冀東地區(qū)玉米宜機(jī)收品種的增密增產(chǎn)效應(yīng)研究

(河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院，河北 秦皇島 066600)

玉米籽粒機(jī)械化收獲是玉米生產(chǎn)發(fā)展的重要方向。目前黑龍江、內(nèi)蒙古東北部和新疆北疆地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)玉米從種植到收獲的全程機(jī)械化[1]，而河北省特別是冀東地區(qū)玉米生產(chǎn)機(jī)械化程度較低。品種耐密性差、收獲時(shí)籽粒含水量高造成籽粒破碎，是限制冀東地區(qū)實(shí)現(xiàn)籽粒直收的重要原因[2-3]。研究表明，提高種植密度是實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)的重要因素之一，也是實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)的重要農(nóng)藝措施[4-6]。在一定范圍內(nèi)提高玉米品種的耐密性從而提高玉米產(chǎn)量已得到廣泛認(rèn)可[7-8]。相同密度條件下，穗粒數(shù)和粒重是實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵因素，籽粒灌漿速率和灌漿時(shí)間共同決定了品種粒重[9-11]。選育持綠型玉米品種是延長(zhǎng)品種光合時(shí)間獲得高產(chǎn)的重要手段之一。然而，持綠型品種后期脫水速率較慢，籽粒含水量高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲。因此，通過(guò)調(diào)控栽培技術(shù)手段協(xié)調(diào)籽粒灌漿速率、灌漿時(shí)間與脫水速率之間的關(guān)系是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化籽粒直收技術(shù)的關(guān)鍵所在。

本試驗(yàn)利用2016年和2017年篩選的在冀東地區(qū)立桿特性表現(xiàn)較好的玉米品種為試材，進(jìn)一步進(jìn)行品種耐密性試驗(yàn)，研究增密條件下不同品種灌漿過(guò)程中百粒干重、百粒鮮重、灌漿速率以及脫水速率的差異及相關(guān)性以及不同玉米品種灌漿和脫水特性的關(guān)系，為篩選耐密性好，適宜冀東地區(qū)機(jī)收玉米雜交種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年在河北省秦皇島市昌黎縣進(jìn)行。試驗(yàn)地質(zhì)地為中壤，土壤中有機(jī)質(zhì)21.54 g·kg-1，堿解氮134.67 mg·kg-1，速效磷10.58 mg·kg-1，速效鉀85.02 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為京農(nóng)科828、迪卡516、鄭單958和MC 812。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，密度為主區(qū)，品種為副區(qū)。其中，密度設(shè)3個(gè)水平，即60 000株·hm-2、75 000株·hm-2和90 000株·hm-2。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。6行區(qū)，行長(zhǎng)20 m。機(jī)械化播種，田間管理同當(dāng)?shù)厣a(chǎn)田。

表2 密度對(duì)供試品種產(chǎn)量的影響

注：小寫(xiě)字母代表p=0.05水平上的差異顯著性分析。

1.4 調(diào)查項(xiàng)目與方法

1.4.1產(chǎn)量的測(cè)定

在玉米成熟期，每個(gè)小區(qū)選取1個(gè)有代表性的樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)的大小為3 m雙行，記錄樣點(diǎn)內(nèi)空稈株數(shù)、雙穗株數(shù)、總株數(shù)、穗粒重。

玉米收獲穗數(shù)=種植密度×(1+雙穗率-空稈率)；

玉米產(chǎn)量=(千粒重/1 000)×穗粒數(shù)×收獲穗數(shù)。

1.4.2產(chǎn)量構(gòu)成因素的測(cè)定

每個(gè)小區(qū)連續(xù)收獲20個(gè)玉米果穗，風(fēng)干后考種，記錄每個(gè)玉米果穗的穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長(zhǎng)、穗粗和禿尖長(zhǎng)，進(jìn)行脫粒稱量千粒重。

1.4.3灌漿參數(shù)

吐絲前選擇生長(zhǎng)健壯一致且具有代表性的植株標(biāo)記。自吐絲后5 d起開(kāi)始取樣，第1次取樣間隔5 d，以后每7 d取樣1次，直至成熟。每次從各小區(qū)選取3個(gè)果穗，每穗取中部籽粒，共100粒。在室內(nèi)測(cè)得百粒鮮重、干重和體積。并在Excel軟件中計(jì)算百粒籽粒含水率、灌漿速率和脫水速率等指標(biāo)。

籽粒含水率=[籽粒鮮重(g)-籽粒干重(g)]/籽粒鮮重(g)×100%；

籽粒灌漿速率=2次取樣籽粒干重差(g)/2次取樣相隔天數(shù)(d)；

籽粒脫水速率=2次取樣籽粒含水率之差(%)/2次取樣相隔天數(shù)(d)。

以吐絲后天數(shù)(t)為自變量，百粒重(W)為因變量，用Logistic方程W=K/(1+ea-bt)擬合玉米籽粒灌漿過(guò)程，計(jì)算相應(yīng)的灌漿參數(shù)。其中，K為百粒重潛力值，a、b為參數(shù)。

