華北地區(qū)種植形式與密度對春玉米產(chǎn)量和生物性狀的影響

劉勝堯，范鳳翠，賈宋楠，王賀壘，石玉芳，李志宏，賈建明*，董秀秀

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)科院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所，河北 石家莊 050051；2.廣平縣農(nóng)牧局，河北 廣平 057650）

玉米是我國第二大糧食作物，其產(chǎn)量關(guān)系著國家糧食安全，提高玉米單產(chǎn)是保證我國糧食安全的重要措施之一[1]。種植耐密型品種是提高玉米單產(chǎn)的一種有效方法[2，3]。但是，隨著種植密度的增大，玉米個體間競爭加劇，生長受到限制，密度過大時植株長勢變?nèi)?，抗倒伏能力降低，反而不利于高產(chǎn)[4，5]。研究表明，調(diào)整種植形式能充分挖掘高密栽培的生產(chǎn)潛力，降低植株倒伏率，提高玉米產(chǎn)量[6-8]。優(yōu)化行距可以構(gòu)建良好的的群體冠層結(jié)構(gòu)，改善冠層內(nèi)的微環(huán)境，提高群體的光合效率，從而獲得高產(chǎn)[9，10]。尤其是高密度栽培條件下，采用寬窄行種植可構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)，有效改善通風(fēng)透光條件，提高群體光合效率[11-13]，有效激發(fā)玉米的增產(chǎn)潛力。通過調(diào)整玉米種植方式和密度達(dá)到高產(chǎn)目的，在玉米生產(chǎn)上切實可行。在華北地區(qū)，研究不同密度與種植形式對春玉米群體產(chǎn)量以及生物性狀的影響，明確最佳種植形式下最優(yōu)的栽培密度，旨為玉米高產(chǎn)提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在河北省農(nóng)林科學(xué)院鹿泉市大河綜合試驗站進(jìn)行。該區(qū)屬溫帶半濕潤偏旱大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，日平均氣溫13.6益，年降水量536 mm且主要分布在七八月，日照時數(shù)2 554 h，無霜期230 d。試驗地土壤為黏壤質(zhì)洪沖積石灰性褐土，0-100 cm土體土壤容重1.63 g/cm3，田間持水量21.17% ，凋萎含水量11.0% ；0-20 cm耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量分別為有機(jī)質(zhì)1.24% 、全氮0.17% 、速效氮64.60 mg/kg、速效磷11.53 mg/kg、速效鉀90.38 mg/kg，pH值7.94。

1.2 試驗材料

玉米品種為鄭單958。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 2013年5月15日人工點播玉米。采取裂區(qū)試驗設(shè)計，其中，主處理為種植形式，設(shè)帶寬150cm三密一稀〔M1，60cm種植3行（行距30cm）+90 cm大行距種植為一帶〕、帶寬120 cm三密一稀〔M2，40 cm種植3行（行距20 cm）+80 cm大行距種植為一帶〕和60 cm等行距（M3，對照）3個水平；副處理為定植密度，設(shè)4.50萬株/hm2（D1）、6.00萬株/hm2（D2）、8.25萬株/hm2（D3）、10.50萬株/hm2（D4）和12.75萬株/hm2（D5）5個水平。小區(qū)面積 54 m2（行長9 m，寬度6 m），3次重復(fù)。

玉米施肥量為尿素978kg/hm2、過磷酸鈣1500kg/hm2和硫酸鉀270 kg/hm2，其中，60% 的氮肥以及全部的磷鉀肥在播種前整地時一次性基施，40% 的氮肥在大喇叭口期追施。播種后灌水50 mm。其他田間管理措施同常規(guī)。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 植株形態(tài)指標(biāo)。在玉米各主要生育時期，每小區(qū)均選擇具代表性的植株5株，用直尺測量株高，用游標(biāo)卡尺測量莖粗。吐絲期后，用直尺測量穗位高。

1.3.2.2 葉面積和葉面積指數(shù)（LAI）。分別于苗期、撥節(jié)期、大口期、吐絲期、灌漿期、乳熟期和收獲期，每小區(qū)均選擇具代表性的植株5株，逐葉測量葉片的長度和最大寬度，計算單株葉面積（展開葉葉面積=葉片最大長度×最大寬度×0.75，未展開葉葉面積=葉片最大長度×最大寬度×0.5）和LAI。

