崔兆韵，邹俊丽，杨荣光，石兆鹏

（1山东省气象防灾减灾重点实验室，济南 250031；2山东省泰安农业气象试验站，山东泰安 271000）

0 引言

随着人口数量增加及人们生活质量的提高，对粮食数量和质量的需求日益增加[1]。但近年来极端气候频发，对中国主要粮食作物玉米的产量及品质造成不利影响[2-4]。李潮海等[5]研究表明，适宜的播期能够有效保障玉米在其生育期内高效利用光热资源并且获得高产，适期播种是实现玉米高产稳产的必要条件。籽粒灌浆是玉米产量及品质形成的主要过程，受干物质积累、转运以及籽粒灌浆特性的影响[6-7]。因此，研究播种期对玉米干物质转运分配、籽粒灌浆及产量形成的影响对实现玉米高产稳产具有重要意义。徐田军等[8]通过玉米分期播种试验建立了干物质的动态积累模型，分析了播期对干物质积累转运和籽粒灌浆特性的影响；同时大量研究表明播期主要是通过温度、光照时数、降雨量等来影响玉米生长发育，并且主要通过温度条件影响玉米干物质积累、转运及籽粒灌浆特性，是影响作物群体性状和产量形成的重要因素。不同播期的有效积温变化是影响产量的关键因素，调整播期则是充分利用光热资源并协调玉米生长的有效手段，适期播种能使玉米充分利用光热资源来构建良好的丰产群体[9-10]。作物干物质积累与特性及籽粒灌浆状况是影响产量及品质的重要因素，研究表明不同播期下玉米灌浆期温度差异较大，最高气温平均值对灌浆速度的影响最大[11]。同时温度和降水是共同决定作物干物质积累的2个重要因素，是对作物影响最大、贯穿作物生长始末的气象因素[12-13]。一般情况下品质籽粒充实度越好，则稻米品质越优[14]。而茎秆干物质向籽粒中转运速率快、灌浆速率高是玉米获得较高粒重从而获得高产的重要原因。鉴于此，气候变化对北方地区玉米干物质积累以及不同播种期对玉米产量及品质形成的研究成为重点关注的领域。前人关于不同播期下干物质积累或产量形成的研究较多，但研究不同播期下干物质积累及籽粒灌浆速率对产量及品质影响特性的研究较少。本试验通过设置不同播期处理，研究不同播期下光照、积温及降雨量对夏玉米干物质积累、籽粒灌浆速率、产量及品质的影响，探讨不同播期下气候因素对玉米干物质积累、分配及籽粒灌浆特性的影响，以期为培育适应极端天气并且产量与品质稳定的广适性品种并为相应栽培管理措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

本试验于2018—2020 年在山东省泰安农业气象试验站进行，海拔高度128.6 m。试验地段土壤为沙壤土，显微酸性，肥力较好，地下水位深度大于2 m。试验地段为平原地，地势平坦，大田作物为一年两作（冬小麦-夏玉米），夏玉米前茬作物为冬小麦。

1.2 试验方法

选用推广面积较大的中熟玉米品种‘登海605’为试验材料。设置4个播期：5月31日（播期1，S1）、6月10 日（播期2，S2）、6 月20 日（播期3，S3）和6 月30 日（播期4，S4）。

试验采用随机区组设计，小区面积33 m2，每个播期设置3个重复。种植密度按照株距25 cm，行距55 cm，设置为72727株/hm2；栽培方式为平作，直播；各小区播种时施用专用复合肥750 kg/hm2；田间管理参照高产田管理模式进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 气象资料收集 气象资料由泰安国家气象观测站提供，该站与试验点位于同一地段，两者相距40 m。如表1所示，观测并记录夏玉米从播种至收获每日总日照时数、平均气温、降水量，并统计出播种-拔节、拔节-开花、开花-成熟以及全生育期的积温、降水量及日照。

表1 2018—2020年积温、降水量及日照等气象因素

1.3.2 株高及叶面积 分别于七叶、拔节、抽雄、乳熟期测量植株高度（自地面至雄穗顶端的高度），每个小区测量10株；于七叶、拔节、抽雄、乳熟、成熟期测量植株绿色叶面积，植株各绿色叶片面积(cm2)为单叶中脉长(cm)×最大宽度(cm)×0.7，根据所测叶面积计算各小区叶面积指数。

