行向和种植方式对玉米穗下节间与茎倒伏相关性状的影响

刘胜群，刘铁东，宋凤斌，王　洋，齐晓宁，朱先灿

(1.中国科学院 东北地理与农业生态研究所， 吉林 长春 130102；2.福建农林大学作物科学学院，福建 福州 350002)



行向和种植方式对玉米穗下节间与茎倒伏相关性状的影响

刘胜群1，刘铁东2，宋凤斌1，王洋1，齐晓宁1，朱先灿1

(1.中国科学院 东北地理与农业生态研究所， 吉林 长春 130102；2.福建农林大学作物科学学院，福建 福州 350002)

行向和种植方式是调节玉米冠层结构的重要措施。但行向和种植方式是否影响基部茎节的抗倒伏相关性状还不清楚。本研究在吉林省玉米种植区进行，采用均匀垄(行距为65 cm)和宽窄行(宽行距为80 cm，两窄行距为40 cm)的种植方式，行向分别为东西向、南北向和南偏西20°，探讨行向和种植方式对倒伏相关的玉米基部节间性状的影响。研究结果显示，宽窄行种植的玉米的穗高系数低于均匀垄。行向影响玉米基部第二茎节的横向压碎强度、第二、第四和第六茎节的含水量以及第四茎节的茎粗系数。行向和种植方式互作对第二和第六茎节的横向压碎强度、第四茎节的单位长度鲜质量、鲜密度以及茎粗系数的影响显著。因此选择宽窄行种植方式和适宜的行向可以提高玉米基部茎节倒伏抗性。图7，参22。

行向；玉米；宽窄行；茎倒伏

玉米是我国重要的粮食作物，同时也是重要的饲料和工业原料，玉米生产在我国具有重要意义。随着对玉米需求量的增加，提高玉米单位面积产量的要求愈加迫切。我国的玉米单产提升空间较大，适当增加种植密度是提高玉米产量的有效途径[1-2]。

种植密度增加提高倒伏风险，倒伏已成为限制玉米产量提高的重要因素之一[3-4]。茎秆和根系在玉米倒伏抗性中发挥着重要的作用，它们不仅承受着整株植株的重量，还要抵抗外界的不良压力。其中，玉米的茎秆与茎倒伏密切相关，茎节性状、尤其是基部节间性状是决定其倒伏抗性的重要因素[5-7]。玉米种植密度增加导致地上部群体内植株之间相互遮阴，通风透光条件变差[8-9]，使玉米地上部的茎叶等器官的形态和功能受到影响[10-11]，进而影响植株的抗倒伏能力。在较高密度条件下，如何改善玉米冠层结构，增加群体内的通风透光条件，是当前玉米栽培的关键问题。

玉米行向和行距配置影响冠层结构，适宜的行向和行距配置可以构建良好的群体冠层结构[12-14]，进而有利于改善冠层内的光照、温度、湿度和CO2等微环境[15-16]。尤其在较高种植密度条件下，宽窄行种植对于改善通风透光状况十分有利。但是，关于宽窄行条件下通风透光状况的改变对叶片和茎秆的影响如何、茎秆的抗倒伏性能如何的相关报道还较少。因此，本研究针对不同行向下的宽窄行种植的玉米，研究其基部伸长茎节与倒伏抗性相关的性状特征，分析和评价行向和种植方式对玉米基部伸长茎节抗倒伏能力的影响。

1　材料与方法

1.1材料与试验设计

试验于2015年在中国科学院东北地理与农业生态研究所的德惠试验基地进行。土壤为黑质壤土。该区雨热同季，每年降水主要集中在6月-9月。土壤有机质含量26.90 g·kg-1。玉米品种为良玉99，5月3日采用人工点播方式进行播种，播种密度为6.5×104株·hm-2。施肥量为施氮肥180 kg·hm-2，P2O5和K2O为82.5 kg·hm-2。磷、钾肥和40%的氮肥在播种前施入，60%的氮肥于拔节期施入。其它田间管理措施与当地生产田相同。

玉米采用两种种植方式，一种为常规均匀垄(行距为65 cm)种植；另一种为宽窄行种植，其中宽行距为80 cm，两窄行间距为40 cm，玉米种植在窄行上。垄向为3种，第一种是东西垄向(简称“东西向”，记为：“EW”)，第二种是南北垄向(简称“南北向”，记为“NS”，第三种是南偏西20度垄向(简称“南偏西20°”，记为：“SW20”)。采用小区种植玉米，垄向为主区，种植方式为副区。小区面积200 m2，3次重复。