1.3.2.3 產(chǎn)量性狀指標(biāo)。成熟期，每小區(qū)均選擇具代表性的植株5株，用自來水沖洗干凈，在105益下殺青30 min，后置于80益下烘干至恒重，測定生物產(chǎn)量；全小區(qū)收獲，測定籽粒產(chǎn)量。每小區(qū)均隨機(jī)取樣15株，置陰涼通風(fēng)處干燥，當(dāng)籽粒含水量低于20% 時進(jìn)行室內(nèi)考種，測定果穗的行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 利用DPS 14.50和Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植形式下密度對春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

不同種植形式與密度組合處理的玉米生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量差異均較大（表1）。方差分析結(jié)果顯示，種植形式、密度及其交互作用均對玉米生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量有顯著影響。

對各處理的玉米生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量分別進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)，不同種植形式下，生物產(chǎn)量（YS）和籽粒產(chǎn)量（Yz）均與密度（X）呈二次曲線關(guān)系。其中，生物產(chǎn)量與密度的關(guān)系方程為：

籽粒產(chǎn)量與密度的關(guān)系方程為：

試驗種植形式下，玉米生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量均隨密度的增大呈先增加后降低的拋物線型變化，表明適當(dāng)增加密度可以有效提高玉米的生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量。其中，M1、M2、M3種植形式的理論生物產(chǎn)量最大值分別為27750.62、25672.22和26322.41kg/hm2，相應(yīng)的定植密度依次為9.84萬、10.04萬和10.46萬株/hm2；理論籽粒產(chǎn)量最大值分別為12 030.80、11 329.46和11 183.02 kg/hm2，相應(yīng)的定植密度依次為8.49萬、8.76萬和9.26萬株/hm2。

對同一密度、不同種植形式的玉米生物產(chǎn)量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，M1種植形式的生物產(chǎn)量均躍CK，其中，6.00萬和8.25萬株/hm2密度下產(chǎn)量差異達(dá)到了顯著水平，分別較CK增產(chǎn)13.90% 和7.59% ；M2種植形式的生物產(chǎn)量除6.00萬株/hm2密度下躍CK外，其他密度下均約CK，但差異均未達(dá)到顯著水平。對同一密度、不同種植形式的玉米籽粒產(chǎn)量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，M1種植形式的籽粒產(chǎn)量除4.50萬和12.75萬株/hm2密度下略約CK外，其他密度下均躍CK，其中，6.00萬和8.25萬株/hm2密度下產(chǎn)量差異達(dá)到了顯著水平，分別較CK增產(chǎn)7.83% 和6.72% ；M2種植形式的籽粒產(chǎn)量除6.00萬和8.25萬株/hm2密度下略躍CK外，其他密度下均約CK，其中，4.50萬和12.75萬株/hm2密度下減產(chǎn)顯著?？梢钥闯觯琈1種植形式對提高玉米生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量效果均較好，其中，定植密度為6.00萬和8.25萬株/hm2時增產(chǎn)顯著。

進(jìn)一步對M1種植形式的產(chǎn)量構(gòu)成進(jìn)行多重比較發(fā)現(xiàn)，不同密度水平下，種植形式對產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響不同，其中，6.00萬株/hm2密度處理的穗粒數(shù)明顯較多，較CK增加了13.84%；8.25萬和10.5萬株/hm2密度處理的百粒重明顯較大，分別較CK提高了12.22% 和9.66% 。表明M1種植形式下中、高密度栽培實現(xiàn)高產(chǎn)的途徑不同，其中，6.00萬株/hm2密度下高產(chǎn)主要是通過增加穗粒數(shù)來實現(xiàn)的，8.25萬和10.5萬株/hm2密度下高產(chǎn)則主要是通過提高粒重來實現(xiàn)的。

表1 不同密度與種植形式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 1 Effects of planting density and form on the yield and yield composition of maize

2.2 不同種植形式下密度對春玉米植株性狀的影響

方差分析結(jié)果顯示，密度對玉米株高、莖粗和穗位高均有顯著影響；種植形式只對穗位高有顯著影響；密度與種植形式的交互作用對玉米株高、莖粗和穗位高影響均不顯著。

隨著密度的增大，不同種植形式處理的玉米株高和穗位高均逐漸增加；莖粗變化趨勢不同，其中，2個三密一稀處理均表現(xiàn)為逐漸降低趨勢，與等行距栽培時呈現(xiàn)的先略有增加而后降低趨勢不同（表2）。表明試驗種植形式下，株高和穗位高均與密度呈正相關(guān)，而莖粗與密度呈負(fù)相關(guān)。

