陈杜，罗英舰，魏鹏程，叶开梅，罗上轲，卢平，宋碧*，张军

（1贵州大学农学院，贵阳 550025；2遵义市农业科学研究院，贵州遵义 563100；3余庆县农业农村局，贵州余庆 564400；4安顺市农业科学研究院，贵州安顺 561000）

玉米在农业生产中占有重要地位，其稳产、高产不仅取决于遗传特性和栽培措施等，也与自然资源的利用能力有关［1］。黔西南位于云贵高原东部，亚热带湿润温和型气候，具有热量丰富、降水充沛等特点，是贵州光热资源较优越的地区［2］。玉米是该地区的主要作物，但品种较单一，单产较低，未能充分利用其优越的自然条件。研究春玉米物质生产、产量与资源利用能力的关系，筛选出适宜该区域的春玉米品种，对充分利用自然资源，发挥品种潜力、增加产量具有重要意义。作物高产与生态条件、温光水资源的利用密切相关［3］。周宝元等［4］认为，双季玉米和单季春玉米体系能显著提高辐射生产效率和光能利用率。岳伟等［5］认为，太阳总辐射的变化显著影响不同熟期品种的气象产量，其中晚熟品种对光能利用能力较好。任佰朝等［6］认为，在冬小麦—夏玉米种植模式下，选择适宜熟期的夏玉米品种能使籽粒适时成熟，充分利用当季光热资源，提高年际资源利用率。习敏等［7］认为，合理选择播期能够优化季节间资源配置，有效提高温光水资源利用效率，且区域间资源利用明显［8］。李齐霞等［9］认为，增加花后有效积温，能促进籽粒形成，增加生产效率，提高产量。王洪章等［10］、张宝林等［11］认为，采用增密、增肥等高效管理模式能够提高光温资源利用率14%～15%，从而增加产量。杨明达等［12］认为，地下、地表灌溉能提高缺水、富水条件下水分利用效率。郑孟静等［13］指出，在确定灌水方式及灌水量的基础上，灌水2～3次能够保证产量，提高水分利用效率。

以往对作物产量与资源利用效率的研究多集中在黄淮海等地，对西南玉米生产区春玉米物质生产与资源利用能力的研究较少。本研究以4个春玉米品种为材料，连续两年在黔西南州兴仁对其生育期、干物质积累与分配、产量、温光水利用及相关性进行研究，旨在探明不同春玉米品种在物质生产、产量及气候资源利用能力方面的差异，为该区域选用适宜的春玉米品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种为先玉1171（XY1171，四川农业大学）、新中玉801（XZY801，贵州新中一种业有限责任公司）、金玉838（JY838，贵州省农业科学院）、金都玉2号（JDY2，贵州大学）。

1.2 试验设计

试验于2018—2019年在贵州省兴仁市（104°54′N，25°18′E）进行，雨养无灌溉。海拔高度1 400 m，高原型北亚热带温和湿润季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，无霜期长，雨热同季，年均气温15.2℃，年均降水量1 315.3 mm。供试土壤为黄壤，pH 5.95，有机质21.18 g／kg、碱解氮89.15 mg／kg、有效磷6.85 mg／kg、速效钾290.02 mg／kg。随机区组设计，小区面积20 m2，3次重复。2018年4月7日播种，9月2日收获；2019年4月13日播种，9月4日收获。采用宽窄行直播，宽行80 cm，窄行40 cm，种植密度67 500株／hm2。基肥施用复合肥（N∶P2O5∶K2O＝16∶16∶16）600 kg／hm2，在拔节期和大喇叭口期分别追施尿素150和225 kg／hm2。其它田间管理措施同当地大田生产。

1.3 测定项目与方法

（1）干物质量。于吐丝期、生理成熟期选取代表性植株3株，分部位（叶片、茎秆、籽粒、穗轴、苞叶）置105℃烘箱杀青30 min，75℃烘至恒重后称量。

（2）产量及产量性状。玉米成熟后，对各处理进行实收测产，并于每个小区选取代表性果穗10个，风干至安全含水量（14%）后考种，测定千粒质量、穗粒数等。

（3）气象数据。气象资料由贵州省兴仁市气象局提供，包括2018—2019年玉米自播种期到收获期的日均温、最高温、最低温、日照时数、降水量（图1）。积温是考察期内日平均气温≥0℃的逐日平均气温之和；有效积温是考察期内活动温度的逐日有效温度之和；降水量是考察期内自然雨养条件下逐日降水量之和；日照时数是考察期内日照时数之和。

