種植密度對(duì)夏玉米新單65 灌漿和脫水特性的影響

王育紅，周新，王海洋，王正方，沈東風(fēng)

(洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院，河南洛陽(yáng) 471023)

機(jī)械化粒收已成為我國(guó)玉米生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]，但生產(chǎn)上宜機(jī)收品種較少，主推品種收獲時(shí)籽粒含水率偏高，機(jī)械粒收過(guò)程籽粒破碎率偏高，是制約我國(guó)玉米機(jī)械粒收技術(shù)推廣的主要因素[2－4]。黃淮海區(qū)主要種植模式為一年兩熟(小麥—玉米)，光熱資源緊張，夏玉米的整個(gè)生長(zhǎng)期只有100～110 d，選育早熟、耐密、后期籽粒脫水快品種在保證玉米產(chǎn)量不降的情況下實(shí)現(xiàn)籽粒機(jī)收，可以緩解這一矛盾[5，6]。實(shí)踐證明，合理密植是玉米增產(chǎn)的有效措施之一[7－9]，種植密度對(duì)玉米籽粒灌漿過(guò)程影響顯著。在籽粒發(fā)育進(jìn)程中，脫水過(guò)程與灌漿密切相關(guān)[10]，并持續(xù)至籽粒收獲，明確玉米籽粒脫水動(dòng)態(tài)及其與灌漿的關(guān)系，對(duì)選育脫水速率快的宜機(jī)收品種有重要意義。新單65 是河南省新鄉(xiāng)農(nóng)科院玉米研究中心選育的玉米新品種，具有耐密、抗倒、高產(chǎn)、宜機(jī)收等優(yōu)點(diǎn)，研究和明確其適宜種植密度、籽粒灌漿和脫水特性，可為其推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020 年在洛陽(yáng)農(nóng)林科學(xué)院玉米綜合試驗(yàn)站試驗(yàn)田(112.3°E，34.4°N)進(jìn)行。試驗(yàn)地灌排方便，地勢(shì)平坦，便于調(diào)節(jié)和管理。肥力上中等，土壤耕層含有機(jī)質(zhì)14.52 g/kg、全氮1.16 g/kg、堿解氮106.9 mg/kg、有效磷21.24 mg/kg、速效鉀107.56 mg/kg。該試驗(yàn)區(qū)年均輻射量為491.5 kJ/cm2，年平均氣溫為14.0 ℃，日均溫超過(guò)10 ℃的活動(dòng)積溫4 200 ℃，日照時(shí)數(shù)為2 200 h，干燥度為1.34，無(wú)霜期為215～219 d。年蒸發(fā)量為1 841.7 mm，常年平均降水量為646.3 mm，且70%集中在6—9 月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用夏玉米品種新單65 為供試材料，種植密度設(shè)6.0 萬(wàn)、7.5 萬(wàn)、9.0 萬(wàn)、10.5 萬(wàn)、12.0 萬(wàn)株/hm25 個(gè)水平。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4 次重復(fù)，第1 重復(fù)為取樣區(qū)，小區(qū)行距為0.6 m，行長(zhǎng)為6 m，8 行，面積為28.8 m2。6 月8 日播種，田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

(1)農(nóng)藝及產(chǎn)量性狀。調(diào)查記錄各處理的播種期、出苗期、拔節(jié)期、抽雄期、吐絲期、蠟熟期、成熟期等生育期，并在拔節(jié)期、吐絲期和成熟期測(cè)量葉面積、干物質(zhì)積累量，在成熟期測(cè)量株高和穗位高，同時(shí)每小區(qū)取中間4 行收獲測(cè)產(chǎn)，風(fēng)干后以14%的含水量折算籽粒產(chǎn)量。采用稱重法選取10 個(gè)果穗進(jìn)行考種，測(cè)定穗粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)等。