1.3.3 干物质积累 成熟期每个小区取样10株，每株按照叶片、茎干、叶鞘和穗分开，装入纸袋后放于烘箱内105℃杀青30 min，80～85℃烘干至恒重后称重，并计算成熟期叶片、茎干、叶鞘及穗干重占植株地上部总重的比例。

1.3.4 籽粒灌浆特性 选取小区内有代表性并且生长一致的植株40株于开花期挂牌标记，自开花后10～45 d，每隔5 d 取样一次，每次处理取5 个果穗，从每个果穗中部位置取100个籽粒烘干称重。

1.3.5 产量及籽粒品质测定 成熟期对各小区中间6行进行收获，对收获果穗随机选取30个自然风干后用于室内考种，考察果穗长、果穗粗、每穗粒数、千粒重，并计算产量；同时测定籽粒蛋白质、脂肪、粗纤维、淀粉及氨基酸含量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理及作图，选用SPSS 17.0软件进行数据的统计和分析。

2 结果

2.1 播期对玉米产量及其构成的影响

不同年份间不同播种时期夏玉米产量表现不同（表2）。2018 年夏玉米以S3 获得较高产量，其次是S2，但单位面积产量在不同播期间差异未达显著水平；S3 百粒重显著高于其他播期，每穗粒数显著低于本年度最高水平S1；S1 果穗长度显著高于其他播期，S4播期果穗粗度最大，显著高于其他播期。2019年S1田间产量最高，并且显著高于其他播期，S2产量次之；S1 每穗粒数、百粒重、果穗长及果穗粗均高于其他播期，S2次之；S3百粒重最低，其产量值在当年各播期中最低。2020 年S2 产量最高，并且显著高于其他播期，其百粒重及每穗粒数与其他播期相比，均处于较高水平，同时果穗长和果穗粗高于其他播期。在3 年试验中，S4 每穗粒数和百粒重均低于其他播期，产量均处于最低水平。相关性分析结果表明，玉米群体产量与积温显著相关；果穗粗与降水显著相关，与日照极显著相关；果穗长与日照显著相关。

表2 不同播种时期对玉米产量及其构成的影响

2.2 播期对玉米籽粒品质的影响

由表3可知，不同播期对籽粒蛋白质、脂肪及淀粉含量影响相对较小，对粗纤维含量影响较大。2018年4个播期籽粒蛋白质含量、脂肪含量无显著差异，淀粉含量S2 低于S1 及S4，S2 粗纤维含量显著高于本年度其他播期。2019 年各播期间脂肪和淀粉含量无显著差异，S1 与S4 蛋白质含量显著高于S2 与S3，同时S1与S2 粗纤维含量显著高于其他播期。2020 年各播期间蛋白质含量无显著差异，S2表现较为突出，其脂肪、淀粉及粗纤维含量均处于较高水平。相关性分析结果表明，积温与籽粒脂肪含量、粗纤维含量显著相关，日照与籽粒淀粉含量显著相关。

表3 不同播种时期对玉米籽粒蛋白质、脂肪、淀粉及粗纤维等的影响

2.3 播期对籽粒干重的影响

随着生育时期的推进，籽粒百粒重增加，基本在开花后40 d趋于稳定，2018—2020年不同播期粒重增长趋势存在差异（图1）。2018年S1、S2和S4播期粒重总体增长趋势比较一致，前期灌浆速率比较均匀，并且均在开花后40 d左右粒重趋于稳定，S3于开花后20～30 d灌浆速率相对低于开花后10～20 d，并且于开花25 d后灌浆速率提高，最大灌浆速率每天可达2.22 g/100 g，开花后45 d百粒重达到最大值33.47 g，显著高于同年其他播期。2019 年S1 和S4 百粒重增长趋势比较接近，开花后20 d S1灌浆速率高于S4，开花后40 d粒重开始趋于稳定；相对于S1 与S4，S2 与S3 灌浆速率相对稳定，尤其是开花后40 d仍维持较高水平，最终S2与S3粒重高于本年度其他播期。2020年S1和S4粒重增长趋势相对接近，均于开花后30～35 d 籽粒灌浆速率达到最大值，于开花后40 d 左右粒重趋于最大值；S2 与S3前期表现相对接近，但于开花后25 d S2灌浆速率显著低于S3，S3整个灌浆期籽粒灌浆速率均维持在较高水平，S3粒重高于本年度其他播期。