1.4 光温水利用率及生产效率计算

参照孙建军等［14］的方法，计算积温、有效积温、日照时数、降水量利用率。以播种时间为起点，收获时间为终点作为玉米生长期间总的自然资源，以各生育阶段内利用的自然资源占总自然资源的比例计算利用率：

图1 2018-2019年玉米生育期兴仁市气象条件Fig.1 Meteorological conditions in Xingren city during maize growth period from 2018 to 2019

积温利用率（%）＝（各生育阶段积温／总积温）×100

有效积温利用率（%）＝（各生育阶段有效积温／总有效积温）×100

日照时数利用率（%）＝（各生育阶段日照时数／总日照时数）×100

降水量利用率（%）＝（各生育阶段降水量／总降水量）×100

参照杜祥备等［15］的方法计算积温、有效积温、降水量生产效率：

积温生产效率（kg／hm2·℃·d）＝单位面积产量／生育期内积温

有效积温生产效率（kg／hm2·℃·d）＝单位面积产量／生育期内有效积温

降水量生产效率（g／mm）＝单位面积产量／生育期内降水量

参照戴明宏等［16］的方法计算干物质积累速率：

干物质积累速率CGR［g／（m2·d）］＝单位面积干物质积累量／持续时间

花后干物质积累量（kg／hm2）＝成熟期干物质积累—吐丝期干物质积累

利用Excel 2010进行数据整理与作图，用DPSv7.05数据处理系统进行统计分析，用LSD法进行显著性测验。

2 结果与分析

2.1 春玉米品种的生育期差异

由表1可知，不同春玉米品种开花前、后及生育期所需的天数和光、温、水等不同。生育期差异在4～10 d，主要是营养生长期（花前）不同，两年均以先玉1171最长，金都玉2号最短。按达到生理成熟时（生育期）各品种对温度、日照及降水量需求高低排序，先玉1171＞金玉838＞新中玉801＞金都玉2号；积温：先玉1171≥3 100℃、金玉838在3 000～3 100℃、新中玉801和金都玉2号≤3 000℃；有效积温先玉1171和金玉838在1 600～1 700℃、新中玉801和金都玉2号＞1 500℃；降水量：各品种均≥700 mm；日照时数各品种均在600～800 h之间。

表1 2018-2019年各春玉米品种生育时期及温光水资源情况Table 1 Growth period of different spring maize varieties and warm and light water resources from 2018 to 2019

2.2 春玉米品种干物质积累与分配的差异

花后干物质积累量、积累速率、贡献率是影响作物群体生物产量的重要因素。因两年试验结果趋势一致，采用2018年数据进行分析。由表2可知，各品种全生育期群体干物质积累量在24 373.43～30 501.63 kg／hm2，品种间差异较大，且主要源于花后干物质积累；品种间全生育期干物质积累速率（CGR）的差异，主要由于花后CGR差异显著，且积累速度随干物质积累量增加而提高；在干物质积累贡献率中，花后大于花前，平均高14.5%。综合分析，各品种间变化趋势相同，表现为：金都玉2号＞先玉1171＞金玉838＞新中玉801。

由表3可知，吐丝期不同品种叶片、穗轴的干物质积累量差异显著，分配比例变幅分别为20.76%～24.27%、13.63%～20.32%；分配到茎秆和苞叶的干物质积累量差异不显著。成熟期茎秆、叶片、穗轴和苞叶的干物质差异显著，籽粒干物质差异不显著；吐丝期到成熟期，茎秆干物质积累增加，叶片减小，苞叶和穗轴无明显变化，籽粒干物质积累量以先玉1171最多，新中玉801最少。

表2 各春玉米品种花前、花后干物质积累量、积累速率与贡献率（2018）Table 2 Dry matter accumulation，accumulation rate and contribution rate of various spring maize varieties before and after flowering in 2018