表1 各種灌漿參數(shù)表述及計(jì)算方法

1.4.4數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 密度對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響

對(duì)不同密度條件下的品種產(chǎn)量進(jìn)行比較(表2)，除MC 812和京農(nóng)科828外，隨著種植密度的增加，不同品種的產(chǎn)量均呈先升高后降低的趨勢(shì)。鄭單958和迪卡516均在75 000株·hm-2密度下產(chǎn)量達(dá)到最大值；MC 812在60 000株·hm-2密度下產(chǎn)量達(dá)到最大值；京農(nóng)科828在90 000株·hm-2密度下產(chǎn)量達(dá)到最大值。在75 000株·hm-2密度下，鄭單958比迪卡516產(chǎn)量高46.06%，差異達(dá)到極顯著水平。

表3 密度對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表4 60 000株·hm-2密度下產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的相關(guān)分析

2.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素

對(duì)不同密度下的產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行比較(表3)，隨著密度的增加，穗行數(shù)和行粒數(shù)呈下降趨勢(shì)，禿尖長(zhǎng)隨密度的變化不明顯。MC 821隨著密度的增加，各項(xiàng)產(chǎn)量構(gòu)成因素均呈下降趨勢(shì)。在75 000株·hm-2密度下，MC 812的千粒重較鄭單958、迪卡516和京農(nóng)科828分別高出15.43%、17.60%和9.41%，差異達(dá)到顯著水平；鄭單958的穗粒數(shù)較MC 812、迪卡516和京農(nóng)科828分別高出25.47%、32.24%和41.90%，差異達(dá)到極顯著水平。在增密條件下進(jìn)一步協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的關(guān)系是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的重要手段。

2.3 產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的相關(guān)分析

由表4、表5可知，低密度下，除禿尖長(zhǎng)外，各產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量均呈正相關(guān)相關(guān)；高密度下，禿尖長(zhǎng)和千粒重與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明種植密度高導(dǎo)致千粒重下降明顯，高密度下，總穗數(shù)增加使調(diào)控產(chǎn)量上升的重要原因，彌補(bǔ)了百粒重降低造成的產(chǎn)量損失。同時(shí)也可能與品種的耐密性有關(guān)。

2.4 灌漿速率

由圖1、圖2可知，籽粒灌漿期間百粒重呈“慢-快-慢”的S型變化趨勢(shì)。籽粒灌漿前期，各品種百粒重均在60 000株·hm-2密度條件下增長(zhǎng)最快；灌漿后期百粒重增長(zhǎng)速度有所改變。吐絲后59 d，MC 812百粒重在60 000株·hm-2密度下達(dá)到最大；鄭單958、迪卡516和京農(nóng)科828百粒重均在75 000株·hm-2密度下達(dá)到最大。籽粒灌漿速率呈“先升后降”的單峰曲線。MC 812在75 000株·hm-2密度下達(dá)到最大灌漿速率；鄭單958和迪卡516在90 000株·hm-2密度下達(dá)到最大灌漿速率；京農(nóng)科828在60 000株·hm-2密度下達(dá)到最大灌漿速率。京農(nóng)科828在60 000株·hm-2密度下到達(dá)最大灌漿速率的時(shí)間最早，在吐絲后10～17 d內(nèi)，其余品種及密度到達(dá)最大灌漿速率的時(shí)間均在吐絲后17～24 d之間。

2.5 灌漿參數(shù)

表5 900 00株·hm-2密度下產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的相關(guān)分析

圖1 密度對(duì)供試品種百粒干重的影響

在60 000株·hm-2密度條件下，MC 812灌漿速率最大時(shí)的生長(zhǎng)量以及漸增期、快增期和緩增期的粒重增量均達(dá)到最大；在75 000株·hm-2密度條件下，鄭單958、迪卡516和京農(nóng)科828灌漿速率最大時(shí)的生長(zhǎng)量以及漸增期、快增期和緩增期的粒重增量均達(dá)到最大。

2.6 脫水速率

如圖3所示，不同密度條件下，隨著吐絲天數(shù)的增加，不同玉米品種的籽粒脫水速率均呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)。MC 812的籽粒脫水速率在吐絲后的10～17 d急劇下降，鄭單958和迪卡516籽粒脫水速率在吐絲后的10～31 d下降較快，京農(nóng)科828的籽粒脫水速率在吐絲后的10～38 d下降較快，且脫水速率較高。迪卡516、鄭單958和京農(nóng)科828的籽粒脫水速率均在60 000株·hm-2密度下較高，隨著密度的增加，籽粒脫水速率降低。MC 812在75 000株·hm-2密度下脫水速率較高。對(duì)不同品種間的籽粒脫水速率進(jìn)行比較，60 000株·hm-2密度下，京農(nóng)科828的平均籽粒脫水速率較鄭單958、迪卡516和MC 812的平均籽粒脫水速率分別高出36.48%、15.81%和6.16%，差異未達(dá)到顯著水平。