1.2测定方法

开花期每小区选择5株有代表性植株进行取样。首先测定株高和穗位高。而后将玉米穗下基部伸长节间为对象开展研究。资料报道显示，玉米茎折发生部位以穗下伸长节间2节～6节为主。因此，本实验以玉米穗下伸长节间2节～6节为对象开展研究。节间选取是从茎节基部伸长节间开始，自下而上依次记为第一节间(S1)、第二节间(S2)、第三节间(S3)……。取样时，去除叶鞘和叶片。取S2、S3、S4、S5和S6，取样后，立即用保鲜膜将材料包好，于4℃条件下保存并带回实验室供测定。分别测定供试样品的鲜重、节间直径(长轴直径和短轴直径)和节间长度和茎秆压碎强度。茎秆压碎强度测定采用茎秆强度测定仪(YYD-1)进行测定。而后，供试样品放于105℃烘箱中30 min，而后于70℃烘干至恒重，用天平称干重。计算穗高系数、单位长度鲜质量、含水量、茎粗系数和茎秆鲜密度。其中穗高系数=穗高/茎高；茎粗系数=茎节直径/茎节长；鲜密度(g·cm3) =节间茎秆鲜质量(g)/节间茎秆体积(cm3)。

1.3统计分析

采用SPSS16.0软件进行统计分析。

2　结果与分析

2.1穗高系数

不同种植方式下玉米穗高系数如图1。可见，行向对于玉米穗高系数的影响较小，差异未达到显著水平，而穗高系数受种植方式的影响较大，差异达显著水平。采用均匀垄种植的玉米的穗高系数较宽窄行的高0.04。

图1　种植方式和行向对玉米穗高系数的影响Fig.1　Effect of plating patterns and row orientation on cob position height coefficient in maize注：D：行向，P：种植方式，D×P：行向和种植方式互作。下同。Note:D:row orientation; P: planting pattern; D×P: row orientation×planting pattern. The same below.

2.2茎秆压碎强度

行向和种植方式对玉米基部第二茎节(S2)至第六茎节(S6)的压碎强度的影响如图2。可见，基部第二茎节(S2)的压碎强度受行向影响显著，第二茎节(S2)和第六茎节(S6)受行向和种植方式互作的影响显著，其它茎节受行向和种植方式影响较小。

2.3茎秆单位长度鲜质量

玉米第四茎节(S4)的单位长度鲜质量受行向和种植方式互作的影响较大，差异达显著水平，见图3。而其它茎节的单位长度鲜质量受种植方式和行向影响较小，差异未达到显著水平。

2.4茎秆含水量

行向影响第二茎节(S2)、第四茎节(S4)和第六茎节(S6)的含水量，其差异达显著水平，见图4。种植方式以及种植方式和行向互作对茎秆含水量影响较小，差异未达到显著水平。

2.5茎秆鲜密度

第四茎节(S4)的鲜密度受行向和种植方式互作的影响，而其他茎节受行向和种植方式影响较小，差异未达到显著水平，见图5。

2.6茎粗系数

第四茎节(S4)的茎粗系数受行向、行向和种植方式互作的影响显著，其它茎节的茎粗系数受行向和种植方式影响较小，差异未达到显著水平，见图6。

2.7茎秆压碎强度与含水量和鲜密度相关分析

图7为茎秆压碎强度与茎秆含水量(A)以及茎秆压碎强度与茎秆鲜密度(B)之间的相关分析，结果表明，茎秆压碎强度与其含水量以及茎秆鲜密度之间呈显著正相关关系。

3　讨　论

行向和种植方式可以调节田间玉米冠层的通风透光情况。适宜的行向和种植方式可以提高中下层叶片的光合性能，更好地协调玉米群体和个体的关系，使光能在玉米群体冠层内的分布更加合理，从而提高玉米群体的光能利用率[16-17]，进而提高群体质量，改善茎秆质量，最终提高玉米的抗倒伏能力和产量[18]。

