鄂東地區(qū)年際降水對(duì)春玉米的影響

趙俊立 吳 宇 常海濱

（湖北省黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，黃岡 438000）

作物生產(chǎn)的穩(wěn)定受到氣候變化的影響和極端天氣的威脅，關(guān)乎全球糧食安全。農(nóng)業(yè)對(duì)氣候條件較為敏感，最容易受到氣候變化的影響[1]。就全國(guó)而言，降水是玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性的主要影響因素之一[2]。我國(guó)的南方玉米產(chǎn)區(qū)，苗期常遇陰雨天，花期又會(huì)遇梅雨天氣[3]。玉米生長(zhǎng)發(fā)育期間遭遇持續(xù)的陰雨天氣，不僅影響玉米的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成，還會(huì)導(dǎo)致光抑制，光合性能變差，光合物質(zhì)生產(chǎn)能力降低；在排水不良及地下水位高的環(huán)境中，玉米就會(huì)遭遇漬害，若長(zhǎng)時(shí)間排水不及時(shí)，會(huì)造成根的腐爛和葉片枯黃，引起嚴(yán)重減產(chǎn)。很多研究表明[4-9]，玉米整個(gè)生育期內(nèi)降水對(duì)玉米產(chǎn)量的影響最大，降水量過(guò)大或過(guò)小均不利于玉米產(chǎn)量的形成。研究較多集中在北方地區(qū)，而華中地區(qū)降水對(duì)玉米產(chǎn)量的影響則鮮有報(bào)道。本研究利用6 年（2016-2021 年）湖北省平原丘陵春播玉米區(qū)域試驗(yàn)的大田數(shù)據(jù)，結(jié)合鄂東地區(qū)（黃岡）的氣象數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)赜衩桩a(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行分析，探究降水對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響，并對(duì)近6 年湖北省玉米育種進(jìn)程進(jìn)行探討。

1 材料與方法

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于黃岡市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園氣象站。產(chǎn)量及相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源于2016-2021 年湖北省平原丘陵區(qū)域試驗(yàn)A 組試驗(yàn)。運(yùn)用R 語(yǔ)言和Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。運(yùn)用方差分析、回歸分析和系統(tǒng)控制與協(xié)方差分析方法，系統(tǒng)分析了降水與產(chǎn)量之間的線(xiàn)性或非線(xiàn)性關(guān)系，解析產(chǎn)量及相關(guān)性狀之間的關(guān)系，以探究降水和玉米育種對(duì)產(chǎn)量的形成及相關(guān)性狀的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1降水量如圖1 所示，2016-2021 年玉米全生育期期間降水量變化較大，2016 年降水量最多，其次為2020 年，2018 年降水量最少。在玉米生長(zhǎng)的全生育期期間，無(wú)人工澆水，降水量較少年份也沒(méi)有出現(xiàn)干旱現(xiàn)象，降水量較多年份田間積水較多，產(chǎn)生了一定的漬害。

圖1 2016-2021 年玉米全生育期降水量

2.2產(chǎn)量及相關(guān)性狀表1 可知，年際間玉米產(chǎn)量及相關(guān)性狀都有較大差異，其中產(chǎn)量2019 年最高，為10863.6kg/hm2，2016 年最低，為6734.6kg/hm2；單穗粒重2017 年最高，為202.0g，2016 年最低，為143.1g；千 粒 重2019 年 最 高，為331.6g，2016 年 最 低，為307.2g；穗長(zhǎng)2018 年最長(zhǎng)，為20.3cm，2016 年最短，為16.5cm；穗粗2017 年最粗，為5.1cm，2016 年最細(xì)，為4.6cm；行粒數(shù)2018 年最多，為40.9 粒，2016 年最少，為30.9粒；株高2018年最高，為295.3cm，2021年最矮，為247.5cm；穗位高2019 年最高，為119.8cm，2021年最低，為81.5cm；禿尖長(zhǎng)2016 年最長(zhǎng)，為2.2cm，2019 年最短，為0.5cm；穗行數(shù)2020 年最多，為17.1行，2019 年和2021 年最少，均為15.6 行。不難看出，2016 年的情況最差，玉米從植株到穗部以及產(chǎn)量均較差，這與當(dāng)年玉米全生育期降水較多有著密切關(guān)系。

表1 2016-2021 年玉米全生育期降水量和玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀

由表2 可以看出，產(chǎn)量與穗長(zhǎng)、穗粗、行粒數(shù)、單穗粒重、千粒重、株高和穗位高呈正相關(guān)，而且都達(dá)到了極顯著水平；與禿尖長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)。穗長(zhǎng)與行粒數(shù)、單穗粒重和株高呈極顯著正相關(guān)，與穗粗呈顯著正相關(guān)。穗粗除了與禿尖長(zhǎng)無(wú)相關(guān)性外，與其他性狀之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)。單穗粒重與穗行數(shù)也無(wú)明顯相關(guān)性。

