寧南山區(qū)不同玉米生長及產(chǎn)量對(duì)密度的響應(yīng)

慕瑞瑞，梁 熠，王 樂，張曉麗，康建宏

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

【研究意義】玉米是寧夏主要的栽培作物之一，占糧食播種面積的23.7 %，寧南山區(qū)既是寧夏糧食生產(chǎn)重要地區(qū)，也是中低產(chǎn)田的主要區(qū)域。玉米種植面積約占全區(qū)的25 %，其中以彭陽縣和原州區(qū)種植面積最大[1]，隨著緊湊型玉米品種的應(yīng)用和推廣，適當(dāng)增加密度是當(dāng)前進(jìn)一步提高玉米產(chǎn)量的主要途徑之一，且在一定密度范圍內(nèi)，隨密度的提高產(chǎn)量逐漸增加，超過一定范圍后，則會(huì)造成減產(chǎn)[2-3]。目前，寧夏玉米種植面積為5.25～6.00萬株/hm2左右，其平均單產(chǎn)僅為5028 kg/hm2，而比美國玉米的平均單產(chǎn)(9029 kg/hm2)低44 %[4-5]。因此，隨著大豐30和先玉698等緊湊型玉米品種的大面積種植，增加種植密度提高玉米產(chǎn)量是玉米產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效保障。推廣緊湊型玉米品種，利用良好的光熱資源，挖掘增產(chǎn)潛力，對(duì)提高旱區(qū)玉米單產(chǎn)和總產(chǎn)具有十分重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國內(nèi)學(xué)者關(guān)于種植密度對(duì)玉米生長和產(chǎn)量的影響已做了大量研究。劉偉等[6]認(rèn)為，高密度條件下玉米可通過增加群體庫來提高產(chǎn)量。豐光等[7]認(rèn)為，選擇適宜的玉米品種，并結(jié)合品種自身特性合理提高種植密度才能促進(jìn)玉米產(chǎn)量的提高。宋振偉等[4]研究表明，密植導(dǎo)致玉米的株高和穗位高增加，葉面積指數(shù)顯著增加。楊吉順等[8]研究表明，隨密度的增加玉米群體葉面積，干物質(zhì)積累量呈增高趨勢，葉綠素含量下降。湯彬等[9]研究表明，提高種植密度是提高玉米產(chǎn)量的主要途徑，對(duì)玉米的額空桿率、穗長、行粒數(shù)、禿尖影響較大，對(duì)穗粗、穗行數(shù)、千粒重影響較小。溫日宇等[10]認(rèn)為當(dāng)種植密度達(dá)到8.25萬株/hm2時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最高?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】針對(duì)寧南山區(qū)玉米在生產(chǎn)當(dāng)中存在密度降低、產(chǎn)量不高這一主要問題，研究該地區(qū)合理的種植密度，對(duì)于玉米的增產(chǎn)極為重要。近年來，在灌溉地區(qū)有關(guān)不同密度下玉米品種生長及產(chǎn)量的研究較多[11]，但在干旱地區(qū)對(duì)于不同密度下玉米品種生長及產(chǎn)量的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)以寧南山區(qū)大面積種植的大豐30和先玉698為試驗(yàn)材料，探尋不同密度對(duì)2個(gè)品種主要農(nóng)藝性狀、物質(zhì)生產(chǎn)、光合特性、產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響，揭示出當(dāng)?shù)夭煌衩灼贩N的適宜種植密度范圍，為旱作地區(qū)玉米栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究田間試驗(yàn)于2016-2017年連續(xù)2年在寧夏固原市彭陽縣城陽鄉(xiāng)長城塬農(nóng)業(yè)技術(shù)示范園區(qū)進(jìn)行。該區(qū)位于東經(jīng)106°77′，北緯35°81′，海拔1382 m，屬于典型的黃土高原旱塬區(qū)，年均降水420～470 mm，年均氣溫7.9 ℃，無霜期159 d。該試驗(yàn)地前茬作物為傳統(tǒng)耕作旱地玉米，耕層土壤(0～25 cm)理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料：以大豐30和先玉698作為試驗(yàn)材料，于4月12日，對(duì)試驗(yàn)田進(jìn)行覆膜，播種，于9月23日進(jìn)行收獲。