行向和种植方式影响作物穗下节间的形态和质量。王庆燕等报道东西行向种植的玉米中下部节间的长度和直径有所增加，第9和第10节间单位长度干重和茎秆折断强度增加[19]。郑亭等报道，在四川丘陵区机播小麦采用种植3行距40 cm+40 cm或种植4行距20 cm+40 cm+20 cm的种植方式小麦的抗倒伏能力强[18]。刘魏魏等研究显示，成熟期宽窄行种植的夏玉米的茎粗系数、外皮穿刺强度均高于等行距种植的玉米[20]。苌建峰等报道在黄淮海地区等行距种植的夏玉米较宽窄行种植的玉米倒伏发生率低[21]。玉米穗高系数与倒伏抗性有关，其数值小则说明玉米不易倒伏。研究显示，种植方式对玉米的抗倒伏相关指标产生影响。宽窄行种植的玉米的穗高系数较均匀垄种植的低(图1)，有利于植株抗倒伏。

图3　种植方式和行向对玉米茎秆鲜重/长度的影响Fig.3　Effect of plating patterns and row orientation on stalk fresh weight/ length in maize

图4　种植方式和行向对玉米茎秆含水量的影响Fig.4　Effect of plating patterns and row orientation on stalk water content in maize

图5　种植方式和行向对玉米茎秆鲜密度的影响Fig.5　Effect of plating patterns and row orientation on stalk density in maize

图6　种植方式和行向对玉米茎粗系数的影响Fig.6　Effect of plating patterns and row orientation on coefficient in stem diameter in maize

图7　茎秆压碎强度与含水量和鲜密度之间相关性Fig.7　Correlation between stalk crushing strength and water content (A) and stalk strshing strength and density (B)

风、雨是造成玉米大面积倒伏的直接诱因。玉米倒伏从拔节后到成熟期均有可能发生，通常开花至灌浆阶段发生倒伏会对产量造成较大影响。此阶段与抗倒伏相关的茎部性状与玉米抗倒伏能力密切相关。茎秆压碎强度是玉米茎秆力学特征的重要指标，前人研究结果显示茎秆压碎强度与其抗倒伏能力呈显著的正相关关系，它可以有效的评价茎秆的抗倒伏能力。本研究显示，第二茎节(S2)的压碎强度受行向影响显著，第二茎节(S2)和第六茎节(S6)受行向和种植方式互作的影响显著，其它茎节受行向和种植方式影响较小。在与抗倒伏能力相关的茎部性状中，茎节长度、茎粗、单位长度鲜质量、含水量、茎粗系数和茎秆鲜密度等指标与作物的抗倒伏能力相关。此研究显示茎秆的压碎强度与其含水量和鲜密度之间呈显著正相关关系(图7)。由此可见，提高茎秆的鲜密度和含水量可以改善开花期玉米茎秆的力学特征，进而提高抗茎倒伏能力。

田间生产中，适宜行向的确定与试验地点所在纬度有关，纬度不同的地方其适宜的行向可能存在差异[22]。因此在实际应用中应根据当地的地理条件确定适宜的行向。本试验所在位置为吉林省长春市，由于宽窄行的种植方式的穗高系数小于均匀垄，若以此为前提，则采用南偏西20°的行向对提高第二和第六茎节压碎强度较为有利。

[1]赵松龄, 李凤民, 张大勇, 等. 作物生产是一个种群过程[J]. 生态学报, 1997, 17(1) :100-104.

[2]王楷, 王克如, 王永宏, 等. 密度对玉米产量(>15 000 kg·hm-2)及其产量构成因子的影响[J]. 中国农业科学, 2012, 45(16): 3437-3445.

[3]田保明, 杨光圣. 农作物倒伏及其评价方法[J]. 中国农学通报, 2005, 21(7): 111-114.

[4]孙世贤，顾慰连，戴俊英．密度对玉米倒伏及其产量的影响[J]．沈阳农业大学学报，1989，20(4)：413-416．

[5]李永忠. 玉米茎秆和根系的研究概况[J]. 国外农学-玉米, 1990(2): 5-9.

[6]张芳魁, 霍仕平, 张健, 等. 玉米茎秆性状与抗折断力的相关和通径分析[J]. 玉米科学, 2006, 14(6): 46-49.

[7]刘胜群, 宋凤斌, 朱先灿, 等. 晚播对春玉米倒伏及茎秆力学特性的影响[J]. 土壤与作物, 2013, 2(3): 117-121.

[8]王庆祥, 顾慰连, 戴俊英. 玉米群体的自动调节与产量[J]. 作物学报, 1987, 13(4): 281-287.

