種植密度對(duì)順單6號(hào)玉米群體結(jié)構(gòu)根系特征及產(chǎn)量的影響

楊世佳，陳 瑾，趙艷花，潘中濤，張 毅，馮明友

（安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，貴州 安順 561000）

提高玉米籽粒產(chǎn)量是玉米產(chǎn)量構(gòu)成的重要因子，也是高產(chǎn)栽培的主攻目標(biāo)之一，而玉米產(chǎn)量取決于品種自身的遺傳特性及種植環(huán)境的影響[1-2]，實(shí)際生產(chǎn)中栽培密度是重要的影響因子[3]，通過(guò)密度調(diào)節(jié)玉米個(gè)體與群體結(jié)構(gòu)的平衡發(fā)展，能為高產(chǎn)提供良好的群體結(jié)構(gòu)。目前，密度影響玉米產(chǎn)量的相關(guān)研究較多[4-5]，不同株型的玉米品種在高產(chǎn)栽培中對(duì)密度的要求不同，同時(shí)密度對(duì)植株根部的生長(zhǎng)發(fā)育也有一定影響，而根量、葉面積，生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量之間均存在一定的相關(guān)性[6-7]。目前。對(duì)黔中地區(qū)玉米種植密度與群體結(jié)構(gòu)的研究相對(duì)較少。因此，試驗(yàn)以黔中地區(qū)主推的耐密型品種順單6號(hào)為材料，設(shè)計(jì)了不同的栽培密度，研究不同密度對(duì)該品種的群體結(jié)構(gòu)、根系特征及產(chǎn)量的影響，探索其最適的種植密度，為實(shí)際生產(chǎn)提供可靠的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2013年4~11月在安順市農(nóng)科院試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地耕層土質(zhì)為黃壤土，土壤理化性狀：pH值5.20，有機(jī)質(zhì)12.45 g/kg，堿解氮84.10 mg/kg，有效磷24.23mg/kg，速效鉀45.65mg/kg。前作為綠肥。選用當(dāng)?shù)刂魍颇兔苄推贩N順單6號(hào)為材料。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)分高、中、低設(shè)6個(gè)密度處理，低密度為3.45萬(wàn)和4.20萬(wàn)株/hm2，中密度為4.95萬(wàn)和5.70萬(wàn)株/hm2，高密度為6.45萬(wàn)和7.20萬(wàn)株/hm2，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積24 m2，6行區(qū)，單株留苗，每個(gè)處理3次重復(fù)。4月25日播種，播種前施有機(jī)肥1.5 t/hm2，基肥（撒可富：28-9-11）375 kg/hm2，追肥（尿素）分為兩次施入，第一次于苗期（150 kg/hm2）；第二次于大喇叭口期（225kg/hm2），其他管理與當(dāng)?shù)貙?shí)際一樣。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)及方法 （1）葉面積指數(shù)和透光率。分別在抽穗期、拔節(jié)期、吐絲期、灌漿中期（吐絲后24 d）和乳熟期測(cè)定葉面積指數(shù)和透光率。葉面積指數(shù)和透光率根據(jù)文獻(xiàn)[8]中的方法計(jì)算，單葉葉面積＝長(zhǎng)×寬×系數(shù)（系數(shù)為0.75~0.50），即未展開(kāi)葉片數(shù)量為m，則展開(kāi)葉（n）系數(shù)為a=0.75，未展開(kāi)葉（n+1）系數(shù)為b=a－（0.75－0.5）/m，未展開(kāi)葉（n＋2）系數(shù)為 c=b－（0.75－0.5）/m，依次類(lèi)推。葉面積指數(shù)（LAI）=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積。透光率采用農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀TPJ-22測(cè)定，前兩個(gè)時(shí)期測(cè)定植株頂部和底部，后三個(gè)時(shí)期測(cè)定植株頂部、穗位層和底層，透光率（%）＝測(cè)定層光強(qiáng)/冠層頂部光強(qiáng)×100。（2）根體積和干重。于吐絲期采用雙向切片法[9]取樣，連續(xù)取兩株。以第1株與第2株的1/2株距處到第3株與第4株的1/2株距處為長(zhǎng)，以1/2行距為寬，挖長(zhǎng)方形樣方分層取根，每20 cm一層，取根深度均為80cm，將每層所取的土層分別裝入網(wǎng)袋，用水沖洗根系，剔除雜質(zhì)并撿出死根后，測(cè)定根體積及根干重。（3）于乳熟期調(diào)查植株農(nóng)藝性狀，分別調(diào)查上下穗位的葉夾角、株高、莖粗和雙胞率。（4）成熟期測(cè)定產(chǎn)量，實(shí)收中間3行測(cè)產(chǎn)，同時(shí)記錄實(shí)收株數(shù)，每小區(qū)取10穗調(diào)查穗部性狀，同時(shí)每小區(qū)取3株，分莖、葉、穗器官在80℃烘干至恒溫稱(chēng)重，進(jìn)行干物重測(cè)定。數(shù)據(jù)采用excel2010及SPS11.5軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對(duì)玉米植株葉面積及透光率的影響

