播期是影响作物生产最主要的栽培因素之一,适宜的播期是实现作物高产的必要条件^[1]。播期对玉米(Zea mays)的影响是与生长发育期间光、热、水和土壤等生态因子综合作用的结果^[2-3],不同播期下玉米的生长发育和产量形成都会表现出较为显著的差异。研究表明,随着播期的推迟,玉米的生育期呈现显著缩短的趋势^[4]; 但产量的变化因生态条件的不同,或随播期推迟产量降低^[5-7],或随播期推迟产量先升高后降低^[8-9],表明玉米适宜的播期因生态区域和品种而异。而作物籽粒产量则是由生物产量即干物质积累的多少决定,干物质积累越多,籽粒产量也就越高^[10],因此研究不同播期下玉米干物质积累及其分配的差异有利于揭示播期影响玉米产量的物质基础。

川中丘区是四川省玉米的主产区,其播期受种植制度影响,从3月至6月均有播种。过去以套作春播(3—4月播种)为主,为了适应当前农业经营新形式和机械化生产需要,近年在适宜区域正在示范推广小麦(Triticum aestivum)、油菜(Brassica campestris)收获净作夏玉米(5月播种)种植模式。赵玉庭等^[11]研究表明,川中丘区玉米播期必须坚持把玉米需水关键期安排在夏旱结束之后、伏旱开始之前的过程降水较丰时段,即在3月底至4月中旬播种较适宜。但鲜见川中丘区夏玉米适宜播期方面的研究报道,也鲜见春玉米和夏玉米物质积累与产量构成差异方面的研究报道。本文以‘正红505’和‘成单30’为试验材料,以15 d为间隔,从3月26日至5月25日设置5个播期,通过长时间大跨度的试验,研究播期对玉米干物质生产与产量形成的影响,以期为制定当地玉米适宜播期提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验区概况

试验在四川省中江县合兴乡新建村(104°37′E,30°35′N)进行,该地区2010年至2014年平均3—8月份日均温为21.8 ℃,总降雨量为714.7 mm; 2015年3—8月的日均温为22.4 ℃,降水量为565.3 mm,较往年干旱少雨。试验期间的具体日均温和降水情况见图 1。试验田播前耕层土壤养分含量分别为: 有机质11.77 g·kg⁻¹,全氮1.47 mg·kg⁻¹,碱解氮42.93 mg·kg⁻¹,有效磷5.9 mg·kg⁻¹,速效钾117.56 g·kg⁻¹。

1.2 试验设计

供试品种为四川省农业厅推荐的主导品种‘正红505’和‘成单30’,‘正红505’由四川农业大学正红生物技术有限责任公司提供,‘成单30’由北京奥瑞金种业股份有限公司提供,两个品种生育进程基本一致(表 1)。本试验设5个播期,分别为3月26日(早春播,A1)、4月10日(春播,A2)、4月25日(晚春播,A3)、5月10日(早夏播,A4)和5月25日(夏播,A5)。采用裂区设计,播期为主区,品种为副区,3次重复,共30个小区,小区面积17.6 m²(长5.5 m,宽3.2 m),行株距(110+50) cm×25 cm,密度4.95万株·hm⁻²,覆膜直播。所有处理底肥施复混肥料(有效含量40%,N:P:K=25:7:8),窄行中沟施肥,全生育期共施纯氮225 kg·hm⁻²,按底肥:穗肥=1:1施用,其他栽培管理措施同一般高产玉米田。

1.3 测定项目与方法

于拔节期、大喇叭口期、吐丝期、吐丝后15 d和成熟期(具体取样时间见表 1),每个小区取代表性植株5株,按器官分离,105 ℃杀青30 min,80 ℃烘干至恒重后测定干物质重。收获前统计每小区有效穗数、空秆率和双苞率,然后实收计产,并按平均穗重法选取20穗考种,考察穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、单穗重、穗粒重和千粒重。相关参数计算参考杨恒山等^[12]、戴明宏等^[13]的方法:

$吐丝前干物质积累率\left( \% \right) = 吐丝期干物质积累量/收获时干物质积累量 \times 100$

(1)

