干旱条件下籽粒大小与播种深度对夏玉米幼苗生长及产量的影响

程秋博,李孝东，孔凡磊,张 頔,王兴龙,郭 翔,袁继超

(1.四川农业大学 农学院,农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室,四川 温江 611130;2.中江县农业局,四川 中江 618112;3.四川省农业气象中心,四川 成都 610072)



干旱条件下籽粒大小与播种深度对夏玉米幼苗生长及产量的影响

程秋博1,李孝东2，孔凡磊1,张 頔1,王兴龙1,郭 翔3,袁继超1

(1.四川农业大学 农学院,农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室,四川 温江 611130;2.中江县农业局,四川 中江 618112;3.四川省农业气象中心,四川 成都 610072)

为探究籽粒大小与播种深度对玉米出苗及幼苗生长的影响,确定西南丘陵地区夏玉米机播的适宜籽粒大小与播种深度。采用裂区试验设计,以正红505为试验材料,3个籽粒大小为主处理,3个播种深度(2,6,10 cm)为副处理,在大田干旱条件下调查了玉米的出苗率、幼苗素质、产量及产量构成。结果表明,大粒种比小粒种出苗率高,出苗后长势旺,干物质积累量增加,幼苗健壮,抗旱性增强,最终产量更高;浅播(2 cm)利于出苗,刚出苗时以6 cm播深的幼苗长势最好,之后10 cm播深的幼苗生长逐渐旺盛,至五叶期(大、中粒种)-七叶期(小粒种)时超过浅播处理,最终也表现出一定的增产效果。因此,在旱地、旱季玉米生产中,选较大粒播种，适当深播,可以有效地培育壮苗、提高植株抗旱性,达到保产增收的目的。

玉米;播深;幼苗;抗旱;产量

西南丘陵地区系我国重要的玉米产区之一,但机械化程度较低,究其主要原因在于土壤条件差,机播难度大、质量差[1-3];随着全球气候变暖,夏季干旱灾害发生的频率和强度都在不断增加,严重危害了玉米萌发、生长导致减产[4-5]。因此,如何提高机播质量,抵抗干旱威胁是当前西南地区夏玉米生产中亟待解决的重要难题。

播种深度是机械化播种技术的一个关键质量因素,适宜、一致的播种深度可以提高群体整齐度,有利于均衡发挥群体增产优势[6-7]。深播具有避开土壤表层含水量少、保证种子萌发所需水分的优势,能有效缓解干旱[8],但播种过深容易导致出苗困难或出苗不齐、苗质弱等问题[9-11]。另一方面,种子籽粒大小是影响机播质量的另一重要因素,籽粒大小不同直接影响机播时的下种量,进而影响播种效率[12],而籽粒大小不均又会因为大小种子活力不同,出现苗期差异,影响幼苗整齐度[13-14]。因此,选用适宜大小种子、确定适宜播种深度,在丘陵地区旱地、旱季夏玉米机械化生产中变得尤为重要。

目前关于玉米籽粒大小和播种深度的研究不是很多,已有的少数报道以北方地区和室内盆栽为主,鲜见西南地区大田生产条件下这方面的研究报道。本试验以该地区广泛使用的玉米品种正红505为试验材料,研究不同播种深度与不同籽粒大小对玉米幼苗生长及产量的影响,拟为西南丘陵地区玉米种子分级精选加工和确定适宜播种深度、提高幼苗素质与抗旱能力提供理论和实践依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

玉米品种为正红505,由四川农业大学正红生物技术有限责任公司提供,用不同孔径的筛子选出大、中、小粒种作为供试材料(表1)。

表1 供试材料

1.2 试验时间及地点

试验于2015年5月14日-9月1日在四川省德阳市中江县合兴乡新建村(北纬30°56′57.59″,东经104°37′33.72″)进行,试验期间气象与多年(2010-2014年)气象资料对比如图1所示。

图1 试验期间降水量和日均温度

采用裂区试验设计,主区A为种子大小,A1～A3分别为大、中、小粒种子,副区B为播种深度,B1～B3分别为播深2,6,10 cm,9个处理,3次重复,共27个小区,小区面积3.2 m×5.5 m。宽窄行起垄后人工直播,播种密度为(1.1 m+0.5 m)×0.25 m,每穴播3粒,定苗时留1苗/穴。施用复合肥900 kg/hm2,含氮225 kg/hm2,其中底肥∶追肥=1∶1。其他栽培措施同当地大面积生产,保持小区间一致,注意杀虫、防病,保证苗期生长良好。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 出苗率 以幼苗出土2 cm为出苗标准,播种10 d后调查田间出苗率。