對同一密度、不同種植形式的玉米穗位高進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，M1和M2種植形式的穗位高均約CK，其中，6.00萬和8.25萬株/hm2密度下二者與CK差異均達(dá)到了顯著水平，但試驗種植密度下M1與M2種植形式的穗位高差異均不顯著。穗位高降低有利于植株倒伏風(fēng)險的降低。可以看出，6.00萬和8.25萬株/hm2中高密度栽培時，采用三密一稀種植形式可以明顯提高玉米的抗倒伏性。

2.3 不同種植形式下密度對春玉米葉面積指數(shù)動態(tài)變化的影響

隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同種植形式處理的玉米LAI變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為從苗期開始逐漸增加，至吐絲期達(dá)到高峰，之后又逐漸下降。

表2 不同種植形式和密度對玉米植株性狀的影響Table 2 Effects of planting density and form on the plant characteristics of maize

相同密度條件下，各種植形式葉面積的平均值都是在抽絲期達(dá)到最大；之后的下降趨勢隨密度增大而越發(fā)明顯，灌漿期D1-D5密度處理的LAI與各自處理的最大值相比依次下降了9.30% 、15.57% 、25.75% 、33.66% 和36.78% ，這是因為隨密度增加，玉米個體植株間競爭加劇，同時葉片間相互遮擋增大，透光率降低，促進(jìn)了葉片衰老。

圖1 4.50萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數(shù)動態(tài)變化Fig.1 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 45 000 plants/hm2

圖2 6.00萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數(shù)動態(tài)變化Fig.2 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 60 000 plants/hm2

圖3 8.25萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數(shù)動態(tài)變化Fig.3 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 82 500 plants/hm2

圖4 10.50萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數(shù)動態(tài)變化Fig.4 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 105 000 plants/hm2

圖5 12.75萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數(shù)動態(tài)變化Fig.5 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 127 500 plants/hm2

從同一密度、不同種植形式的葉面積指數(shù)變化趨勢（圖1-5）可以看出，不同密度下，各種植形式的LAI表現(xiàn)不同。D1和D2密度下，M1種植形式的LAI與CK差異較小，M2種植形式的LAI在灌漿后期下降明顯。而其他密度處理下，M1種植形式的花后LAI均顯著躍CK，且衰老速度也相對較慢；M2種植形式的LAI，在D3和D4密度下與CK相比差異均較小，在D5密度下灌漿后期LAI顯著躍CK。開花以后M1種植形式下D3、D4、D5密度處理的LAI平均值分別較CK高15.00% 、5.69% 和19.82% ，與高密度栽培時采用M1種植形式可以增加通風(fēng)透光、降低株間競爭有關(guān)。

3 結(jié)論與討論

不同種植方式影響作物群體的光合作用效率，在高密度條件下，寬窄行種植可以明顯增加光合作用面積，提高中下層葉片的光合性能，光在作物群體中的分布更加合理，顯著提高群體的光能利用率[14-16]。本試驗結(jié)果表明，不同密度條件下各種植形式的玉米葉積面指數(shù)均于吐絲期達(dá)到最大，之后葉積面指數(shù)的衰減速度均隨密度的增大而增大，其中，采用帶寬150 cm三密一稀種植形式的葉面積指數(shù)顯著高于等行距栽培，開花以后8.25萬（D3）、10.50萬 （D4） 和 12.75萬株/hm2（D5）密度處理的葉面積指數(shù)平均值分別較等行距對照高15.00% 、5.69% 和19.82% 。

密度是決定玉米單產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一[17，18]。在高密度條件下通過優(yōu)化種植方式可以改善玉米田間的通風(fēng)透光條件，避免生育后期葉片早衰，從而維持生長中后期葉片的高光合能力，促進(jìn)玉米吐絲后干物質(zhì)向籽粒的分配積累[19，20]。本研究結(jié)果表明，在高密度栽培（8.25萬和10.5萬株/hm2）條件下，采用帶寬150 cm三密一稀種植方式可以顯著提高玉米的百粒重。

不同種植形式下玉米的籽粒產(chǎn)量和生物量均與密度呈二次曲線關(guān)系，但是各種植形式的理論最高籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量不同，其中，采用帶寬150 cm三密一稀種植形式的理論籽粒產(chǎn)量最高，為12 030.80 kg/hm2，相應(yīng)的定植密度為8.49萬株/hm2。采用帶寬150 cm三密一稀種植形式，在中高密度下籽粒產(chǎn)量明顯提高，6.00萬和8.25萬株/hm2密度下分別較CK增產(chǎn)7.83% 和6.72% 。