图1 不同播期对夏玉米籽粒干重的影响

2.4 播期对干物质积累及分配的影响

由表4可知，2018年不同播期，收获期干物质在植株茎鞘、叶片及穗部的分配比例不同，S3 穗干重所占比例显著高于本年度其他播期，同时该播期叶片和茎干占总重的比例显著低于其他播期，尤其是茎干/总重为12.58%，S1 和S4 的茎干/总重则高达25.05%和25.08%。2019年和2020年穗重/总重在各播期间差异未达显著水平，2019年干物质在叶片和茎鞘中的分配有所不同，S1 及S2 叶片中干物质分配比例大于S3 和S4，但茎干中干物质积累比例小于S3和S4；2020年各播期间干物质在茎鞘、叶片及穗间的分配差异不显著。

表4 不同播种时期对玉米叶片、茎干、叶鞘及穗干物质分配的影响

2.5 播期对株高的影响

由图2 可知，不同年份间株高表现有所不同。2018 年S3 株高整体较低，乳熟期株高为219.8 cm，显著低于本年度其他播期；S1、S2及S4株高在整个生育期基本一致，乳熟期株高为227 cm左右。2019年4个播期间株高无显著差异，乳熟期株高可达240 cm 以上。2020 年除S1 外，其他播期株高变化相对一致，处理间无显著差异，S1于抽雄期株高显著低于本年度其他播期，但乳熟期株高与其他处理间无显著差异。

图2 不同播期对夏玉米株高的影响

2.6 播期对叶面积指数的影响

如图3 所示，不同年份间不同播期玉米叶面积指数变化差异较大，但总体呈先增加后降低的趋势，于抽穗期达到最大值，2018 年叶面积指数大于2019 年及2020 年。2018 年S2 叶面积指数显著高于其他播期，尤其是抽穗期叶面积指数可达12.26；S4 叶面积指数低于其他播期，抽穗期和成熟期分别为4.20 和2.33。2019年叶面积指数S1和S2高于S3和S4，抽穗期叶面积指数最高为6.57，最低为3.63。2020年S3叶面积指数于抽穗期和成熟期显著低于其他3 个播期，但乳熟期各播期间差异不显著。

图3 不同播期对夏玉米叶面积指数的影响

3 讨论

3.1 播期对夏玉米产量及品质的影响

随播期的推迟，作物各生育期天数缩短，温光资源利用率降低，作物生长发育不良从而导致产量下降[15-17]。尤其是籽粒灌浆期缩短，籽粒不能实现正常生理成熟，从而导致籽粒质量下降造成减产，Berzsenyi等[18]研究表明每延迟播种10 d和20 d，产量降低5%和12.5%。同时相关研究证明不同熟期粳稻品种产量均随播期推迟而显著下降，主要体现在每穗颖花数和结实率降低，同时蒸煮与食味品质显著变劣，中熟中粳和迟熟中粳品种营养品质变劣，早熟晚粳类型品种的加工品质变劣[19-20]。适期播种则是花生生产中充分利用光热资源来构建良好的丰产群体，从而达到提高产量并改善品质效果的保证[21]。本研究中，播期S2和S3玉米的产量和品质均优于其他播期，该播期作物生长期内积温较高，同时播种-拔节期降水较多，光照充足，墒情处于适宜至过湿之间，保证了玉米正常出苗及苗期生长；拔节-开花期降水和光照均较为充足，利于玉米生长；开花-成熟期土壤墒情始终处于适宜状态，此期光温水均较为充足，利于夏玉米灌浆成熟。播期主要是通过温度、光照时数、降雨量等来影响玉米生长发育，并且主要通过温度条件影响作物产量和品质的形成[22-24]。温度通过影响作物的生理机能，影响对营养物质的吸收强度，从而影响作物品质[25]，因此根据气候因素调整播期是协调玉米生长和光热水资源的有效手段。本研究结果发现积温与产量显著正相关，该结果与梁茜等[26]的关于不同播期的有效积温变化是影响产量最关键因子等试验结果相一致。

