黃淮海區(qū)域現(xiàn)代夏玉米品種產(chǎn)量與資源利用效率的差異分析

劉昕萌 程 乙 劉玉文 龐尚水 葉秀芹 卜艷霞 張吉旺 趙 斌 任佰朝 任 昊,* 劉 鵬,*

黃淮海區(qū)域現(xiàn)代夏玉米品種產(chǎn)量與資源利用效率的差異分析

劉昕萌1程 乙1劉玉文2龐尚水3葉秀芹3卜艷霞3張吉旺1趙 斌1任佰朝1任 昊1,*劉 鵬1,*

1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/ 作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東泰安 271018;2商河縣農(nóng)業(yè)局, 山東濟(jì)南 251600;3濟(jì)南新綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司, 山東濟(jì)南 251619

品種改良對(duì)夏玉米單產(chǎn)的提升有重要貢獻(xiàn), 但目前對(duì)現(xiàn)代夏玉米品種間產(chǎn)量形成差異的原因尚不明確。本研究在商河國(guó)家農(nóng)作物品種展示示范中心設(shè)置大田試驗(yàn), 選用我國(guó)黃淮海區(qū)域近年來審定或?qū)⒁獙彾ǖ?90個(gè)玉米品種, 于玉米完熟期進(jìn)行植株取樣, 測(cè)定不同品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、完熟期干物質(zhì)積累與分配、氮素的積累、分配與利用以及光溫利用效率, 探究不同夏玉米品種的產(chǎn)量及資源利用效率的差異及其形成原因。不同品種的夏玉米產(chǎn)量存在顯著差異, 收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重對(duì)產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)分別為0.57、1.00和0.88, 表明品種間產(chǎn)量差異主要由穗粒數(shù)的變化影響。植株的干物質(zhì)和氮素的積累與分配均對(duì)夏玉米產(chǎn)量有極顯著影響, 與籽粒產(chǎn)量<7 t hm–2的品種相比, 7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0和>11.0 t hm–2產(chǎn)量范圍內(nèi)的品種植株群體總干物質(zhì)積累量分別提高了12.25%、20.52%、29.61%、40.11%和54.04%; 籽粒氮素積累量分別提高了16.62%、24.85%、38.45%、48.42%和68.41%; 籽粒干物質(zhì)分配比例分別增加了5.11%、9.93%、13.32%、15.51%和17.94%, 籽粒氮素分配比例分別增加了4.09%、7.24%、7.37%、7.31%和10.91%; 籽粒光能利用效率分別提高了12.50%、21.25%、30.00%、41.25%和55.00%; 籽粒溫度利用效率分別提高了11.36%、20.45%、29.55%、39.77%和53.41%。高產(chǎn)玉米品種通過提高玉米群體干物質(zhì)和氮素積累量, 增加籽粒干物質(zhì)及氮素分配比例, 提高植株氮素和光溫利用效率, 促進(jìn)產(chǎn)量構(gòu)成三因素的協(xié)同提升, 特別是穗粒數(shù)的提升, 從而實(shí)現(xiàn)夏玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)。

夏玉米品種; 產(chǎn)量構(gòu)成; 干物質(zhì)積累; 氮素分配; 光溫利用效率

玉米(L.)是我國(guó)第一大糧食作物, 具有單株生產(chǎn)力高、作物生長(zhǎng)迅速等特點(diǎn), 其作為主要糧食、經(jīng)濟(jì)和飼料作物, 對(duì)支撐我國(guó)糧食戰(zhàn)略安全具有重要作用[1]。隨著我國(guó)人口持續(xù)增長(zhǎng), 人民生活水平逐步提高, 預(yù)計(jì)2030年我國(guó)糧食需求量要提高40%[2]。然而, 隨著耕地面積的剛性減少, 依靠增加糧食種植面積提高總產(chǎn)量已經(jīng)非常困難, 提高單位面積的糧食生產(chǎn)能力成為保障我國(guó)糧食安全的重要途徑[2]。品種的改良對(duì)提高作物生產(chǎn)潛力和作物單產(chǎn)具有重要作用, 當(dāng)前作物單產(chǎn)的提升有35%～40%的比例來源于品種的改良[3]。

