種植密度對春玉米產(chǎn)量和莖稈力學(xué)性狀的影響

閻曉光,杜艷偉,李 洪,董紅芬,李愛軍,王國梁,周 楠

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)谷子研究所,長治 046001)

隨著我國玉米產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展,農(nóng)業(yè)勞動人口逐漸減少,勞動力成本逐年提高,尋求一種高效優(yōu)質(zhì)的玉米生產(chǎn)方式越來越重要。提高玉米生產(chǎn)整體效率,降低生產(chǎn)成本,可以有效提高我國玉米產(chǎn)業(yè)的競爭力[1-3]。機械直收玉米籽粒技術(shù)在節(jié)約勞動力成本與后期運輸倉儲成本方面的優(yōu)勢顯著,目前在我國西北地區(qū)已逐步推廣開來[4-5]。而適宜機械直收籽粒的品種必定是收獲時籽粒含水率低,抗倒性高的品種[6-8]。目前,為了獲得群體高產(chǎn),在保證植株抗倒性高的前提下,提高種植密度成為必經(jīng)之路[9-11]。然而,種植密度與植株抗倒性往往成負(fù)相關(guān)關(guān)系,如何能夠達到平衡,前人做了大量研究。郭書磊等[12]研究發(fā)現(xiàn),種植密度越高,與產(chǎn)量相關(guān)的倒伏率和莖稈壓折強度的相關(guān)性越顯著。馬曉君等[13]研究發(fā)現(xiàn),群體倒伏率與莖稈節(jié)間直徑、莖稈干重、單位莖長干物質(zhì)重呈極顯著負(fù)相關(guān),與種植密度和節(jié)間長度呈顯著正相關(guān)。任佰朝等[14]研究認(rèn)為,隨著種植密度的增加,莖稈皮層和維管束內(nèi)部厚壁細(xì)胞厚度及維管束數(shù)目均顯著下降,倒伏風(fēng)險加大。本研究以玉米新品種‘長單511’為試驗材料,通過研究不同種植密度對莖稈力學(xué)特性及產(chǎn)量的影響,探索適宜該品種的高密抗倒宜機收平衡點,以指導(dǎo)安全生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況與設(shè)計

試驗于2018年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所試驗基地進行。供試品種為‘長單511’(CD511)。試驗田為雨養(yǎng)旱作平地,壤土,前茬作物為玉米,4月30日播種,全生育期無灌溉,栽培管理措施同大田。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,設(shè)置5個種植密度,分別為M1(60 000株∕hm2)、M2(71 250株∕hm2)、M3(82 500株∕hm2)、M4(93 750株∕hm2)、M5(105 000株∕hm2),每個處理3次重復(fù),每個小區(qū)寬6 m,長15 m,共15個小區(qū)。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 莖稈硬皮穿刺強度和莖稈壓折強度

在生理成熟期選擇長勢均勻一致的植株5株,使用YYD-1型莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司),用0.01的測頭在莖稈第2—第6節(jié)間(地表由下到上依次為D2—D6)中部垂直于莖稈方向勻速緩慢插入,直至莖稈破裂,讀其最大數(shù)值,連續(xù)測定5株,取平均值,即莖稈硬皮穿刺強度。將取樣莖稈節(jié)間平放在測定儀凹槽中,快速壓下使莖稈彎曲,讀其數(shù)值,連續(xù)測定5株,取平均值,即莖稈壓折強度。

1.2.2 莖稈物理性狀與穗高系數(shù)

各小區(qū)連續(xù)測量5株植株的穗位高與株高,求平均值。用直尺測量節(jié)間長度,用游標(biāo)卡尺測量節(jié)間直徑,連續(xù)測量5株,取平均值。穗高系數(shù)=穗位高∕株高。

1.2.3 倒伏率及產(chǎn)量

收獲前調(diào)查各小區(qū)倒伏率、成穗數(shù)。10月3日統(tǒng)一收獲,每小區(qū)取20 m2進行測產(chǎn),取10個代表性果穗進行室內(nèi)考種。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件作圖,采用SPSS 19.0軟件進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對玉米莖稈節(jié)間長度和直徑的影響

由表1可知,隨著種植密度的提高,莖稈節(jié)間長度依次變長,各密度處理間D2節(jié)長度變化不明顯;M5和M4密度處理下D3節(jié)長度與其余3個密度處理差異均達顯著水平,M3與M1密度處理間差異達顯著水平,M2—M5的D3節(jié)間長度比M1分別增加了7.21%、10.24%、20.48%和24.45%;D4節(jié)長度變化表現(xiàn)和D3基本一致,M2—M5的D4節(jié)間長度比M1分別增加了7.83%、12.69%、21.17%和23.23%;M5處理下D5節(jié)長度與M1處理間差異達顯著水平,其余處理間差異不顯著,M2—M5的D5節(jié)間長度比M1分別增加了2.73%、5.4%、10.38%和13.46%;M2—M5處理的D2—D6節(jié)間平均長度比M1分別降低了3.7%、6.14%、11.28%和13.22%。

隨著種植密度的增大,莖稈節(jié)間直徑依次變小。M2—M5處理的D2節(jié)間直徑比M1分別降低了1.68%、5.71%、9.97%和14.97%;M2—M5處理的D3節(jié)間直徑比M1分別降低了3.42%、7.57%、11.04%和16.63%;M2—M5的D4節(jié)間直徑比M1分別降低了4.86%、5.84%、9.46%和13.64%;M2—M5的D5節(jié)間直徑比M1分別降低了2.24%、5.09%、8.17%和9.4%;M2—M5的D6節(jié)間直徑比M1分別降低了1.41%、3.1%、4.45%和8.02%;M2—M5處理的D2—D6節(jié)間平均直徑比M1分別降低了2.75%、5.55%、8.77%和12.81%(表1)。