3.2 播期对夏玉米生物量及干物质积累分配的影响

作物株高受基因型和环境的影响，提前播种期并且加施氮肥有利于叶面积指数和株高的增加，可有效提高作物生物量[27-28]；播期推迟引起的生育期缩短会导致植株发育时间缩短，株高、叶面积及叶面积指数降低，并且会加快花后叶片衰老进程。鉴于绿叶面积及其有效功能期是干物质积累和产量形成的基础，而生物产量（群体干物质积累）决定着玉米产量[29]，因此夏玉米适当早播可有效增加干物质积累量，晚播则花后干物质积累量减少，作物生物量降低[30-32]。本研究表明，不同播种时期对株高影响相对较小，对叶面积指数影响较大，适期播种可有效增加玉米叶面积指数，2018年S2和S3叶面积指数显著高于其他水平（图3），尤其S3株高及叶面积指数均高于本年度其他播期，较高的生物量积累为该播期获得高产奠定了坚实的基础。研究表明玉米开花期至成熟期有较高的干物质与养分积累可显著提高玉米开花后所积累养分对籽粒贡献率[33]。同时播期是影响作物群体性状和产量形成的重要因素，主要通过影响作物生育前期积温及光照等生态因素来影响个体生长发育和群体建成，并通过温度条件影响干物质积累分配及籽粒灌浆。相关研究证明夏播玉米获得较高产量主要在于籽粒灌浆开启后茎鞘内干物质向籽粒转运速率快并且灌浆速率高[8,34]。本研究表明，收获期穗部干物质积累量较高播期的产量相对高于其他播期（表2，表4）。同时积温的增加对生殖生长的干物质积累优势更为明显，灌浆期温度升高更有利于玉米生物量的积累[35]。

3.3 播期对夏玉米籽粒灌浆特性及产量品质形成的影响

干物质在不同器官的积累量在作物生长发育各个阶段差异较大，其在各器官中的分配对于建立平衡的源库关系及高产优质生产具有重要意义。籽粒灌浆是玉米产量形成的主要过程，适期播种是玉米在生育期内高效利用光热资源的保障和获得高产的重要栽培措施[5,36-37]。适时播种可以促进夏玉米在生育进程中充分利用当地光、温、水等气候资源，促进夏玉米生长发育，加速玉米灌浆速率，进而提高产量和品质[38-39]。在夏玉米灌浆期增加光照可以促进干物质积累和籽粒灌浆速率，进而提高产量[7,40]。本研究表明，日照与果穗粗极显著正相关，与果穗长显著正相关，与玉米籽粒淀粉含量显著正相关；积温则直接与产量显著正相关，同时积温与玉米籽粒中脂肪和粗纤维含量显著正相关。付帮波等[41]的研究结果表明，日照是影响灌浆速率的主导气象因子，温度是限制因子，其他气象因素的影响一般为间接性。最高气温平均值对灌浆速度的影响最重要[11]。植株的干物质积累、转运及籽粒灌浆状况是决定粒重进而影响产量的重要因素。付帮波等[42]用糖花比（抽穗期茎鞘非结构性碳水化合物与颖花数的比值）来表示灌浆初期每朵颖花所能获得的灌浆物质的多少，其数值大小与籽粒灌浆初期的生理活性呈正相关。籽粒灌浆的过程决定最终的产量及品质，灌浆特性不同，米质不同，一般籽粒充实度越好稻米品质越优[14,43-44]。本研究表明不同播期下玉米灌浆期温度存在较大差异，不同年份籽粒灌浆期温度较高并且光照资源充足的播期，能够截获更多的太阳辐射，提高群体生产力，从而满足玉米灌浆结实期对光温资源的需求，因此其产量和品质性相对较好。

4 结论

通过3 年大田试验，对积温、降水、日照与夏玉米产量因素及品质关系进行显著性分析，结果表明，积温显著影响玉米群体产量、叶面积指数和籽粒脂肪含量、粗纤维含量，降水与日照显著影响果穗粗，日照显著影响果穗长与籽粒淀粉含量。适期播种能够有效利用气候条件，提高夏玉米对光、温、水资源的利用效率，促进光合同化物由叶片向穗的转运，提高籽粒灌浆速率，有效增加粒重，从而保证产量和品质的形成。