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西南丘陵区地处我国四川腹地,位于东经97°21′~108°33′和北纬26°03′~34°19′,属亚热带湿润气候^[1]。西南丘陵区年均温16℃~18℃,10℃以上活动积温5 500℃~6 000℃,无霜期280~350d,年降水量900~1 000mm^[2,3]。西南丘陵区热量丰富,年降水充沛,是我国西南地区重要的玉米生产基地,年产量占我国西南地区玉米总产的40%以上^[4]。

玉米是重要的粮食、饲料和工业原料作物,是我国第一大粮食作物,在保障国家粮食安全方面作用巨大^[5,6]。玉米是C₄植物,其植株90%以上是靠光合作用制造有机物,光合作用是植物获得能量和赖以生存的基础,光合同化能力的高低直接影响玉米的产量。因此玉米的生长发育、物质积累及产量除受基因型^[7,8]、栽培措施^[9,10]和病虫害等因素影响外,还与气象条件密切相关^[11,12]。刘淑云等^[13]研究表明,生育期内积温、花后日照时数和花后日均光照是引起不同生态区玉米干物质积累、籽粒产量和蛋白质含量的主要因子。刘永红等^[14]研究花期水分对玉米籽粒发育的影响表明,与正常降水相比,花期缺水使得最大灌浆速率下降且推迟出现,干物质线性增加期缩短,粒重降低,并影响产量。刘素玲^[15]研究同一玉米品种不同生态条件下的产量差异,发现不同生态区玉米产量差异达极显著水平,主要是玉米花后日照时数不足,光合作用减弱,籽粒灌浆速率减慢,籽粒灌浆期缩短且不能正常成熟,导致产量下降。温度、降水与日照均对玉米产量有重要影响,要使玉米高产稳产,除了良种与良法相结合,还要充分利用气候生态资源^[16,17,18]。

西南丘陵地区雨热资源丰富,但时空分布不均,年际差异大,气象因子的年际波动成为限制该区玉米高产稳产的重要因素之一^[1,3-4]。国内外关于玉米产量与气象因子关系的研究多是对产量和气象因素进行综合评价或是根据统计数据对玉米产量和气象因子进行一般性总结^{[19,20,21,22]},而缺乏结合玉米生育阶段深入分析气象因子对玉米物质积累与产量影响的报道。因此,本研究以西南丘陵地区大面积推广种植的玉米杂交种正红311和先玉508为试验材料,在典型的西南丘陵区四川省简阳市进行连续6年的田间试验,研究了年际气象因子差异及其对玉米物质积累与产量的影响,以期为西南丘陵区玉米生产的高产稳产提供理论依据。

试验于2011-2016年在四川省简阳市芦葭镇英明村（104.53°E,30.38°N,海拔429m）进行。土壤基础肥力：pH值8.61,有机质20.93g/kg,全氮1.82g/kg,全磷2.74g/kg,全钾3.11g/kg,速效氮228.23mg/kg,速效磷55.32mg/kg,速效钾55.34mg/kg。

选用西南丘陵地区大面积推广种植的玉米品种正红311和先玉508。3月下旬直播,行穴距为（1.5m+0.5m）×0.2m,种植密度50 000株/hm²,每小区面积20m²（4m×5m）,每小区种植4行,每行种25株,重复3次。施肥量为纯氮225kg/hm²,底肥:苗肥:穗肥=4:1:5,另施过磷酸钙600kg/hm²和氯化钾150kg/hm²作底肥。播前灌水覆膜,其他栽培管理措施同当地高产田。

株高：于吐丝期每小区测定长势一致的10株玉米的株高,取其平均值。

叶面积指数：于吐丝期每小区取代表性植株4株,按长宽系数法测定叶面积,并计算叶面积指数。

干物质积累：分别于吐丝期和成熟期每小区取代表性植株4株,按器官（茎鞘、叶、苞叶+穗轴和籽粒）分样,于105℃下杀青30min,然后80℃烘干至恒重后称重。干物质相关指标计算公式^[23,24,25]：花前干物质=吐丝期营养器官干重-成熟期营养器官干重,花后干物质同化=成熟期籽粒干重-花前干物质转运量,花前干物质转运率=（花期干物质转运×100）/吐丝期营养器官干重,花前干物质转运贡献率=（花前干物质转运量×100）/成熟期籽粒干重,花后干物质同化贡献率=（花后干物质同化量×100）/成熟期籽粒干重。

产量：收获前统计每小区有效穗数,各小区选取连续20株玉米植株进行考种,考察穗行数、行粒数、穗粒数和千粒重等,然后分小区实收计产。

气象数据由四川省气象局气象信息中心气象资料室提供。

以2个品种各指标平均数为基础数据与各阶段气象因子进行相关分析,采用Excel 2007和SPSS 21.0数据分析软件进行数据统计分析。

试验所在地气象因子在年际间和玉米生育期间均存在明显的差异（图1）。从年际间气象因子平均状况来看,2013年年积温、年降水量和年光照时数均高于其他年份,平均较其他各年分别高3.28%、19.52%和10.27%。玉米全生育期内,2013年降水量最高（743.0mm）,2016年积温最高（2 945.8℃）,2014年日照时数最高（677.4h）;2011年降水量最低,而积温和日照时数均在2012年最低。