2.1.1 葉面積 從圖1中可以看出，隨著種植密度的增加同一生育期單株葉面積呈下降趨勢(shì)，而葉面積指數(shù)則呈上升趨勢(shì)，5個(gè)生育期的變化趨勢(shì)均一致。在吐絲期之前，群體尚未封壟，主要以個(gè)體生長(zhǎng)為主，植株迅速長(zhǎng)大，葉片增加，所以此時(shí)單株葉面積和葉面積指數(shù)的變化主要以個(gè)體影響為主，受種植密度的影響較小。而吐絲期、灌漿中期及乳熟期，群體趨于穩(wěn)定，單株葉面積和葉面積指數(shù)受種植密度的影響變化較大。在同一密度處理下，單株葉面積和葉面積指數(shù)均呈先增后減的趨勢(shì)，以吐絲期的最大，在低密度和7.20萬(wàn)株/hm2的處理下，種植密度對(duì)單株葉面積和葉面積指數(shù)的影響較小。由此可見(jiàn)，種植密度對(duì)玉米群體葉面積的調(diào)節(jié)主要集中在吐絲之后，其中種植密度為4.95萬(wàn)、5.70萬(wàn)和6.45萬(wàn)株/hm2之間的調(diào)節(jié)性較大。

圖1 不同種植密度下玉米各生育期植株單株葉面積和葉面積指數(shù)的比較Fig.1 Comparison on leaf area per plant and LAI of maize plants in the growth period under different planting densities

2.1.2 透光率 由表1可知，隨著種植密度的增加，同一生育期玉米群體的透光率表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，6個(gè)處理的變化趨勢(shì)一致，且密度對(duì)大喇叭口期之后的透光率的影響較拔節(jié)期的要明顯。吐絲期、灌漿中期和乳熟期穗位部的透光率變化不大，而基部的透光率呈先降后增的趨勢(shì)，這是由于乳熟期上部葉片處于持綠色狀態(tài)，而下部葉片衰老干枯，導(dǎo)致穗位部遮陽(yáng)變化不明顯，下部遮陽(yáng)減少所致。

表1 不同種植密度下玉米各生長(zhǎng)時(shí)期植株透光率的比較 （%）Table 1 Comparison on light transmittance of maize plants in the growth period under different planting densities

