播期对不同熟性品种夏玉米生长发育及群体特性的影响

播期对不同熟性品种夏玉米生长发育及群体特性的影响

华北平原是中国最重要的玉米生产区之一。该地区玉米产量约占全国玉米总面积的40%。华北平原玉米产量的变化对中国的粮食安全有显著影响。播期和品种熟性是影响夏玉米生长发育及产量形成的重要因素。播期不同使玉米生育阶段内的光、热和水等气候要素的配置发生改变,直接影响玉米的生长发育和产量形成,即使土壤特性和其他管理措施相同,不同播期下玉米的生长发育及产量形成都会表现出较为显著的差异。研究表明,随播期推迟玉米的生育期呈现缩短的趋势,植株性状及光合性能表现出较大的差异,产量呈下降趋势。不同熟性品种对外界环境,如光照、热量和水分等气象条件的反应不同,其生长发育和产量形成表现出明显的差异。已有的研究多侧重于探讨播期或品种对玉米生长及产量构成的影响,较少系统地分析播种期和品种类型及其互作对夏玉米生长发育、群体性状及产量形成的影响。本研究以北京为试点,通过大田试验,分析比较不同播期条件下不同熟性品种夏玉米的生长发育、植株性状及群体光合性能上的差异,探讨播期和品种熟性对夏玉米生长发育及产量形成的影响,旨在为华北平原地区夏玉米高产栽培选择适宜的品种及播期提供理论依据。1材料和方法1.1监测站站试验于2008和2009年在中国农业大学北京上庄试验站(40°08′25″N,116°10′39″E,海拔49m)进行。试验站位于山前冲积平原,属暖温带半湿润大陆性季风气候。该地多年6—10月上旬大于10℃的平均活动积温为3070.4℃,平均降水490.5mm,累计日照999.1h。试验地土壤为粉砂质潮土,土壤肥力中上等。1.2播期和密度设置试验采用裂区设计,以不同熟性品种为主区,播种期为副区。设置3个熟性品种和3个播期的互作试验,品种选用早熟品种纪元一号(夏播生育期94d)、中熟品种郑单958(夏播生育期96d)、晚熟品种农大108(夏播生育期110d);播期设置早、中和晚3个播期,为获得较广的播期跨度,探讨不同热量亏缺条件下夏玉米生长发育状况,2008年3个播期分别为早播6月25日、中播6月30日、晚播7月5日,2009年分别为早播6月7日、中播6月17日、晚播6月24日。密度为5.95万株/hm2,行距0.6m,人工播种。小区共5行,小区面积为18m2。2年均设置4次重复。2年均为拔节期追肥(尿素),施用量为纯氮138kg/hm2;全生育期未进行灌溉处理,其他管理同大田水平。1.3测量设计和方法1.3.1出生时记录观测记载玉米出苗期、三叶期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、开花期、吐丝期、乳熟期、腊熟期和完熟期。1.3.2不同播期玉米品种及叶面积指数的测算在每处理小区选取生长状况一致的玉米植株3株,挂牌标记。从三叶期2~3d开始,每隔3~5d观测1次,记录叶长、叶宽及株高,叶长为叶枕沿主叶脉方向的最长距离,叶宽为叶片最宽处的宽度,株高为自然状态下玉米植株最高点与地面的距离。其中,2008年仅对晚播条件下不同品种处理进行测定,2009年对所有播期及品种的处理进行测定。穗位比=穗位节高度/株高,其中穗位节高度为地面至果穗着生节位的高度。单叶面积=长×宽×系数,其中系数分展开叶和未展开叶,展开叶的系数取为0.75,未展开叶的系数根据吕丽华等方法确定,范围在0.50~0.75之间。叶面积指数由单株叶面积和单位面积内的株数进行换算。叶片光合势(LAD)计算公式为其中:叶片光合势单位为m2·d/m2;LA1和LA2分别为时间t1和t2时单位面积上的叶面积,m2/m2。1.3.3干物质量的测定在主要生育期取样6次,将植株分根、茎、叶、死叶、叶鞘、死叶鞘、雄穗、苞叶和果穗等9个器官,先用105℃杀青30min,然后再以80℃的温度恒温烘干至恒重,分别称量各器官的干物质量。