表2 玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀之間的相關(guān)系數(shù)

對(duì)產(chǎn)量與產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行逐步回歸分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量與行粒數(shù)、單穗粒重具有極顯著的正相關(guān)。說(shuō)明在產(chǎn)量相關(guān)性狀中行粒數(shù)和單穗粒重對(duì)產(chǎn)量的影響尤為重要，其對(duì)玉米產(chǎn)量的增產(chǎn)效果是非常明顯的，所以在玉米育種中，增加玉米行粒數(shù)和單穗粒重應(yīng)作為選育品種的重要指標(biāo)。

2.3年份與產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀2016-2021 年隨著育種進(jìn)程的推進(jìn)，每年都有不同的品種參加區(qū)域試驗(yàn)，而且每個(gè)品種都代表著申報(bào)單位的育種水平和新品種生產(chǎn)潛力，即當(dāng)年參加區(qū)域試驗(yàn)品種的平均產(chǎn)量水平代表著當(dāng)年的某一地區(qū)玉米新品種的育種水平和新品種生產(chǎn)潛力。

經(jīng)近6 年的年際玉米平均產(chǎn)量多重比較（表3）可知，年際之間玉米產(chǎn)量有一定的差異，其中2019 年產(chǎn)量最高，2016 年產(chǎn)量最低。但是產(chǎn)量與年份之間沒(méi)有相關(guān)性（表4），以前后兩個(gè)3 年的平均產(chǎn)量作方差分析，發(fā)現(xiàn)前后兩個(gè)3 年的平均產(chǎn)量也沒(méi)有顯著差異（表5），如果不考慮其他因素，2016-2021 年玉米的平均產(chǎn)量并沒(méi)有逐年提高，而且年際波動(dòng)較大，最高年份比最低年份高出4129.0kg/hm2。

表3 不同年份鄂東玉米產(chǎn)量比較

表4 玉米產(chǎn)量與年份的相關(guān)性分析

表5 前后兩個(gè)3 年玉米平均產(chǎn)量方差分析

2.4降水對(duì)產(chǎn)量及相關(guān)性狀的影響由表6 可知，降水與行粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；與產(chǎn)量、單穗粒重和穗長(zhǎng)呈顯著負(fù)相關(guān)；與千粒重、株高和穗位高呈負(fù)相關(guān)，沒(méi)有達(dá)到顯著水平；與禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)呈正相關(guān)，也沒(méi)有達(dá)到顯著水平。發(fā)現(xiàn)降水與產(chǎn)量相關(guān)性狀（除穗行數(shù)、禿尖長(zhǎng)）之間的相關(guān)性，和產(chǎn)量與產(chǎn)量相關(guān)性狀（除穗行數(shù)、禿尖長(zhǎng)）之間的相關(guān)性具有相反關(guān)系，即產(chǎn)量相關(guān)性狀如果與產(chǎn)量呈正相關(guān)，則與降水呈負(fù)相關(guān)。

表6 降水與產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀的相關(guān)系數(shù)

鄂東地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，春播玉米一般不會(huì)出現(xiàn)干旱現(xiàn)象，往往會(huì)因?yàn)檫^(guò)多的降水對(duì)玉米的生長(zhǎng)造成漬害，使玉米果穗變小，禿尖長(zhǎng)增加，行粒數(shù)減少，單穗粒重變輕，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。降水會(huì)使得光照減弱，玉米光合產(chǎn)物積累變慢變少，導(dǎo)致減產(chǎn)。

玉米產(chǎn)量與玉米全生育期降水量之間有顯著的線(xiàn)性回歸關(guān)系，二者存在顯著的負(fù)相關(guān)（圖2），相關(guān)系數(shù)為0.82（P=0.01），達(dá)到顯著水平，即產(chǎn)量隨著降水的增加而減少。則可以利用系統(tǒng)控制手段矯正產(chǎn)量的值，消除降水差異對(duì)產(chǎn)量的影響。矯正后產(chǎn)量與年份之間依然沒(méi)有相關(guān)性（表7），然后以矯正后產(chǎn)量前后兩個(gè)3 年的平均產(chǎn)量作方差分析，發(fā)現(xiàn)前后兩個(gè)3 年的平均產(chǎn)量有顯著差異（表8），2019-2021 年平均產(chǎn)量比2016-2018 年平均產(chǎn)量提高了近30kg。表明前后兩個(gè)3 年的玉米平均產(chǎn)量隨著育種進(jìn)程的推進(jìn)逐步提高，表明近幾年玉米育種進(jìn)程和水平有所提升，這也說(shuō)明人工育種工作對(duì)玉米產(chǎn)量是有貢獻(xiàn)的。利用控制變量手段矯正穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和單穗粒重后，發(fā)現(xiàn)三者前后兩個(gè)3 年都沒(méi)有達(dá)到顯著差異。