玉米產(chǎn)量的高低取決于合理的產(chǎn)量構(gòu)成因素, 受控于諸多內(nèi)外影響因素[4]。其中干物質(zhì)的積累是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ), 在一定范圍內(nèi), 產(chǎn)量隨干物質(zhì)積累量的增加而增加[5]。干物質(zhì)的積累量取決于玉米群體對(duì)光溫資源和氮肥資源的吸收利用, 當(dāng)前縮減玉米產(chǎn)量差的限制因素并不是光、溫和氮肥資源不足, 而是對(duì)其利用效率較低, 因此選用光、溫、肥料利用效率較高的玉米品種, 對(duì)夏玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)具有重要意義[6-8]。前人雖已對(duì)新老玉米品種的產(chǎn)量性狀[9-12]、生育特性[12-13]、光合性能[14-15]等方面進(jìn)行對(duì)比分析, 但隨著黃淮海區(qū)域夏玉米新育成品種數(shù)量不斷增加, 了解新品種產(chǎn)量形成的規(guī)律, 對(duì)種植品種的選擇和新品種的選育均具有重要意義。本試驗(yàn)以黃淮海地區(qū)近年來審定的或?qū)⒁獙彾ǖ?90個(gè)玉米品種為試驗(yàn)材料, 分析不同產(chǎn)量層次品種產(chǎn)量構(gòu)成因素、干物質(zhì)和氮素的積累與分配以及氮素、光溫的資源利用效率, 旨在探明不同產(chǎn)量層次品種氮素和光溫資源利用差異, 以期為玉米高產(chǎn)高效品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2016年在商河國(guó)家新品種展示示范中心(37°19′N, 117°12′E)進(jìn)行, 選用我國(guó)黃淮海夏玉米區(qū)新育成的390個(gè)玉米品種為試驗(yàn)材料(附表1)。于6月10日播種, 種植密度為各品種的適宜密度, 行距60 cm, 株距按照適宜密度進(jìn)行調(diào)整。各品種隨機(jī)排列, 3次重復(fù), 小區(qū)面積6 m × 10 m。播種前0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)15.76 g kg–1、全氮1.52g kg–1、堿解氮95.26mg kg–1、速效磷22.30mg kg–1、速效鉀115.26mg kg–1。播種前統(tǒng)一撒施300 kg hm–2(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)的復(fù)合肥。小喇叭口和大喇叭口期各追施尿素150 kg hm–2。玉米生長(zhǎng)期間, 保證水分供應(yīng), 采用統(tǒng)一的植保方案防控病蟲害。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 氣象數(shù)據(jù) 采用安裝在試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的小型農(nóng)業(yè)氣象站(2900E, Spectrum, 美國(guó))實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)氣象要素。

1.2.2 植株干物質(zhì)積累量 于籽粒成熟期, 每個(gè)重復(fù)取植株3株, 按照莖稈、葉片、籽粒等部分分解后, 105℃殺青30 min, 然后80℃烘干至恒重, 稱重。

1.2.3 籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 在籽粒成熟期,每個(gè)小區(qū)收獲9 m2的全部果穗, 測(cè)定產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素, 用谷物水分測(cè)定儀測(cè)定籽粒含水量, 折算為14%含水量時(shí)的籽粒產(chǎn)量。

1.2.4 植株全N含量 植株干樣粉碎過篩后, 用濃H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮, 采用SEAL AA3型(德國(guó))連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定。

1.3 計(jì)算方法

莖稈干物質(zhì)分配(%) = 莖稈干物質(zhì)積累量(t hm–2)/植物干物質(zhì)積累量(t hm–2)×100;

葉片干物質(zhì)分配(%) = 葉片干物質(zhì)積累量(t hm–2)/植物干物質(zhì)積累量(t hm–2)×100;

籽粒干物質(zhì)分配(%) = 籽粒干物質(zhì)積累量(t hm–2)/植物干物質(zhì)積累量(t hm–2)×100;

莖稈氮素分配(%) = 莖稈氮素積累(kg hm–2)/植株氮素積累量(kg hm–2)×100;

葉片氮素分配(%) = 葉片氮素積累(kg hm–2)/植株氮素積累量(kg hm–2)×100;

籽粒氮素分配(%) = 籽粒氮素積累(kg hm–2)/植株氮素積累量(kg hm–2)×100;

氮素偏生產(chǎn)力(kg kg–1) = 籽粒產(chǎn)量(kg hm–2)/總施氮量(kg hm–2);

干物質(zhì)光能利用效率(g MJ–1) = 單位面積地上部干物質(zhì)積累量(g m–2)/單位面積的太陽輻射截獲總量(MJ m–2);