(2)粒質(zhì)量和含水量測(cè)定。在采樣區(qū)中，選同一天散粉、生長(zhǎng)整齊一致的穗子進(jìn)行標(biāo)記。自授粉后第10 天取第1 次樣，以后每隔7 d 采樣1 次，每次取樣各小區(qū)分別從標(biāo)記植株中隨機(jī)選取3 個(gè)均勻穗，然后用尺子測(cè)量每個(gè)果穗長(zhǎng)度，用刀子從中間部位切開分為上下2 部分，從切開部位分別剝?nèi)?0粒，稱鮮質(zhì)量。在105 ℃烘箱中殺青30 min 后，65℃烘干至恒重，稱干質(zhì)量，計(jì)算籽粒百粒質(zhì)量和含水率。

籽粒含水量(%)＝(鮮質(zhì)量－干質(zhì)量)/鮮質(zhì)量×100

籽粒平均脫水速率(%·d－1)＝(前1 次含水量－后1 次含水量)/間隔時(shí)間

(3)籽粒灌漿參數(shù)。應(yīng)用Logistic 方程對(duì)籽粒灌漿過(guò)程進(jìn)行擬合，并計(jì)算導(dǎo)出相應(yīng)灌漿特征參數(shù)，對(duì)籽粒灌漿進(jìn)行生長(zhǎng)分析。

Logistic 方程:W＝K/(1＋Ae－Bt)

式中:t為開花后時(shí)間(開花日計(jì)為t0＝0)；W為花后粒質(zhì)量(開花日粒質(zhì)量計(jì)為W0)；K為理論最大百粒質(zhì)量；A、B為形狀參數(shù)，由方程一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)推導(dǎo)出灌漿參數(shù)[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對(duì)夏玉米新單65 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表1 可知，隨著種植密度的增加，夏玉米新單65 的穗粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量均表現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)；種植密度達(dá)到9.0 萬(wàn)株/hm2后再增加種植密度，穗長(zhǎng)、行粒數(shù)快速降低，差異顯著；產(chǎn)量表現(xiàn)為先增再降的趨勢(shì)，其中以種植密度10.5萬(wàn)株/hm2時(shí)產(chǎn)量最高，達(dá)到11 251.5 kg/hm2，種植密度為9.0 萬(wàn)～12.0 萬(wàn)株/hm2時(shí)，產(chǎn)量差異不顯著。

表1 不同種植密度下夏玉米新單65 產(chǎn)量及其構(gòu)成要素Table 1 The yield and its components of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

2.2 種密度對(duì)夏玉米新單65 主要農(nóng)藝性狀的影響

由表2 可知，隨種植密度增加，夏玉米新單65株高逐漸增加，當(dāng)種植密度增加到9.0 萬(wàn)株/hm2后，株高下降，但不顯著；穗位高、空稈率和倒伏率隨種植密度增加逐漸增加，吐絲期單株葉面積和干物質(zhì)積累量隨種植密度增加而降低，種植密度超過(guò)10.5 萬(wàn)株/hm2時(shí)，穗位高增加、單株葉面積和干物質(zhì)積累量降低，差異達(dá)顯著水平，空稈率增加，倒伏風(fēng)險(xiǎn)加大。綜上所述，夏玉米新單65 耐密性較好，適宜種植密度為9.0 萬(wàn)～10.5 萬(wàn)株/hm2。

表2 不同種植密度下夏玉米新單65 主要農(nóng)藝性狀Table 2 The main agronomic characters of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

2.3 種植密度對(duì)夏玉米新單65 授粉后籽粒干物質(zhì)積累和灌漿速率的影響

由圖1 可知，種植密度對(duì)夏玉米新單65 籽粒灌漿持續(xù)期無(wú)影響，籽粒干物質(zhì)積累隨灌漿時(shí)間變化呈“S”型動(dòng)態(tài)曲線，灌漿速率變化呈單峰曲線，授粉后24 d 達(dá)最大值，之后明顯下降。隨種植密度的增加，籽粒干物質(zhì)積累量和灌漿速率呈下降趨勢(shì)；且隨灌漿時(shí)間延長(zhǎng)，各處理籽粒干物質(zhì)積累差異逐漸增大，灌漿終止時(shí)差異達(dá)最大；各處理籽粒灌漿速率差異先增后減，在灌漿速率最大時(shí)差異達(dá)最大。與6.0 萬(wàn)株/hm2相比，12.0 萬(wàn)株/hm2處理籽粒干物質(zhì)積累量的下降幅度最大，最終百粒質(zhì)量為23.3 g，低15.5%，百粒最大灌漿速率為0.7 g/d，低19.1%。