2.2 種植密度對玉米莖稈硬皮穿刺強度的影響

由圖1可知,莖稈硬皮穿刺強度隨著密度的增加呈降低趨勢,隨著莖稈節(jié)位的上升也呈現(xiàn)出降低趨勢。M2—M5的D2節(jié)硬皮穿刺強度比M1分別降低了0.98%、2.89%、3.74%和3.8%;M2—M5的D3節(jié)硬皮穿刺強度比M1分別降低了0.5%、1.38%、8.45%和15.22%;M2—M5的D4節(jié)硬皮穿刺強度比M1分別降低了1.36%、4.4%、13.12%和19.31%;M2—M5的D5節(jié)硬皮穿刺強度比M1分別降低了2.2%、2.58%、1.48%和7.03%;M2—M5的D6節(jié)硬皮穿刺強度比M1分別降低了2.78%、6.31%、4.36%和9.69%。

圖1 種植密度對玉米莖稈穿刺強度的影響Fig.1 Effects of planting density on puncture strength of maize

2.3 種植密度對玉米莖稈壓折強度的影響

由圖2可知,莖稈壓折強度的變化趨勢與莖稈硬皮穿刺強度變化趨勢基本一致。M2—M5的D2節(jié)壓折強度比M1分別降低了1.11%、1.59%、8.27%和18.42%;M2—M5的D3節(jié)壓折強度比M1分別降低了2.19%、12.09%、13.32%和22.41%;M2—M5的D4節(jié)壓折強度比M1分別降低了2.46%、8.96%、16.13%和24.03%;M2—M5的D5節(jié)壓折強度比M1分別降低了2.58%、8.67%、11.39%和18.77%;M2—M5的D6節(jié)壓折強度比M1分別降低了4.68%、6.86%、13.67%和16.57%。

圖2 種植密度對玉米莖稈壓折強度的影響Fig.2 Effects of planting density on the compressive strength of corn stalk

2.4 種植密度對玉米倒伏率的影響

由圖3可知,在M1、M2和M3三個種植密度下植株未發(fā)生倒伏。M4密度下發(fā)生輕微倒伏,倒伏率為1.6%。M5密度下倒伏率達10.5%,對整個群體產(chǎn)生嚴(yán)重影響。故M4為該品種在本區(qū)域的種植密度上限值。

圖3 種植密度對玉米倒伏率的影響Fig.3 Effects of planting density on lodging rate of maize

2.5 種植密度對玉米產(chǎn)量的影響

由表2可知,隨著密度的增加,CD511的穗高系數(shù)逐漸增加,M5和M1處理間差異達顯著水平,其余處理間差異不顯著;成穗率呈逐漸降低趨勢,M1、M2、M3處理間差異不顯著,M4和M5處理間差異達顯著水平;穗粒數(shù)顯著降低,各處理間差異均達顯著水平;千粒重逐漸降低,M5與M1處理間差異達顯著水平,其余處理間差異不顯著;產(chǎn)量從高到低依次為M4>M5>M3>M2>M1,但M4與M5處理間差異不顯著,M2—M5與M1相比,分別增產(chǎn)3.34%、8.88%、15.93%和15.14%。

表2 種植密度對玉米產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of planting density on corn yield

2.6 不同種植密度下產(chǎn)量與莖稈物理性狀的相關(guān)分析

由表3可知,莖稈壓折強度、莖稈穿刺強度、節(jié)間直徑和產(chǎn)量之間均呈顯著負(fù)相關(guān),節(jié)間長度與產(chǎn)量之間呈極顯著正相關(guān)。

表3 不同種植密度下產(chǎn)量與莖稈物理性狀的相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis of yield and physical properties of culm under different planting densities

3 結(jié)論與討論

增加玉米種植密度是獲得群體高產(chǎn)的有效途徑,但在種植密度提高的同時,倒伏風(fēng)險也在加大。因此在追求品種高產(chǎn)時,要克服高種植密度與倒伏的相互矛盾。玉米莖倒的發(fā)生與株高、穗位高、莖稈節(jié)間長度、直徑、莖稈力學(xué)特性等指標(biāo)有關(guān)[15-17]。本研究發(fā)現(xiàn),‘CD511’隨著種植密度的升高,其莖稈從地表往上第2—第6節(jié)間長度依次變長,直徑變小,其變化在第3節(jié)、第4節(jié)、第5節(jié)最為顯著,莖稈節(jié)間長度在M4與M5兩個高密度處理中差異并不顯著,莖稈直徑在M4與M5兩個高密度處理中有顯著差異,這與谷利敏等[18]在種植密度對夏玉米莖稈特性的研究結(jié)果一致。勾玲等[19]研究表明,玉米莖稈壓碎強度與莖倒伏呈顯著負(fù)相關(guān)[17],本研究發(fā)現(xiàn),隨著密度的增加,莖稈硬皮穿刺強度和壓折強度均表現(xiàn)為降低,第3節(jié)、第4節(jié)降低顯著,‘CD511’的莖倒高風(fēng)險發(fā)生在基部第3節(jié)、第4節(jié),在莖稈硬皮穿刺強度和壓折強度方面,M5處理相比M4處理在第3節(jié)、第4節(jié)、第5節(jié)有個斷崖式下跌,說明M5密度下,莖倒風(fēng)險較高,這與黃璐等[20]的研究結(jié)果一致。當(dāng)密度達到M5時,倒伏率達到10%以上,對生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響;綜上,產(chǎn)量表現(xiàn)最好的為M4處理,即93 750株∕hm2,基本達到‘長單511’在本區(qū)域栽培條件下的安全生產(chǎn)密度上限。