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1、我国东北地区不同生态条件下玉米品种积温需求及利用特征XX文精我国东北地区不同生态条件下玉米品种积温需求及利用特征*白彩云1,2李少昆1,2*柏军华2张厚宝2谢瑞芝2(1新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点开放实验室,新疆石河子832003;2中国农业科学院作物科学研究所农业部作物生理生态与栽培重点开放实验室,北京100081摘要为研究玉米品种在年份间和地域间正常成熟所需积温特征及其对当地积温的利用效率,以广适性品种郑单958为试验材料,20072009年在我国东北春播玉米区(4048N ,累计布置28个试验区,开展了55点次的玉米生长发育与产量表现联网试验结果表明:我国东北春播玉米种植区的气象条件

2、差异较大,在同一试验区,不同年份玉米完成整个生育进程所需积温差异不显著(P 01;在同一年份,不同试验区所需积温呈极显著差异(P 0.001,其中从播种至出苗阶段地区间相对差异最大,其次是吐丝至成熟阶段,出苗至吐丝阶段差异最小郑单958成熟度与研究区热量条件显著相关,当地积温的利用效率与纬度呈极显著的线性回归关系;该品种在生长季3000活动积温的地区属于安全种植带,小于该值的地区将受到不能正常成熟的威胁在一定气候条件下,玉米品种对积温的需求相对稳定受热量条件的影响,在玉米品种自我生理反应调节下,地区间各生长发育时期所需积温差异显著关键词玉米活动积温气象生态*国家基础研究发展计划重点项目(200

3、9CB1186和国家玉米产业技术体系项目资助*通讯作者E-mail :lishkmailcaasnetcn 2011-01-11收稿,2011-06-21接受文章编号10019332(201109233706中图分类号S315,S513文献标识码ACharacteristics of accumulated temperature demand and its utilization of maize under differ-ent ecological conditions in Northeast ChinaBAI Cai-yun 1,2,LI Shao-kun 1,2,BAI Jun-

4、hua 2,ZHANG Hou-bao 2,XIE Rui-zhi 2(1Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture ,Xinjiang Produc-tion and Construction Crops ,Shihezi 832003,Xinjiang ,China ;2Key Laboratory of Crop Physiology and Production ,Institute of Crop Sciences ,Chinese Academy of Agricultural Sciences ,Beijing 100081,China

5、 -ChinJApplEcol ,2011,22(9:23372342Abstract :To understand the accumulated temperature (ACT demand of maize for its normal mat-uration among years and regions as well as the use efficiency of local ACT ,a group of work-net field experiments was conducted at 55sites in 28regions of Northeast China sp

6、ring maize planting area (40074808N in 20072009,taking an eurychoric maize variety Zhengdan 958as test ob-jectThe meteorological conditions in the area had large differenceIn the same regions ,the active accumulated temperature above 10in whole corn growth season (ACT 10for short demand of Zhengdan

7、958for completing its whole growth and development process had little difference among different years (P 01However ,in different regions ,this demand differed significantly (P 0.001in the same years ,with the largest difference occurred from seedling stage to emergence stage ,followed by at post-si

8、lking stage ,and the least at pre-silking stageThe maturity degree ofZhengdan 958had significant correlations with local heat conditions ,and there was a linear relation-ship between use efficiency and latitudeZhengdan 958could be safely matured in the regions with the ACT 10being more than 3000,and

9、 had a risk of immaturity in the regions with the ACT 10less than 3000In conclusion ,under certain meteorological conditions ,the ACT demand of Zhengdan 958for completing its growth process was relatively stable ,and ,due to the self physiological adjus-ting ,the ACT 10demand of Zhengdan 958at its d

10、ifferent growth stages showed a significant difference among different regionsKey words :maize ;accumulated temperature ;meteorological ecology应用生态学报2011年9月第22卷第9期Chinese Journal of Applied Ecology ,Sep2011,22(9:23372342温度是影响作物生长发育的重要气象因子1作物要完成某一发育阶段必须积累一定的温度,这个累积温度称为积温或热量期,国外通常用生长度日(growing degree