2.2 種植密度對(duì)玉米農(nóng)藝性狀及干物重的影響

2.2.1 農(nóng)藝性狀 由表2可知，隨著種植密度的增加，玉米農(nóng)藝性狀以株高、莖粗和葉夾角的變化較為明顯。其中，隨種植密度的增加，玉米株高呈升高的趨勢(shì)，高密度中的7.20萬(wàn)株/hm2處理的植株顯著高于低密度和4.95萬(wàn)株/hm2處理的植株。莖粗和葉夾角隨密度的增加呈下降趨勢(shì)，莖粗以低密度處理的顯著大于5.70萬(wàn)株/hm2和高密度的處理；葉夾角以低密度、中密度處理的植株顯著大于高密度處理的。這表明，種植密度的變化引起玉米個(gè)體株高、莖粗及葉夾角的變化，從而起到調(diào)控玉米個(gè)體與群體形態(tài)結(jié)構(gòu)的作用。

2.2.2 干物重 由表3可知，成熟期玉米的單株干重隨種植密度的增加呈下降的趨勢(shì)，莖鞘、葉片和穗干重的單株趨勢(shì)也如此。在各器官干重中，以莖鞘干重受種植密度的影響最為明顯，其次為葉片和穗的干重。隨密度的增加，玉米的各部位干重的群體趨勢(shì)有所不同，其中莖鞘干重呈先增后降的趨勢(shì)，以4.95萬(wàn)株/hm2處理的最大，但各處理間的差異不顯著；葉片干重呈增加的趨勢(shì)，其中7.20萬(wàn)株/hm2處理的葉片干重顯著高于低密度處理；穗干重則呈現(xiàn)出以4.95萬(wàn)株/hm2處理為最大的拋物線趨勢(shì)，4.95萬(wàn)和7.20萬(wàn)株/hm2處理的穗干重顯著高于低密度處理。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，低密度條件下個(gè)體過(guò)于強(qiáng)壯，降低了群體的優(yōu)勢(shì)，在中密度條件下個(gè)體優(yōu)勢(shì)與群體優(yōu)勢(shì)得到平衡，而在高密度條件下，個(gè)體較弱，但群體優(yōu)勢(shì)發(fā)揮較為明顯。

表2 不同種植密度下玉米植株農(nóng)藝性狀的比較Table 2 Comparison on agronomic traits of maize plants under different planting densities

表3 不同種植密度下玉米各部位干物重的比較Table 3 Comparison on dry matter weight of maize parts under different planting densities

2.3 種植密度對(duì)玉米根系的影響

由表4可知，根系體積和干重受種植密度的影響一致，均隨種植密度的增加呈下降的趨勢(shì)。隨著土層的深入根系的體積和干重逐漸下降，玉米根系多數(shù)集中在0~20cm土層中，此土層中根系體積和干重均以高密度處理的顯著低于低、中密度處理的；在20~40 cm土層中，根系體積的變化較為明顯，低密度和4.95萬(wàn)株/hm2處理的顯著高于5.70萬(wàn)株/hm2和高密度處理的；在40~60 cm和60~80 cm土層中，低密度處理的根系體積顯著高于高密度處理，而低密度處理的根系干重則顯著高于其他密度處理。這說(shuō)明低種植密度下，玉米的根系較發(fā)達(dá)，且深土層中的根系含量較大。

表4 不同種植密度下0~80 cm土層玉米根系體積與干重的比較Table 4 Comparison on the volume and dry weight of maize roots at 0~80cm layer under different planting densities

2.4 種植密度對(duì)玉米產(chǎn)量及穗部性狀的影響

由表5可知，在低密度下，產(chǎn)量較低，且顯著低于中、高密度處理；當(dāng)種植密度增加到4.95萬(wàn)株/hm2時(shí)，產(chǎn)量最高；種植密度再加達(dá)產(chǎn)量略有下降，但中、高密度處理之間的差異未顯著。密度處理與產(chǎn)量呈拋物線趨勢(shì)，且出現(xiàn)高產(chǎn)量的密度為中、高密度處理。從表5中還可看出，種植密度對(duì)穗部性狀的影響，以穗長(zhǎng)、穗粗、穗粒數(shù)、禿尖和雙胞率的變化較為明顯。隨著種植密度的增加，穗長(zhǎng)、穗粗、穗粒數(shù)和雙胞率均呈下降趨勢(shì)，而禿尖相反，呈上升趨勢(shì)，百粒重的變化較小。低密度下玉米形成大穗、粒重的穗型，當(dāng)密度增加時(shí)，穗型有所減小，粒重下降、且禿尖增加。在4.95萬(wàn)株/hm2的種植密度下，株數(shù)和穗型適中，所以玉米得以高產(chǎn)，而在高密度處理中高株數(shù)彌補(bǔ)穗部性狀的不足，從而產(chǎn)量也得以維持。

