不同熟期玉米品種生長發(fā)育特性與產(chǎn)量形成研究

張 晶，趙云娟，張定一，張建宏，王建軍，段 峰，李民祥，申虎飛

（1. 山西農(nóng)業(yè)大學 小麥研究所，山西 臨汾 041000；2. 臨汾市農(nóng)業(yè)生態(tài)保護發(fā)展中心，山西 臨汾 041000；3. 臨汾市鄉(xiāng)村振興研究院，山西 臨汾 041000；4. 蒲縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山西 臨汾 041000）

玉米是我國重要的糧食作物，同時又可作飼用和工業(yè)原料，種植面積居全國糧食作物之首，已成為我國第一大糧食作物，其產(chǎn)量對我國糧食安全有重要的意義［1?3］。玉米生育期直接影響其對光溫資源的利用和干物質積累，進而直接影響產(chǎn)量［4?5］。冷涼區(qū)目前種植的春玉米品種多為中晚熟甚至晚熟品種，而晚熟品種在該區(qū)域產(chǎn)量、適應性、經(jīng)濟效益等方面并沒有明顯優(yōu)勢［6?8］。晉南冷涼區(qū)無霜期短，熱量資源有限，導致玉米生育期縮短，同時早霜凍是主要的氣象災害之一，早霜凍發(fā)生主要表現(xiàn)在后期所需有效積溫不足，玉米穗粒不能正常成熟，灌漿不飽滿，造成嚴重減產(chǎn)，最嚴重時減產(chǎn)50%以上。低溫冷害已經(jīng)成為玉米生產(chǎn)過程中的主要制約因素，與玉米后期的產(chǎn)量有緊密聯(lián)系［9］。因此，選擇適宜熟期玉米品種是晉南冷涼區(qū)玉米獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關鍵。為此，以不同熟期玉米品種為材料，研究其生育進程、葉面積指數(shù)、SPAD 值、地上部干質量、灌漿過程中百粒質量和單穗鮮質量的變化以及產(chǎn)量的差異，以期為晉南冷涼區(qū)高產(chǎn)、優(yōu)質玉米的選擇提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及試驗設計

試驗于2022 年在山西農(nóng)業(yè)大學小麥研究所隰縣試驗站（36°40′5″N、110°55′59″E）進行。

供試材料為3 個不同熟期的玉米品種和育187（早熟）、迪卡1563（中早熟）和先達6018（中晚熟）。采用大區(qū)設計，大區(qū)面積10 m×400 m=4 000 m2，劃分3 個取樣小區(qū)。4 月25 日機械播種，種植密度為66 600 株/hm2，寬窄行種植，等行距（60 cm）?；┛蒯尫剩∟∶P2O5∶K2O 為26∶12∶13）750 kg/hm2，按高產(chǎn)田水平進行田間管理，9 月25 日收獲。試驗地玉米全生育期的月降雨量和月均溫如圖1 所示。

圖1 試驗地月降水量和月均溫

1.2 測定項目及方法

1.2.1 生育時期 人工觀察記載玉米的出苗期、吐絲期和成熟期。各生育時期的調(diào)查記載標準以小區(qū)內(nèi)出現(xiàn)該時期特定生理性狀的植株數(shù)達到全小區(qū)總植株數(shù)的60%以上時為時間記載點。

1.2.2 葉面積指數(shù) 于苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期和灌漿期測定葉片長度和寬度，利用長寬系數(shù)法計算葉面積，并計算葉面積指數(shù)。單葉葉面積=長×寬×0.75；葉面積指數(shù)=（單株總葉面積×株數(shù)）/面積。

1.2.3 棒三葉SPAD 值 于吐絲后0、9、18、27、36、45、54 d 在小區(qū)內(nèi)隨機選取10 株玉米，在9：00—11：00用SPAD-502 葉綠素計測定玉米棒三葉（穗上葉、穗位葉、穗下葉）的SPAD 值，測定部位為玉米葉片長度的50%處，避開葉脈位置。

1.2.4 地上部干質量 于苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、成熟期，每個處理選擇3 株玉米，成熟期樣品按葉片、莖稈、籽粒、穗軸分開，其他時期（苗期除外）按照莖、葉分開，105 ℃殺青1 h，80 ℃烘干至恒質量，稱各部位干質量。

1.2.5 單穗鮮質量、百粒質量 吐絲期，從小區(qū)內(nèi)選擇長勢均勻、同一天吐絲的若干健康植株統(tǒng)一進行掛牌標記。從掛牌當日算起，每隔9 d 取一次樣，每次取5 個均勻果穗，稱單穗鮮質量。然后隨機選擇果穗上發(fā)育飽滿的3 行籽粒完整剝下，統(tǒng)計每個玉米上取下的籽?？倲?shù)，稱籽粒鮮質量。之后放入烘箱內(nèi)，在105 ℃下殺青30 min，再于80 ℃烘干至恒質量，計算百粒質量。