11、day,GDD预测作物的生长发育速率2410的活动积温表征了喜温作物生长期的长短和地区热量资源的多寡,被国内广泛用于作物生长发育56、农业气候区划79、新品种推广等的研究10东北地区是我国重要的春玉米生产基地,气候资源南北差异较大,部分地区在玉米生长前期受倒春寒冷害1112、在生长后期受光热资源不足等问题的严重困扰1315近年来,在全球气候变暖的作用下1618,较长生育期玉米品种向更低积温带扩种趋势明显,进一步加重了部分地区玉米种植安全成熟的风险1920,使玉米安全生产受到挑战因此,本研究在东北春玉米种植区,以多年配套气象数据为支持,开展多年多点联网试验,通过分析该区影响玉米生产的气候因素特征

12、,以及玉米生长期积温与生长发育的关系,探究玉米生长发育所需积温的年度和地域差异特征,以及玉米生产积温利用率的空间变化特征,以期为东北春玉米区合理利用光热资源,挖掘高产潜力,玉米品种的合理布局与推广提供理论指导1材料与方法1.1研究区概况及试验设计本试验以高产、优质、适应性强的夏玉米品种郑单958为试材,20072009年在内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江4省区开展多年多点联网试验在40074808N,1100113021E范围内的28个县市累计布置55个试验点,基本可以代表东北玉米区的气象和生长条件试验点概况如表1所示其中,2007年16个试验点中14个试验点达到完熟, 2008年20个试验点中17

13、个试验点达到完熟,2009年19个试验点中18个试验点达到完熟各试验点统一采取均匀垄种植,行距0.65m,株距0.26m,种植密度为6.0104株hm2,面积约0.13hm2;各试验点均以气温稳定通过10时播种按照试验点当地情况进行管理表1试验地区概况Table1General situation of the experiment regions省份Province 试验区Experiment region纬度Latitude(N经度Longitude(E灌溉条件Irrigation condition成熟度Maturity degree试验年度Year辽宁丹东Dandong40071242

14、3A2009 Liaoning海城Haicheng405212244B20072009锦州Jinzhou410512106B2009沈阳Shenyang420112305B20072008清原Qingyuan420812454B2008铁岭Tieling421712350B2009彰武Zhangwu422312235B20072009康平Kangping425512314B20072009吉林通化Tonghua414212557B2009Jilin四平Siping431012427B2007伊通Yitong432112504B20072008公主岭Gongzhuling433112513B20

15、072009吉林Jilin435012632B2009农安Nongan443112513B20072009前郭Qianguo451012423B20072009洮南Taonan452012240B20072008内蒙古临河Linhe404510725B2009Inner Mongolia赤峰Chifeng421411856C20072009通辽Tongliao433512210B20072009兴安盟Xinganmeng460012205B2008阿荣旗Arongqi480812330B2008黑龙江牡丹江Mudanjiang443612935B20082009 Heilongjiang呼兰H

16、ulan460012635B20082009肇东Zhaodong460212554B20072009青冈Qinggang463112611B20072008望奎Wangkui464612629B20072008佳木斯Jiamusi465013021B20082009齐齐哈尔Qiqihaer472112355B2009A:灌溉Irrigated;B:雨养Rainfed;C:雨养+灌溉Rainfed+irrigated:完熟Fully maturity;:未成熟Immaturity;:蜡熟Waxen maturity8332应用生态学报22卷1.2数据获取及研究方法1.2.1生育阶段划分及数据获取

17、将玉米的整个生育阶段,即从玉米播种到生理成熟的整个生育期划分为播种到出苗、出苗到吐丝和吐丝到完熟3个生育阶段,在各试验点调查记载播种、出苗、吐丝、完熟和收获的日期1.2.2气象数据预处理在28个试验区中,部分试验区空间距离近、气象条件相似,中国气象科学数据共享网站的数据共享气象站点有限,因此在数据处理中将合并部分试验区,采用11个气象站点的数据,分别是辽宁省的海城、沈阳、康平,吉林省的公主岭、前郭,黑龙江省的牡丹江、望奎、佳木斯、肇东,内蒙古自治区的通辽、赤峰对20002009年每年4月15日10月10日玉米生长季节的关键气象因子进行分析,分析中采用的气象生态因子有:10活动积温、逐日平均气温