干物質(zhì)溫度利用效率(kg hm–2℃–1) = 單位面積地上部干物質(zhì)積累量(kg hm–2) /生育期間有效積溫(℃);

籽粒光能利用效率(g MJ–1) = 單位面積地上部籽粒產(chǎn)量(g m–2)/單位面積的太陽輻射截獲總量(MJ m–2);

籽粒溫度利用效率(kg hm–2℃–1) = 單位面積地上部籽粒產(chǎn)量(kg hm–2) /生育期間有效積溫(℃)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 18.0進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和相關(guān)分析; 采用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表1可知, 將390個(gè)品種根據(jù)籽粒產(chǎn)量水平劃分為<7.0、7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0和>11.0 t hm–2六個(gè)層次。其中產(chǎn)量<7 t hm–2的平均產(chǎn)量為6.42 t hm–2, 7.0～8.0 t hm–2的平均產(chǎn)量為7.56 t hm–2, 8.0～9.0 t hm–2的平均產(chǎn)量為8.54 t hm–2, 9.0～10.0 t hm–2的平均產(chǎn)量為9.47 t hm–2, 10.0～11.0 t hm–2的平均產(chǎn)量為10.41 t hm–2, >11.0 t hm–2的平均產(chǎn)量為11.47 t hm–2。

收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均與籽粒產(chǎn)量呈顯著線性正相關(guān)(圖1), 390個(gè)品種的收獲穗數(shù)平均為6.55×104hm–2, >11.0 t hm–2產(chǎn)量水平分別比<7.0、7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0和10.0～11.0 t hm–2產(chǎn)量水平的收獲穗數(shù)提高13.08%、13.99%、9.92%、5.82%和3.35%。390個(gè)品種的穗粒數(shù)平均為531.75, >11.0 t hm–2產(chǎn)量水平分別比<7.0、7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0和10.0～11.0 t hm–2產(chǎn)量水平的穗粒數(shù)提高30.51%、20.53%、10.92%、6.18%和3.04%。390個(gè)品種的千粒重平均為316.99 g, >11.0 t hm–2產(chǎn)量水平分別比<7.0、7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0和10.0～11.0 t hm–2產(chǎn)量水平的千粒重提高19.54%、10.25%、9.83%、7.31%和3.36% (表1)。

收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重對(duì)夏玉米產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)分別為0.57、1.00和0.88 (表2), 決定系數(shù)2=0.96。各性狀的直接通徑系數(shù)從大到小依次為穗粒數(shù)、千粒重、收獲穗數(shù)。收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的間接系數(shù)均為負(fù)值, 說明三因素之間互相拮抗; 由圖2可以看出, 分析不同產(chǎn)量層次三因素的影響系數(shù)從<7 t hm–2到7.0～8.0 t hm–2產(chǎn)量層次千粒重直接影響系數(shù)較高, 而從7.0～8.0 t hm–2水平繼續(xù)增產(chǎn), 則為穗粒數(shù)的直接影響系數(shù)更高。

2.2 不同品種完熟期干物質(zhì)積累與分配

群體干物質(zhì)積累與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(< 0.01, 圖3)。7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0和>11.0 t hm–2產(chǎn)量水平的莖稈干物質(zhì)積累量較<7 t hm–2產(chǎn)量水平的分別提高了8.09%、10.97%、15.83%、22.48%和31.47%; 葉片干物質(zhì)積累量分別提高6.27%、9.80%、13.73%、20.78%和29.02%; 籽粒干物質(zhì)積累量分別提高17.78%、32.44%、47.11%、61.93%和82.07%; 植株群體總干物質(zhì)積累量分別提高12.25%、20.52%、29.61%、40.11%和54.04%; 莖稈干物質(zhì)分配比例分別降低4.05%、8.82%、12.00%、14.65%和17.18%; 葉片干物質(zhì)分配比例分別降低5.14%、8.77%、12.22%、13.56%和16.01%; 籽粒干物質(zhì)分配比例分別提高5.11%、9.93%、13.32%、15.51%和17.94%。高產(chǎn)量水平的夏玉米品種, 群體干物質(zhì)積累與籽粒的干物質(zhì)分配均增加, 而莖稈、葉片的干物質(zhì)分配比例均下降(表3)。

圖1 不同品種籽粒產(chǎn)量與收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的擬合分析

***表示線性回歸結(jié)果在< 0.001水平差異顯著。

***indicates that the linear regression results were significant difference at the 0.001 probability level.

表1 不同產(chǎn)量層次夏玉米的產(chǎn)量構(gòu)成因素

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(< 0.05)

Values followed by different letters in the same column meant significant difference among treatments at the 0.05 probability level.

