分关键。SD1播期虽然全生育期积温较高能满足玉米的成熟要求,由于播种早,气候干旱不利于玉米前期的生长发育[37],而“源足、库大、流畅”是高产的基础[44],加之灌浆期高温,D1fa、D2fa多,造成灌浆期D短,V×D值低,粒重低,说明气象因子可通过影响灌浆期的长短影响粒重的高低。

籽粒灌浆期对温度比较敏感,玉米籽粒灌浆适宜的日平均温度为22～24 ℃,温度过高和过低均不利于粒重的提高。本研究表明播期可使玉米籽粒灌浆期的积温、平均温度、缓增期的积温、快增期的温度均发生改变。首先体现在对籽粒灌浆迟滞期的影响上,吐丝到第1 拐点≥10 ℃的积温(Tf1)越高到达t1和t2 的时间越晚,与钱春荣等[10]活跃灌浆期、有效灌浆期与快增期≥10 ℃有效积温显著正相关结果一致。但TAvf1吐丝到第1 拐点的平均气温越高,到达第1 和第2 拐点的时间越早,说明灌浆期日平均气温超过一定界限会加速叶片衰老、降低光合能力[45]、缩短灌浆期。本研究中SD1播期不易获得较高粒重的原因是Tfm较高,TAvfm为25.5～27.3 ℃,而TAvf1为27.6～28.8 ℃,TAvf12为26.0～29.4 ℃,Vmax和V相对较低,不利于灌浆。SD3、SD4播期吐丝到成熟TAvfm分别为22.7～22.8 ℃和20.3～20.7 ℃,比较有利于灌浆,SD5播期玉米灌浆期的温度较低,TAvfm(17.5 ℃)低,灌浆速率下降,说明温度过高[45]和过低[46]均不利于粒重和产量提高。

3.3 优化播期的同时玉米品种选择对提高粒重和产量也很关键

玉米的产量受品种特性[22]、气候条件[47]、栽培措施[48]等多因素影响,不同品种的产量潜力[49]和灌浆特性不同[50]。本研究结果表明,产量和百粒重不仅与播期有关,而且受年型和品种及三者的综合效应影响,随播期的延后产量和百粒重呈先增加后降低的趋势,不同年型不同品种表现不同。2017 年‘先玉335’的产量和百粒重均在SD2下最高,‘郑单958’分别在SD3、SD4下最高;2018 年‘先玉335’和‘郑单958’均分别在SD4、SD3下获得最高产量和百粒重,说明不同品种不同年型下对播期的响应是不同的。本研究结果还表明,‘先玉 335’的V及V×D均高于 ‘郑单 958’,粒重高的同时穗粒数多,是产量高的主要原因。付景等[51]研究表明‘郑单958’和‘先玉335’为2 个耐热性不同的品种,受高温胁迫时,‘郑单958’的影响幅度小。本研究中同一播期的‘先玉335’不仅粒重和产量高,而且灌浆速率也较高,与齐琦等[52]的研究结果一致,说明产量潜力和灌浆速率高的品种对提高玉米产量也尤为重要。因此播期优化的同时还需选择产量潜力高和抗逆性好的品种[53]。

4 结论

玉米的产量受播期影响的同时还受品种和气候年型的影响,产量构成要素中粒重、穗粒数和最终成穗率均受播期影响,其中粒重对产量的直接作用最大。播种到吐丝的日均温度越高、降雨量越大及吐丝到成熟的日均温差越大,越有利于籽粒灌浆,产量越高;5 月5 日和6 月30 日播种均不利于粒重和产量的提高,优化播期可优化玉米生长发育的气象因子条件,进而提高粒重和产量。‘先玉335’较‘郑单958’产量高的主要原因是穗粒数和百粒重高,而且平均灌浆速率高。因此选用产量潜力大、灌浆速率高和综合抗性好的品种,在6 月上旬到6 月中下旬播种,可作为缺水的低平原区季节性休耕条件下玉米高产高效的种植技术措施。