不同肥力和种植密度对黑龙江省中西部地区玉米光合特性及产量的影响

王忠孝　魏金鹏　杨克军

摘要 [目的]以德美亚1号为材料，研究施肥水平和种植密度对黑龙江省中西部高寒地区玉米光合特性和产量性状的影响。[方法]施肥量设3个水平，种植密度设4个水平。[结果]不同肥力密度组合能够有效调控玉米的光合特性和产量相关性状。适当的肥料供给（纯N 150 kg/hm2，P2O5 90 kg/hm2，K2O 100 kg/hm2）能提高玉米植株的总光合势及叶绿素含量，最终有助于产量的增加。另外，当种植密度稳定在9万株/hm2时，玉米的光合速率高于其他种植密度条件的玉米，因此达到了较好的产量效果。[结论]玉米种植密度为9万株/hm2且肥力水平为纯N 150 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 100 kg/hm2时玉米相对产量最高，可作为目前黑龙江省中西部高寒地区玉米种植较适宜的肥力和密度条件。

关键词 种植密度；肥力；玉米；产量

中图分类号 S506.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）08-02225-03

Effects of Different Fertilization and Planting Density on the Photosynthetic Characteristics and Yield of Corn in the Midwest of Heilongjiang Province

WANG Zhongxiao， YANG Kejun et al

（Beian Construction Farm of Heilongjiang Province， Beian， Heilongjing 164035； Key Lab of Crop Germplasm Improvement and Cultivation in Cold Regions， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing， Heilongjiang 163319）

Abstract [Objective] Effects of different fertilization and density on the photosynthetic characteristics and yield of corn in the Midwest of Heilongjiang Province was studied with the variety of Demeiya No.1 as material. [Method] Three levels of fertilizer and four levels of planting density were adopted. [Result] The results showed that photosynthetic characteristics and yieldrelated traits of corn could be regulated effectively by treatments of different fertilization and density. Appropriate supply of fertilizer （Pure N 150 kg/hm2， P2O5 90 kg/hm2， K2O 100 kg/hm2） could increase photosynthetic potential and total chlorophyll content， and ultimately increase the production of corn. In addition， compared to the other planting densities， photosynthetic rate of maize were all higher at the planting density of 90 000/hm2 and achieve the better yield. [Conclusion] The relative yield of corn is the highest under the condition of corn planting density 90 000/hm2， fertility level pure N 150 kg/hm2， P2O5 90 kg/hm2， K2O 100 kg/hm2， which is uitable for corn planting in the Midwest cold regions of Heilongjiang Province currently.

Key words Density； Fertility； Corn； Yield

玉米作為世界三大粮食作物，2011年在我国的种植面积已达2 735万hm2，而近几年国内玉米种植面积逐年增加[1]。农业部的调研表明，预计2014年玉米的秋粮意向面积比上年增加1.22%，玉米种植面积估计约为3 460万hm2。其中东北地区作为重要的商品粮生产基地，更是我国玉米的主产区，近几年的玉米种植面积和产量比例均已明显超过其他粮食作物。但是由于玉米产量和耕地面积的限制，目前玉米生产量仍无法满足实际需求。因此，努力提高单位面积玉米生产效率、增加玉米产量对黑龙江省乃至全国的粮食安全均具有重要的理论和现实意义。

由于温湿度、无霜期等自然条件的限制，我国黑龙江省中西部高寒地区的玉米种植区主栽品种的选择范围较小，通过主栽品种的选择提高玉米产量的可行性相对较小。因此，通过种植密度和施肥水平等栽培管理措施调控光、肥、水、温等诸多环境因子，从而影响玉米群体产量形成的相关因素，可促进玉米的增产增收，具有必不可少的重要作用。为此，笔者以德美亚1号为材料，研究筛选提高黑龙江省中西部高寒地区的玉米产量的种植密度及肥料施用量，以期为该省的玉米产业发展提供理论和实践的指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点位于黑龙江省北安管理局建设农场，地理坐标为126°59′～127°27′ E、47°46′～48°03′ N，地处小兴安岭南麓，属山区与平原接壤地带。土质为在黑土和草甸土，土壤有机质含量65 g/kg，全氮含量2～4 g/kg，全磷含量4～6 g/kg，速效氮含量58～67 mg/kg，速效磷含量49～96 mg/kg，速效钾含量120～180 mg/kg，pH 5.9～6.0。

1.2 供试材料和试验设计

供试材料为当地主栽品种德美亚1号。试验采用二因素裂区设计，主因素为施肥量，设3个水平：F1（纯N 120 kg/hm2，P2O5 50 kg/hm2，K2O 50 kg/hm2）、F2（纯N 150 kg/hm2，P2O5 90 kg/hm2，K2O 100 kg/hm2）、F3（纯N 180 kg/hm2，P2O5 130 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2）。副因素为种植密度，设4个水平：M1（7万株/hm2）、M2（8万株/hm2）、M3（9万株/hm2）、M4（10万株/hm2）。共12个肥密处理，每个处理重复3次。每个处理中所有磷钾肥以及30%的氮肥作为种肥施入，剩余70%的氮肥作为追肥于拔节期施入。所有处理于5月14日一次性播种完毕，其他管理同大田生产。