表2 夏玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的通徑分析

圖2 不同產(chǎn)量水平夏玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的通徑分析

VA表示變量, DC表示直接系數(shù), AE表示收獲穗數(shù), GN表示穗粒數(shù), KW表示千粒重,2表示決定系數(shù)。表格中數(shù)據(jù)分別代表鄰近2個(gè)產(chǎn)量水平的通徑直接系數(shù)。

VA: variables; DC: direct coefficient; AE: actual ears; GN: grain number per ear; KW: 1000-kernel weight;2: determination coefficient. The data in the table represent the direct path coefficients for the two adjacent production levels.

表3 不同產(chǎn)量層次品種干物質(zhì)積累與分配的差異

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(< 0.05)。

Values followed by different letters in the same column meant significant difference among treatments at the 0.05 probability level.

圖3 不同品種籽粒產(chǎn)量與群體干物質(zhì)的相關(guān)分析

2.3 不同品種氮素積累、分配與利用

7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0和>11.0 t hm–2產(chǎn)量水平的品種莖稈氮素積累量較<7 t hm–2產(chǎn)量水平的分別提高了12.04%、13.16%、20.52%、31.38%和31.97%; 葉片氮素積累量分別提高了0.53%、2.89%、9.32%、16.85%和21.09%; 籽粒氮素積累量分別提高了16.89%、26.89%、36.19%、46.84%和63.11%; 植株群體總氮素積累量分別提高了12.09%、18.34%、26.55%、36.54%和46.52%。產(chǎn)量在7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0和>11.0 t hm–2范圍內(nèi)的品種莖稈氮素分配比例較產(chǎn)量范圍<7 t hm–2的分別降低了?0.36%、4.18%、4.13%、3.33%和9.11%; 葉片氮素分配比例分別降低了10.24%、12.93%、13.72%、14.38%和17.34%; 籽粒氮素分配比例分別提高了4.09%、7.24%、7.37%、7.31%和10.91% (表4); 氮肥偏生產(chǎn)力分別提高了17.86%、32.49%、47.14%、62.08%和82.24% (圖4)。

2.4 不同品種光溫利用效率

品種平均籽粒光能利用效率為0.48 g MJ–1, 平均籽粒溫度利用效率為5.25 kg hm–2℃–1, 產(chǎn)量在7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0和>11.0 t hm–2范圍內(nèi)的品種籽粒光能利用效率較產(chǎn)量范圍<7 t hm–2的分別提高了17.14%、31.43%、45.71%、60.00%和77.14%, 籽粒溫度利用效率分別提高了17.68%、32.98%、47.49%、62.01%和78.63% (表5)。

表4 不同產(chǎn)量層次夏玉米氮素積累與分配

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(< 0.05)。

Values followed by different letters in the same column meant significant difference among treatments at the 0.05 probability level.

圖4 不同產(chǎn)量層次夏玉米氮肥偏生產(chǎn)力

所有品種平均干物質(zhì)光能利用效率為1.00 g MJ–1, 平均干物質(zhì)溫度利用效率為10.94 kg hm–2℃–1, 產(chǎn)量在7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0和>11.0 t hm–2范圍內(nèi)的品種干物質(zhì)光能利用效率較產(chǎn)量范圍<7 t hm–2的分別提高了9.88%、19.75%、29.63%、39.51%和49.38%, 干物質(zhì)溫度利用效率分別提高了11.05%、20.73%、30.30%、40.66%和50.68% (表5)。

