武陵山区双季玉米生长特征及气候适应性分析 
发布时间：2020-01-20
摘 要：推广双季玉米(春玉米+秋玉米)种植模式是有效提高土地利用率的重要途径。为研究武陵山区种植双季玉米的可行性，在武陵山区开展不同品种秋玉米地理分期播种试验，结合平行气象观测资料分析秋玉米生育期、产量等生长特征及其气候适应性。结果表明：(1)武陵山区发展双季玉米是可行的，湘玉2号、晋鲜糯6号等是适宜的秋玉米品种，但随着播期推迟，生育期延长。(2)影响武陵山区秋玉米种植的主要气象灾害是生育前期的晴热高温天气、生育后期的秋季阴雨天气;中海拔山区秋玉米种植应避开生育前期高温干旱;前期灌溉是高产稳产的基础;秋玉米还受暴雨、大风等天气影响。(3)武陵山区秋玉米适宜播种中熟品种，应在8月1日之前播种，而早熟品种也应在立秋之前播种才能保证正常灌浆成熟;适当提前播种有利于高产，最佳播期为7月中旬前后。
关键词：武陵山区;双季玉米;秋玉米;气候适应性;最佳播期
玉米为C4作物，光合效率高，其单产潜力和广适应性普遍高于其它粮食作物，是武陵山片区等地主要旱粮作物，也是湖南省第二大粮食作物[1]。湖南省是牲畜养殖大省，每年饲料用粮在600万t以上，但省内年产玉米仅180万t左右，玉米自给率不足1/3，远不能满足市场需求，因此发展玉米潜力巨大[2]。受科技水平、品种、气候生态条件及种植习惯影响，湖南传统上只种植一季玉米，且以春玉米为主，在春玉米成熟收获后土地多为空闲[3]。在人多地少的武陵山区研究如何开发秋种作物、提高耕地利用率具有十分重要的意义。近年来，湖南科研工作者围绕双季玉米种植作了许多探索性的工作[4]。但双季玉米推广面积有限，其重要原因之一是缺乏相应的农业气象保障技术支撑，特别是秋玉米相关气象研究极少。
湖南光、温等气候资源总体上能满足秋季玉米生长需要，但高温热害、低温阴雨等异常气象因素影响秋玉米的高产。2015~2016年“武陵山区双季玉米试验及气象适用技术研究”课题组开展了田间分期播种试验，旨在通过田间试验获得秋玉米生长发育、产量及相应气象条件资料，研究在于秋季玉米种植的生长过程特征和产量及其与气象要素变化的关系，探讨湘西北地区种植秋玉米的可行性，寻找相应气象制约因子，为提供秋玉米生产提供科技支撑。
1 材料与方法
1.1 供试材料与试验地点
选用适应湖南的高产杂交玉米品种作为秋玉米种植，供试品种为湘玉2号和晋鲜糯6号。在武陵山区玉米主产区桑植县开展不同海拔的地理分期播种试验，共设2个试点：桑植县县郊高桥村(海拔300m，水稻粘性土壤)、桥自弯镇松柏村(海拔650m，砂性土壤)。
1.2 试验方法
1.2.1 播 期 2个地点播期统一，从7月15日开始，每隔7d播种一期，即第I、II、III播期分别为：7月15日、7月22日、7月29日。
1.2.2 管理和栽培要点 2个试验点2个品种分3个播期播种，按统一栽培技术要求，试验区采用区组排列，设3个重复。每小区面积25m×20m，宽行75cm、窄行45cm，株距34cm的宽窄行规格播种，播种2粒/穴。4叶期定苗留单株，密度为3200株/667m2左右，6叶期和11叶期分别追施尿素10和15kg/667m2，大喇叭口期喷施兑劲特防治玉米螟。按试验设计有关要求做好定点观察记载，成熟收获前取样考种。
1.3 调查与统计
试验观测记录玉米生长发育期、株高、叶片数、叶面积、穗位等指标;考种记录棒长、棒粗、穗粒数、穗重、百粒重及理论产量和小区单产等指标。试验观测按照中国气象局《农业气象观测规范》进行。同步收集当地温度、光照、降水等气象资料，气象资料来源于桑植县气象局。
2 结果与分析
2.1 生育期分析
2.1.1 不同品种生育期差异 由表1可知，湘玉2号和晋鲜糯6号第I、II、III播期均在11月上旬、11月中旬、12月中旬成熟;湘玉2号第I、II、III播期全生育期分别约为114、125、147d;晋鲜糯6号第I、II、III播期全生育期分别约为108、122、140d。第I、第II和第III播期的生育期随着播期推迟呈现出延长的趋势，后一播期全生育期比前一期延长了11~23d不等。从各个生育期的时间看，延长的生育期主要在抽雄—成熟期，出苗—抽雄期后期也有所延长。这主要是秋玉米生育期气温从高到低变化，特别是生育后期，气温偏低，玉米灌浆期拉长，导致总生育期延长。