1.4.2 幼苗素质 分别于三叶期、五叶期、七叶期取完整植株样(包括完整根系),每次每小区取样5株,分剪为地上部分与地下部分,用直尺测定中胚轴长度(三叶期)、苗高、叶面积(长宽系数法),用数显游标卡尺测定茎粗,用根系扫描仪测定并分析根长、根表面积、根体积。测完形态指标后,先分别称量地上部分与地下部分鲜质量,再于105 ℃杀青30 min,然后用80 ℃烘至恒重,称干质量。最后,计算单位苗长鲜质量、壮苗指数、根冠比。

1.4.3 产量及产量构成 收获前调查有效穗数,按平均穗重法取20穗考察穗部性状,并实收计产。

1.4.4 相关指标 出苗率=出苗数/播种数×100%;单位苗长鲜质量=鲜质量/苗长[15];壮苗指数=茎粗/苗高+地上部分干质量[16];根冠比=地下部分干质量/地上部分干质量。

1.5 数据分析

综合评价结果表明，2007～2014年天祝牧区高寒草原生态安全均处于“安全”状态，但是各年份的综合关联度均介于(-1,0)，说明2007～2014年天祝牧区高寒草原生态安全水平不符合评价等级的标准目标要求，但存在向标准经典域和目标转化的条件(表3)。从2007～2014年草原生态安全级别的数值可以看出，K1N2012 >K1N2011 >K1N2014 >K1N2013 >K1N2010 >K1N2009 >K1N2007，说明2011年和2012年的天祝牧区高寒草原生态安全更接近标准上限，其草原生态安全程度较其他年份高，更具备向标准等级范围转化的潜力。

采用Microsoft Excel 2013进行数据处理,运用SPSS 12.0软件进行不同处理间的统计分析及差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 籽粒大小与播种深度对玉米出苗率和中胚轴的影响

如图2所示,不同籽粒大小与不同播种深度间的田间出苗率均存在一定差异,随着籽粒增大,种子贮藏养分增多,活力增强,田间出苗率提高,3个播种深度平均,大粒种的出苗率分别较中、小粒种高8.9%,11.3%。在3种播深之间,大、中、小粒种均以6 cm播深的出苗率最高,其次为2,10 cm播深的最低,分别较2,6 cm播深的低12.5%,13.5%。表土散墒快、土壤干旱是浅播(2 cm播深)出苗率下降的主要原因;播种过深(播深10 cm处理)因通气性差、土层厚,出苗阻力大,消耗养分多,导致出苗率较大幅度降低,特别是小粒种;大粒种因贮藏养分较多,幼苗顶土能力强,深播条件下出苗率下降幅度相对较低,也表明大粒种耐深播能力较小粒种强。

A1～A3.大、中、小粒种子;B1～B3.2,6,10 cm播种深度。小写字母表示差异显著。

中胚轴是玉米种子的胚根与胚芽间的组织,是玉米耐深播的重要衡量指标。如图2所示,中胚轴长度随着播深的增加显著伸长。不同籽粒大小间表现出的规律一致,3个籽粒大小,10 cm播种深度的中胚轴长度平均较2,6 cm分别增加355.6%,86.9%。从籽粒大小来看，大粒种6 cm播深下中胚轴较短，其他处理下均无明显差异,说明中胚轴长度主要受播种深度的影响。

2.2 籽粒大小与播种深度对玉米幼苗形态的影响

如表2,3所示,籽粒大小与播种深度对玉米幼苗地上部分与地下部分的形态有较大影响。大、中粒种与小粒种相比,因活力高,贮藏养分多,苗期生长表现出明显优势,地上部的苗高、茎粗、叶面积和地下部的根长、根表面积、根体积均较高。3个播种深度平均处理,大粒种和中粒种地上部的苗高、茎粗、叶面积较小粒种三叶期时增幅为15.4%和12.3%、16.7%和12.1%、37.9%和27.7%,五叶期时为28.0%和18.3%、26.6%和17.1%、59.0%和35.3%,七叶期时为13.1%和5.3%、15.9%和9.6%、40.9%和13.3%;大粒种和中粒种地下部的根长、根表面积、根体积较小粒种三叶期时的增幅为29.2%和16.5%、43.6%和27.7%、52.7%和40.9%,五叶期时为40.0%和26.2%、47.6%和31.3%、48.7%和31.3%,七叶期时为13.6%和4.9%、20.5%和5.7%、27.8%和2.9%。由此可见,籽粒大小间的这种差异,就生育时期而言,以五叶期最大,至七叶期差异开始缩小,但大粒种仍有较大增幅;就器官而言,地下部的差异较地上部大,尤其是三叶期和五叶期。