圖1 不同種植密度下夏玉米新單65 籽粒干物質(zhì)積累及灌漿速率Fig.1 The dry matter accumulation and filling rate of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

2.4 種植密度對(duì)夏玉米新單65 籽粒灌漿參數(shù)及脫水特性的影響

由表3 可以看出，Logsitic 方程可以很好地?cái)M合不同種植密度下的籽粒灌漿過(guò)程(方程系數(shù)R2達(dá)0.99 以上)，可用該方程的次級(jí)參數(shù)模擬分析籽粒灌漿過(guò)程。由Logsitic 方程次級(jí)參數(shù)可看出，各處理籽粒灌漿活躍期P和達(dá)到最大灌漿速率的天數(shù)Tmax隨種植密度的增加而增加，增幅分別為1.8%～4.6%和1.0%～2.5%，差異不顯著；籽粒灌漿速率最大時(shí)的生長(zhǎng)量Wmax和最大灌漿速率Vmax隨種植密度的增加而降低。當(dāng)種植密度為12.0 萬(wàn)株/hm2時(shí)，Vmax和Wmax最低。

表3 不同種植密度下夏玉米新單65 籽粒灌漿參數(shù)Table 3 The grain filling parameters of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

由圖2 可以看出，不同種植密度下夏玉米新單65 籽粒含水量變化趨勢(shì)相似，均隨著授粉后時(shí)間增加而快速下降，各處理差異不明顯。授粉后17～31 d是籽粒含水量快速下降期，6.0 萬(wàn)～12.0 萬(wàn)株/hm25 個(gè)種植密度的玉米籽粒含水量分別降低了39.3%、36.1%、36.9%、36.0%和35.9%；授粉后52 d，籽粒含水量隨種植密度增加而提高，由24.68%增加到27.0%；7.5 萬(wàn)、9.0 萬(wàn)、10.5 萬(wàn)株/hm23 個(gè)種植密度籽粒含水量分別是25.7%、25.6%、25.7%，差異不明顯。

圖2 不同種植密度下夏玉米新單65 籽粒含水量和脫水速率Fig.2 Grain dehydration characterisics of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

夏玉米新單65 籽粒脫水速率隨授粉后時(shí)間增加呈先快后慢的下降趨勢(shì)(圖2)。授粉后17～38 d，籽粒脫水速率隨授粉后時(shí)間增加而迅速降低，種植密度6.0 萬(wàn)株/hm2處理籽粒脫水速率較高，其余處理籽粒脫水速率差異不明顯。授粉后45～52 d，籽粒平均脫水速率隨種植密度增加而降低。種植密度由6.0 萬(wàn)增至12.0 萬(wàn)株/hm2，平均脫水速率由1.39%/d 降至1.28%/d，7.5 萬(wàn)、9.0 萬(wàn)、10.5 萬(wàn)株/hm23 個(gè)種植密度籽粒脫水速率分別為 1.29%/d、1.31%/d、1.30%/d，差異不明顯。

3 討論

培育早熟耐密、籽粒脫水快、收獲時(shí)籽粒含水率低的品種是黃淮海夏玉米區(qū)推廣籽粒機(jī)械收獲技術(shù)的前提[12]。選用耐密品種并適當(dāng)提高種植密度是我國(guó)玉米產(chǎn)量提高的重要途徑[13，14]。本研究表明，夏玉米新單65 在高密度種植條件下增產(chǎn)顯著，種植密度超過(guò)10.5 萬(wàn)株/hm2時(shí)，增產(chǎn)不顯著；進(jìn)一步增加種植密度，產(chǎn)量和株高有所降低且穗位高、空稈率、倒伏倒折率升高，穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量降低。這與何海軍等的結(jié)果一致[15－17]。