本試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)2個(gè)品種：大豐30和先玉698；5個(gè)密度：分別為 D1：5.25萬株/hm2、D2：6.0萬株/hm2、D3：6.75萬株/hm2、D4：7.5萬株/hm2、D5：8.25萬株/hm2；每個(gè)密度重復(fù)3次，共有30個(gè)小區(qū)，小區(qū)設(shè)計(jì)10行區(qū)，行長8 m，行距0.55 m，小區(qū)面積8 m×5.5 m=44 m2。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

在苗期選擇長勢一致的20株植株掛牌標(biāo)記，分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、抽穗期、吐絲期、成熟期選擇3株定株測定株高、葉面積、干物質(zhì)積累量等生長指標(biāo)。葉面積測定采用長寬系數(shù)法進(jìn)行測定(系數(shù)取0.75)并計(jì)算出葉面積指數(shù)；干物質(zhì)積累量的測定采用烘干法；葉綠素相對(duì)含量利用葉綠素儀(SPAD502plus)測定；在玉米成熟期收獲小區(qū)所有果穗測產(chǎn)，并隨機(jī)選取鮮穗20穗，將其帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)風(fēng)干后進(jìn)行考種，包括穗重、穗長、穗粗、禿尖、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重、禿尖率，產(chǎn)量計(jì)算按14 %含水量折算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel2016進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的簡單處理，使用SPSS 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對(duì)主要農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 種植密度對(duì)不同品種株高的影響 由圖1可以看出，在相同密度下，先玉698的株高高于大豐30。如在最低密度5.2萬株/hm2下，大豐30的株高是298.33 cm，先玉698的株高是319.67 cm；在最高密度8.25萬株/hm2下，大豐30的株高是323.67 cm，而先玉698的株高是334.33 cm。隨著密度的增加2個(gè)品種的株高都在增加，但大豐30的株高隨密度的變化變幅大，對(duì)密度的變化較敏感。如大豐30的株高變化范圍是298.33～323.67 cm，變化幅度是25.34 cm；先玉698的株高變化范圍是319.67～334.33 cm，變化幅度是14.66 cm。在大豐30的各處理中除了D1與D2，D3、D4、D5之間沒有顯著性差異外，其他各處理間均存在顯著性差異。在先玉698的各處理中除了D1與D5之間存在顯著性差異外，其他各處理間均無顯著性差異。

2.1.2 種植密度對(duì)不同品種穗位高的影響 如圖2所示，大豐30和先玉698兩個(gè)品種在5個(gè)不同密度下，穗位高的變化均呈一致的趨勢，即隨著種植密度的增加，玉米穗位高度明顯增高，這與株高隨密度增加的變化趨勢基本一致，先玉698的穗位高明顯高于大豐30。經(jīng)分析得出大豐30各處理間無顯著性差異；先玉698在各處理中D1、D2與D5之間有顯著性差異，其他各處理間均無顯著性差異。

圖2 種植密度對(duì)不同品種穗位高的影響Fig.2 Effect of planting density on ear height of different cultivars

2.2 種植密度對(duì)群體葉面積指數(shù)的影響

由圖3可知，大豐30群體葉面積隨著密度的增加而增加，且抽穗期達(dá)到最大，吐絲期和成熟期隨著密度的增加開始下降，在密度為7.5萬株/hm2時(shí)葉面積指數(shù)下降的最快。先玉698群體葉面積隨著密度的增加而增加，且抽穗期達(dá)到最大，吐絲期和成熟期隨著密度的增加開始下降，在密度為5.25和7.5萬株/hm2時(shí)葉面積指數(shù)下降的最快，都為0.03 %。2個(gè)品種干物重積累在吐絲期和成熟期相較于其他密度的小，可見高密度在吐絲期的群體葉面積指數(shù)較大，但由于密度較大，株間競爭激烈，導(dǎo)致后期下降速度較快，影響群體干物質(zhì)的生產(chǎn)，所以吐絲期群體葉面積大不一定就好，群體葉面積最好的表現(xiàn)是：前快，中強(qiáng)，后慢。綜合分析可知，大豐30和先玉698在密度為6.75萬株/hm2下群體葉面積指數(shù)最合理。

圖3 種植密度對(duì)大豐30、先玉698群體葉面積指數(shù)的影響Fig.3 Effect of planting density on leaf area index of Dafeng 30 and Xianyu 698

圖4 種植密度對(duì)大豐30、先玉698干物質(zhì)積累量的影響Fig.4 Effects of planting density on dry matter accumulation of Dafeng 30 and Xianyu 698

