種植密度對夏玉米光合性能、農藝性狀和產量的影響研究

卜俊周,岳海旺,彭海成,陳淑萍,魏建偉,謝俊良

(河北省農林科學院 旱作農業(yè)研究所/河北省農作物抗旱研究重點實驗室,河北 衡水 053000)

種植密度對夏玉米光合性能、農藝性狀和產量的影響研究

卜俊周,岳海旺*,彭海成,陳淑萍,魏建偉,謝俊良**

(河北省農林科學院 旱作農業(yè)研究所/河北省農作物抗旱研究重點實驗室,河北 衡水 053000)

研究了種植密度(6.00、6.75、7.50和9.00萬株/hm2)對3個夏玉米品種光合性能、農藝性狀及產量的影響。結果表明：在試驗的密度范圍內,隨著種植密度的增加,玉米的穗長、穗粒數(shù)、百粒重和穗重均呈降低趨勢，而葉面積指數(shù)和群體光合能力呈增加趨勢；衡玉321和鄭單 958的耐密系數(shù)大,隨密度增加產量增加幅度較大;先玉335的耐密系數(shù)小,隨密度的增加產量增加幅度小,適合相對稀植。

玉米；種植密度;光合性能；農藝性狀；產量

提高種植密度是獲得玉米高產的重要途徑[1-2],這已達成共識。群體密度對作物的光合性能、農藝性狀和產量有重要的影響[3-4],種植密度、光合性能與產量的關系成為育種家和栽培學者們研究的熱點[5-6]。適宜的種植密度可使玉米群體與個體協(xié)調發(fā)展,獲得較高的群體光合速率,從而提高單位面積上的產量[7-8]。不同的作物品種耐密性不同[9-10],通過耐密系數(shù)的計算,可推斷出品種的耐密性。筆者以大田生產上常用的玉米品種鄭單958、先玉335、衡玉321為試驗材料,研究了種植密度對玉米產量、產量性狀及群體光合特性的影響,計算了不同品種的耐密系數(shù),探尋了其適宜的栽培密度,以期為玉米高產栽培提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2015年在河北省農林科學院旱作農業(yè)研究所旱作節(jié)水試驗站進行,土壤類型為黏質壤土,旋耕整地播種,旋耕前施用六國牌復合肥750 kg/hm2做底肥。6月8日按照設計人工穴播,每穴2～3粒,播后及時澆蒙頭水,7月1日定苗,在大喇叭口期追施尿素400 kg/hm2,10月1日收獲。

1.2 試驗設計

本試驗采用裂區(qū)設計,種植密度為主處理[11],設6.00、6.75、7.50和9.00萬株/hm2四個梯度；品種為副處理,設鄭單958、先玉335和衡玉321三個品種。每個處理重復3次,隨機區(qū)組排列[12],每個小區(qū)種植6行,行長10.0 m,行距0.60 m,株距依照種植密度分別確定為0.278、0.247、0.222、0.185 m。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉面積指數(shù) 在每個小區(qū)內選取有代表性的玉米植株10株,采用長寬系數(shù)法在灌漿期測定葉面積,即葉面積LA=長×寬×0.75；再計算葉面積指數(shù)(LAI)，計算公式為LAI=LA/GA，式中GA為土地面積(m2)，LA為該土地面積上的總葉面積(m2)。

1.3.2 光合速率 在每個小區(qū)連續(xù)選取10株,在灌漿期選擇晴朗天氣9:00～13:00,采用Li-6400光合儀測定穗位葉的光合速率(自然光源,流速500 μmol/s)。

1.3.3 農藝性狀和產量 在收獲前每個處理選取有代表性的植株5株,測定株高、穗位高和莖粗；收獲時每個小區(qū)取中間4行測產。取有代表性的10個穗考種,考種指標包括單穗重、穗長、禿尖長和百粒重。將單穗稱鮮重后脫粒并裝袋,放入烘箱于105 ℃殺青30 min,再在80 ℃下烘至恒重，稱重。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

應用EXCEL 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計作圖。

2 結果與分析

2.1 葉面積指數(shù)(LAI)和光合速率

2.1.1 LAI LAI是衡量作物群體大小的1個主要指標,可以反映品種與密度的增產效應以及群體結構與產量間的關系等。由圖1可以看出：在試驗的種植密度范圍內,LAI隨著種植密度的增加總體上呈增加的趨勢。不同的品種由于品種特性的原因在增加種植密度的情況下LAI的反應有所不同。用方程y=ax2+bx+c擬合種植密度(x)與LAI(y)間的關系，得到各品種的擬合方程：鄭單958,y=0.213x2+3.586x-9.61 (R2=1);先玉335,y=0.026x2-0.606x+6.62 (R2=1)；衡玉321,y=0.063x2-0.161x+2.211 (R2=0.988)。

圖1 不同種植密度下各玉米品種的葉面積指數(shù)

2.1.2 光合速率 由圖2可見：不同玉米品種的光合速率峰值出現(xiàn)在不同的種植密度處理下，其中鄭單958和衡玉321的光合速率峰值均出現(xiàn)在7.50萬株/hm2密度下;先玉335的光合速率峰值出現(xiàn)在6.00萬株/hm2密度下,隨著種植密度的增加,先玉335的光合速率呈下降趨勢。

2.2 農藝性狀

2.2.1 株高 在不同種植密度下,3個品種的株高變化幅度小,鄭單958的株高范圍為275～280 cm,先玉335的范圍為313～320 cm;衡玉321的范圍為273～278 cm。

