種植密度對不同玉米品種抗倒力學(xué)特性的影響

楊錦越，宋 碧，羅英艦，張 軍，劉 婕，楊 翠，丁含成

(貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

【研究意義】適當增加種植密度是實現(xiàn)玉米高產(chǎn)的重要途徑[1-6]，但種植密度增加后會導(dǎo)致玉米株高變高、莖粗變細、莖稈強度降低，從而增加植株倒伏率和倒折率，顯著降低玉米產(chǎn)量而且會增加收獲的成本[7-8]。玉米的抗倒能力受品種、種植密度、災(zāi)害性天氣等多種因素影響[9]，不同品種對密度的反應(yīng)不同，同一密度下不同品種莖稈性狀、抗倒能力和產(chǎn)量差異明顯[10-15]。研究種植密度對不同玉米品種抗倒力學(xué)特性的影響，具有重要的理論價值和實踐意義?！厩叭搜芯窟M展】已有的研究表明，隨著種植密度增加，從基部開始，隨著節(jié)間位置的上升，莖粗變細，莖粗系數(shù)、穿刺強度、壓折強度、壓碎強度顯著降低。莖粗、單位莖長干物質(zhì)重、莖稈強度等指標可作為評價玉米抗倒能力重要農(nóng)藝指標[16-19]。豐光等[20]研究表明，種植密度、莖稈穿刺強度是影響莖稈倒伏的主要因素，莖稈穿刺強度可以作為測量玉米倒伏的指標?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關(guān)于不同玉米品種抗倒力學(xué)特性的研究主要集中在北方地區(qū)[12]，針對貴州研究的品種較為單一。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究通過設(shè)置不同的種植密度，分析20個玉米品種在不同密度下各節(jié)間莖稈強度與抗倒力學(xué)特性的關(guān)系，探討莖稈強度與產(chǎn)量之間的關(guān)系，為黔北地區(qū)選擇抗倒伏玉米品種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2017年3-9月在貴州省遵義市播州區(qū)石板鎮(zhèn)(27°13′N，106°17′E)進行，該地區(qū)屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫14.9℃，無霜期291 d，降雨量1035.7 mm。供試土壤有機質(zhì)26.23 g/kg，堿解氮80.50 mg/kg，全磷17.52 mg/kg，速效磷23.74 mg/kg，全鉀23.15 g/kg，速效鉀226 mg/kg。

1.2 供試材料

供試品種20個：B1～B20，詳見表1。

1.3 試驗設(shè)計

采用二因素裂區(qū)設(shè)計，主處理(A)為種植密度，即5.25萬株/hm2(A1)、6.75萬株/hm2(A2)，副處理(B)為玉米品種(B1～B20)。小區(qū)面積25.5 m2(7.5 m×3.4 m)，3次重復(fù)。采用寬窄行種植，寬行0.8 m，窄行0.4 m，基肥使用復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)600 kg/hm2，在拔節(jié)期和大喇叭口期用尿素追肥，用量分別為150和225 kg/hm2。其他栽培管理措施同當?shù)卮竺娣e生產(chǎn)。

表1 20個參試玉米品種名稱及編號

1.4 測定項目及方法

1.4.1 莖稈穿刺強度、壓折強度和壓碎強度 在玉米吐絲后25 d，每個小區(qū)選取3株具有代表性的植株，剝?nèi)ト~片和葉鞘，采用YYD-1 型莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司生產(chǎn))測定植株地上部第3～5節(jié)、穗上1節(jié)和穗下1節(jié)。測定方法：將橫斷面積為0.01 cm2的測頭沿莖稈中部垂直于莖稈方向勻速緩慢插入，讀取其最大值，即為莖稈穿刺強度。將各節(jié)分別平放在測定儀的凹槽內(nèi)，迅速壓下使莖稈壓折，讀取最大值，即為莖稈壓折強度。將橫截面積為1 cm2的測頭垂直于莖稈節(jié)間中部勻速緩慢壓下，直到莖稈破裂，讀取最大值，即為莖稈壓碎強度。

