内蒙古东部中晚熟区青贮玉米产量和品质与气象因素的关系

郭 傲 朱英杰 王 晔 史冬梅 刘晓雯 南张杰 潘金豹 张秋芝

（北京农学院植物科学技术学院，植物生产国家级实验教学示范中心，北京 102206）

内蒙古东部中晚熟区属温带湿润或半湿润气候，无霜期130～170 d，年降水量为400～800 mm，且主要集中在7‒9月，自然降雨基本能够满足玉米的生产［1］。随着“粮改饲”结构调整政策的实施，青贮玉米等优质饲草种植面积迅猛增加。近年来，气象因子的变化直接影响了作物产量和品质［2-5］，而调整播期是协调作物生长与光热资源配置的有效手段［6-8］。因此，通过调节播期，合理利用内蒙古东部中晚熟区的气象条件，能够有效促进青贮玉米生长发育，从而影响产量和品质的形成，对实现青贮玉米优质高产具有重要意义。

研究表明，推迟播期使青贮玉米生育期缩短，茎粗减小［9］，进而导致干物质积累量降低，籽粒产量下降［10］。随着播期的推迟，青贮玉米株高、单位面积生物产量、干物质产量及籽粒产量均呈先升高后降低的趋势，粗蛋白、中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）及粗脂肪含量均呈下降趋势［11-12］。适时早播可提高玉米的生物产量［13］，同时可实现光、温及水资源的高效利用［14］。研究发现，随着温度升高，玉米生长发育进程加快，单产提高，籽粒中的粗蛋白和粗脂肪等品质主要受花后光照的影响［15］。叶面积指数主要受吐丝后有效积温的影响，玉米的生长天数和收获指数受全生育期日均温影响，玉米穗粒数及千粒重则与降雨量、日照时数和粒期的有效积温有关［15-17］。可见，气象因素影响作物生长发育的每一个阶段，适期播种可有效提高作物生产力，充分利用气象资源以促进作物产量和品质的形成，对实现作物高效生产尤为重要［16］。

目前，青贮玉米产量和品质的研究多集中在品种筛选、氮肥和种植密度等栽培措施上，而有关气象因子对青贮玉米产量和品质的影响研究鲜有报道。本研究以内蒙古东部中晚熟区青贮玉米主栽品种为材料，通过分期播种探索气象因素对不同青贮玉米品种产量和品质的影响，旨在揭示影响该区域青贮玉米生产的主要气象因素，为气候变化背景下内蒙古东部中晚熟区青贮玉米的优质、高产、高效栽培提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019年在内蒙古通辽市农业科学研究院试验基地（122°63´N，43°73´E，平均海拔160 m）进行，试验区土壤类型为黑土，播种前0～20 cm土层土壤pH值为7.82、有机质含量11.54 g·kg-1、全氮含量1.22 g·kg-1、速效磷含量16.57 mg·kg-1、速效钾含量137.60 mg·kg-1，有机碳含量9.83 g·kg-1。青贮玉米生长季气温及降雨量变化如图1所示。生长季（4月24日—9月22日）日平均气温为22.2 ℃，总降雨量为355.7 mm。

图1 2018—2019年青贮玉米生长期日均温和降水量变化Fig.1 Mean daily temperature and precipitation during silage maize growth period from 2018 to 2019

1.2 试验设计

试验以内蒙古东部中晚熟区主栽的青贮玉米品种北农青贮368（BN368，国审玉20180175）、东科301（DK301，国审玉20180369）、京科青贮516（JK516，国审玉2007029）和京科968（JK968，国审玉20190031）为材料，其生育期分别为123、119、115和127 d左右。

采用裂区设计，以播期为主区，品种为副区，共设置4个播期，分别为4月24日（D1）、5月1日（D2）、5月8日（D3）和5月15日（D4），种植密度为75 000株·hm-2，小区行长10 m，行距0.6 m，5行区，3次重复。播前撒施玉米专用复合肥（N∶P2O2∶K2O=26∶6∶8）450 kg·hm-2，其他田间管理措施同一般生产田。

1.3 气象数据

气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http：∕∕data.cma.cn∕），主要包括日平均温、日最高温、日最低温、日照时数和日降雨量等。生育期有效积温（growing-degree days， GDD）参照McMaster等［18］的方法计算。

式中，t为生育期内某个时间段；N为从播种到成熟的天数；Tmax和Tmin分别为第i天的日最高温和日最低温；Tbase为玉米生理基础温度，Tbase=10 ℃；当TminTut时，Tmax=Tut（玉米生理上限温度，Tut=35 ℃）。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 生育时期记录 于各生育时期记录各小区播种、出苗、吐丝和收获日期。