作物生长率(CGR)的计算方法为其中:m1、m2分别为t1、t2时间取样面积A的总干物质量。1.3.4植株组成、检测方法进行收获测产及考种。每小区取中间2行测产,行长6m,共7.2m2,同时记录测区内总株数、有效穗数、双穗数及空杆数;另取10穗测定穗长、秃尖长、穗粗、穗行数、行粒数和百粒重。1.3.5气象数据气象数据来自于中国气象局提供的台站(北京站)地面逐日观测数据,包括日平均气温、日最高气温、日最低气温、逐日降水量和日照时间。1.4数据处理与统计分析使用Excel2007进行数据处理,以OriginPro8完成作图,以SAS9.1进行统计分析。2结果与分析2.1第三阶段活动阶段降压及降雨条件配合较好,但降雨条件配合较好,区域华北平原夏玉米生长期主要集中在6月—10月上旬。以北京试点为例,由图1可以看出,7—8月月平均温度最高,潜在蒸散最大,且该阶段降雨相对较多,雨热条件配合较好。2008年6—10月上旬10℃以上活动积温、日照时数及降雨分别为3134.4℃·d、773.3h、476.2mm,10℃以上活动积温及日照时数分别比2009年同期低95.5℃·d、90.4h,而降雨多99.7mm。与多年平均相比较,2008与2009年的热量资源比较充裕,降水充足,但日照相对较低。2.2播期对玉米生育期的影响由表1可知,夏玉米的生长期随播期推迟呈缩短的趋势。同一熟性品种下,播期推迟全生育期缩短,平均播期每推迟1d全生育期缩短0.2~0.6d。随着播期推迟玉米播种至拔节阶段的平均气温不断增高(图1),生育进程加快,随播期推迟各品种播种至拔节所需生育日期缩短。同一年份相比较,不同品种拔节至吐丝所需生育时间受播期影响不显著。播期推迟吐丝至成熟期生育日数缩短趋势更为显著,这也是全生育期随播期推迟而缩短的主要原因。品种间的生育期比较,3个播期均表现为纪元一号<郑单958<农大108。不同品种的玉米全生育期所需的积温存在显著差异。纪元一号(早熟品种)、郑单958(中熟品种)、农大108(晚熟品种)全生育期所需10℃以上活动积温分别为2371、2436和2523℃·d;玉米全生育期所需积温受播期影响显著,随播期推迟各品种全生育期所需积温均呈减少趋势,且晚熟品种所需积温的下降幅度要大于中早熟品种。平均每推迟1d中早熟品种全生育期所需积温减少8.0~10.0℃·d,而晚熟品种全生育期所需积温减少11.5~12.0℃·d。纪元一号、郑单958、农大108出苗至吐丝所需10℃以上活动积温分别为1465、1488和1519℃·d,3个品种吐丝至成熟所需10℃以上活动积温分别为906、948和1004℃·d,且随播期推迟吐丝至成熟所需积温而减少。2.3播种时间和品种成熟度对夏玉米群落特征的影响2.3.1播期对夏玉米穗位节的影响由表2可知,品种间株高差异显著,其中农大108的株高最大,2年3个播期平均株高为268.7cm;郑单958株高其次,2年3个播期平均株高为261.4cm;纪元一号的株高最小,2年3个播期平均株高为246.8cm;品种间比较:株高越高的品种出苗至吐丝所需的积温越多,其中农大108较郑单958出苗至吐丝所需的积温多31℃·d、较纪元一号多54℃·d。同一品种不同播期出苗至吐丝阶段的平均温度差异大于0.5℃时,处理间株高差异才达显著水平。2008年播期对株高影响不显著,该年份3个品种不同播期出苗至吐丝阶段的平均温度均在27.0~27.4℃之间,处理间平均温度差小于0.5℃,株高差异不显著。但2009年播期对株高影响达显著水平,且出苗至吐丝阶段的平均温度越高株高越矮。