1.2.6 產(chǎn)量及其構成因素 成熟期，調(diào)查小區(qū)穗數(shù)；并收獲每個小區(qū)中間的3行果穗，每小區(qū)隨機重復3次，每個重復取30 個果穗，調(diào)查穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖長、軸粗、穗粒數(shù)、百粒質量。收獲穗全部脫粒后自然風干，用水分儀測定水分后，按14%含水量折合產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016 進行整理，利用DPS 15.10 軟件采用LSD法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同熟期玉米品種生育進程分析

由表1 可以看出，不同熟期玉米品種同時播種，在相同氣候條件下，出苗時間一致。不同熟期玉米品種出苗—吐絲、吐絲—成熟及播種—成熟所需的時間不同，均表現(xiàn)為和育187<迪卡1563<先達6018。出苗—吐絲，先達6018 較和育187、迪卡1563 分別推遲9、6 d，吐絲—成熟分別推遲4、2 d，生育期分別推遲13、8 d；迪卡1563 與和育187 生育期相差5 d，其中出苗—吐絲相差3 d，吐絲—成熟相差2 d，生育期延長主要體現(xiàn)在出苗—吐絲營養(yǎng)生長階段，其次是吐絲—成熟。

表1 不同熟期玉米品種的生育進程

2.2 不同熟期玉米品種葉面積指數(shù)分析

由圖2 可以看出，不同熟期玉米品種苗期和大喇叭口期葉面積指數(shù)無顯著差異；拔節(jié)期，和育187 葉面積指數(shù)最高，與先達6018 差異達顯著水平，迪卡1563 與二者均無顯著差異；吐絲期，先達6018 葉面積指數(shù)最高，與和育187 和迪卡1563 差異達顯著水平；灌漿期，3 個熟期品種葉面積指數(shù)差異顯著，表現(xiàn)為和育187>先達6018>迪卡1563。

圖2 不同熟期玉米品種葉面積指數(shù)

2.3 不同熟期玉米品種棒三葉SPAD 值分析

由表2 可以看出，不同熟期玉米品種均表現(xiàn)為吐絲后54 d 棒三葉SPAD 值快速下降。其中，和育187吐絲后54 d 棒三葉SPAD 值高于迪卡1563 和先達6018。和育187 在吐絲后0、9、18、54 d 棒三葉的SPAD 值均無顯著差異；穗上葉吐絲后45 d SPAD 值最高，隨后開始下降；穗下葉在吐絲后27 d SPAD 值最高，隨后開始下降。迪卡1563 在吐絲后0、9、18、36、54 d 棒三葉的SPAD 值均無顯著差異，吐絲后45 d差異最大，三者間差異達顯著水平。先達6018 在吐絲后18、27、36 d 棒三葉的SPAD 值均無顯著差異；吐絲后0、9 d 棒三葉的SPAD 值均表現(xiàn)為穗位葉>穗下葉>穗上葉；吐絲后54 d 穗位葉SPAD 值顯著高于穗上葉和穗下葉。

表2 不同熟期玉米品種棒三葉SPAD 值

2.4 不同熟期玉米品種地上部干質量分析

由表3 可以看出，不同熟期玉米品種苗期地上部干質量無顯著差異。拔節(jié)期，不同熟期玉米品種莖、葉干質量差異均達到顯著水平，和育187 最高，迪卡1563 次之。大喇叭口期，不同熟期玉米品種葉干質量無顯著差異，莖干質量以和育187 和迪卡1563 較高，二者差異不顯著。吐絲期，莖干質量以和育187和先達6018 較高，二者差異不顯著；不同熟期玉米品種葉干質量差異顯著，先達6018 最高，和育187 次之。成熟期，莖、葉和籽粒干質量均表現(xiàn)為先達6018>和育187>迪卡1563，其中，莖、葉差異均達顯著水平，和育187 和先達6018 籽粒干質量差異不顯著；穗軸干質量表現(xiàn)為和育187>迪卡1563>先達6018，品種間差異達顯著水平。

表3 不同熟期玉米品種地上部干質量g/株

2.5 不同熟期玉米品種單穗鮮質量和百粒質量分析

由圖3 可以看出，不同熟期玉米品種單穗鮮質量表現(xiàn)不同，和育187 和迪卡1563 單穗鮮質量表現(xiàn)為先升后降，吐絲后45 d 最高；先達6018 單穗鮮質量表現(xiàn)為上升趨勢，吐絲后27~45 d 平緩增長；吐絲后54 d單穗鮮質量表現(xiàn)為先達6018>和育187>迪卡1563。

圖3 不同熟期玉米品種單穗鮮質量和百粒質量

由圖3 可以看出，不同熟期玉米品種整個籽粒形成過程中，百粒質量的增長速度呈慢—快—慢的變化趨勢，3 個玉米品種在吐絲后18 d 百粒質量差異開始變大，吐絲后54 d 差距縮小，和育187 較迪卡1563和先達6018 百粒質量分別提高1.99 g 和4.58 g。