1.4.2 农艺性状测定 在各小区青贮玉米收获前，连续选取10株，测定株高、穗位高、茎粗和绿叶数。

1.4.3 生物产量测定 当各小区青贮玉米籽粒乳线达到1∕2时，从地上20 cm处全株刈割，每小区实收中间3行称重计为生物产量。从中随机选取10株，全株粉碎，充分混匀后，在105 ℃的烘箱中杀青4 h后再80 ℃烘干至恒重，计算干物质产量。

1.4.4 营养品质测定 将烘干后的样品粉碎过60目筛，采用范氏（Van Soest）纤维含量测定法，利用ANKOM-220纤维分析仪（美国ANKOM科技公司）测定中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）含量［19］。采用Dumatec 8000全自动杜马斯定氮仪（丹麦FOSS集团公司）测定粗蛋白（crude protein，CP）含量［20］；采用盐酸水解-蒽酮比色法测定淀粉（starch，ST）含量［21］。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2019软件进行数据处理，采用SPSS 25.0软件进行数据统计分析，用Duncan法进行多重比较（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 播期对青贮玉米生育进程的影响

由图2可知，随着播期的推迟，青贮玉米各品种的生育期均缩短，两年趋势一致。当播期由D1推迟到D4时，北农青贮368、东科301、京科青贮516和京科968的生育期分别缩短了16～18 d、10～13 d、18～19 d和8～12 d。播期每推迟1 d，青贮玉米生育期平均推迟0.71 d。D4播期处理下，北农青贮368和京科青贮516出苗至吐丝期所占整个生育期的比例高于其他播期，但吐丝期至收获期所占整个生育期的比例低于其他播期。东科301在各播期处理下的出苗至吐丝期所占整个生育期的比例差异不大，京科968在D1播期处理下的出苗至吐丝期所占整个生育期的比例高于其他播期，但东科301、京科968两品种在D1播期处理下的吐丝至收获期所占整个生育期的比例低于其他播期。

图2 播期对不同品种青贮玉米生育进程的影响Fig.2 Effect of sowing date on growth stages of different silage maize varieties

2.2 播期对青贮玉米农艺性状的影响

由表1可知，播期对青贮玉米茎粗有极显著影响（P<0.001），不同年份对株高（P<0.01）、穗位高（P<0.01）和茎粗（P<0.05）影响显著，品种和播期互作对株高（P<0.01）、穗位高（P<0.05）和绿叶数（P<0.001）影响显著。随着播期的延迟，北农青贮368株高无显著差异，东科301、京科青贮516和京科968的株高在D3播期较低；京科968穗位高无显著差异，北农青贮368和京科青贮516穗位高整体呈先增加后降低趋势，东科301穗位高呈波动性变化；各品种茎粗呈增加趋势。在相同播期下，北农青贮368株高和穗位高整体高于其他品种。各品种在4个播期处理下，绿叶数均大于9片叶，表现出较好的持绿性。品种对株高、穗位高、茎粗和绿叶数均有极显著影响（P<0.01），表明品种的遗传特性是影响青贮玉米植株农艺性状的主要因素。

表1 播期对不同品种青贮玉米农艺性状的影响Table 1 Effect of sowing date on agronomic characteristic of different silage maize varieties

2.3 播期对青贮玉米生物产量的影响

由图3可知，随着播期的延迟，各品种青贮玉米两年间的生物产量整体呈现先增加后降低的趋势，在D2播期下的平均生物产量最高（35.2～40.2 t·hm-2）。D2播期下各品种的生物产量分别比D1、D3和D4播期增加了4.9%～11.1%、0.5%～4.6%和7.5%～10.7%。不同播期间，青贮玉米生物产量整体表现为D2>D3>D1>D4。品种和播期对生物产量有显著影响（P<0.05）。年际间差异对青贮玉米各品种生物产量有极显著影响（P<0.001），北农青贮368、东科301、京科青贮516和京科968在2018年不同播期的平均生物产量较2019年分别增加了23.6%、26.0%、20.3%和12.7%。

图3 播期对不同品种青贮玉米生物产量的影响Fig.3 Effect of sowing date on fresh weight yield of different silage maize varieties