圖2 不同種植密度下各玉米品種的光合速率

2.2.2 穗位高 隨著種植密度的增加,各品種的穗位高呈增高趨勢,在4個密度處理之間差異不明顯,穗位高的變化范圍在105～122 cm之間。

2.2.3 莖粗、穗長、禿尖 從表1可以看出：莖粗隨著種植密度的增加而變細;穗長隨著種植密度的增加而變短;禿尖隨著種植密度的增加而增大。種植密度的增加導致玉米個體生長條件變差,營養(yǎng)積累不足。

2.3 種植密度對產量的影響

所選用的3個品種的產量性狀穗長和單穗重均隨著播種密度的增加而呈降低趨勢,其中先玉335的降幅較大,9.00萬株/hm2下的穗長較6.00萬株/hm2下的降低了2.6 cm,單穗重較6.00萬株/hm2下的減少了45.5 g。

在不同種植密度下各品種間產量差異較大,說明不同品種有不同的最佳種植密度。各品種在低、中密度下保持較高的單株生產力,在此范圍內隨密度的逐漸升高群體產量增加；在試驗密度范圍內,產量與種植密度的關系符合擬合方程y=ax2+bx+c。

2.4 耐密系數(shù)的計算

對3個品種在高密度(7.50萬株/hm2)、低密度(6.00萬株/hm2)種植下的單株產量分別求平均值,其平均值作為各品種在這兩種密度下的單株產量。利用蘇方宏提出的N=y1y2(D2-D1)/[D1(y1-y2)y]計算低、高密度下各品種的耐密系數(shù),式中N為耐密系數(shù);D1、D2分別為低、高密度水平;y1、y2分別是低、高密度下的單株產量;y為高密度下各品種的平均單株產量。N值越大,耐密性越好;N值越小,耐密性越差。經計算,鄭單958的N值為4.6,衡玉321的N值為2.75,先玉335的N值為1.53,說明在這3個品種中,鄭單958的耐密性最好,可以在7.50萬株/hm2密度下獲得高產;先玉335的耐密性差,最適種植密度為6.00萬株/hm2。

表1 在不同種植密度下各玉米品種的農藝性狀表現(xiàn)

注：表中產量數(shù)據(jù)為3次重復的平均值±標準誤。

3 結論與討論

大田生產上推廣的玉米品種在一定的生態(tài)條件下都有其最適宜的種植密度[9,13-16]；合理密植是玉米高產的關鍵措施。相關研究表明,高密度下的產量大于低密度下的產量[1,17],但產量不是隨密度的增加而無限增長的,當密度高于適宜密度時,群體產量開始下降[18-19]。本研究結果表明，在試驗密度范圍內,玉米產量與種植密度的關系符合擬合方程y=ax2+bx+c。在試驗中鄭單958隨密度的增加產量增加,且增產幅度較大,耐密系數(shù)大,適合密植;先玉335隨密度的增加產量降低,耐密系數(shù)小,適合相對稀植; 衡玉321隨著密度的增加產量變化不大,耐密系數(shù)居中,在一定范圍內種植密度可稀可密。

在本研究中，在試驗密度范圍內,玉米群體的LAI隨著密度的增加而增大,因此依靠增加種植密度來提高群體的LAI進而提高玉米產量是可行的。由于品種特性不同,不同品種的光合速率的峰值出現(xiàn)在不同的種植密度下。

本研究還發(fā)現(xiàn)，種植密度對玉米的穗長、單穗重和禿尖有明顯的影響。當密度低時,穗長增加,禿尖減少, 單穗重提高,單位面積穗數(shù)減少;當密度增大時,單位面積穗數(shù)增加,但單穗重下降。因此在增加密度的前提下,應使單穗重下降少些,找到兩者的最佳結合點來獲得高產。

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(責任編輯:黃榮華)

Effects of Planting Density on Photosynthetic Performance, Agronomic Characters and Yield of Summer Maize

BU Jun-zhou, YUE Hai-wang*, PENG Hai-cheng, CHEN Shu-ping, WEI Jian-wei, XIE Jun-liang**

(Institute of Dry Farming Agriculture, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences / Hebei Provincial Key Laboratory of Crop Drought Resistance Research, Hengshui 053000, China)

The effects of different planting densities (60000, 67500, 75000 and 90000 plant/hm2) on the photosynthetic performance, agronomic characters and yield of three summer maize varieties were studied. The results showed that: within the scope of tested planting densities, along with the increase in planting density, the ear length, grain number per ear, 100-grain weight, and ear weight of maize all decreased, while the leaf area index and population photosynthetic capacity increased. Hengyu 321 and Zhengdan 958 had a big density-tolerant coefficient, and their yield greatly increased with the increase in planting density. Xianyu 335 had a small density-tolerant coefficient, and its yield increase was small when the planting density increased, so this variety is suitable for relatively thin planting.

Maize; Planting density; Photosynthetic performance; Agronomic character; Yield

2017-04-26

國家玉米產業(yè)技術體系項目(nycytx-02)；河北省科技廳科技計劃項目(16226323D-X)。

卜俊周(1973─),男,河北趙縣人,副研究員,主要從事玉米育種研究。*岳海旺:共同第一作者。**通訊作者:謝俊良。

S513.044

A

1001-8581(2017)09-0019-03