品種Variety密度(萬株/hm2) Density大口期Booting抽穗期Heading吐絲期Silking成熟期Maturity大豐30D157.60 a63.33 a63.57 a58.97 aDafeng 30D257.60 a 62.20 ab63.03 a58.93 aD358.10 a 62.07 ab62.03 a54.50 bD453.73 b58.30 b61.10 a51.93 bD5 55.83 ab 61.37 ab60.17 a50.83 b先玉698D156.63 a64.03 a63.93 a62.23 aXianyu 698D257.17 a63.97 a 63.17 ab63.70 aD357.00 a63.07 a 62.57 ab57.13 bD455.80 a61.40 a 63.23 ab53.20 bD556.10 a60.70 a61.23 b44.97 c

注:同列不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P≤0.05)，下同。

Note: Different letters in the same column indicate significance of difference at 0.05 level. The same as below.

2.3 種植密度對(duì)群體干物質(zhì)積累量的影響

由圖5可知，在成熟期，大豐30群體干物質(zhì)積累量隨著密度的增加表現(xiàn)為D5> D2 >D1> D3> D4，吐絲期，D3處理的干物質(zhì)積累量最大，為19 281.6 kg/hm2，并且產(chǎn)量也最高，其次是D5，為18 175.8 kg/hm2，最少的為D4，為14 488.8 kg/hm2。在成熟期，先玉698群體干物質(zhì)積累量隨著密度的增加表現(xiàn)為D5> D3>D4> D2> D1，吐絲期，D5處理的干物質(zhì)積累量最大，為21 855.15 kg/hm2，其次是D3，為21 540.6 kg/hm2,最少的為D2，為16 069.8 kg/hm2。對(duì)于2個(gè)不同的品種而言，在成熟期的5個(gè)不同密度處理下，先玉698的干物質(zhì)積累要遠(yuǎn)大于大豐30的。如在密度為D5時(shí)，先玉698的干物質(zhì)積累比大豐30的高24.9 %，大豐30的產(chǎn)量要比先玉698的高0.06 %；如在密度為D3時(shí)，先玉698的干物質(zhì)積累比大豐30的高17.8 %，大豐30的產(chǎn)量要比先玉698的高1.04 %?？梢婋S著密度的增加，2個(gè)品種的干物質(zhì)積累均有所增加，并且先玉698的干物質(zhì)積累要比大豐30的快，所以就干物質(zhì)積累而言，高密度下適宜種植先玉698。

2.4 種植密度對(duì)葉綠素相對(duì)含量的影響

由表2可以看出，大豐30和先玉698這2個(gè)品種在各主要生育時(shí)期的葉綠素相對(duì)含量值變化是大致相同的，表現(xiàn)為從大口期到抽穗期，葉綠素相對(duì)含量逐步上升，且在吐絲期達(dá)到最高值，然后逐漸降低，并且低密度群體比高密度群體葉綠素相對(duì)含量高。先玉698各處理在前期差異不顯著，但在吐絲期除了D1和D5之間有顯著差異，其他各處理間無顯著性差異，在成熟期除了D1與D2、D3與D4之間無顯著性差異外，其他各處理間都有顯著性差異；大豐30在成熟期各處理間除了D1與D2，D3與D4、D5之間無顯著性差異外，其他各處理間都有顯著性差異。先玉698在生育后期的葉綠素相對(duì)含量高于大豐30，說明先玉698光和能力強(qiáng)，光合產(chǎn)物多，對(duì)于干物質(zhì)的積累十分重要。

2.5 種植密度對(duì)不同品種產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

2.5.1 種植密度對(duì)不同品種產(chǎn)量的影響 由圖5可以看出，產(chǎn)量隨密度變化呈現(xiàn)3次曲線變化，隨密度的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。計(jì)算得出，在6.75 kg/hm2密度下先玉698的產(chǎn)量達(dá)到最大，是16 038.45 kg/hm2，在6.75 kg/hm2密度下大豐30的產(chǎn)量達(dá)到最大，是14 503.8 kg/hm2，在5.25 kg/hm2密度下2個(gè)品種的產(chǎn)量達(dá)到最低，大豐30的產(chǎn)量最低是9663.15 kg/hm2，先玉698的產(chǎn)量最低是11 770.35 kg/hm2。在相同密度下，先玉698的產(chǎn)量高于大豐30，在不同密度下，不同品種的產(chǎn)量隨著密度的增加先增加，當(dāng)超過一定范圍后，產(chǎn)量隨著密度的增加而降低，并且先玉698的產(chǎn)量變化明顯較大于豐30產(chǎn)量變化。