从播深来看,对于地上部而言,三叶期3个籽粒大小均以6 cm播深的各指标最大,6 cm播深的苗高、茎粗、叶面积较2 cm播深的增幅分别为15.9%,12.1%,27.7%。三叶期后,10 cm播深下幼苗生长加快,至五叶期时,大、中粒种10 cm播深的各指标增至最大,而小粒种仍以6 cm播深最大。七叶期时,小粒种6，10 cm播深形态差异进一步缩小，且均明显大于浅播(2 cm)，3个籽粒大小,6,10 cm播深下的苗高、茎粗、叶面积平均较2 cm播深下分别增加6.2%和10.1%、8.3%和12.4%、15.5%和24.2%。3个性状中,叶面积受播深的影响最大,其次为苗高。地下部根系形态在不同播深下表现出的规律,与地上部分基本一致,七叶期时有较大差异。七叶期时,大、中粒种各根系形态指标均随着播深的增加而增大,6,10 cm播深下的根长、根表面积、根体积较2 cm,大粒种的增幅为2.9%和11.1%、7.2%和13.4%、13.6%和16.6%,中粒种为6.1%和3.0%、3.3%和8.8%、3.4%和18.6%,大粒种在10 cm播深下的增幅更加明显,表明大粒种耐深播的能力相对小粒种更强。

表2 籽粒大小与播种深度对玉米幼苗地上形态的影响

注:同列不同小写字母表示差异显著。表3-6同.

Note:The data with different little letter in same column show significantly different.The same as Tab.3-6.

表3 籽粒大小与播种深度对玉米幼苗地下形态的影响

注:RL.根长;RSA.根表面积;RV.根体积。

Note:RL.Root length;RSA.Root surface area;RV.Root volume.

2.3 籽粒大小与播种深度对玉米幼苗干物质积累的影响

如表4所示,籽粒大小与播种深度对玉米幼苗物质积累均存在一定的影响。随着籽粒的增大,茎叶、根系以及单株干质量均呈增加的趋势,3个播深,大粒种和中粒种的茎叶、根系、单株干质量平均较小粒种,三叶期时的增幅为50.0%和31.6%、50.0%和46.9%、50.0%和36.1%,五叶期时为109.5%和66.2%、45.6%和22.2%、88.7%和52.8%,七叶期时为38.3%和16.9%、26.4%和4.3%、33.7%和12.1%。可见,差异以三叶期和五叶期较大,七叶期开始缩小,但大粒种仍有较大增幅,特别是地下部分。这与地上部和根系形态指标(表2,3)的表现基本一致。

不同籽粒大小对播深的响应程度存在差异。三叶期,大粒种的茎叶、根系和单株干质量差异较小，而中、小粒种均以6 cm播深的最大,且小粒种差异显著;五叶期,大、中粒种的干物质积累量则以10 cm播深最大,2 cm播深的最小,而小粒种仍以6 cm播深最大;但到了七叶期,大、中、小粒种均以10 cm播深的干物质积累最多。这可能与深层土壤水分含量较高有关,即深播可以提高玉米苗期的抗旱性。

表4 籽粒大小与播种深度对玉米幼苗干物质积累的影响

2.4 籽粒大小与播种深度对玉米壮苗指标的影响

单位苗长鲜质量和壮苗指数可在一定程度上反映玉米幼苗的健壮程度[15-16]。从表5可看出,三叶期-七叶期,大、中粒种的单位苗长鲜质量和壮苗指数均较小粒种大,玉米幼苗更健壮。播种深度对大、中、小粒种的单位苗长鲜质量和壮苗指数均有影响。三叶期时,大粒种的单位苗长鲜质量和壮苗指数以2 cm播深最大,6，10 cm播深差异不明显,而中、小粒种均以10 cm播深最小;单位苗长鲜质量以6 cm播深最大，2,6 cm下的壮苗指数差异不大，五叶期时,大、中粒种的单位苗长鲜质量和壮苗指数均以10 cm播深最大,2 cm播深最小,而小粒种仍以6 cm播深最大,10 cm播深最小;至七叶期时,3个籽粒大小的单位苗长鲜质量和壮苗指数均从10 cm播深最大,2 cm播深最小。表明与浅播相比,玉米深播出苗较晚,刚出苗时幼苗较弱,但因土壤水分相对较高,生长较快,幼苗健壮程度逐渐提高,并超过浅播处理,大、中粒种的这种效应更加明显,幼苗健壮程度超过浅播处理的时期早于小粒种,同时也说明了小粒种耐深播能力较弱。