从表2可以看出，2品种的出苗期都是10~12d，晋鲜糯6号的第I、II、III播期中全生长发育期比湘玉2号均短了3~7d，出苗-抽雄比湘玉2号短了3~6d，第I、第II播期抽雄-成熟相同、仅第III播期短了1d。这主要是品种决定，晋鲜糯6号生育期本身从山西引进推广到湖南作秋玉米栽种，生育期要短于湘玉2号。
2.1.2 不同地点生育期差异 2个品种生育期表现在各试验区有一定的差异。从各播期及品种看，位于中海拔山区的松柏村种植的同一播种、品种秋玉米相对于低海拔的高桥村生育期多4~15d。这主要是海拔越高、气温较低，玉米通过生育期延长、补足积温来完成生长发育。
2.2 秋玉米生长气象适应性分析
2.2.1 生育前期(播种—抽雄)气象适应性分析 据2016年7月15日~9月30日桑植气象站观测资料显示(图1)，气温在7月24日~8月2日连续出现高温(日最高气温≥35℃)天气，此时段内第I播期的玉米幼苗刚刚露出土地面，第I播期的“烧苗”现象较为严重;第II播期刚播种则遇到连续的晴热高温天气、土壤缺水，造成玉米出苗率低，据调查结果，平均出苗率仅为50%左右;第III播期播种3d后气温下降、并出现中到大雨降水过程，其中8月7日还出现一次暴雨，有效补充田间水分;因此本期出苗率较高，但是在出苗后在8月12~25日又出现连续的高温天气，此时段的高温天气对第III播期幼苗生长有一定的影响，对第I、II播期生长影响相对较小。
一般来说，播种时地温和土壤水分对种子的发芽率的影响是非常大的，一般播种深度约2~3cm，选5cm的地温对玉米播种出苗影响进行参考分析(图1)。从图1看出，5cm日平均地温随着高温天气出现而呈现出相同的升高趋势，5cm地温超过30℃时段(2~3cm约为32℃)则为高温天气所处的时段。玉米第I播期播种出现降水过程，气温适宜，这对玉米出苗非常有利。第II播期为雨后2d播种，气温、地温均高，且7月23日至8月2日无降水，气温高失水快，对幼苗的生长不利;高桥村为粘性土，秋玉米采取免耕栽种，土壤板结严重，蓄水保水能力差，易受高温干旱影响，出苗率低。第III播期在播种后的3d有降水，出苗率也有所提高。但是期间短时暴雨日数偏多，7月18日、7月20日、8月7日出现强降水天气过程，加上高桥村土壤偏粘性，易造成土壤板结。如第I播期在播种—出苗期遭遇了2次暴雨过程(7月18日、20日)，土壤板结，不利于玉米幼苗破土。
2.2.2 生育后期(抽雄—成熟)气象适应性分析 玉米生育期后期适宜生长温度在20~30℃，玉米后期虽然在气温10℃以上都维持正常生理机能，但当抽雄吐丝低于18℃开花受粉就要受到明显影响，灌浆期低于16℃时灌浆能力明显不足[5]。根据玉米生育后期试验资料，第I、II、III播期的抽雄期分别在9月中旬、下旬和10月中旬，而后期灌浆—成熟主要处于10~11月。因此以10~11月份的气温、光照等气象要素来分析其气候适应性(图2)。
从秋玉米生育后期逐日平均气温、降水量图可以看出(图2A)，秋玉米在抽雄—成熟期的气温呈“波浪式”下降趋势。桑植站日平均气温在10月23日前后已降到16℃以下，10月29日开始部分气温甚至降倒10℃以下，11月20日前后气温基本稳定在10℃以下，玉米生长发育基本停滞。此时，第II期基本成熟，但第III播期仍未成熟。从秋玉米生育后期逐日降水和日照看(图2B)，2016年10~11月降水日数和降水量明显偏多，日照时数异常偏少(偏少45.4h)。其中10月1日~11月30日的降水日数为31d，总降水量为197.6mm，比历史同期(162.9mm)偏多22.1%。从日照时数看，10月10日至11月8日之间仅有5d有日照，日照时数仅为25.4h，比历史同期(61.7h)偏少36.3h。因此，10月中旬至11月上旬丰富的降水提供充足水分，但是长时间连续阴雨，气温偏低，日照偏少影响了玉米灌浆成熟。持续的秋阴雨导致第III播期成熟期延迟，甚至不能正常成熟。