3 討論

由于當(dāng)前眾多不合理因素, 黃淮海夏玉米區(qū)存在較大產(chǎn)量差的同時(shí), 資源利用效率差距也較大, 分析不同產(chǎn)量層次夏玉米品種的物質(zhì)生產(chǎn)及資源利用能力, 對(duì)提高玉米單產(chǎn)具有重要意義[8]。籽粒產(chǎn)量與單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系[16], 但產(chǎn)量構(gòu)成三因素之間存在負(fù)相關(guān)性[16],本研究與前人研究結(jié)果相似, 產(chǎn)量構(gòu)成三因素之間間接通徑系數(shù)均成負(fù)數(shù)。在穩(wěn)定穗粒數(shù)和千粒重的同時(shí), 提高單位面積穗數(shù)是當(dāng)前農(nóng)藝管理提高產(chǎn)量的主要措施[17-18]?？赂淼萚17]研究表明, 協(xié)調(diào)發(fā)展群體粒數(shù)和千粒重是玉米獲得更高產(chǎn)量的基礎(chǔ)。王利青等[18]通過對(duì)我國(guó)1970s—2010s五個(gè)生產(chǎn)中大面積種植的玉米品種的研究表明, 品種增密增產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)主要是由于其增密后保證較高的有效穗數(shù)和相對(duì)穩(wěn)定的千粒重, 彌補(bǔ)了穗粒數(shù)降低的損失。本研究發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)品種的單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重與籽粒產(chǎn)量均呈正相關(guān), 而對(duì)產(chǎn)量提升貢獻(xiàn)最大的是品種穗粒數(shù)的增加、其次是千粒重和單位面積穗數(shù), 高產(chǎn)品種產(chǎn)量三因素協(xié)同提高, 造成差異的原因可能是新育成品種中高產(chǎn)量水平品種耐密性增強(qiáng), 從而在增加千粒重的同時(shí)突出穗粒數(shù)的貢獻(xiàn)系數(shù)[1]。

玉米群體干物質(zhì)積累與分配特征決定著玉米的產(chǎn)量水平, 提高群體收獲指數(shù), 促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移, 提高籽粒干物質(zhì)的積累量和干物質(zhì)分配比例是產(chǎn)量提高的根本途徑[19-20]。但不同品種玉米干物質(zhì)積累、分配和轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率存在較大差異, 從而造成產(chǎn)量差異[21-23]。本試驗(yàn)研究表明不同產(chǎn)量水平夏玉米品種干物質(zhì)積累量和干物質(zhì)向籽粒的分配存在巨大的差異, 產(chǎn)量在7.0～8.0、8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0和>11.0 t hm–2范圍內(nèi)的籽粒干物質(zhì)分配比例較產(chǎn)量<7 t hm–2的分別提高了5.11%、9.93%、13.32%、15.51%和17.94%, 這可能是籽粒產(chǎn)量提升的主要原因。

表5 不同產(chǎn)量層次夏玉米干物質(zhì)及籽粒層面光溫資源利用效率

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(< 0.05)

Values followed by different letters in the same column meant significant difference among treatments at the 0.05 probability level.

養(yǎng)分吸收是生物量積累的基礎(chǔ), 也是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。玉米品種的生物學(xué)特性決定了其養(yǎng)分吸收規(guī)律[1]。而不同品種玉米在氮素吸收利用上存在差異, 花后促進(jìn)更多的氮素向籽粒中分配, 有利于促進(jìn)籽粒充實(shí), 增加產(chǎn)量[24-25]。劉梅等[26]研究表明, 隨品種更替, 玉米新品種植株氮素積累量呈逐漸增加的趨勢(shì), 近代玉米品種吸收的氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)和分配的比例也顯著增加, 有助于產(chǎn)量的提升。徐翔玉等[27]研究表明, 不同玉米品種各個(gè)器官的養(yǎng)分轉(zhuǎn)移差異很大, 高產(chǎn)品種灌漿期開始除籽粒外的器官都轉(zhuǎn)為源器官, 同時(shí)植株還有較高的吸收氮素能力, 促進(jìn)植株氮素利用效率的提升。本研究表明, 高產(chǎn)量水平品種在生育后期籽粒氮素積累量和分配占比較其他產(chǎn)量水平品種顯著增加, 從而促進(jìn)了產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力的協(xié)同提升。

光溫利用效率反映作物高效利用光溫來提高籽粒產(chǎn)量的性能。玉米品種因其自身基因型的不同, 所以其對(duì)光溫資源的利用有顯著差異[28-32], 王勇等[28]研究表明, 品種更替在提高玉米產(chǎn)量的同時(shí), 熱量和輻射利用率均得到提高。王洪章等[8]研究表明, 當(dāng)前山東省農(nóng)戶種植玉米與高產(chǎn)種植之間存在2.72 t hm–2、0.43 g MJ–1和0.27 kg hm–2℃–1的產(chǎn)量差、光能、溫度利用效率差, 而種植更高光溫效率的品種是解決這一差異的重要途徑。本試驗(yàn)研究表明, 高產(chǎn)玉米品種的籽粒和干物質(zhì)對(duì)光能、溫度利用效率顯著高于其他產(chǎn)量水平, 這表明提高作物光溫利用效率依舊是獲得高產(chǎn)的前提。