18、、日照时数、降雨量1.2.3玉米品种积温利用效率计算AUE=Gat /Yat100%式中:AUE为玉米品种对当地积温的利用效率;Gat 为玉米品种在特定地区种植全生育期所需积温;Yat 为该地区全年10积温1.3数据处理使用SPSS13.0软件进行数据分析,采用Origin 8.0软件绘制相关图形,以ArcGIS9.2软件采用Kriging法制作积温的空间分布图2结果与分析2.1试验点气象条件如图1所示,各试验点20002009年ACT10、日均温度、日照时数和降雨量的分布均随其地理位置的不同差异较大ACT10和日均温度均从纬度较高的黑龙江望奎的2833和17.0逐渐升高到纬度较低的辽宁海城的

19、3833.0和21.5;日照时数最高值和降雨量的最低值均出现在内蒙古的赤峰地区,日照时数最低值和降雨量最高值均出现在沈阳地区,日照时数和降雨量的最高值与最低值分别相差313.4h和275mm东北春玉米区年份间日照时数和降雨量的标准差分别达101.6mm和132.7h,日照时数年份间波动最大的地区出现在吉林公主岭,其2004年日照时数最高,达1628h,最小值出现在2005年,仅为1032.5h,变异系数达16%;降雨量年份间波动最大的地区出现在内蒙古通辽, 其在图120002009年试验区玉米生长季气象条件概况Fig1Meteorological conditions of experimen

20、tal region during growth season for corn in the experimental regions from2000to 2009A:海城Haicheng;B:沈阳Shenyang;C:赤峰Chifeng;D:康平Kang-ping;E:公主岭Gongzhuling;F:通辽Tongliao;G:牡丹江Mudan-jiang;H:前郭Qianguo;I:肇东Zhaodong;J:望奎Wangkui;K:佳木斯Jiamusi图中试验点按照纬度从南到北排列The experimental sites were ordered at the X axis wit

21、h latitude from south to north2006年降雨量最高,达450mm,而2007年只有181 mm,变异系数达31.5%2.2郑单958完熟的积温需求时空差异及原因为明确郑单958完熟所需ACT10在年份与地域间的差异特征,进行了方差分析,其结果如表2所示3年间,在同一试验区,郑单958达到完熟所需ACT10差异不显著(P0.1,表明郑单958达到生理成熟所需ACT10相对稳定,且同一区域年份间的温度资源波动不显著;在同一年份,不同试验区郑单958达到完熟所需ACT10呈极显著差异(P0.001表明东北春玉米区不同区域间温度条件差异大,对玉米生长发育有较大影响,有必要

22、有选择地种植不同熟性的玉米品种93329期白彩云等:我国东北地区不同生态条件下玉米品种积温需求及利用特征表2郑单958ACT10需求的年份及地区间方差分析Table2ANOVA analysis of different regions and years of ACT10needing for Zhengdan958方差来源Variance source平方和Sum of squares自由度df均方Mean squareF P组间年份Between group:Years276344264504 2.060.15组内地区Within group:Regions5886833031373总和

23、Total86502732组间地区Between group:Regions2705301080105 6.550.00组内年份Within group:Years3381832212234总和Total60871332表3不同地区郑单958各生育阶段ACT10积温需求Table3ACT10needed of Zhengdan958at different growth periods at different regions(d试验区Experiment region全生育期Whole growing period播种-出苗Seeding to emergence出苗-吐丝Emergence

24、 to silking吐丝-成熟Silking to mature辽宁海城Haicheng,Liaoning3247.5195.41461.11590.9辽宁沈阳Shenyang,Liaoning31616217.81458.51485.3辽宁康平Kangping,Liaoning3102.9308.21498.61296.1吉林公主岭Gongzhuling,Jilin3033.7236.71408.11389.0吉林前郭Qianguo,Jilin3080.9273.61623.01184.3内蒙古赤峰Chifeng,Inner Mongolia3213.5239.31567.41406.8内

25、蒙古通辽Tongliao,Inner Mongolia3213.4260.11551.91401.4黑龙江牡丹江Mudanjiang,Heilongjiang2851.6162.31396.21293.0黑龙江肇东Zhaodong,Heilongjiang2985.8233.71561.91190.3黑龙江望奎Wangkui,Heilongjiang2776.7161.61429.01186.1黑龙江佳木斯Jiamusi,Heilongjiang2850.0173.11543.71138.0从郑单958全生育期及不同生育阶段的积温需求(表3可知,在安全成熟情况下,郑单958全生育期所需最高AC