表3 各春玉米品种吐丝期、成熟期各器官干物质积累（2018）Table 3 Dry matter accumulation of organs in silking and maturing stages of each spring maize variety in 2018 kg·hm-2

2.3 春玉米品种产量、产量构成因素差异

由表4可知，各品种产量、千粒质量、穗粒数差异达到显著水平。两年产量均以先玉1171最高，金都玉2号最低，先玉1171、金玉838、新中玉801较金都玉2号分别增产14.2%、8.8%、4.1%。在产量构成因素中，每公顷穗数差异不显著，穗粒数、千粒质量差异显著，年际和品种对穗粒数和千粒质量的影响均达到极显著水平。各品种中金玉838穗粒数最多，金都玉2号千粒质量最大。

表4 2018—2019年各品种产量及产量构成因素分析Table 4 Analysis of variance of yield and yield components from 2018 to 2019

2.4 春玉米品种生产效率差异

生产效率是决定产量高低的重要原因。本试验条件下各品种积温、有效积温、降水量生产效率变化规律相同，均表现为先玉1171＞金玉838＞新中玉801＞金都玉2号（表5）。不同资源间两年均表现为有效积温生产效率＞积温生产效率＞降水量生产效率。积温、有效积温、降水量生产效率变幅分别在4.02～4.32 kg／hm2·℃·d、7.54～8.07 kg／hm2·℃·d、1.61～1.77 g／mm之间。与金都玉2号相比，先玉1171生产效率分别提高7.18%、7.07%、10.36%，金玉838分别提高4.57%、4.75%、6.57%，新中玉801分别提高2.50%、2.41%、2.31%。

表5 2018-2019年各春玉米品种全生育期生产效率比较Table 5 Production efficiency of spring maize in the whole growth period from 2018 to 2019

2.5 春玉米品种温光水利用率差异

作物生育进程不同导致对自然资源的利用有较大差异。由表6可知，各品种对温光水利用率依次为先玉1171＞金玉838＞新中玉801＞金都玉2号。花前：温光水平均利用效率变幅在47.56%～51.91%之间，其中先玉1171、金玉838平均利用率均达50%；花后：温光水平均利用率均在47%以下，积温、有效积温、日照时数的利用率规律与花前一致，但降水量的利用率金都玉2号最高；全生育期：温光水平均利用效率变幅在94.19%～98.89%之间，先玉1171、金玉838、新中玉801均在95%以上，较金都玉2号分别提高5.00%、3.20%、1.30%。

表6 各春玉米品种各阶段温光水资源利用率比较Table 6 Utilization rate of temperature，light and water in different stages of spring maize %

2.6 产量与温光水利用率、生产效率的关系

由表7可知，产量与全生育期温光利用率显著正相关，与降水量利用率正相关，相关系数表现为：积温＞有效积温＞日照时数＞降水量；与生产效率呈显著正相关，相关系数表现为：积温＞有效积温＞降水量。

将各资源利用率、生产效率分别与产量进行逐步回归分析（X1积温，X2有效积温，X3日照时数，X4降水量，Y产量），

资源利用率与产量回归方程为：

资源生产效率与产量回归方程为：

由方程可知，对产量影响最大的是有效积温和降水量，且有效积温对产量的影响大于降水量，与相关分析结果基本一致。将有效积温、降水量利用率与其生产效率进行线性回归，有效积温：Y2＝0.081 53X2+0.012 66（R2＝0.992 4**）；降水量：Y4＝0.017 14X4+0.012 316（R2＝0.956 2**）；当有效积温与降水量利用率达95%时，此时生产效率分别为7.76、1.64，产量可达12 356.54 kg／hm2。

表7 春玉米全生育期资源利用率、生产效率与产量的相关分析Table 7 Correlation analysis of resource utilization，production efficiency and yield of spring maize during the whole growth period