根冠比反映出地下部分与地上部分的相关性,能在一定程度上评价玉米生长状态和生长潜力,特别是苗期。如表5所示,籽粒大小与播种深度对玉米根冠比均有一定影响。从籽粒大小来看,三叶期中粒种最大,五叶期和七叶期均以小粒种最大。从播深来看,三叶期3种籽粒大小均以10 cm播深最小;五叶期,大、中粒种3个播深差异不大,小粒种以10 cm播深最大;七叶期,大、中粒种均随着播深的增加而变小,小粒种以6 cm播深最小,2 cm最大。深播的出苗晚,根系生长较慢,根冠比小;至五叶期时,深播的根冠比变大,甚至于超过浅播处理(小粒种),表明深播促进了幼苗根系生长;七叶期时,根冠比随着播深的增加变小,说明深播的幼苗地上部分生长量有较大幅度的增加。另外,小粒种的单株干质量最低(表4),但幼苗时根冠比却优于大、中粒种,表现出较高的生长潜力,这可能是随着幼苗的生长,小粒种较大、中粒种差距缩小的原因。

2.5 籽粒大小与播种深度对玉米产量及其构成的影响

如表6所示,籽粒大小与播种深度对玉米穗部性状、产量及其构成均有一定影响。随着播种深度增加和籽粒的增大,穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒质量均有增加的趋势,产量也随之提高。3个籽粒大小,6，10 cm播深平均分别较2 cm播深下的穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒质量、产量增加2.0%和5.5%、2.1%和4.8%、1.1%和4.4%、1.6%和5.9%、3.1%和9.3%、8.2%和16.9%;3个播深,大、中粒种较小粒种的穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒质量、产量分别平均增加4.5%和2.3%、2.1%和1.5%、2.9%和2.9%、6.6%和6.6%、1.1%和0.4%、9.2%和3.7%。表明在干旱条件下,选用大粒种并适当增加播种深度可在一定程度上提高玉米的产量,其主要原因是促进了生长发育,改善了穗部性状,也进一步表明,选用大粒种和适当增加播种深度可在一定程度上增强玉米的抗旱能力。

表5 籽粒大小与播种深度对玉米壮苗指标的影响

注:FW/SH.单位苗长鲜质量;SI.壮苗指数;R/S.根冠比。

Note:FW/SH.Fresh weight of unit seedling length;SI.Seedling index;R/S.Root-shoot ratio.

表6 籽粒大小与播种深度对玉米穗部性状、产量及产量构成的影响

3 讨论与结论

3.1 籽粒大小对玉米幼苗生长及产量的影响

种子萌发至出苗受到诸多因素的影响,籽粒大小是不可忽略的因素。本试验结果表明,玉米出苗率随着籽粒的增大呈增加的趋势,田间出苗后,大、中粒种的幼苗生长较旺,根系发达,茎基粗壮,叶面积大,干物质积累多,壮苗指数高,幼苗更健壮,这可能与其活力高、贮藏养分多有关[17],这一结果与武高林等[13]的报道基本一致。但也有学者认为,小种子在萌发和出苗能力上具有一定优势[18],种苗生长率更高,幼苗更壮[19],这可能与参试品种和试验条件有关。在本试验的粘重土壤和干旱条件下,大、中粒种在田间出苗和幼苗生长上表现出一定优势,这种优势虽然在七叶期以后有缩小趋势,但最终仍表现出一定的增产作用。增产的主要原因是穗部性状得到改善,特别是穗粒数有明显的增加。这与张岭梅等[20]以中粒种产量最高的研究结果不一致,可能是因为筛选籽粒大小的方法不同,张岭梅等[20]选用的是重量法,而本试验选用的是体积法,这种方法更能真实的反映种子籽粒的大小。