26、T10出现在辽宁海城地区,最低ACT10出现在黑龙江望奎地区,差值为397.5,试验区间变异系数达5.4%不同生育阶段中,播种至出苗、出苗至吐丝、吐丝至成熟阶段所需积温分别占全生育期积温的7.3%、49.3%和43.4%不同试验区间,播种至出苗阶段变异系数最高,为21.2%;其次是吐丝至成熟阶段,变异系数为10.9%;出苗至吐丝阶段变异系数最小(5%由此可知,播种至出苗阶段,由于各试验区春季气温回升速度、倒春寒、土壤属性、海拔等气候与地理条件的综合影响,导致该阶段所需积温地区间差异明显;吐丝至成熟阶段,各试验区花后热量条件,特别是初霜时间的早晚,决定了玉米成熟收获期的ACT10差异以上两方面的

27、因素是造成郑单958地区间所需积温差异显著的主要原因2.3郑单958成熟度的空间分布及对当地积温的利用率计算东北春播玉米区145个气象站点玉米生长季20002009年平均ACT10,依据200为一个积温带的划分标准78,将东北春播玉米区划分为11个积温带(图2由于地理条件及气候因素的影响,该区域ACT10以“马蹄形”向北逐步降低,最南部的辽宁沿海地区ACT10在3600以上,内蒙古北 部图2东北春播玉米区ACT10积温带分布Fig2Distribution of the ACT10belt during corn growing sea-son in the Northeast China04

28、32应用生态学报22卷表420072009年郑单958对当地积温的利用率及其与纬度的关系Table4ACT10use efficiency of Zhengdan958hybrid and linear relationship between latitude(Latand ACT10use efficien-cy(AUE年份Year10积温利用率AUE(%平均Mean最大值Maximum最小值Minimum积温利用率与纬度的拟合方程Relationship between AUE and Lat200790696.0(46.77N81.0(40.87NAUE=2.18Lat5.5,R2=0

29、.78* 200886.193.6(46.77N76.9(40.87NAUE=2.16Lat9.01,R2=0.86* 200987.396.8(46.77N75.7(40.87NAUE=2.79Lat35.5,R2=0.69* *P0.05;*P0.01ACT10低于1800郑单958能够达到完熟的试验区均处于ACT103000的积温带上黑龙江的佳木斯、牡丹江、望奎和青冈试验点处于2800 3000积温带这些地区在露地直播条件下,种植郑单958玉米品种只能完成蜡熟;在采用地膜覆盖或育苗移栽技术保证下,可以达到完熟在4个未成熟的试验区中,3个处于ACT103000的积温带,这些地区虽然在纬度上

30、与蜡熟试验区相差不大,有些纬度甚至还低,但由于海拔及地方小气候的影响,在这些地区种植郑单958,即使采取增温栽培措施也不能成熟可见,在我国东北春玉米区,种植类似郑单958的玉米品种,在ACT103000的地区存在严重的安全生产风险,将影响玉米品种对光温的利用率由表4可知,在东北春玉米区,积温利用率(AUE与纬度(Lat呈极显著的线性回归关系,随着纬度的北移积温利用率不断上升,积温利用率相对较高的地区均处在纬度较高的黑龙江望奎、佳木斯地区,利用率较低的地区均处在纬度相对较低的辽宁沈阳、海城地区可见,玉米完成生长发育,适宜的积温利用率是其充分利用当地气候资源、获得最高产量的基础较低的积温利用率存在积温浪费,过高的积温利用率又存在种植风险,平衡二者的关系可以实现高产与稳产的统一3讨论温光资源是衡量农业气候资源的主要指标2123,是决定玉米产量高低和玉米品种能否在某个地区安全种植的首要生态因素78,2425,也是玉米品种区域间引种优先考虑的条件本研究表明,在热量资源差异较大的地区种植同一玉米品种,实现正常完熟时,年积温不同的试验区之间,玉米全生育期需求的积温差异较大在各生育阶段,尤其是出苗