表5 不同種植密度下玉米產(chǎn)量及穗部性狀的比較Table 5 Comparison on yield and ear characters of maize crop under different planting densities

3 結(jié)論與討論

合理的種植密度是玉米合理群體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，可使玉米群體與個(gè)體協(xié)調(diào)發(fā)展，單位面積上獲得最大的產(chǎn)量[10-11]。該研究結(jié)果與他人的研究結(jié)果一致，隨著種植密度的增加，植株的株高、穗位高和葉面積指數(shù)呈上升趨勢(shì)，單株葉面積、莖粗和葉夾角則相反，呈下降趨勢(shì)[12-13]。種植密度過(guò)大，玉米個(gè)體間對(duì)養(yǎng)分、水分和光照的競(jìng)爭(zhēng)激烈，通風(fēng)透光條件差，透光率小，植株莖稈變細(xì)，株高變高，生長(zhǎng)勢(shì)弱；而密度過(guò)小，個(gè)體生長(zhǎng)旺盛，但單位面積的總?cè)輲?kù)過(guò)小，也不利于高產(chǎn)的形成[14]。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著種植密度的增加，根系大部分分布于淺土層；深土層中根系的分布比例、單株根系的體積和干重均隨種植密度的增加而減少，這一結(jié)果與嚴(yán)云、寇太記等[15-16]的研究結(jié)果一致。這可能因?yàn)楦叻N植密度加大了地上部分的群體數(shù)量，引起地上部分與地下部分生長(zhǎng)失衡，導(dǎo)致玉米根系下扎不深。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，耐密型品種順單6號(hào)的產(chǎn)量以4.95萬(wàn)~7.20萬(wàn)株/hm2的種植密度較高，種植密度與玉米產(chǎn)量的相關(guān)性呈現(xiàn)拋物線關(guān)系，這與劉武仁等[17]的研究結(jié)果一致。從穗部性狀來(lái)看，雙胞率、穗長(zhǎng)、穗粗、穗粒數(shù)、千粒重均呈下降趨勢(shì)的結(jié)果與前人的研究一致[18]。由此可見(jiàn)，對(duì)耐密型品種而言，在低密度條件下源供應(yīng)充足，庫(kù)充實(shí)度高，但庫(kù)容量相對(duì)不足；在高密度中植株缺乏營(yíng)養(yǎng)，群體壓力增大，玉米個(gè)體庫(kù)器官的發(fā)育受到的不良影響，導(dǎo)致灌漿不良，禿尖增加[19-20]，然而大庫(kù)容量的群體彌補(bǔ)這些不良的影響，所以產(chǎn)量得以維持。

試驗(yàn)結(jié)果還顯示，隨著種植密度加大，植株的個(gè)體生產(chǎn)力降低，但群體優(yōu)勢(shì)較明顯，玉米的最終產(chǎn)量由二者之間互相作用來(lái)決定。因此，只有保持單株和群體效應(yīng)之間的平衡，即在一定的密度下保持較高的單株生產(chǎn)力，玉米才能獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而這種調(diào)節(jié)是通過(guò)植株形態(tài)特征、根系特征的變化來(lái)完成，對(duì)于耐密型品種順單6號(hào)，建議種植密度為4.95萬(wàn)株/hm2。

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