$吐丝后干物质积累量 = 收获时干物质积累量 - 吐丝期干物质积累量$

(2)

$吐丝后干物质积累率\left( \% \right) = 吐丝后干物质积累量/收获时干物质积累量 \times 100$

(3)

$干物质转运量 = 吐丝期各器官干物质积累量 - 收获期相应器官干物质积累量$

(4)

$干物质转运效率\left( \% \right) = 干物质转运量/吐丝期营养器官积累量 \times 100$

(5)

$吐丝前物质积累对产量的贡献率\left( \% \right) = 干物质转运量/籽粒产量 \times 100$

(6)

$吐丝后物质积累对产量的贡献率\left( \% \right) = 100 - 吐丝前干物质积累对产量的贡献率$

(7)

1.4 数据处理和统计分析

采用Microsoft Excel和SPSS 19.0软件进行图表制作和数据统计分析。

2 结果与分析 2.1 播期对玉米生育进程的影响

由表 2可知,播期对玉米生育进程影响显著。随着播期的推迟,玉米各生育阶段持续时间及全生育期均缩短。播期推迟天数(X)与全生育期持续时间(Y)呈负相关关系,回归方程为Y=122.15-0.35X (R²= 0.9660),即播期每推迟1 d,生育期平均缩短0.35 d,本试验A5播期较A1播期玉米生育期缩短了21 d。从各生育时期的持续时间来看,随播期推迟,各生育阶段均出现不同程度的缩短,主要表现在出苗后的营养生长期和营养生长与生殖生长并进期,变化范围为0~10 d,生殖生长期则相对稳定,只有A5播期缩短了约6 d。

2.2 播期对玉米干物质积累、分配与转运的影响 2.2.1 对单株干物质积累动态的影响

玉米干物质积累量是籽粒产量形成的物质基础^[1]。由图 2a、2b可知,两玉米品种不同播期下各生育时期单株干物质积累量存在显著差异,但干物质积累变化动态的总体趋势基本一致,符合Logistic生长曲线,即慢—快—慢的变化动态(图 2c、2d)。‘正红505’的干物质积累量在大喇叭口期之前随播期推迟呈增加趋势; 在大喇叭口期之后,则出现相反的变化趋势,即随播期的推迟,单株干物质积累量逐渐降低,且降低幅度随播期的推迟逐渐增大。‘成单30’大喇叭口期后的单株干物质积累量随播期推迟呈先增后降的趋势。大喇叭口期和吐丝期以A4最高,吐丝15 d后以A2最高,A5最低。成熟期干物质积累量随播期推迟两品种均表现为降低的趋势。干物质积累速率在吐丝期以前逐渐增大,在吐丝期达到最大,吐丝后积累速率逐渐减小。两品种随播期推迟,积累速率变化趋势基本一致,品种间差异明显,总体表现为‘正红505’的积累速率略大于‘成单30’。

2.2.2 对干物质分配的影响

玉米各器官干物质分配在不同时期表现出不同趋势(表 3)。玉米干物质分配表现为: 吐丝期,茎>叶>穗轴+苞叶; 成熟期,籽粒分配最多,叶分配最少,其中籽粒占地上部干物质的比例为36.17%~ 58.49%; 茎鞘、叶和穗轴+苞叶部分的干物质分配均表现为吐丝期大于成熟期,表明玉米吐丝后干物质积累量主要分配在籽粒部分。

由表 3可知,‘正红505’和‘成单30’成熟期茎鞘干物质分配随播期推迟表现为先降低后升高的趋势,叶和穗轴+苞叶分配比例则随播期推迟呈增加趋势。成熟期两品种玉米的籽粒分配比例随播期推迟变化不一致,‘正红505’籽粒的干物质分配率随播期的推迟降低,与A1相比,A2-A5的降低幅度依次为9.3%、9.8%、30.4%和43.4%; ‘成单30’籽粒的分配比例随播期推迟先升高后降低,且夏播(A4和A5处理平均)低于春播(A1和A2平均,这段时间为川中丘区最主要的春播时间)。两品种平均,夏播的籽粒分配率平均较正常春播低14.4%,降幅达26.6%。早播(A1处理)‘正红505’的收获指数较‘成单30’高,而晚播(A4、A5处理)则相反,表明晚播时‘成单30’干物质向籽粒转运的能力较‘正红505’强。两个品种平均,夏播籽粒分配率较正常春播低。