3.2 播种深度对玉米幼苗生长及产量的影响

播种深度对玉米萌发、出苗及幼苗生长发育有着重要影响。本试验发现,浅播有利于出苗,而适当深播有利于幼苗生长,主要原因是表层土(2 cm)易失墒、干旱,深层土(10 cm)通气性差、土壤压力大,但土壤保墒性好、湿度大,能促进根系的水分吸收与物质运输,使幼苗生长逐渐旺盛,甚至超过浅播处理,这与岳丽杰等[8]研究结果基本一致。但也有研究认为,深播减小了幼苗长度[6]、降低了幼苗干物质积累量[21],这可能与试验条件和播种深度不同有关。本试验玉米生长期总降雨量(336.2 mm)较多年(2010-2014年)此间降雨量减少了34.9%,且阶段性干旱特别严重,尤其是5月下旬-6月上中旬的苗期(出苗后-拔节的22 d降雨量仅21.1 mm,其中有15 d无降雨发生)和6月底-8月上旬的玉米幼穗分化至籽粒灌浆期间(45 d降雨量仅56 mm,其中45.7%是集中于7月3日和9日2 d,这期间有27 d无降雨),干旱发生的同时还伴随着连续的高温天气,尤其是7月中下旬,日均温度高达30 ℃以上,明显高于多年平均水平。虽然8月16,17两日内降雨量达到140.1 mm,占试验期间总雨量的41.7%,但并不能缓解长时间的干旱危害,反而带来涝害,严重影响了玉米苗期生长和产量形成,特别是浅播,深播表现出一定的苗期优势和增产效果,增产的主要原因是百粒质量的增加,说明深播提高了玉米的抗旱性,尤其是生育中后期,因此在旱地、旱季玉米生产中应适当深播。不同籽粒大小耐深播能力存在一定差异,从本试验田间出苗和幼苗生长来看,大粒种耐深播的能力相对较小粒种更强。

在本试验条件下,大粒种有利于提高玉米的田间成苗率,促进幼苗生长和培育壮苗,表现出一定的增产效果;适当浅播有利于出苗,但适当深播因土壤墒情较好而有利于幼苗的生长,有一定的抗旱、增产作用,因此干旱条件下应选用大粒种适当深播。

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Effect of Grain Size and Sowing Depth on Seedling Growth and Yield of Summer Maize in Drought Condition

CHENG Qiubo1,LI Xiaodong2,KONG Fanlei1,ZHANG Di1,WANG Xinglong1,GUO Xiang3,YUAN Jichao1

(1.College of Agronomy,Sichuan Agricultural University,Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in Southwest China,Ministry of Agriculture,Wenjiang 611130,China;2.Agricultural Bureau of Zhongjiang Country,Zhongjiang 618112,China;3.Sichuan Agricultural Meteorological Center,Chengdu 610072,China)

In order to explore the effect of grain size and sowing depth on emergence and seedling growth,determining suitable grain size and sowing depth in mechanization of summer maize production of Southwest Hilly Area.In the split-plot design,using Zhenghong 505 as the test material,3 kinds of grain size was assigned to the main plot,and 3 sowing depth(2,6,10 cm) to the subplot,emergence rate of maize,seedling quality,yield and yield components have been investigated in drought condition.The results showed that compared with small grain,large grain had higher emergence rate,the seedling was more haleness and grew better in drought,and there was a certain effect of increasing yield ultimately;Shallow sowing(2 cm) was conducive to the emergence,and the growth vigor of the seedlings of 6 cm sowing depth was best just when emerging,then the 10 cm depth of the seedling grew gradually strong,and obviously better at the 5 leaf period(large and medium grain)- 7 leaf period(small grain) than shallow sowing treatment,which also showed a certain increase in yield.Therefore,in the dry land or dry season,choosing large grain and suitable sowing depth in maize production can effectively better sthong seedlings,improve the resistance of drought,and achieve the purpose of producing income insurance.

Maize;Sowing depth;Seedling;Drought;Yield

2016-07-12

国家科技支撑计划项目(2012BAD04B13);农业部行业专项(20150312705)

程秋博(1990-),男,四川广元人,在读硕士,主要从事作物高产栽培技术研究。

袁继超(1962-),男,重庆人,教授,博士生导师,主要从事作物高产栽培技术研究。

S513.01

A

1000-7091(2016)05-0167-07

10.7668/hbnxb.2016.05.025