2.4 播期对青贮玉米品质的影响

由表2可知，播期对青贮玉米中性洗涤纤维（NDF）含量（P<0.001）和酸性洗涤纤维（ADF）含量（P<0.01）影响显著。随着播期的推迟，各品种NDF和ADF含量整体呈逐渐增加趋势；淀粉含量呈先增加后降低趋势，D2播期下淀粉含量最高，D4播期下淀粉含量最低。品种、播期和年际互作对NDF含量影响显著（P<0.01）。播期（P<0.05）和年际（P<0.001）对淀粉含量影响显著。

表2 播期对不同品种青贮玉米品质的影响Table 2 Effect of sowing date on quality of different silage maize varieties

2.5 气象因子对青贮玉米干物质产量的影响

由图4可知，青贮玉米干物质产量与生育期有效积温、日照时数、降雨量及吐丝后有效积温、日照时数、降雨量均呈二次函数关系。随着生育期有效积温的增加，干物质产量先增加后逐渐降低；随着生育期日照时数和吐丝后日照时数的增加，干物质产量呈下降趋势；随着生育期降雨量（R2=0.591，P<0.001）和吐丝后有效积温的增加，干物质产量呈先下降后上升趋势。随着吐丝后降雨量（R2=0.367，P=0.039）的增加，干物质产量呈增加趋势。

图4 气象因子与青贮玉米干物质产量的关系Fig.4 Relationships between dry matter yield of silage maize and meteorological factors

2.6 气象因子对青贮玉米品质的影响

2.6.1 气象因子对青贮玉米中性洗涤纤维含量的影响 由图5可知，吐丝后有效积温（R2=0.681）、吐丝后降雨量（R2=0.782）和吐丝后日照时数（R2=0.561）对青贮玉米NDF含量均有极显著影响（P<0.001）。随着吐丝后有效积温和吐丝后降雨量的增加，NDF含量呈下降趋势，随着吐丝后日照时数的增加，NDF含量呈上升趋势。NDF含量随生育期有效积温、日照时数和降雨量的增加呈先上升后下降趋势。

图5 气象因子与青贮玉米中性洗涤纤维含量的关系Fig.5 Relationships between neutral detergent fiber of silage maize and meteorological factors

2.6.2 气象因子对青贮玉米酸性洗涤纤维含量的影响 由图6可知，青贮玉米ADF含量和气象因子间的相关关系与NDF含量相似，吐丝后有效积温（R2=0.657）和吐丝后降雨量（R2=0.818）均与ADF含量呈极显著负相关（P<0.001），吐丝后日照时数（R2=0.542）与ADF含量呈极显著正相关（P<0.001）。ADF含量随生育期有效积温的增加呈先降低后升高趋势，随生育期日照时数和降雨量的增加则呈先上升后下降趋势。

图6 气象因子与青贮玉米酸性洗涤纤维含量的关系Fig.6 Relationships between acid detergent fiber of silage maize and meteorological factors

2.6.3 气象因子对青贮玉米粗蛋白含量的影响 由图7可知，随着生育期有效积温、日照时数、降雨量以及吐丝后有效积温和降雨量的增加，青贮玉米粗蛋白含量呈先降低后升高趋势。随着吐丝后日照时数的增加，粗蛋白含量呈先上升后下降趋势。

图7 气象因子与青贮玉米粗蛋白含量的关系Fig.7 Relationships between crude protein of silage maize and meteorological factors

2.6.4 气象因子对青贮玉米全株淀粉含量的影响 由图8可知，随着生育期日照时数（R2=0.475，P=0.006）、降雨量（R2=0.556，P<0.001）及吐丝后降雨量（R2=0.665，P<0.001）的增加，青贮玉米全株淀粉含量呈先下降后上升趋势。随着吐丝后有效积温的增加，淀粉含量呈增加趋势。随着生育期有效积温的增加，淀粉含量呈先升高后降低趋势。随着吐丝后日照时数（R2=0.432，P=0.014）的增加，淀粉含量呈下降趋势。

图8 气象因子与青贮玉米淀粉含量的关系Fig.8 Relationships between starch content of silage maize and meteorological factors

3 讨论

3.1 播期对青贮玉米生育期和农艺性状的影响

玉米各生育阶段持续时间长短受播期影响较大［11］，本研究结果也表明，不同品种青贮玉米的生育期均随播期推迟而缩短。本试验条件下，北农青贮368播期每推迟1 d生育期平均缩短0.79 d，东科301和京科968播期每推迟1 d生育期平均缩短0.57 d，京科青贮516播期每推迟1 d生育期平均缩短0.86 d，生育期缩短的主要原因在于后期温度过高，导致生育进程加快［22］。不同播期下，各品种对光照、温度和降水资源的需求量存在显著差异，且随播期推迟，玉米在生育期所需积温减少［23］。