2.2.3 吐丝前后玉米干物质积累及对籽粒的贡献

由表 4可以看出,除‘正红505’的A1播期外,两个玉米品种在5个播期的干物质积累量和积累率均表现为吐丝前大于吐丝后,但对籽粒的贡献率则表现为吐丝后高于吐丝前。‘正红505’吐丝前的干物质积累量总体与‘成单30’持平,但吐丝后干物质积累量A1-A3播期较‘成单30’高,而A4和A5播期则较‘成单30’低。吐丝前干物质积累率及其对籽粒的贡献率A1-A4‘成单30’略高于‘正红505’,但A5则相反。

播种期对两供试品种吐丝前和吐丝后的干物质积累量均有显著影响,其中对吐丝后的影响程度更高。‘正红505’和‘成单30’吐丝前、吐丝后干物质积累量在5个播种期间的变异系数分别为4.4%和8.2%、46.5%和31.2%。吐丝前干物质积累量随播种期推迟呈先降后升的趋势; 吐丝后干物质积累量(Y)随播种期(X)推迟逐渐降低,其回归方程分别为Y_ZH5050=207.4-2.5171X (R²=0.9497^**)和Y_CD30=158.3- 1.4399X (R²=0.8598); 相应地吐丝前干物质积累率及其对籽粒的贡献率随着播期的推迟而升高,吐丝后干物质积累率及其对籽粒的贡献率则随着播期的推迟而降低。由此表明,早播有利于增加花后干物质积累,晚播花后干物质积累量减少,灌浆结实需要更多地调运花前干物质,尤其是A4播期。在两个供试品种中,‘正红505’吐丝后干物质积累量、积累率及其对籽粒的贡献率随播种期推迟而降低的速率大于‘成单30’,因此该品种晚播时更应注意加强花后管理,防止早衰,增加花后干物质积累。

2.2.4 对玉米干物质转运的影响

从表 5可以看出,播期对玉米营养器官物质的再分配利用也有显著影响,但影响的程度和趋势在品种间存在一定差异,品种和播期间存在显著互作效应。‘正红505’茎、叶的转运量、转运率和转运量对籽粒的贡献率随播期推迟呈先升高再降低最后升高的趋势,各项指标基本以A5播期的最大。‘成单30’茎、叶的转运量、转运率和转运量对籽粒的贡献率随播期呈不规则变化,总的转运量和转运率以A2最大,贡献率以A4最大。玉米籽粒主要由吐丝后的同化产物和营养器官的物质转移提供^[14]。分析两个品种的干物质转运可以发现,‘正红505’的转运量、转运率和对籽粒的贡献率均低于‘成单30’,说明相比较而言,‘成单30’籽粒的来源更多依靠营养器官的物质转移,而‘正红505’籽粒的来源更多依靠吐丝后的同化产物。

2.3 播期对玉米产量及其构成因素的影响

播期显著影响两品种的产量,但影响趋势和程度在品种间存在较大差异(表 6)。从影响程度看,‘正红505’的产量受播期影响的程度较‘成单30’高,‘正红505’和‘成单30’的产量在5个播期间的变异系数分别为38.2%和20.9%。从影响趋势来看,‘正红505’的产量(Y)随播期(X)推迟而降低,二者显著负相关,回归方程为Y=7815.3-83.96X (R²=0.9704^**),播期每推迟1 d,产量降低约84 kg·hm^-2; ‘成单30’的产量随播期推迟而先增 后减,以4月10日播种(A2)最高,之后也随播期推迟而减产,但在5月10日(A4处理)前播种减产幅度较小,之后播种就会大幅度减产,表明‘成单30’可以夏播,但最好在5月10日前后播种,过晚播种会大幅度减产。