1.4.2 倒伏率和倒折率 在成熟期，對每個小區(qū)進行調(diào)查，記錄各小區(qū)總株數(shù)、倒伏數(shù)(植株與地面夾角小于60o)、倒折數(shù)(植株折斷的株數(shù))。倒伏率( %)=倒伏株數(shù)/總株數(shù)×100 %，倒折率( %)=倒折株數(shù)/總株數(shù)×100 %。

1.4.3 測產(chǎn)與考種 玉米成熟后，分小區(qū)實收測產(chǎn)，每個小區(qū)取具有代表性的10個果穗，晾曬至安全含水量(14 %)后進行室內(nèi)考種。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microfost Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理，DPSv 7.05和SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各玉米品種的莖稈抗倒力學(xué)性狀

2.1.1 莖稈穿刺強度 方差分析表明，種植密度與品種的交互及種植密度對玉米各節(jié)莖稈穿刺強度的影響不顯著，而品種對玉米各節(jié)莖稈穿刺強度的影響達極顯著水平。由圖1看出，在同一密度下，各品種地上第3節(jié)到穗位上1節(jié)各節(jié)間穿刺強度隨節(jié)位上升而下降。密度為5.25萬株/hm2時，平均節(jié)間穿刺強度B16最大，為52.42 N/mm2；B14最小，為31.81 N/mm2，極差為20.61 N/mm2；密度為6.75 萬株/hm2時，平均莖稈穿刺強度大于44 N/mm2的品種有B1、B6、B12、B16和B19，其中，B12最大，為46.81 N/mm2，B18最小，為29.29 N/mm2，極差為17.52 N/mm2。密度從5.25萬株/hm2增加到6.75萬株/hm2時，各品種穿刺強度變化不同。B1、B3、B5、B11、B13和B14等6個品種的平均穿刺強度略有增加(0.81～2.85 N/mm2)，其中B14品種增加最大，為8.93 %；其余14個品種平均穿刺強度隨密度增加而降低，B9品種降低最明顯，下降14.96 %。

柱形左邊為密度5.25萬株/hm2，右邊為密度6.75萬株/hm2，下同The column on the left shows the density： 52，500 plants/hm2， and the column on the right shows the density： 67，500 plants/hm2，the same as below圖1 不同密度下20個玉米品種的莖稈穿刺強度Fig.1 Stem puncture strength of 20 maize varieties under different densities

2.1.2 莖稈壓折強度 方差分析表明，種植密度與品種的交互及種植密度對玉米各節(jié)莖稈壓折強度的影響不顯著，而品種對玉米各節(jié)莖稈壓折強度的影響達極顯著水平。由圖2可知，在同一密度下，各品種地上第3節(jié)到穗位上1節(jié)各節(jié)間穿刺強度隨節(jié)位上升而下降，不同品種間差異達極顯著水平。密度為5.25萬株/hm2時，B11的莖稈壓折強度最大，B16次之，B18莖稈壓折強度最小。密度為6.75萬株/hm2時，B11莖稈壓折強度始終最大，B19次之，B18莖稈壓折強度保持最小。隨著種植密度的增大，B1、B5和B10莖稈壓折強度略有增加，分別增加2.34 %、6.75 %和13.35 %，其余品種莖稈壓折強度呈下降趨勢，各品種下降幅度為B18>B16>B4>B2>B15>B12>B7>B6>B8>B20>B9>B11>B17>B14>B3>B19>B13，說明種植密度對B18莖稈壓折強度的影響較大。