1.3 测定项目及方法

于出苗期、拔节期、吐丝期、成熟期进行田间取样，每小区取植株5株，测定叶面积、叶绿素含量等。叶面积（LA）用长宽系数法测定； 叶面积指数（LAI）参照叶面积系数测定法[2]；光合势通过公式测得，即LAD= （LA2+LA1）/2×（t2-t1），LA1、LA2分别为测定时间t1、t2时单位土地面积上的叶面积（m2/m2）。光合速率采用LI6200型红外CO2气体分析系统直接测定，分别在晴天10：00开始测量，吐丝前选取植株最上一片展开叶的中部，吐丝后选取穗位叶中部，每小区选有代表性的3片叶片进行测量。叶绿素含量采用Aroen丙酮提取，SHIMADZU UV160U型分光光度计比色法测定，吐丝前选取功能叶，吐丝后选取穗位叶，每小区选有代表性植株3～5株进行测量[3]。每小区收获去除边行以外的全部果穗，按平均穗重取10穗，考察单穗重、穗粒数、百粒重、单穗粒数，以考种数据与大田测产数据相结合，按照子粒含水量为14%计算子粒产量。

1.4 数据分析

数据整理和统计分析通过DPS软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同肥力和种植密度对玉米群体光合特性的影响

2.1.1

对玉米群体叶面积指数的影响。叶面积指数是指单位土地面积上植物叶片总面积占土地面积的倍数，是一个反映植物群体生长状况的重要指标，其大小直接与最终产量的高低密切相关。叶面积指数一方面反映了光热资源的利用情况，另一方面也在一定程度上反映了玉米叶片间的遮蔽程度及植株间通风透光条件情况。由图1可知，各时期中均以F3M4（纯N 180 kg/hm2，P2O5 130 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2；10万株/hm2）处理的叶面积指数最大，同一种植密度时，叶面积指数随种植着肥力水平的增大而增加。相同的肥力水平时，叶面积指数随种植密度增大而增大，呈“S”型曲线，拔节期前呈缓慢增长状态，拔节期后叶面积指数迅速增大，到吐丝期后又开始缓慢下降。生育前期，不同种植密度、肥力处理间的叶面积指数差异不显著，叶面积指数随着时间的推移处理间差异逐渐变大。

图1 不同肥力和种植密度对玉米群体叶面积指数的影响

2.1.2

对玉米群体光合势的影响。由表1可知，在该试验的玉米生长发育过程中，光合势随植株生长呈逐步增加状态。在生育前期，F3M4（纯N 180 kg/hm2，P2O5 130 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2；10万株/hm2）处理的光合势最高，F1M1光合势最低，二者差异达到显著水平；而在生育后期，F2M4光合势最高，F1M1光合势仍然最低，二者差异显著。在吐丝期前，同一肥力条件下，光合势随着玉米种植密度的增加而增大，由于苗期和拔节期玉米的叶面积较小， 各种植密度间玉米群体间光合势相差不大；吐丝期后，随着生长发育的加速， 玉米叶面积不断增加，不同种植密度间玉米群体光合势差异较大。在吐丝～成熟期，玉米不同肥力水平在种植密度为9万株/hm2（M3）时的光合势最高。同一种植密度下，在吐丝期前，玉米光合势随着肥力的增加而增加，在吐丝期后，F2处理的光合势最高。F2M4的总光合势最高。

2.1.3

对玉米光合速率的影响。光合速率是以单位时间、单位叶面积所吸收的CO2或释放的O2量或是积累的干物质量来表示，反映了光合作用的强弱，是一个在光合作用不受光能供应限制情况下表明光合效率的重要指标。在其他条件都相同的情况下，光合速率高，则其光能利用率，相应的玉米产量高。由图2可知，玉米生长发育各时期的光合速率最高值均出现在F3M3组合。F1肥力水平下，玉米拔节期光合速率最高，F2和F3肥力水平下，玉米吐丝期的光合速率最高。同一种植密度条件下，玉米光合速率随着肥力水平的提高而增大；同一肥力水平下，玉米光合速率随着种植密度的增加也呈现出上升的趋势，但在试验设置的最大种植密度M4水平时，光合速率略有下降。所有处理在吐丝期前玉米的光合速率均呈现升高状态，吐丝期后玉米进入成熟期，其光合速率开始下降，且下降速度很快，这与植株衰老、叶片黄化有关。

图2 不同肥力和种植密度对玉米光合速率的影响

2.1.4

对玉米叶绿素含量的影响。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，属于一类含脂的色素家族。作为光合色素中重要的色素分子，参与了捕光色素复合体的形成及光能电子传递和反应中心的建成，是进行光能转化和碳水化合物形成必不可少的因素之一，在光合作用的光吸收中起着至关重要的作用。由图3可知，吐丝期前，叶绿素的含量随玉米的生长发育而增加，拔节期后增加速度明显加快，吐丝期后叶绿素含量开始减少，且下降较迅速。在出苗期和拔节期，F2M4处理的叶绿素含量最高，在生长后期F2M1的含量最高。在肥力水平一定的情況下，当玉米的营养生长进入后期或生殖生长阶段时，单位面积玉米植株相对较少的群体通风透光性较好，有利于玉米的叶绿素分子形成和更新，叶绿素含量相应增多，因而，拔节期后叶绿素含量随着种植密度的增加而减少。而同一种植密度条件下，中等肥力水平F2的玉米叶绿素含量最高。