播期对产量构成因素的影响因品种而异,‘正红505’和‘成单30’有效穗数随播期推迟呈减少的趋势; ‘正红505’的穗长、穗行数、行粒数以及千粒重随播期推迟也呈降低的趋势,导致产量随之降低; ‘成单30’的千粒重也随播期推迟而降低,穗长和行粒数随播期推迟呈先升后降的趋势(A3处理的行粒数例外),而穗行数受播期的影响较小,表明播期主要是影响‘成单30’的穗长和粒重从而影响产量。

3 讨论

作物产量与生物产量即群体干物质积累有直接关系^[15],一般来说,干物质积累越多,籽粒产量也就越高^[16]。有研究表明,播期推迟干物质积累量依次减小。也有研究表明,春播条件下早播较晚播的干物质积累量高^[17]。本研究中,玉米群体干物质积累量随播期推迟总体呈降低趋势,早播玉米干物质积累持续时间较长,生育后期积累的速度加快,且能维持较长时间,从而得到更多的干物质积累; 而晚播的玉米生育期缩短,生育进程加快,干物质积累量减少。吐丝前、后的干物质积累量受播期的影响程度在品种间存在差异,‘正红505’吐丝后干物质积累量受播期的影响程度远大于吐丝前,早播更有利于增加吐丝后干物质积累; ‘成单30’吐丝前、后干物质积累量受播期的影响程度较小,但晚播不利于干物质的积累。

籽粒灌浆物质的来源分为两部分: 一部分是开花后的同化产物,包括直接输送到籽粒中的光合产物和开花后形成的暂贮藏性干物质的再转移; 一部分是开花前生产的暂贮藏于营养器官中、于灌浆期间再转移到籽粒中去的同化产物^[14]。研究表明,玉米籽粒产量主要来源于生育后期叶片制造的光合产物^[15],对籽粒的贡献率为78%~84%。本研究结果显示,生育后期叶片制造的光合产物对籽粒的贡献率为62.22%~86.09%,随着播期推迟呈降低趋势,说明晚播时籽粒灌浆主要依靠生育前期积累的干物质,尤其是‘正红505’,因此晚播时应加强生育后期的管理,延缓其衰老,提高生育后期光合产物的积累,是提高其对籽粒的贡献率进而提高产量的重要措施。

适时播种有利于玉米各生育时期有更为适宜的雨热条件,使玉米产量达到最佳^[18],而产量的高低又与干物质积累的多少密切相关。本试验结果表明,播期显著影响两供试玉米品种的产量,但影响的程度和趋势在品种间存在一定差异,‘正红505’的产量随播期推迟而降低,以第1播期(3月25日播种)最高,夏播(A4和A5处理平均)减产严重,较春播(A1、A2和A3处理平均)减产49.99%,表明该品种适宜春播,耐夏播能力较弱; ‘成单30’的产量随播期推迟呈先略升高后降低趋势,以第2播期(4月10日播种)产量最高,早夏播(5月10日)与春播产量差异不显著,但夏播(5月25日播种)则显著减产,表明该品种适宜播期较长,耐夏播能力较强。

4 结论

本研究结果表明,川中丘陵地区玉米吐丝前、后干物质积累量及其对籽粒的贡献率以及产量受播期影响显著,选择适宜的播期是保证高产的前提。春播玉米的产量较高,适宜的播期范围相对较宽,目前生产上需要解决的是间套作(春播玉米大多为间套种植)与机械化生产的矛盾,应选择在成熟期籽粒脱水较快,且茎秆抗倒能力较强的品种。夏播具有更有利的生长环境,但夏播产量受制约因素较多,产量的降低幅度大于春播。对于需要夏播(在小麦或油菜后净作,便于机械化生产)的区域和地块,应注意解决两方面的问题: 一是选种,应选择耐夏播品种,如本试验的‘成单30’; 二是播种时间的选择,前茬作物收后及时早播,力争在5月上中旬播种,保证玉米生育后期有足够的干物质积累。