圖5 種植密度對(duì)不同品種產(chǎn)量的影響Fig.5 Effect of planting density on yield of different varieties

品種Variety密度(萬株/hm2)Density穗重(g)Ear weight穗長(cm) Ear length穗粗(cm) Ear diameter禿尖(cm) Barren ear tip穗行數(shù)Ear rows行粒數(shù)Number of rows穗粒數(shù)Grain number穗粒重(g) Grain weight百粒重(g)100 grain weight禿尖率(%)Baldness rate出籽率(%)Seed rate產(chǎn)量(103 kg/hm2)Yield大豐30D1192.96d18.36b4.48c1.80a16a38.00b638a168.09c27.48b9.18ab86.60a9.54cDafeng 30D2253.13b19.63a5.04a1.13b16a43.00a645a219.55a35.54a5.50c87.94a12.92bD3263.89a19.00ab5.13a1.26ab14a41.00ab638a227.82a36.13a6.29c87.37a13.92aD4213.64c19.56a4.67b1.44ab16a41.00ab653a185.21b28.30b7.26bc86.83a12.73bD5187.11d17.83b 4.56bc1.66ab16a38.00b588a159.91c26.12b9.38a85.95a12.95b先玉698D1231.02b19.26bc4.88a1.26ab16a41.00ab650a217.28c35.30bc6.14b89.09a11.39dXianyu 698D2272.40a21.00ab5.01a0.73b16a41.00ab651a243.05b40.72a4.44c89.22a15.83bD3274.33a21.33a4.98a1.43a16a43.00a684a255.09a38.70ab5.51bc88.74a16.86aD4211.19b18.36c4.99a1.26ab16a37.00b636a188.11d31.57cd5.32bc89.07a13.64cD5185.60c18.23c4.64a1.43a16a39.00ab608a164.89e28.87d7.84a88.84a13.05c

2.5.2 種植密度對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成的影響 由表3可看出，2個(gè)品種大豐30和先玉698的穗行數(shù)、穗粒數(shù)、出籽率均無顯著差異，而穗重、穗長、穗粗、禿尖、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重、禿尖率、產(chǎn)量等有顯著差異，其中產(chǎn)量相關(guān)性狀中先玉698的穗粗無顯著差異。密度對(duì)2個(gè)品種的產(chǎn)量相關(guān)性狀有顯著影響，2個(gè)品種隨著密度的增大，穗重、穗粗、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重、產(chǎn)量等相關(guān)性狀先增加后減小，大豐30的禿尖逐漸增大，禿尖率先減小后增大；先玉698的禿尖先減小后增大再減小，禿尖率先減小后增大，說明密度對(duì)禿尖長和禿尖率有著顯著的互作效應(yīng)。2個(gè)品種均在6.75 kg/hm2時(shí)與產(chǎn)量有關(guān)的相關(guān)性狀達(dá)到最佳。結(jié)果表明合理密植可以改善玉米的相關(guān)性狀，同時(shí)增加玉米的產(chǎn)量。

3 討 論

株高和穗位高是玉米主要的農(nóng)藝性狀，它們決定了玉米上層葉片對(duì)光能的利用能力，因此株高和穗位高對(duì)玉米產(chǎn)量有一定的影響，合理的植株形態(tài)有助于提高玉米產(chǎn)量，隨著密度的增加，其形態(tài)也會(huì)發(fā)生變化。宋振偉等[12]研究表明增密使得玉米的株高和穗位高都增加。而且有關(guān)研究數(shù)據(jù)[13-15]表明，玉米植株的株高和穗位高在一定密度范圍內(nèi)與產(chǎn)量之間呈正相關(guān)，但超過一定密度后，隨著株高和穗位高的增加，產(chǎn)量反而降低。本研究表明，2個(gè)品種的株高和穗位高都隨著密度的增加而逐漸增高，其中先玉698對(duì)密度的變化較為敏感。因此在適宜的密度下應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)植株的株高和穗位高的調(diào)節(jié)，從而提高玉米的產(chǎn)量。