2.1.3 莖稈壓碎強度 由圖3看出，同一密度下，不同玉米品種壓碎強度差異達極顯著水平，各品種節(jié)間壓碎強度表現(xiàn)為地上第3節(jié)>地上第4節(jié)>地上第5節(jié)>穗下1節(jié)>穗上1節(jié)。不同密度間各品種地上第3和4節(jié)莖稈壓碎強度差異顯著，其余節(jié)間差異不顯著。密度為5.25萬株/hm2時，各品種節(jié)間壓碎強度表現(xiàn)為B11>B16>B12>B8>B19>B6>B17>B15>B7>B20>B10>B4>B3>B13>B5>B9>B2>B1>B18>B14，其中，B11平均壓碎強度最大，為260.13N；B14最小，為128.70N。密度為6.75萬株/hm2時，平均壓碎強度最大的是B11，為253.21N；B18最小，為95.33N；各品種節(jié)間壓碎強度表現(xiàn)為B11>B19>B10>B8>B12>B6>B3>B5>B17>B16>B13>B15>B20>B1>B7>B4>B9>B14>B2>B18。隨種植密度增加，B1、B3、B5、B10和B14的平均壓碎強度有所增加，其余品種壓碎強度均有不同程度的降低，B16下降幅度最大。

圖2 不同密度下20個玉米品種的莖稈壓折強度Fig.2 Stem compression strength of 20 maize varieties under different densities

圖3 不同密度下20個玉米品種的莖稈壓碎強度Fig.3 Stem crushing strength of 20 maize varieties under different densities

2.2 各玉米品種的倒伏率和倒折率

由圖4～5可知，密度為5.25萬株/hm2時，倒伏率最大的是B8，為47.75 %；最小的是B6，為1.16 %，B6、B7、B12、B14、B18、B19和B20的倒伏率均小于3 %。倒折率最大的是B14，最小的是B20。密度為6.75萬株/hm2時，倒伏率在20 %左右的品種較多；B1、B7、B11、B12、B16、B18、B19、B20的倒伏率較低，均小于10 %；B6、B7、B8、B12、B13、B16和B20的倒折率均小于10 %。隨著種植密度的增大，各品種倒伏率和倒折率不同幅度的增大，B3、B4、B6、B14和B15倒伏幅度增加較大(10 %～16 %)，其余品種倒伏幅度增加較小，小于5 %；B3、B4、B14、B15、B18和B19的倒折率增加較大(14 %～32 %)，其余品種倒折率增大幅度均小于5 %。綜合分析看，B3、B4、B6、B8、B14、B15、B17、B18和B19的抗倒力學(xué)特性較弱，B2、B5、B9、B10和B13品種抗倒力學(xué)特性處于中等，B1、B7、B11、B12、B16和B20的綜合抗倒力學(xué)特性較強。

圖4 不同密度下20個玉米品種的倒伏率Fig.4 Lodging rate of 20 maize varieties at different densities

圖5 不同密度下20個玉米品種的倒折率Fig.5 The folding rate of 20 corn varieties at different densities

圖6 不同密度下20個玉米品種的產(chǎn)量Fig.6 Yield of 20 maize varieties at different densities

2.3 各玉米品種的產(chǎn)量

同一密度下，不同玉米品種產(chǎn)量差異達極顯著(圖6)。密度為5.25萬株/hm2時，B20的產(chǎn)量最高，其與B1、B6、B7、B9、B10、B11、B16、B17和B18的差異不顯著，與B3、B5、B8、B14、B15和B19的差異達極顯著。密度為6.75萬株/hm2時，B1的產(chǎn)量最高，其與B7、B13、B15和B16的差異不顯著，與B2、B3、B8、B10、B11和B19的差異顯著，與其余品種的差異達極顯著。隨著密度的增加，B4、B6、B9、B10、B12、B17和B18的產(chǎn)量降低，其余品種的產(chǎn)量隨種植密度的增加而升高，其中B15的增加幅度最大，為49.98 %。結(jié)合各品種的倒伏率和倒折率綜合分析看，在一定范圍內(nèi)，增加密度可以提高產(chǎn)量，倒伏率和倒折率越低產(chǎn)量越高，部分品種(如B14)雖倒伏率和倒折率低，但產(chǎn)量相對下降，可能與品種適宜性有關(guān)；部分品種(如B3、B15和B19)雖倒伏率和倒折率高，但產(chǎn)量下降不明顯，原因是在玉米倒伏倒折之前，該品種籽粒已基本成熟，對產(chǎn)量影響不大。