播期推迟导致玉米生育进程变快，造成玉米生育期缩短，进而影响玉米的农艺性状［24］。本研究各品种平均株高随播期推迟呈增加趋势，与前人研究结果相同［25］。随着播期的推迟，茎粗呈增加趋势，绿叶数并没有明显变化，均表现出较好的持绿性，这与前人研究结果不同［26-27］，可能是不同生态条件和品种选择差异所致。青贮玉米农艺性状变化的主要原因是播期不同，造成生育期内温度和降水条件产生差异。推迟播期，玉米在吐丝期会遇到高温，不同品种玉米对高温的适应性因基因型而异，进而导致其对播期的响应也不同［27］。

3.2 播期对青贮玉米产量和品质的影响

品种特性、栽培技术和环境因素会影响作物产量和品质的形成［28-29］。适宜的播期是获得优质高产青贮玉米的关键栽培措施之一。内蒙古东部中晚熟区玉米通常在4月24日—5月15日播种，本研究将当地习惯播种日期分为四个阶段，即播期D1～D4。研究结果表明，在当地习惯播种日期范围内，青贮玉米各品种均能正常成熟，其中D2播期青贮玉米产量最高，D4播期产量最低，说明内蒙古东部中晚熟区具有较好的光温资源。一般认为适当早播可以增产［30］，提前播种可为后期干物质积累奠定良好的基础［31-32］。本试验期间，早播处理（D1）前期热量资源有限，导致出苗后幼苗发育缓慢，玉米灌浆期（7月底至8月初）正处于高温多雨时期，因此影响了玉米产量和品质形成。晚播处理（D4）生育进程缩短，影响了干物质积累，且籽粒建成期降雨量较少，生产潜力未得到充分发挥，不利于高产。D2和D3播期的青贮玉米生长发育阶段能更好地利用雨热资源，与董飞等［33］的研究结果一致。

作物品质指标受播期的影响较大。本研究表明，随着播期的推迟，各品种青贮玉米中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量呈升高趋势，淀粉含量呈先增加后减少的趋势，而播期对不同品种的粗蛋白含量影响不大。品质一级的青贮玉米表现为中性洗涤纤维含量≤45%、酸性洗涤纤维含量≤23%、粗蛋白含量≥7%、淀粉含量≥25%［34］。可见，在本试验条件下，青贮玉米各品种品质均达一级，但随着播期的推迟，青贮玉米品质参数呈下降趋势，与袁慧敏等［30］和李雯等［3］的研究结果基本一致。青贮玉米营养品质指标随播期推迟表现出不同的变化趋势，表明气象因子的变化影响青贮玉米品质形成，且对其形成过程存在不同的作用机制。

3.3 气象因子与青贮玉米产量和品质形成的关系

作物生育期内的气象条件直接或间接影响作物的产量形成和品质优劣［35-37］。玉米产量受积温、日照时数及降水量变化的影响较大，且抽雄前的积温、抽雄前后的降雨量是影响玉米产量的主要因素，后期降雨量增多会导致产量下降［38］。玉米灌浆后期的温度较高而降水量较少，有效积温与降雨量对酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量有负向影响，对粗蛋白含量则是正向影响［39］。本研究结果表明，生育期内的日照时数和降雨量显著影响干物质产量形成，吐丝后的有效积温、日照时数和降雨量对青贮玉米的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量有极显著影响，与袁慧敏等［30］的研究结果一致。有研究表明，蛋白质含量与花后日均温和积温呈显著负相关，适期播种有利于蛋白质含量的提高［40］。而在本研究中，气象因子对粗蛋白含量变化影响不大，可能是不同生态区播期、栽培措施和品种特性的差异所致。在青贮玉米生长发育和营养品质形成期间，气象因子会影响其生长过程中的物质积累与转化，适宜的气象条件有利于发挥青贮玉米高产优质的潜力，而不同品种对气象因子的响应也存在一定差异，可见产量和品质形成是环境与品种特性共同作用的结果。

4 结论

在内蒙古东部中晚熟地区，随着播期的推迟，青贮玉米生育进程加快，株高和茎粗均呈增加趋势，但播期对绿叶数影响不显著。生育期日照时数和降雨量是影响青贮玉米产量形成的关键因子，吐丝后有效积温、日照时数和降雨量对青贮玉米品质形成影响较大。综合考虑不同播期下4个玉米品种的生物产量和品质，在5月1日左右播种可使内蒙古东部中晚熟区青贮玉米有效利用气象资源，实现较高的生产潜力，形成优良的品质。