群體葉面積指數(shù)是衡量群體大小的重要指標(biāo)，適宜的群體葉面積指數(shù)是獲取玉米高產(chǎn)的重要指標(biāo)之一，它與種植密度有密切關(guān)系[16]。梁熠等[17]研究表明采取適宜的種植方式會(huì)使得玉米的冠層結(jié)構(gòu)得到改善，可以增大葉面積指數(shù)，是玉米獲得高產(chǎn)的有效途徑。楊吉順等[8]研究表明，玉米從拔節(jié)期到抽雄期，隨著種植密度的增加葉面積開始增大，從抽雄期到灌漿期后開始減小。本研究表明，玉米葉面積指數(shù)從拔節(jié)期到抽穗期隨種植密度的增加而增大，且到抽穗期達(dá)到最大，在吐絲期和成熟期隨著密度的增加。在一定范圍內(nèi)，隨著種植密度的提高，群體的葉面積指數(shù)增大，群體的光合速率提高，干物質(zhì)積累增加[18]。所以要想獲得高產(chǎn)，抽穗期以后維持較大葉面積時(shí)間，從而繼續(xù)進(jìn)行光合作用是十分重要的。

干物質(zhì)積累量是作物產(chǎn)量形成的表現(xiàn)形式，干物質(zhì)積累越高作物越能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[19]。宋振偉等[4]認(rèn)為，在一定密度范圍內(nèi)， 隨密度的增加，各生育期玉米的單株干物質(zhì)積累在吐絲期后開始下降，群體干物質(zhì)積累逐漸增加，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致，2個(gè)品種的群體干物質(zhì)積累在抽穗期前，由于植株生長量小干物質(zhì)積累緩慢，從吐絲期開始到成熟期，玉米生長快，群體干物質(zhì)積累隨著密度的增加呈現(xiàn)增加趨勢，同時(shí)種植密度的增加彌補(bǔ)了干物質(zhì)量的減少，但當(dāng)密度增加到一定限度時(shí)，干物質(zhì)則不再增加。

葉綠素是植物吸收光的主要色素分子，其含量的高低與作物產(chǎn)量的高低具有密切的關(guān)系。趙士誠等[20]研究認(rèn)為，種植密度對(duì)對(duì)葉綠素含量具有明顯影響，隨著密度的增加，葉綠素含量開始下降。本研究表明葉綠素相對(duì)含量隨著密度的增加呈逐漸下降的趨勢。這一研究結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致[21]。

玉米產(chǎn)量的相關(guān)性狀與種植密度緊密相關(guān)，增加密度對(duì)玉米的產(chǎn)量要素均有明顯的影響，其中不同玉米品種的穗部性狀和抗逆性均發(fā)生變化。湯彬等[9]研究指出隨著種植密度的增加，出籽率、穗長、穗粗、行粒數(shù)、禿尖長等發(fā)生明顯變化，而穗行數(shù)、穗粗、千粒重變化不大，禿尖率加大。同時(shí)通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，增加密度會(huì)導(dǎo)致玉米病害的加重。穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量構(gòu)成要素在增密后先增加后下降。海軍等[11]認(rèn)為在西北干旱地區(qū)玉米適宜種植的密度為時(shí)，6.75萬株/hm2產(chǎn)量及其相關(guān)性狀最為適宜。在本試驗(yàn)中，2個(gè)品種隨著密度的增加穗長、穗重、穗粗、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重等先增加后減小，大豐30的禿尖逐漸增大，先玉698的禿尖先增大再減小，禿尖率均先減小后增大。2個(gè)品種均在6.75萬株/hm2時(shí)與產(chǎn)量有關(guān)的相關(guān)性狀達(dá)到最佳。因此要想獲得玉米高產(chǎn)，要在合理的種植密度下協(xié)調(diào)好產(chǎn)量要素之間的關(guān)系，要增加穗粗、穗重、穗長，減少禿尖的發(fā)生，從而獲得高產(chǎn)。

4 結(jié) 論

研究表明，寧南山區(qū)玉米的2個(gè)主栽品種大豐30和先玉698隨著密度的增大，植株的株高和穗位高逐漸增加。干物質(zhì)積累隨著生育期的推進(jìn)在逐漸增加，且在成熟期2個(gè)品種的干物質(zhì)積累達(dá)到了最大值。群體葉面積指數(shù)隨密度的增大逐漸增加。葉綠素相對(duì)含量隨著密度的增加呈逐漸下降的趨勢。2個(gè)品種隨著密度的增加穗重、穗粗、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重、產(chǎn)量等先增加后減小，禿尖率均先減小后增大，2個(gè)品種均在6.75萬株/hm2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，此時(shí)大豐30和先玉698的產(chǎn)量分別為14 503.8 和16 038.51 kg/hm2。因此，在本試驗(yàn)條件下，大豐30和先玉698的適宜密度是6.75萬株/hm2。