籽粒灌漿屬?gòu)?fù)雜的生理代謝過(guò)程，籽粒灌漿特性受多基因控制和環(huán)境條件的影響。種植密度主要通過(guò)群體結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)光熱資源進(jìn)而影響籽粒灌漿，對(duì)灌漿過(guò)程影響顯著[18－20]。本試驗(yàn)表明，種植密度對(duì)夏玉米新單65 籽粒灌漿持續(xù)期沒有影響，這與王曉燕等結(jié)果一致[8]，但隨種植密度的增加，籽粒干物質(zhì)積累量和灌漿速率下降，且隨灌漿天數(shù)延長(zhǎng)，各處理籽粒干物質(zhì)積累量差異逐漸增大，灌漿終止時(shí)差異達(dá)最大；各處理籽粒灌漿速率差異先增后減，在灌漿速率最大時(shí)差異最大。籽粒灌漿參數(shù)P和Tmax隨種植密度增加而增加，差異不顯著；灌漿參數(shù)Vmax和Wmax隨種植密度增加而降低，當(dāng)種植密度為12.0萬(wàn)株/hm2時(shí)達(dá)最低。

關(guān)于種植密度與玉米籽粒水分含量及脫水速率的關(guān)系報(bào)道較少，且研究結(jié)論不一致[20－23]。有研究認(rèn)為，隨種植密度的增加不同粒位的籽粒灌漿速率均降低，百粒質(zhì)量減小，脫水速率加快；也有研究認(rèn)為玉米生理成熟期和收獲期籽粒含水率隨種植密度的增加而增加，脫水速率則降低。可能與選用的玉米品種和種植生態(tài)區(qū)有關(guān)。本試驗(yàn)選用夏播玉米品種，設(shè)置了5 個(gè)密度，即6.0 萬(wàn)、7.5 萬(wàn)、9.0 萬(wàn)、10.5萬(wàn)和12.0 萬(wàn)株/hm2，結(jié)果表明，玉米籽粒含水率隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)單調(diào)遞減的趨勢(shì)(Y＝0.021X2－2.600X＋103.9，R2＝0.998)，各處理差異不明顯；總體表現(xiàn)為種植密度會(huì)影響籽粒灌漿至成熟期的水分狀況，隨著密度的增加，籽粒脫水變慢，脫水速率降低，籽粒的含水率增加。有關(guān)不同密度下夏玉米籽粒灌漿和脫水的生理生化機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

隨著種植密度增加，夏玉米新單65 增產(chǎn)顯著，密度為10.5 萬(wàn)株/hm2時(shí)產(chǎn)量最高；密度為9.0 萬(wàn)～12.0 萬(wàn)株/hm2時(shí)產(chǎn)量差異不顯著，密度超過(guò)10.5萬(wàn)株/hm2時(shí)，穗位偏高，單株葉面積減少，干物質(zhì)積累下降，倒伏風(fēng)險(xiǎn)加大。籽粒灌漿參數(shù)P和Tmax隨著種植密度增加而增加，但差異不顯著；籽粒灌漿參數(shù)Vmax和Wmax隨種植密度增加而降低，種植密度超過(guò)10.5 萬(wàn)株/hm2時(shí)，降低幅度達(dá)顯著差異水平。籽粒含水量隨著授粉后時(shí)間增加而快速下降，籽粒脫水速率隨種植密度增加而降低，種植密度過(guò)大，籽粒后期脫水速率降幅明顯，不利于機(jī)收。因此，生產(chǎn)上新單65 機(jī)械粒收的適宜種植密度為9.0 萬(wàn)～10.5 萬(wàn)株/hm2。