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通过反查桑植气象站近30a的资料，桑植稳定通过16℃终日(50%保证率)在10月21日前后，80%的保证率的终日在10月10日前后;低于10℃终日(80%的保证率)11月12日前后。因此，秋玉米要实现正常灌浆成熟，按中熟玉米品种生育期110d考虑，秋玉米在桑植等地最迟播种不应晚于8月1日。遇到像2016年秋阴雨较多年份，播种应提前到7月21日左右为宜。考虑到秋旱有一定比例，因干旱会造成延迟播种，如果出现夏秋旱造成播种延迟，在8月1日之后播种应选择生育期短于100d的早熟品种。
外地引进品种应进行小范围试种，分析适应性后方可大范围推广。另外，根据秋玉米适宜性试验[6]，如果春玉米品种作秋玉米栽种，生育期会相应延长5d左右，因此，可由原来试种的春玉米生育期基础上加5d作为秋玉米生育期天数基数。总体上，早熟品种播种日期不迟于立秋才能保证正常灌浆成熟。受不同海拔影响，中海拔(500~600m)山区秋玉米播种还应提前5~7d，早熟品种在8月1日之前，中熟品种在7月25日之前播种为宜。
2.3 产量结构比较分析
2.3.1 不同品种对比分析 从表3可以看出，百粒重、秃尖比晋鲜糯6号优于湘玉2号，其中晋鲜糯6号百粒重多3.85g左右、秃尖比低6.2%;湘玉2号在棒长、穗实粒数、单穗粒重上则优于晋鲜糯6号，分别棒长多2.3cm、粒数多72.8粒、穗粒重平均多11.3g;棒粗2品种间差异不大。这主要是品种决定的，湘玉2号棒长较长、粒多，晋鲜糯6号籽粒饱满、粒大，秃尖少。
2.3.2 同一品种不同播期对比分析 从表3可以看出，湘玉2号第II播期的玉米植株长势明显优于其他2个播期，百粒重、穗粒重、棒长等均要稍好于其他2个播期，只有实粒数县郊较第I播期的稍差一些。晋鲜糯6号总体上也是第II播期较优于其他2个播期，部分秃尖比、实粒数仅在第I播期较好。这主要是2品种第II播期的播种时期及其生长的气候条件较好，第I播期主要受限于幼苗时期的高温天气和出苗—抽雄期中期的大风天气的影响，而第III播期主要在抽雄—成熟期的灌浆期和成熟期受连日的低温阴雨寡照的影响，导致产量结构受到影响，产量严重偏低。从不同播期看，苗期高温热浪、后期的秋阴雨仍是影响秋玉米生长发育的两大主要气象灾害。如果要获得高产，应综合播期分析，避开主要气象灾害天气环境，选择水源条件较好的地方种植秋玉米能保证高产。
2.3.3 不同海拔试验点对比 县郊的玉米产量表现略好于处在中海拔山区的松柏村，但百粒重、穗粒重、秃尖比、棒长等都没有明显的优势，总体上地理差别不显著;而湘玉2号第II播期松柏村实粒数优于县郊。主要是山地日照、积温较多，对产量形成有利，热量条件保证是获得高产基础(表3)。山区松柏村为砂性土壤，土质疏松，土质条件好也是获得产量的优势，能补偿光照热量不足，因此两地总体的差别不大。另外，山区前期高温偏少，湿度水分较多造成干旱较轻，这些因素都有利于产量提高。因此，在保证热量条件下，在山区发展秋作玉米是可行的，产量更具有优势。
2.3.4 理论和实际产量分析 总体上，实际产量除县郊的晋鲜糯6号第I播期产量略高外，各试验点2个品种都以第II播期生产量最高，第III播期产量最低(表3)。湘玉2号各个播期的理论产量变幅为428.5~522.7g/m2，相差94.2g/m2左右;晋鲜糯6号各个播期的理论产量变幅为406.0~450.9g/m2，相差44.9/m2。实际产量湘玉2号、晋鲜糯6号各播期产量的变幅相差分别是97.6g/m2、53.5g/m2。湘玉2号产量比晋鲜糯6号高，但产量稳定性差，即各播期产量差别大。从分期播种产量比较，第I播种主要受苗期高温干旱影响，如果在保证供水情况下，第I播种理论上在热量、光照条件上具有明显优势，即播期越早，产量越高，这与汪沛等[7]研究结果吻合，适当早播种是获取产量的保证。