玉米播种–吐丝与吐丝–成熟2个时期气象因子在年际间也存在明显差异。2016年播种–吐丝期降水量与积温及吐丝–成熟期日照时数在各年中均最高分别达258.9mm、1 563.2℃和334.0h,而吐丝–成熟期降水量和积温在各年中最低分别为329.5mm和1 382.6℃。2011年播种–吐丝期降水量与积温均在各年中最低,分别为143.7mm和1 369.3℃,尤其是降水量较各年平均低33.52%。2012年花前、花后日照时数均在各年中最低,尤其是花后日照时数仅202h,较平均值低26.90%。

玉米株高和叶面积指数年际间差异显著（图2）,正红311年际间变异系数达2.82%和5.77%,先玉508分别为6.85%和5.93%。2个品种株高和叶面积指数年际变化趋势一致,表明年际气象因子差异是引起玉米株高和叶面积指数年际变化的主要因素。2个品种株高和叶面积指数均在2016年最高,2012年最低。2016年正红311和先玉508株高较各年株高平均值分别高出4.55%和5.57%,叶面积指数分别高出6.60%和6.15%。2012年正红311和先玉508株高较各年株高平均值分别低3.75%和13.20%,叶面积指数分别低8.08%和10.40%。

玉米花前、花后干物质积累量及生物量在年际间均有显著差异（图3）。2012年2个品种花前和花后干物质积累量均显著低于其他各年,使得其生物量在各年中均最低。正红311花前、花后干物质积累量及生物量较各年平均值分别低11.93%、12.21%和12.44%;先玉508分别低27.82%、14.73%和20.16%。2个品种花前干物质积累量均在2013年最高,分别达到6.40和5.55t/hm²,而2个品种花后干物质积累量和生物量均在2016年最高;正红311和先玉508花后干物质积累量较各年平均分别高出11.39%和21.21%,生物量分别高出9.39%和18.03%。

花前干物质转运和花后干物质同化是作物产量形成的物质基础。表1结果表明,品种、播种年份及其互作效应均对玉米花前干物质转运和花后干物质同化有重要影响。正红311花前干物质转运量在2011年最高,先玉508在2013年最高,较各年平均值分别高130.50%和36.53%;而2个品种花前干物质转运量的最低值均在2016年,平均值分别为42.34%和54.85%。2个品种花后干物质同化量均在2016年最高,2012年最低,2016年正红311和先玉508花后干物质同化量较各年平均值分别高14.60%和23.45%,2012年则分别低22.21%和25.10%。2个品种花前干物质转运贡献率各年平均为11.60%,最高值达20.17%;而花后干物质同化贡献率2个品种各年平均达88.40%,最高值达97.00%,表明花后干物质同化是玉米产量形成的主要来源。

玉米产量及其构成、穗部性状均表现出明显的年际差异（表2）。2个品种各指标年际变化规律表现基本一致,2个品种平均玉米产量年际间表现为2016>2014>2013>2015>2011>2012。2016年正红311和先玉508产量较各年平均值分别高出13.14%和13.65%;2012年较各年平均值分别低16.06%和21.61%。2个品种平均穗长和穗粗均表现为2016年最高,较各年平均值分别高7.24%和2.03;2012年最低,较各年平均值分别低9.84%和1.76%。从产量构成因素看,2个品种穗粒数与千粒重年际变化趋势基本一致,2个品种平均穗粒数年际间表现为2016>2014>2013>2015>2011>2012,年际间差异达极显著水平,2016年较各年平均高出7.88%;千粒重年际间变化趋势为2016>2013>2011>2014>2012>2015,2016年较各年平均高出2.58%。年际间产量变化趋势与穗粒数变化趋势一致,表明年际间穗粒数变化是引起产量差异的主要原因。

2个品种各指标平均值与各阶段气象因子的相关分析结果（表3）表明,吐丝前各气象因子中积温与玉米物质积累和产量指标间相关性最高,与各指标相关系数绝对值的平均值达0.748;且与叶面积指数、花前物质积累、生物量、花前物质转运量、花后物质同化量、花前物质转运率、花前物质转运贡献率和穗粒数等指标相关性均达显著水平;而日照时数与各指标间相关性最低,与各指标相关系数绝对值的平均值为0.258,且与各指标相关性均未达显著差异水平。吐丝后以日照时数与产量性状最高,与各指标相关系数绝对值的平均值达0.588,从全生育期看则是积温与玉米物质积累和产量性状相关系数最高,与各指标相关系数绝对值的平均值为0.672。