2.6 不同熟期玉米品種穗部性狀分析

由表4 可以看出，不同熟期玉米品種穗粗和軸粗無差異顯著；穗長以和育187 較長，與迪卡1563 和先達6018 差異顯著；和育187 穗行數(shù)16.0 行，迪卡1563和先達6018 均為18.0 行；行粒數(shù)以先達6018、和育187 較高，二者差異不顯著；禿尖長以和育187 較長，迪卡1563 次之，二者差異不顯著。

表4 不同熟期玉米品種成熟期穗部性狀

2.7 不同熟期玉米品種產(chǎn)量及其構成因素分析

由表5 可以看出，不同熟期玉米品種穗數(shù)差異不顯著；穗粒數(shù)以先達6018 最高，較迪卡1563 和和育187 分別提高14.50%和24.94%，三者差異顯著；和育187 百粒質量最高，較迪卡1563 和先達6018 分別顯著提高23.65%和24.07%，迪卡1563 和先達6018 百粒質量差異不顯著；3 個不同熟期玉米品種的產(chǎn)量表現(xiàn)為先達6018>和育187>迪卡1563，差異未達顯著水平。

表5 不同熟期玉米品種產(chǎn)量及其構成因素

3 結論與討論

理論上產(chǎn)量和生育期在一定范圍內(nèi)呈正相關關系，較長的生育期可為籽粒形成奠定良好的生物產(chǎn)量基礎，適當延長生育期可增加光能利用時間，獲得較高產(chǎn)量［10］。長期以來，為了獲得高產(chǎn)，生產(chǎn)上晚熟品種在晉南冷涼區(qū)一直占主導地位。任佰朝等［11］研究發(fā)現(xiàn)，玉米品種生理成熟所需要的積溫主要取決于品種自身的特性，篩選出與各地區(qū)的溫度等資源狀況相匹配的品種尤為重要。為合理選擇不同熟期品種，前人進行了不同熟期品種產(chǎn)量、籽粒灌漿特性等方面的研究［12?14］。黃智鴻等［15］研究發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)玉米在大喇叭口期到灌漿期葉面積指數(shù)都高，且在后期葉面積指數(shù)下降緩慢，而本研究中3 個不同熟期玉米品種葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為苗期到吐絲期逐漸升高，灌漿期開始下降。佟桐等［16］研究發(fā)現(xiàn)，春玉米籽粒產(chǎn)量在很大程度上取決于后期的光合生產(chǎn)能力，后期的光合產(chǎn)物對籽粒的貢獻率為78%～84%。本研究中，3 個玉米品種中和育187 在灌漿期棒三葉SPAD 值和葉面積指數(shù)仍較高，說明該品種葉片的功能持續(xù)期長，后期葉片的光合能力強。

董桂芳等［17］研究發(fā)現(xiàn)，即使在同一生態(tài)區(qū)內(nèi)，玉米品種因其自身基因型的差異，各自對氣象條件的反應有所不同。因此，不同熟期玉米品種因其各自生育階段所處的溫光條件不同，其物質積累與分配特性有所不同。朱祥芬等［18］研究也發(fā)現(xiàn)，不同玉米品種干物質積累速度不同。本研究中不同玉米品種的地上部干質量有明顯差異，與前人［18］研究結果一致。錢春榮等［19］研究發(fā)現(xiàn)，在熱量資源限制型地區(qū)，花后干物質積累對產(chǎn)量的貢獻率更大。本研究中，成熟期干質量表現(xiàn)為先達6018>和育187>迪卡1563，產(chǎn)量變化趨勢與其一致。王同朝等［20］和肖珊珊等［21］研究認為，中熟玉米品種灌漿快，有效灌漿時間短，而晚熟玉米品種灌漿相對滯后，有效灌漿時間長，本研究中不同熟期品種灌漿結果與其一致。

張冬梅等［22］研究發(fā)現(xiàn)，中熟玉米品種產(chǎn)量最高，但正常年份不能完全成熟，產(chǎn)量潛力沒有完全發(fā)揮，經(jīng)濟產(chǎn)量和早熟品種之間沒有顯著差異。王亮等［23］研究發(fā)現(xiàn)，中熟、中晚熟品種產(chǎn)量普遍高于晚熟品種。本研究中3 個不同熟期玉米品種產(chǎn)量差異不顯著，參試的早熟玉米品種盡管生育期相對較短，但產(chǎn)量與中晚熟品種差異不顯著且較中晚熟品種穗部性狀更協(xié)調(diào)。史振聲等［24］通過對不同熟期玉米品種進行研究發(fā)現(xiàn)，中熟、中晚熟玉米品種較晚熟品種更具優(yōu)勢且有增產(chǎn)趨勢?；跁x南冷涼區(qū)氣候特點，中晚熟、晚熟玉米品種對干旱、低溫、早霜、寡照等災害反應敏感，特別是個別年份的早霜提前和低溫寡照災害，會導致玉米不能充分成熟，影響玉米品質。因此，在晉南氣候寒冷潮濕區(qū)域，應選擇生育期較短的早熟、中早熟品種，而對早熟、中早熟品種在該區(qū)域的配套栽培技術、穩(wěn)產(chǎn)性和增產(chǎn)潛力及生理生態(tài)特性的研究還有待繼續(xù)深入。