[9]杨国虎, 李新, 王承莲, 等. 种植密度影响玉米产量及部分产量相关性状的研究[J]. 西北农业学报, 2006, 12(5): 57-60, 64.

[10]吕丽华, 陶洪斌, 夏来坤, 等. 不同种植密度下的夏玉米冠层结构及光合特性[J]. 作物学报, 2008, 34(3): 447-455.

[11]勾玲, 黄建军, 张宾, 等. 群体密度对玉米茎秆抗倒力学和农艺性状的影响[J]. 作物学报, 2007, 33(10): 1688-1695.

[12]Andrade F H, Calvino P, Cirilo A,et al. Yield responses to narrow rows depend on increased radiation interception[J]. Agronomy Journal, 2002, 94(5): 975-980.

[13]Reta-Sánchez D G, Fowler J L. Canopy light environment and yield of narrow-row cotton as affected by canopy architecture[J]. Agronomy Journal, 2002, 94(6): 1317-1323.

[14]Maddonni G A, Cirilo A G, Otegui M E. Row width and maize grain yield[J]. Agronomy Journal, 2006, 98(6): 1532-1543.

[15]魏珊珊,王祥宇,董树亭. 株行距配置对高产夏玉米冠层结构及籽粒灌浆特性的影响[J]. 应用生态学报, 2014, 25(2): 441-450.

[16]刘铁东, 宋凤斌, 刘胜群. 不同种植方式对拔节期玉米冠层微环境的影响评估[J]. 干旱区研究, 2015, 32(4): 748-752.

[17]杨吉顺, 高辉远, 刘鹏, 等. 种植密度和行距配置对超高产夏玉米群体光合特性的影响[J]. 作物学报, 2010, 36(7):1226-1233.

[18]郑亭, 陈溢, 樊高琼, 等. 株行配置对带状条播小麦群体光环境及抗倒伏性能的影响[J]. 中国农业科学,2013, 46(8): 1571-1582.

[19]沈学善, 李金才, 屈会娟. 不同麦秸还田方式对夏玉米性状及水分利用效率的影响[J]. 中国农业大学学报, 2010, 15(3): 35-40.

[20]刘魏魏, 赵会杰, 李红旗, 等. 密度、种植方式对夏玉米茎秆抗倒伏能力的影响[J]. 河南农业科学,2011, 40(8): 75-78.

[21]苌建峰, 张海红, 李鸿萍, 等. 不同行距配置方式对夏玉米冠层结构和群体抗性的影响[J]. 作物学报, 2016, 42(1):104-112.

[22]Widdicombe W D, Thelen K D. Row width and plant density effects on corn grain production in the Northern corn belt[J]. Agronomy Journal, 2002, 94(5):1020-1023.

Effects of Row Orientation and Planting Pattern on Traits Associated with Stem Lodging in Maize

LIU Shengqun1, LIU Tiedong2, SONG Fengbin1, WANG Yang1, QI Xiaoning1, ZHU Xiancan1

(1.NortheastInstituteofGeographyandAgroecology,CAS,Changchun130102,China; 2.CollegeofCropSciences，FujianAgricultureandForestryUniversity，Fuzhou350002，China)

Stem traits of maize decided stem lodging resistance. Whether the row orientation and planting pattern affects the stem strains associated with stem lodging was not clear. The experiment with planting pattern of wide-narrow row (80 cm + 40 cm) and uniform row (65 cm, CK) in North-South (NS), East-West (EW) and South by West 20 degree (SW) orientation was conducted in field. Stem traits associated with stem lodging were measured. The results showed that cob position height coefficient under wide-narrow row was significantly decreased. Row orientation influenced stalk crushing strength at the second internode, water content at the second, fourth and sixth internodes and stem diameter coefficient at the fourth internode. The interaction between row orientation and planting pattern affected stalk crushing strength at the second and sixth internodes, fresh weight/length, and stem diameter coefficient at the fourth internode. Therefore, suitable row orientation and planting pattern could affect some stem traits associated with stem lodging in Dehui City, Jilin province corn planting area.

row orientation; maize; wide-narrow row; stem lodging

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.03.005

2095-2961(2016)03-0159-07

2016-04-12；

2016-05-19.

吉林省自然科学基金项目(20130101108JC)；国家自然科学基金项目(31000690)；吉林省科技发展计划项目(20140101155JC).

及

简介：刘胜群(1976-)，女，吉林四平人，副研究员，主要从事作物生理与栽培研究.

S513

A