从气象因子与玉米穗部性状、产量及其构成的相关分析来看,全生育期和花后日照时数对穗长（0.877、0.955）、穗粗（0.670、0.908）和穗粒数（0.755、0.793）均有重要影响;而千粒重和产量与花后降水量、花后积温均呈明显的负相关。这主要是由于玉米吐丝前后的日照情况影响玉米穗发育及生长,进而对穗长、穗粗和穗粒数的形成产生影响;而花后过多的降水量不利于光合产物的积累,过高的积温会引起生育后期功能叶早衰,导致光合能力下降,影响玉米籽粒灌浆,进而影响千粒重和产量。玉米产量与各阶段积温和日照时数相关相关性均较高,表明积温和日照时数是西南丘陵区玉米产量的主要限制气象因子,特别是日照时数影响玉米穗粒数和千粒重,并最终影响产量。

玉米生长和产量除受栽培措施影响外,气象因子也是重要的影响因素^[10,11,12]。西南丘陵地区热量充足,年均温16℃~18℃,雨量充沛,年降水量900~1 000mm,为典型的雨养农业区,春玉米是该区旱地土壤种植的主要春季作物。气象因子时空分布不均,年际差异大,是影响西南丘陵区玉米生产的重要因素^[1,4]。本研究结果表明,西南丘陵区气象因子年际差异明显,降水量波动最大,积温波动最小,且玉米各生育阶段降水、积温和光照配置也有所不同,因此,气象因子是影响西南丘陵区玉米高产稳产的重要原因。

株高和叶面积指数主要取决于品种的遗传和生理生化特性,同时也受种植方式和环境条件的影响^[26]。李海燕等^[22]研究表明,引起玉米株高年际变化的根本原因是降水,降水量是影响叶面积指数的重要因子,积温、日照时数对二者的影响均较小。本试验结果表明,积温对西南丘陵区玉米株高和叶面积指数均有重要影响,而降水量与日照时数对二者的影响均相对较小。本研究结果与李海燕等^[22]不尽一致,主要是由于在西南丘陵区玉米栽培普遍使用地膜覆盖,地膜覆盖能有效降低水分蒸发,提高土壤墒情,提高水分利用率,从而减少降水量对玉米形态建成的影响,因此,积温是西南丘陵区玉米植株形态建成的主要限制因子。

花前干物质转运和花后干物质同化是作物产量形成的物质基础,而气象因子对玉米花前干物质转运和花后干物质同化均有重要影响^[27]。本试验结果表明,西南丘陵区玉米干物质积累与转运是各阶段各气象因子综合作用的结果。吐丝前积温与花前干物质积累量、生物量、花前物质转运量、花后物质同化量均达显著水平;降水量也对干物质积累、花前干物质转运量和花后干物质同化量也有重要影响;而日照主要影响花后干物质的积累和同化。

2012年花前降水量高、积温低、日照时数少,使得其花前干物质积累量显著低于其他各年,而花后日照时数少则影响其花后干物质生产;使其花后干物质积累量和干物质同化量均显著低于其他年份,最终生物量显著低于其他各年。吐丝前积温影响玉米株高和叶面积指数,进而影响其花前干物质积累与转运;而吐丝后日照时数和降水量影响玉米花后干物质积累与同化,进而影响玉米产量的形成。可见花前积温、花后日照和降水是影响西南丘陵区玉米干物质积累与分配的主要气象因子,这与李金建等^[3]和王明田等^[4]研究结果一致。

气象因子影响玉米的形态建成,影响干物质积累与转运,进而影响玉米的产量及其构成^[11,15]。刘淑云等^[13]指出,日照时数是影响玉米产量的决定性气象因子,花后日照不足影响干物质积累量及其在籽粒中的分配比例,籽粒灌浆速率下降,籽粒体积减小,导致千粒重下降,产量显著降低。本试验结果表明,花后充足的日照能够提高玉米的物质积累,改善玉米穗部性状（穗长和穗粗）和产量构成（穗粒数和千粒重）,从而提高玉米产量;花后过多的降水和过高的积温则会影响光合产物的积累,籽粒灌浆速率降低和灌浆期缩短,千粒重下降,导致产量降低。因此,西南丘陵区玉米产量是各气象因子综合作用的结果,日照直接影响最终产量的形成;而积温和降水则通过影响玉米穗粒数和千粒重对最终产量产生影响,这与杨国庆^[28]研究结果一致。

西南丘陵区雨热资源丰富,但气象因素存在明显的年际波动,降水量波动最大,积温波动最小,且玉米各生育阶段降水、积温和光照配置也有所不同。积温是该地区玉米生育前期形态建成的主要限制因子,花前积温、花后日照和降水则共同调控玉米的干物质积累与转运,而后期产量形成是各气象因子综合作用的结果。花后日照直接影响玉米穗部性状（穗长和穗粗）和产量构成（穗粒数和千粒重）,从而调控玉米的产量;花后积温和降水量则通过影响玉米的穗粒数和千粒重最终对产量产生影响。在西南丘陵区玉米生产过程中可以通过调整播期,适当提高生育前期积温,促进植株生长发育,提高源器官的形态建成,为花后光合生产奠定良好的基础;错开雨季,保证充足的日照,改善籽粒灌浆,提高籽粒充实度,从而实现高产。