该年3个品种早播与晚播处理出苗至吐丝阶段的平均温度为26.9~27.1℃,处理间平均温度差小于0.5℃,早播与晚播处理间株高差异不显著;但3个品种中播处理出苗至吐丝阶段的平均温度为27.5~27.6℃,较中晚播处理高0.5℃,处理间株高差异达显著水平,可见:出苗~吐丝阶段的平均温度是影响株高重要气象因子。播期及品种熟性对夏玉米穗位比影响显著,随播期推迟穗位比呈增加趋势。相同播期条件下,农大108的穗位节最高,2年平均为126.3cm;郑单958其次;纪元一号最小,2年平均为104.0cm。早熟品种纪元一号、中熟品种郑单958的穗位比随播期推迟而增大,晚熟品种农大108的穗位比随播期推迟无显著变化。纪元一号、郑单958随播期推迟穗位节高度不断增高,抗倒伏性逐渐变弱,农大108的穗位节高度受播期因素影响较小,尽管农大108穗位性状较为稳定,但由于其穗位节高度相对较大,其抗倒伏性要弱于其他2个品种。通过对该阶段(地上部节间伸长开始至穗位节伸长结束)气象要素分析发现:播期后延该生育阶段平均气温及日照时数均呈下降趋势,早中晚3个播期穗位节伸长结束阶段的平均温度分别为27.2~27.7、26.5~26.6和26.5℃,虽然温度下降幅度较小,但日照时间减小幅度较大,纪元一号、郑单958中播较早播相比日照时间减少60.5~63.3h,晚播较中播日照时数减少18.0~33.1h;农大108各播期间比较日照时间下降幅度均较小,降幅仅为4%~13%。可见穗位比随播期推迟而增高与夏玉米地上部首节至穗位节生育期间内日照时数减少有一定相关性。播期对茎粗影响显著,各品种间茎粗差异不显著。早熟品种纪元一号、中熟品种郑单958的茎粗随播期推迟呈下降趋势,但晚熟品种农大108的茎粗随播期推迟变化无显著规律。播期推迟地上部首节至地上部第3节生育阶段内平均温度降低,早中晚3个播期的平均温度分别为:27.5~30.0、27.1和26.6~26.8℃,气温下降夏玉米茎粗减小。2.3.2播期延迟、早播、中播期差异如图2所示,夏玉米的叶面积指数(LAI)自拔节开始迅速增加,大喇叭口期以后增势变缓,至吐丝期叶面积指数达到最大值,此后叶面积指数逐渐下降。同一品种下,夏玉米的最大叶面积指数(LAImax)随播期推迟呈降低趋势,表明播期推迟玉米的有效光合面积和生产能力下降。充足的降水对夏玉米获得较高的叶面积指数有较大影响,出苗至吐丝阶段早播较中晚播降水多17.3~27.7mm,纪元一号、郑单958早播较中播最大叶面积指数高0.34~0.40;较晚播高0.1~1.18。由表1可知,随播期推迟夏玉米出苗至吐丝的时间缩短,营养生长期缩短导致玉米最大叶面积指数降低。同一播期条件下,各品种自拔节期后叶面积指数差异显著,农大108与郑单958的叶面积指数在整个生育进程中要高于纪元一号,显示了中、晚熟品种在叶面积群体结构上具有优势。2.4不同播期对果穗干物质分配的影响如图3所示,夏玉米干物质积累呈先缓慢后急速增加的特点,在生育前期纪元一号的干物质积累快于中晚熟品种,后期中晚熟品种干物质重量较快;随播期提前,单位面积夏玉米地上部生物量积累量提高,早播与中播相比纪元一号、郑单958、农大108的单位面积最终地上部生物量分别提高15.8%、2.0%和5.8%,中播与晚播相比分别提高32.3%,69.9%和76.4%。品种间比较,早播及中播处理下地上部生物量由大到小为郑单958>农大108>纪元一号,由于晚播处理下晚熟品种热量亏缺较严重,地上部干物重降幅大于早熟品种,地上部生物量由大到小为郑单958>纪元一号>农大108。随播期推迟农大108、郑单958的果穗干物质分配系数呈降低趋势,早播条件下纪元一号、郑单958和农大108灌浆前期的果穗干物质分配系数分别为0.545、0.520和0.389;后期分别为0.769、0.782和0.824。