圖2 密度對(duì)供試品種灌漿速率的影響表6 不同密度下各品種籽粒灌漿參數(shù)

灌漿參數(shù)密度/(株·hm-2) MC812 鄭單958 迪卡516 京農(nóng)科828 600007500090000600007500090000600007500090000600007500090000k37.2334.9335.5828.4630.5328.3632.4133.8830.2135.1638.4335.34a26.5831.1720.3226.9840.4847.3916.1217.9333.2427.9415.6042.68b0.140.150.120.130.130.150.120.110.140.160.100.15lna3.283.443.013.303.703.862.782.893.503.332.753.75Tmax24.0522.7324.5424.7628.2725.8323.7226.6525.7620.7726.8825.52Wmax18.6217.4717.7914.2315.2614.1816.2116.9415.1117.5819.2217.67Rmax1.271.321.090.951.001.060.950.921.031.410.981.30t115.7115.2215.2816.2119.5918.2214.0216.1517.4013.6815.7617.79t232.3830.2533.8133.3036.9633.4433.4237.1534.1227.8738.0133.25t357.7453.1061.9959.2863.3856.5862.9369.0859.5549.4471.8556.76T115.7115.2215.2816.2119.5918.2214.0216.1517.4013.6815.7617.79T216.6715.0318.5317.0817.3715.2219.4021.0016.7214.1922.2515.46T325.3522.8628.1825.9826.4223.1529.5131.9325.4321.5733.8423.51T57.7453.1061.9959.2863.3856.5862.9369.0859.5549.4471.8556.76w19.048.488.646.917.416.897.878.237.348.549.338.58w228.1926.4526.9421.5423.1121.4724.5425.6522.8726.6229.1026.75w336.8634.5835.2228.1730.2228.0832.0933.5429.9134.8138.0534.98W19.048.488.646.917.416.897.878.237.348.549.338.58W219.1517.9618.2914.6315.7014.5816.6717.4215.5418.0819.7618.17W38.678.138.286.637.116.607.557.897.048.198.958.23R0.640.660.570.480.480.500.520.490.510.710.530.62R10.580.560.570.430.380.380.560.510.420.620.590.48R21.151.200.990.860.900.960.860.830.931.270.891.18R30.340.360.290.260.270.290.260.250.280.380.260.35P42.8640.0050.0046.1546.1540.0050.0054.5542.8637.5060.0040.00

圖3 密度對(duì)脫水速率的影響

圖4 百粒重與灌漿速率的相關(guān)分析

2.7 粒重與灌漿速率的相關(guān)性分析

由圖4可知，利用二次多項(xiàng)式方程y=ax2+bx+c對(duì)不同密度的百粒重和灌漿速率的相關(guān)性進(jìn)行擬合，結(jié)果表明4個(gè)品種的百粒重和灌漿速率均呈二次相關(guān)，MC 812的相關(guān)系數(shù)R2在0.944 7～0.962 6之間，鄭單958的相關(guān)系數(shù)R2在0.938 4～0.954 1之間，迪卡516的相關(guān)系數(shù)R2在0.949 6～0.968 8之間，京農(nóng)科828的相關(guān)系數(shù)R2在0.940 9～0.972 4之間。MC 812在60 000株·hm-2、75 000株·hm-2和90 000株·hm-2密度下的百粒重分別為26.839、19.140 g和24.481 g時(shí)達(dá)到各密度的最大灌漿速率值為1.183、1.258 g·(百粒·d)-1和1.042 g·(百?！)-1，鄭單958的百粒重分別為13.505、13.954 g和19.397 g時(shí)達(dá)到各密度的最大灌漿速率值為0.862、0.979 g·(百?！)-1和1.021 g·(百?！)-1，迪卡516的百粒重分別為16.474、20.848 g和20.269 g時(shí)達(dá)到各密度的最大灌漿速率值為0.905、0.904 g·(百?！)-1和0.995 g·(百粒·d)-1，京農(nóng)科828的百粒重分別為22.033、23.188 g和24.419 g時(shí)達(dá)到各密度的最大灌漿速率值，為1.373、0.970 g·(百?！)-1和1.246 g·(百?！)-1。