2.4 玉米莖稈強度與產(chǎn)量、倒伏率和倒折率的關(guān)系

對兩密度下各指標進行相關(guān)性分析(表2)，穿刺強度與壓折強度和壓碎強度存在高度的極顯著正相關(guān)，壓折強度與壓碎強度呈極顯著正相關(guān)；從地上第3節(jié)到穗上1節(jié)，各節(jié)的穿刺強度、壓折強度和壓碎強度間呈正相關(guān)。倒折率與莖稈穿刺強度、壓折強度和壓碎強度存在密切的極顯著負相關(guān)關(guān)系，倒折率與不同節(jié)位的莖稈強度相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)是：穿刺強度為穗下1節(jié)>地上第3節(jié)>地上第4節(jié)>地上第5節(jié)>穗上1節(jié)，壓折強度為穗下1節(jié)>穗上1節(jié)>地上第3節(jié)>地上第4節(jié)>地上第5節(jié)，壓碎強度為穗下1節(jié)>地上第4節(jié)>地上第3節(jié)>地上第5節(jié)>穗上1節(jié)；地上第4節(jié)穿刺強度和地上第3節(jié)壓折強度分別與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；各節(jié)莖稈穿刺強度、壓折強度、壓碎強度分別與倒伏率存在一定的相關(guān)關(guān)系，倒伏率與產(chǎn)量存在負相關(guān)關(guān)系，但未達顯著水平。

3 討 論

隨著種植密度增加，玉米莖稈抗倒力學(xué)性狀會發(fā)生變化[10-12]。前人研究表明，同一密度下，隨著節(jié)間部位上升，莖稈穿刺強度、壓折強度和壓碎顯著下降[21]，本研究結(jié)果與前人相同。谷利敏等[10]研究表明，隨種植密度增加，莖稈穿刺強度、壓折強度和壓碎強度顯著下降。本研究表明，隨著種植密度的增加，B1、B3、B5、B11、B13和B14的平均穿刺強度略有增加，其余14個品種平均穿刺強度隨密度的增加而降低；B1、B5和B10的莖稈壓折強度略有增加，其余品種莖稈壓折強度呈下降趨勢；B1、B3、B5、B10和B14的莖稈壓碎強度有所增加，其余品種壓碎強度均有不同程度降低。可見，增密后不同品種莖稈抗倒力學(xué)性狀變化不同，這應(yīng)是各品種抗倒伏能力各有差異的原因。

前人研究表明，隨著種植密度的增大，植株倒伏率和倒折率增大，試驗密度范圍內(nèi)密度每增加100株，倒伏率相應(yīng)提高2.3 %左右[22]。本研究中，當種植密度增加為6.75萬株/hm2時，各品種倒伏率和倒折率都有不同幅度的增大，B3、B4、B6、B14和B15倒伏幅度增加較大，其余品種倒伏幅度增加較小，B1、B7、B11、B12、B16、B18、B19和B20的倒伏率較低，均小于10 %；B6、B7、B8、B12、B13、B16和B20的倒折率小于10 %，B3、B4、B14、B15、B18和B19的倒折率增加較大。

適當增加種植密度是增加產(chǎn)量的主要措施，陳艷萍等[23]在江蘇中南部地區(qū)的研究表明，隨群體密度增加(6～9萬株/hm2)，玉米產(chǎn)量均先升后降，本研究表明：種植密度從5.25萬株/hm2增加到6.75萬株/hm2時，B4、B6、B9、B10、B12、B17和B18的產(chǎn)量隨密度的增加而降低，其余品種隨著種植密度增加產(chǎn)量升高。B1的產(chǎn)量最高，B1、B3和B15品種增幅明顯；產(chǎn)量隨密度增大而下降的這些品種倒伏率和倒折率都在20 %以上，說明倒伏和倒折影響產(chǎn)量的提高；B3、B8、B15和B19的倒伏率和倒折率增大，反而產(chǎn)量提高了，這與前人的研究略有差異，原因可能是在玉米倒伏倒折之前，籽粒已基本成熟，故對產(chǎn)量影響不大。

表2 參試20個玉米品種莖稈性狀與產(chǎn)量、倒伏率和倒折率的相關(guān)系數(shù)