可见灌浆前期纪元一号、郑单958合成的干物质中向穗部积累比率要高于农大108;灌浆后期农大108的果穗干物质分配系数最大,但由于郑单958单株地上部干物重要高于农大108及纪元一号,最终果穗干物重由大到小为郑单958>纪元一号>农大108。2.5不同品种对夏玉米产量和品质的影响群体光合势是反映作物群体光合能力大小的一个重要指标。由表3可知,随着播期推迟群体光合势(LAD)降低,这与播期推迟生长前期温度偏高,生育进程加快,玉米营养生长期缩短有关。提早播种对增大玉米的群体光合势(LAD)有重要作用。早播处理条件下,农大108、郑单958和纪元一号的群体光合势(LAD)分别为249.7×104、240.7×104和191.5×104·m2·d/hm2;不同品种的群体光合势由大到小依次为:农大108、郑单958和纪元一号,表现出从晚熟到早熟群体光合势降低的趋势,较晚熟品种利于获得较大的群体光合势(LAD)。作物生长率是反映作物群体干物质积累能力的重要指标。由表3可知,夏玉米作物生长率(CGR)随播期推迟呈下降趋势,3个品种表现一致。同一播期条件下,中熟品种郑单958的作物生长率(CGR)最高,农大108与纪元一号的作物生长率(CGR)差异不显著。由表3可知:随着播期推迟夏玉米的籽粒产量呈下降趋势,且晚熟品种的产量降幅高于早熟品种,晚播与中播相比农大108降幅为40.7%~41.6%,纪元一号为22.2%~27.7%;品种间比较,早播与中播处理下郑单958的籽粒产量最高,纪元一号与农大108的产量差异不显著;晚播处理下,早熟品种纪元一号更具有优势,其与郑单958的产量无显著差异,晚播处理晚熟品种农大108的产量最低。3播期延迟对夏玉米生育期的影响夏玉米生长发育受品种遗传特性和环境条件影响显著,不同播期下玉米的生长发育表现较大差异。试验结果显示随播期推迟夏玉米的全生育期不断缩短,这与张宁等研究结果一致。Cirrilo研究认为玉米随播期推迟出苗-吐丝的生理日数缩短、吐丝到成熟的日数延长,本研究结果表明随播期推迟夏玉米出苗至吐丝期缩短、吐丝至成熟的生理日期也缩短,与Cirrilo和Ardrade研究的结果不尽相同。通过比较不同播期各生育阶段内的平均温度,可知由于不同播期夏玉米生育前期的平均温度逐渐增大,生育前期呈缩短趋势,研究表明温度是驱动玉米生长发育的主要因子,刘明等研究认为玉米生育期随播期推迟而缩短的原因主要在于后期温度过高,生育进程加快所致。本试验结果显示随播期推迟吐丝至成熟阶段平均气温不断下降,生育日数反而缩短,与前人研究结果不相一致。这可能与田间土壤水分状况有关,该区夏玉米生长后期降水量减少,纪元一号早、中、晚各播期吐丝至成熟期的降雨量分别为54.1、38.9和18.7mm,郑单958分别为53.4、44.0和24.2mm,农大108分别为58.2、49.5和24.4mm。随播期推迟吐丝至成熟阶段降雨量显著降低,土壤含水量下降较快,致使土壤热容量降低,日间土壤增温幅度较大,加速根系的衰老,造成了玉米播期推迟吐丝至成熟阶段生育日数缩短。另外,随播期推迟玉米的穗位节高度增大和茎粗减小,这与前人已有的研究基本一致。戴明宏等用DSSAT模型研究了华北平原的玉米生产潜力,指出北京等地5月下旬6月初进行夏玉米播种产量最高。虽然有研究表明:黄淮海夏玉米区7月上旬种植中晚熟品种夏玉米仍能正常成熟,但由于前期热量与降水配合较差,后期热量亏缺,造成玉米减产幅度较大。结合2008和2009年田间试验结果,随播期推迟夏玉米的产量降低,这与夏玉米生育期内的温、光和水条件变化有关。播期推迟,玉米生长期变短,夏玉米群体光合势(LAD)和作物生长率(CGR)降低,不利于获得高产。东先旺等研究表明:夏玉米要获得高产全生育期积温应达到