表7 矯正后玉米產(chǎn)量與年份的相關(guān)性分析

表8 矯正后前后兩個(gè)3 年玉米平均產(chǎn)量方差分析

圖2 不同年份玉米產(chǎn)量與降水的關(guān)系

3 討論

3.1玉米生育期降水對(duì)玉米產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)鄂東地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，春播玉米一般不會(huì)出現(xiàn)干旱現(xiàn)象，往往會(huì)因?yàn)檫^(guò)多的降水對(duì)玉米的生長(zhǎng)造成漬害，導(dǎo)致玉米減產(chǎn)。本研究的結(jié)果與前人研究結(jié)果相似。高震[6]研究表明，在授粉、灌漿這些階段，過(guò)多的水分會(huì)影響玉米籽粒生長(zhǎng)，玉米果穗變小，禿尖長(zhǎng)增加，行粒數(shù)減少，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。降水不僅會(huì)使得光照減弱，光合速率和灌漿速率下降，玉米光合產(chǎn)物積累變慢變少，還會(huì)導(dǎo)致病蟲(chóng)害的發(fā)生和減產(chǎn)。李永華等[7]研究結(jié)果顯示，玉米生育期內(nèi)降水的多寡旱（旱澇）對(duì)重慶玉米產(chǎn)量的影響較大，是影響重慶玉米產(chǎn)量年際波動(dòng)和地區(qū)差異的主要限制因子。李海燕[5]對(duì)降水量、日照和溫度對(duì)產(chǎn)量的影響研究表明，在降水量、日照、溫度3 個(gè)氣象因子中，產(chǎn)量與降水量的相關(guān)系數(shù)最高，即產(chǎn)量受降水量影響最大；兩者間呈二次曲線(xiàn)關(guān)系，玉米產(chǎn)量先隨降雨的增加而增加，而后隨著降水的增加而減少。陳文婷等[8]對(duì)河南夏玉米主產(chǎn)區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，降水與夏玉米產(chǎn)量之間呈現(xiàn)先增后減的“倒U 型”非線(xiàn)性關(guān)系。這與本研究有所不同，其主要原因?yàn)楸狙芯吭陂L(zhǎng)江流域，玉米生育期降水量較為充沛，基本在450mm以上，而李海燕、陳文婷等的研究在北方，有些年份降水量在450mm以下。當(dāng)降雨量超過(guò)450mm的年份，產(chǎn)量與降雨的關(guān)系與本研究相似。

3.2人工選擇育種對(duì)玉米產(chǎn)量提高有正向作用隨著育種進(jìn)程推進(jìn)，玉米品種產(chǎn)量逐步提高。過(guò)去的很多研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。在過(guò)去的60～70年中美國(guó)玉米雜交育種對(duì)總產(chǎn)量增益的貢獻(xiàn)約為50%～60%[10]。很多關(guān)于玉米品種產(chǎn)量增益的估計(jì)表明[11-14]，遺傳貢獻(xiàn)率為30%～40%，甚至更高?；羰似降萚15]研究結(jié)果表明，籽粒產(chǎn)量每更替一個(gè)年代都能獲得5%左右的遺傳增益。所以湖北省玉米新品種的選育在玉米產(chǎn)量提升上起到了積極的作用，隨著年代和育種進(jìn)程的推進(jìn)，湖北省玉米產(chǎn)量會(huì)逐步提高。

3.3鄂東地區(qū)玉米種植的幾點(diǎn)建議首先，種植戶(hù)做好品種選擇。由于鄂東春玉米整個(gè)生育期降水較多，需要選擇耐漬抗?jié)车母弋a(chǎn)玉米品種。其次，做好田間排水，開(kāi)好廂溝、腰溝、圍溝，做到“三溝”配套、溝溝相連、排灌通暢，可有效減少過(guò)多降水帶來(lái)的漬害。最后，育種工作者應(yīng)在鄂東乃至湖北省重點(diǎn)培育耐漬抗?jié)称贩N。

4 總結(jié)

每年的湖北省平原丘陵組春播玉米區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果會(huì)有很大差異，特別是玉米產(chǎn)量會(huì)有很大的波動(dòng)，很多人認(rèn)為是育種水平或該年參試品種的水平不如他年。通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn)，其實(shí)人們的育種水平在不斷提高，只是玉米產(chǎn)量受環(huán)境，特別是降水影響較大。本研究初步分析了鄂東地區(qū)降水與玉米產(chǎn)量之間的關(guān)系，研究數(shù)據(jù)不夠完善，時(shí)間跨度不夠長(zhǎng)，而且分析的地域比較單一，只有鄂東地區(qū)一個(gè)地點(diǎn)，希望以后能夠收集更多氣象數(shù)據(jù)和玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)，更完善地分析降水與玉米產(chǎn)量之間的關(guān)系。