圖5 百粒重與脫水速率的相關(guān)分析

2.8 百粒重與脫水速率的相關(guān)分析

由圖5可知，不同密度下4個(gè)品種的百粒重和脫水速率均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著百粒重的增加，脫水速率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。MC 812的相關(guān)系數(shù)R2在0.362～0.830 9之間，鄭單958的相關(guān)系數(shù)R2在0.183 8～0.397 7之間，迪卡516的相關(guān)系數(shù)R2在0.270 3～0.736 3之間，京農(nóng)科828的相關(guān)系數(shù)R2在0.141 9～0.938 9之間。灌漿前期，各品種的脫水速率均呈急速下降趨勢(shì)，當(dāng)MC 812在60 000株·hm-2、75 000株·hm-2和90 000株·hm-2密度下的百粒重分別為26.839、19.140 g和24.481 g，鄭單958的百粒重分別為13.505、13.954 g和19.397 g，迪卡516的百粒重分別為16.474、20.848 g和20.269 g，京農(nóng)科828的百粒重分別為22.033、23.188 g和24.419 g時(shí)，籽粒后期的脫水速率呈緩慢下降趨勢(shì)。

3 結(jié)論與討論

隨著玉米耐密型品種的選育和大面積推廣，玉米機(jī)械化收獲程度也在不斷增加。但在實(shí)際應(yīng)用中也存在品種整齊度不一致，倒伏倒折現(xiàn)象嚴(yán)重，籽粒含水量高等問(wèn)題，導(dǎo)致機(jī)收過(guò)程中落穗、落粒及籽粒破損嚴(yán)重[12-13]。冀東地區(qū)相對(duì)機(jī)械化水平仍然較低，如何在提高品種種植密度的同時(shí)，滿足機(jī)械化生產(chǎn)的要求，是栽培生產(chǎn)調(diào)控中亟待解決的問(wèn)題。玉米產(chǎn)量由單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重共同決定。本研究表明，冀東地區(qū)，鄭單958、京農(nóng)科828、迪卡516的最適種植密度為75 000株·hm-2時(shí)，達(dá)到產(chǎn)量最大值；MC 812的最適種植密度為60 000株·hm-2時(shí)，達(dá)到產(chǎn)量最大值，說(shuō)明在冀東地區(qū)鄭單958、京農(nóng)科828和迪卡516的耐密性高于MC 812。

灌漿特性是影響玉米產(chǎn)量的重要因素，灌漿期的長(zhǎng)短和灌漿高峰期持續(xù)時(shí)間及灌漿強(qiáng)度的大小決定了玉米籽粒干物質(zhì)積累的多少[14]。王鐵固等[15]研究表明，種植密度對(duì)玉米灌漿前期的影響較大，后期影響較小，低密度下單株的灌漿速率較高，隨著種植密度增加單株的灌漿速率有所下降。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同密度條件下，隨著吐絲后天數(shù)的增加，玉米灌漿速率均呈“先升后降”的單峰曲線變化。MC 812在75 000株·hm-2密度條件下灌漿速率最大，但60 000株·hm-2密度條件下漸增持續(xù)期較長(zhǎng)，且緩增期灌漿速率下降較慢，此期干物質(zhì)積累較多，最終使得MC 812在60 000株·hm-2密度條件下百粒重最大；鄭單958和迪卡516在90 000株·hm-2密度條件下灌漿速率最大，但75 000株·hm-2密度條件下漸增持續(xù)期較長(zhǎng)，且緩增期灌漿速率下降較慢，此期干物質(zhì)積累較多，最終使得鄭單958和迪卡516在75 000株·hm-2密度條件下百粒重最大；京農(nóng)科828在60 000株·hm-2密度條件下灌漿速率最大，但是最大灌漿速率出現(xiàn)的時(shí)間較早，緩增期灌漿速率下降較快，而75 000株·hm-2密度條件下漸增持續(xù)期較長(zhǎng)，且緩增期灌漿速率下降較慢，最終使得京農(nóng)科828在75 000株·hm-2密度條件下百粒重最大。本試驗(yàn)結(jié)果與張文斌等[16]研究結(jié)果較為一致。

灌漿速率與脫水速率呈單峰二次曲線變化，在最適密度條件下，MC 812、鄭單958、迪卡516和京農(nóng)科828含水量分別為44.14%、45.31%、46.82%和61.53%時(shí)，灌漿速率達(dá)到最大值。在整個(gè)灌漿過(guò)程中，各品種含水率變化基本趨于一致，鄭單958的含水率顯著高于迪卡516、MC 812和京農(nóng)科828，說(shuō)明鄭單958從開(kāi)始就保持較高的脫水速率。因此，提高玉米產(chǎn)量可以從栽培和育種兩方面入手。在栽培調(diào)控水平上，當(dāng)含水率在44.14%至61.53%時(shí)是籽粒灌漿速率的最快時(shí)期，因此保證此時(shí)的水肥供應(yīng)較為重要。