4 結(jié)論

當(dāng)前黃淮海區(qū)域現(xiàn)代玉米品種籽粒平均產(chǎn)量為8.91 t hm–2, 其中單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的直接通徑系數(shù)分別為0.57、1.00和0.88, 穗粒數(shù)對(duì)品種間產(chǎn)量的提升貢獻(xiàn)率更高。高產(chǎn)水平品種光溫資源利用率提高, 氮素和干物質(zhì)的積累量及向籽粒的分配比例增加, 從而獲得更高的產(chǎn)量和氮素利用效率。

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Difference analysis of yield and resource use efficiency of modern summer maize varieties in Huang-Huai-Hai region

LIU Xin-Meng1, CHENG Yi1, LIU Yu-Wen2, PANG Shang-Shui3, YE Xiu-Qin3, BU Yan-Xia3, ZHANG Ji-Wang1, ZHAO Bin1, REN Bai-Zhao1, REN Hao1,*,and LIU Peng1,*

1College of Agronomy, Shandong Agricultural University / State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong, China;2Shanghe Agriculture Bureau, Jinan 251600, Shandong, China;3Jinan New Oasis Agricultural Development Co., LTD., Jinan 251619, Shandong, China

Variety improvement plays an important role in improving the yield per unit area of summer maize, but the reasons for the yield difference between modern summer maize varieties are not clear at present. The experiment was conducted at the National Demonstration Center for Crop Varieties in Shanghe. 390 maize varieties approved or to be approved in Huang-Huai-Hai rivers region of China were selected. To explore the yield and resource use efficiency differences of different summer maize varieties and their causes, plant samples were taken at maize maturity stage to determine yield and its components, dry matter accumulation and distribution, nitrogen accumulation, distribution and utilization, and radiation and thermal utilization efficiency of different varieties at maturity stage. There were significant differences in yield among different varieties of summer maize. The direct path coefficients of number of harvested ear, grain number per ear, and 1000-grain weight on yield were 0.57, 1.00, and 0.88, respectively, indicating that the yield difference among varieties were mainly affected by the change of grain number per ear. The accumulation and distribution of dry matter and nitrogen had significant effects on summer maize yield. Compared with that in the yield range of <7 t hm–2, the total dry matter of the plant population in the yield range of 7.0–8.0, 8.0–9.0, 9.0–10.0, 10.0–11.0, and >11.0 t hm–2was increased by 12.25%, 20.52%, 29.61%, 40.11%, and 54.04%, respectively. Grain nitrogen accumulation was increased by 16.62%, 24.85%, 38.45%, 48.42%, and 68.41%, respectively. Grain dry matter allocation was increased by 5.11%, 9.93%, 13.32%, 15.51%, and 17.94%, and grain nitrogen allocation was increased by 4.09%, 7.24%, 7.37%, 7.31%, and 10.91%, respectively. The radiation use efficiency of grain was increased by 12.50%, 21.25%, 30.00%, 41.25%, and 55.00%, respectively. The thermal utilization efficiency of grain was increased by 11.36%, 20.45%, 29.55%, 39.77%, and 53.41%, respectively. To achieve high-yielding and high-efficient production of summer maize, high-yielding maize varieties were improved dry matter and nitrogen accumulation in maize population, increased the proportion of dry matter and nitrogen distribution in grain, improved the utilization efficiency of nitrogen, radiation and thermal in plant, and promoted the synergistic improvement of yield components, especially the increase of grain number per ear.

summer maize varieties; yield composition; dry matter accumulation; nitrogen distribution; utilization efficiency of radiation and thermal

10.3724/SP.J.1006.2023.23050

本研究由山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(LJNY202103)和山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目(SDAIT-02-08)資助。

This study was supported by the Shandong Provincial Key Research and development program (LJNY202103) and the Shandong Province Key Agricultural Project for Application Technology Innovation (SDAIT-02-08).

任昊, E-mail: renhao93@sdau.edu.cn; 劉鵬, E-mail: liupengsdau@126.com

E-mail: Lxm1364959789@163.com

2022-06-21;

2022-09-05;

2022-09-19.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220916.1807.006.html

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