图3 不同肥力和种植密度对玉米叶绿素含量的影响

2.2 不同肥力和种植密度对玉米产量及相关性状的影响

由表2可知，玉米单穗重、穗粒数、百粒重随种植密度的增大而呈现出降低的趋势。不同的肥力水平处理对玉米产量相关性状未产生显著的影响。其中F2M3组合的玉米产量最高，并且与F1M1、F2M1、F3M1、F3M2、F3M4处理差异显著，其他处理间差异不显著。这表明适当的肥料供给能促进玉米植株有机物的积累，保证生命活动的正常进行，最终有助于产量的提高。另外，当玉米的种植密度稳定在9万株/hm2时，能达到最好的产量效果。种植密度过低时，单株生长状态较好，但群体的光能利用率较低，群体增产潜力有限；而种植密度过高时，玉米生长后期存在着植株间的营养及光能竞争，从而影响玉米群体的光合产物积累，导致产量降低。

3 结论与讨论

3.1 讨论

3.1.1

不同肥力和种植密度对玉米群体光合特性的影响。该研究结果表明，F3M3处理的光合速率最高； F3M4处理的叶面积指数最大；F2M4处理的总光合势最高；生长前期F2M4处理的叶绿素含量最高。从M4处理的研究结果中可知，在肥力水平达中等及以上的情况下，种植密度为10万株/hm2（M4）的条件下玉米群体的叶面积指数、总光合势以及生长前期的叶绿素含量均为最高，但光合速率及产量最高的玉米种植密度为9万株/hm2（M3）。这说明种植密度低的条件下，玉米群体缺乏充足的绿叶叶面积吸收太阳光能，进行光合作用及合成有机产物，造成了光热资源利用率低；而种植密度过高，尽管群体总光合势较高，但植株间互相遮挡，生长竞争激烈，影响了单株的光合产物合成，同时产量也受到一定影响。前人研究也表明，适宜的叶面积系数能够保证光热资源的有效利用，同时也避免了玉米叶片间、植株间的相互遮蔽，创造一个通风透光性好的群体环境，有利于光合作用的进行、有机产物的合成与积累以及产量的形成[4-5]。因此，较为适宜的玉米叶面积系数的田间表现是繁茂而不是遮蔽。

光合势反映了玉米单位绿色叶面积发挥光合功能大小，在一定的时间范围内，光合势越大，玉米群体的光合作用时间就越长，越有利于产量潜力的发挥[6]。已有研究发现，玉米的光合势随密度的增加呈增高的趋势，但密度过高生育后期易发生早衰[7]，不利于吐丝后产量的形成。这也解释了该试验的研究结果，总光合势最高的种植密度为10万株/hm2（M4），而产量最高的玉米种植密度为9万株/hm2（M3）。

另外，玉米生长发育各时期的光合速率最高值均出现在F3M3组合，说明同一密度条件下，玉米光合速率随着肥力水平的提高而增大，这与前人的研究结果相一致[8]。施肥水平高的处理后期叶片光合功能强，有利于光合产物的积累以及产量的形成[9]。在同一肥力水平下，玉米光合速率随着密度的增加也呈现出上升的趋势，但在试验设置的最大种植密度M4水平时，光合速率略有下降，这可能与植株间光能的互相竞争有关，具体的机理尚有待于深入探究。

42卷8期 王忠孝等 不同肥力和种植密度对黑龙江省中西部地区玉米光合特性及产量的影响

3.1.2

不同肥力和种植密度对玉米产量及相关性状的影响。该研究发现，适当的肥料供给能提高玉米植株的总光合势及叶绿素含量，最终有助于产量及其相关性状的增加。当玉米的种植密度稳定在9万株/hm2（M3）时，玉米的光合速率高于其他种植密度条件的玉米，因此达到了最好的产量效果。当种植密度过低时，玉米单株的生长状态较好，但群体的光能利用率较低，产量的增加潜力受到限制；而玉米生长后期种植密度过高时，植株间存在着严重的水分、营养及光能竞争，从而影响玉米群体的光合产物积累，致使玉米单穗粒重、穗粒数、百粒重都随种植密度的增大而减小，最终导致产量下降。该结果与前人很多研究结果相一致。例如，靳巧玲等关于玉米品种郑单958的高密度栽培的相关研究结果表明，种植密度超过一定范围后，群体对单株的影响表现为由增加转为减少[10-11]。但玉米产量是由基因遗传、栽培管理、环境条件等多种因素共同作用的结果，各个因素之间还存在着复杂的相互影響和制约[12]，种植密度及肥力水平也是其中的一部分因素，其具体的影响作用机理还有待于进一步探究。

3.2 结论

不同的肥力密度组合均能够有效地调控玉米的