3 讨论

3.1 不同春玉米品种资源利用能力存在明显差异

作物高产与温、光、水资源的利用密切相关［3］。有研究表明，积温、降水量、光照强度、日照时数等气象条件对玉米的物质生产、产量有显著影响［17-20］，且不同类型品种随播期［21］、生态区［22］、纬度［23］、栽培措施［24］等变化对资源的利用具有较大差异。在本研究中，通过对各春玉米品种的生育期、干物质积累分配、产量、资源生产效率和利用率分析，发现先玉1171全生育期长，花后干物质积累速率快、量大、生产效率高，达到生理成熟时对积温、有效积温、降水量分别要求在3 100℃、1 600℃、750 mm以上，对该区域玉米生长季内的光、温、水资源的利用率达到最大。而对照品种金都玉2号经济系数小、产量低，全生育期短，未充分利用当季自然资源，其生产率、利用率远低于其它品种。孙建军等［14］研究表明，随生育期缩短，达到正常生理成熟时对自然资源需求低，对温光利用率呈现显著的下降趋势。这表明在当季自然资源充足的条件下，选择生育期较长的品种能够起到充分利用当地自然资源的效果。

3.2 花后物质生产能力与产量形成是造成资源利用差异的主要原因

花后物质生产与籽粒形成过程是影响产量的关键，产量是判断资源利用力的主要指标之一。春玉米全生育期干物质积累、产量的差异主要源于花后干物质积累及穗粒数差异。本试验条件下，花后气温高、光照好、降水量大，有效地促进了花后干物质的积累与分配，不同品种间CGR、器官间干物质分配差异较大。气象因子中有效积温、降水量是影响籽粒形成的主要因素，当玉米开花授粉时，良好的光、温及较少的降水能够有效地促进雌穗的小花分化、授粉受精，减少籽粒的败育，增加穗粒数，增加产量［25］。本研究中各玉米品种营养生长和生殖生长阶段时间不一致，在开花授粉时所处温、光、水等自然条件不同，籽粒灌浆持续时间、灌浆效果不一，相关分析表明，对穗粒数的影响中有效积温起主要作用。先玉1171较长的营养生长期使得开花授粉时恰好处于气温高、光照好、降水量少的时期，保障了籽粒的授粉受精，较高的有效积温增强了灌浆效果，使穗粒数明显增加，产量、籽粒生产效率、温光水利用率提高。陈国平等［26］、邓根云［27］认为，当籽粒灌浆期在较优越的光热条件下，能获得较高产量，提高资源利用能力。表明玉米花后所处的自然条件能极大地影响物质生产、分配与籽粒形成，继而造成资源利用差异。

3.3 遗传特性、生态因子、栽培措施共同影响资源利用能力

相关性分析表明，有效积温、降水量对玉米产量影响最大，但其它因素对产量、资源利用能力也有影响。作物产量形成是遗传特性、生态因子、栽培措施共同作用的结果，产量是品种对自然资源利用结果的体现，因此，遗传特性、生态因子、栽培措施共同影响了作物的资源利用力。（1）生态因子差异。陈波等［23］将不同类型品种在不同纬度地区栽培后发现，同类型品种呈现为随纬度增加，穗数明显增加，结实率提高，产量增加，温光利用率提高。（2）栽培措施差异。杨明达等［12］、潘晓莹等［28］通过比较不同的灌溉方式对夏玉米籽粒产量的影响后认为，地下滴灌和移动喷灌能够有效提高穗粒数和百粒质量，增加产量，提高水分的利用率；王洪章等［10］认为增密增肥、分次施肥能有效提高光温利用率。（3）遗传特性差异。李洪涛等［29］以出籽粒差异显著的两个亲本自交组配的后代为材料，发现籽粒形成受多个基因控制，并指出环境因素对出籽率有一定影响，两者共同影响产量。因此，作物的资源利用能力是受遗传特性、生态因子、栽培措施的共同影响。

4 结论

本研究从生育期、干物质积累与分配、产量、生产率、利用率分析了黔西南地区不同春玉米品种对温、光、水资源利用的差异。结果表明，品种间生育期差异主要是营养生长期不同，导致抽雄吐丝及后期自然条件不同，从而造成物质生产、产量的差异和籽粒生产率、温、光、水利用率不同。气象因子中，有效积温、降水量起主要作用。各品种中先玉1171花后资源利用率最高，较对照品种增产14.20%，温光水利用率提高5%，当气候资源利用率达到95%以上时，产量可达12 356.54 kg／hm2，可作为该区域首选品种。