注：x1：地上第3節(jié)穿刺強度，x2：地上第4節(jié)穿刺強度，x3：地上第5節(jié)穿刺強度，x4：穗下1節(jié)穿刺強度，x5：穗上1節(jié)穿刺強度，x6：地上第3節(jié)壓碎強度，x7：地上第4節(jié)壓碎強度，x8：地上第5節(jié)壓碎強度，x9：穗下1節(jié)壓碎強度，x10穗上1節(jié)壓碎強度，x11：地上第3節(jié)壓折強度，x12：地上第4節(jié)壓折強度，x13：地上第5節(jié)壓折強度，x14：穗下1節(jié)壓折強度，x15：穗上1節(jié)壓折強度，x16：產(chǎn)量，x17：倒伏率，x18：倒折率。

Notes:x1：3rd puncture strength of the ground，x2：4rd puncture strength of the ground，x3： 5rd puncture strength of the ground，x4：1-section puncture strength under spike，x5：1-section puncture strength of spike，x6：3rd section of Ground Crush strength，x7：4rd section of Ground Crush strength，x8：5rd section of Ground Crush strength，x9：1 Section Crush puncture strength under spike，x10：1-section Crush strength of spike，x11：3rd section compressive strength of ground，x12：4rd section compressive strength of ground，x13：5rd section compressive strength of ground，x14：1-section compressive strength under spike，x15：1-section compressive strength of spike，x16：yield，x17：Lodging Rate，x18：folding rate.

前人研究結(jié)果認為，莖稈農(nóng)藝性狀和抗倒力學(xué)性狀與倒伏率和產(chǎn)量高度相關(guān)[24]，本研究表明，穿刺強度與壓折強度和壓碎強度存在極顯著正相關(guān)，壓折強度與壓碎強度呈極顯著正相關(guān)，與前人研究結(jié)果基本一致[25]。本研究表明，折率分別與穿刺強度、壓折強度和壓碎強度呈顯著負相關(guān)，與勾玲等[21]研究結(jié)果一致。倒折率與不同節(jié)位莖稈強度表現(xiàn)為穗下1節(jié)>地上第4節(jié)>地上第3節(jié)，與前人研究結(jié)果[21]不盡相同，可能與生態(tài)條件和品種不同有關(guān)。本試驗顯示，地上第4節(jié)穿刺強度和地上第3節(jié)壓折強度分別與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，說明，通過莖稈壓折強度、壓碎強度和穿刺強度來評價不同玉米品種莖稈的抗倒力學(xué)特性是科學(xué)合理的。

4 結(jié) 論

種植密度顯著影響不同玉米品種的抗倒力學(xué)特性，當種植密度從5.25萬株/hm2增加到6.75萬株/hm2時，不同品種莖稈穿刺強度、壓折強度和壓碎強度變化不同，多數(shù)品種呈降低趨勢；倒伏率和倒折率不同程度升高。倒折率分別與穿刺強度、壓折強度和壓碎強度呈顯著負相關(guān)，倒折率與不同節(jié)位莖稈強度相關(guān)性表現(xiàn)為穗下1節(jié)>地上第4節(jié)>地上第3節(jié)，地上第4節(jié)穿刺強度和地上第3節(jié)壓折強度分別與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，可作為玉米抗倒伏品種選擇重要的參考指標。

密度為6.75萬株/hm2時，B1的莖稈穿刺強度最大，B18的莖稈壓折強度最大，B11的莖稈壓碎強度最大。B3、B4、B6、B8、B14、B15、B17、B18和B19的抗倒特性較弱，B2、B5、B9、B10和B13的抗倒特性處于中等，B1、B7、B11、B12、B16和B20的綜合抗倒特性較強。B1、B7、B8、B11、B13、B15、B16、B19和B20的產(chǎn)量增幅明顯。綜上，B1、B7、B11、B16、B18和B20的綜合表現(xiàn)較好，即參試的20個品種中，先玉1171、正紅431、仲玉3號、靖單12號、鄭單958和新中玉801等6個品種適合在黔北地區(qū)推廣種植。