种植模式对寒地玉米茎秆糖分生产力的影响

张发明，杨克军，李佐同，赵长江，王玉凤，张翼飞，王智慧，徐晶宇

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

种植模式对寒地玉米茎秆糖分生产力的影响

张发明，杨克军，李佐同，赵长江，王玉凤，张翼飞，王智慧，徐晶宇

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

采用大垄双行覆膜、大垄双行、传统小垄三种种植模式，研究不同种植模式对寒地春玉米（郑单958）茎秆糖分生产力的影响及其主要作用因素的变化规律，同时探讨茎秆糖分生产力与产量的相关性。结果表明，不同种植模式下，覆膜和大垄能有效的调节植株生长，提高单位面积生物量的积累和出汁率；相关和通径分析表明，影响玉米茎秆糖分生产力的因素主要是取决于茎秆鲜重产量和种植密度；偏相关分析表明，产量与茎秆糖分生产力的相关性呈显著水平，说明适宜的种植模式可以实现茎秆糖分生产力和子粒产量达到双高。

玉米；种植模式；茎秆糖分生产力

玉米（Zea mays L.）是目前世界上产量最高的重要谷类粮食作物，是禾谷类作物中增产潜力最大的作物，也是最具价值的粮食、饲料、加工和能源等多种用途的作物之一，被誉为21世纪的“谷中之王”[1-2]。2013年我国玉米播种面积继续扩大，增加高产作物玉米种植面积109.3万hm2，产量创历史新高2.18亿t，单产首次突破6 t·hm-2，增产158 kg·hm-2，并且仍有较大的提升空间[3-4]。我国是农业大国，玉米生产面积较大，玉米秸秆资源丰富，然而很多地区都将玉米秸秆丢弃或焚烧处理，每年大约有5亿t秸秆被浪费掉，我国又是种草少、秸秆利用率低的国家，利用率只有20%，不仅污染环境，而且造成资源的巨大浪费[5-6]。玉米不仅是粮食作物，也是能源植物。玉米作为能源植物，不仅其子粒中的淀粉、茎秆中的纤维素和半纤维素可以用来生产燃料乙醇，而且其茎秆中糖质也可用于生产燃料乙醇[7-12]，利用玉米茎秆中的糖质提取燃料乙醇具有一定的优势，既不与民争粮，又不与粮征地，而且原料来源广泛和价格低，加上糖质乙醇加工本身成本低的优势，因此利用玉米秸秆生产燃料乙醇是一个一举多得、具有一定发展前景的燃料乙醇生产新途径，同时燃料乙醇发展可能会促进农业生产，并不会危及我国粮食安全，符合国情和政府鼓励使用非粮原料生产乙醇的产业政策[13-14]。因此，在保证玉米籽粒正常收获的同时，如何提高茎秆糖分生产力是玉米燃料乙醇生产的关键。然而，前人仅对甜高粱的糖分生产力进行过研究[14]，对玉米进行的研究未见报道。试验旨在研究不同种植模式对寒地春玉米（郑单958）茎秆糖分生产力的影响及其变化规律，同时探讨茎秆糖分生产力与产量的相关性，为玉米高产高效栽培技术提供参考，对提高玉米产量和秸秆利用率具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及品种

试验于2013年5月至10月在黑龙江八一农垦大学农学院试验基地进行，试验田地力均匀，地势平坦，0～20 cm耕作层有机质含量16.14 g·kg-1、碱解氮153.06 mg·kg-1、速效磷7.32 mg·kg-1、速效钾30 mg·kg-1，pH值8.38。试验选用玉米杂交种郑单958为材料。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，栽培方式为主区，密度为副区。栽培方式分别为大垄双行覆膜（C1）、大垄双行（C2）、传统小垄（C3）。C1：垄距为110 cm，垄上植株行距为50 cm，两垄间相邻植株行距为60 cm，边起垄边覆膜，膜与膜之间不留空隙，相接处用土压住地膜；C2：垄距、垄上行距为垄间行距同C1；C3：垄距65 cm；设计四个种植密度分别为6.0万株·hm-2（D1）、7.5万株·hm-2（D2）、9.0万株·hm-2（D3）、10.5万株·hm-2（D4）。总计12个处理，3次重复，共36个小区，每个小区6行，长为10 m。各处理均为人工播种、覆膜、定苗和追肥均为人工完成。在三叶期定苗，达到设计密度。底肥施纯N 225.0 kg·hm-2、P2O5172.5 kg·hm-2、K2O 150.0 kg·hm-2，在拔节期追施纯N 138.0 kg·hm-2，其他栽培管理措施同一般高产玉米田。

1.3 测定项目与方法

收获时收获各处理中间两垄全部果穗，进行测产，并随机抽取10穗进行考种。分析穗长，穗行数，行粒数，千粒重等产量构成因素。收获茎秆，每个处理取5株，称量茎秆的鲜重，然后用榨汁机榨取茎秆汁液，称重计算出汁率。使用手持测糖仪（PAL-1型，日本）测定榨出液锤度。糖分生产力（即折每公顷可发酵的糖，kg·hm-2）=茎秆鲜重产量（kg·hm-2）×汁液的锤度（%）×出汁率（%）。

1.4 数据分析

用Excel 2003进行试验数据整理和作图，用SPSS19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对出汁率的影响

由图1可知，不同种植模式下茎秆出汁率表现出随着密度的升高而逐渐降低的趋势，C1与C3种植模式除在D2密度下的出汁率差异不显著外，其他密度下都显著高于C2和C3处理。同时，C1和C2下的出汁率，在各个密度下都与C3差异显著。说明覆膜和大垄能有效的调节植株生长中的竞争，更有利于碳水化合物积累，从而提高出汁率。

图1 不同种植模式下出汁率的变化规律Fig.1Variation of juice yield with different planting patterns

2.2 不同种植模式对茎秆鲜重的影响

由图2可以看出，不同种植模式下茎秆鲜重表现出随着密度的增加而逐渐增加的趋势，不同密度条件下，C1和C2种植模式下的茎秆鲜重均与C3种植模式下的茎秆鲜重存在显著差异，但D3密度下，不同种植模式下的茎秆鲜重差异不显著。从D1到D4密度，C1种植模式下茎秆鲜重增加了20 841.26 kg·hm-2，显著高于种植模式C2（增加15 623.41 kg·hm-2）和C3（增加16 282.68 kg·hm-2）处理。可见，不同种植模式下单位面积茎秆鲜重产量结果表明，覆膜和大垄更有利于单位面积生物量的积累。

2.3 不同种植模式对茎秆汁液锤度的影响

由图3可知，随密度的增加不同种植模式下的茎秆汁液锤度呈降低的趋势。除在D4密度下，C1与C3处理下的茎秆汁液锤度差异不显著外，C1都显著高于C2和C3处理，但C2和C3之间的差异不显著。从D1到D4密度，C1种植模式下茎秆汁液锤度下降了23.38%，与种植模式C2（下降19.68%）和C3（下降16.94%）处理差异不显著。由此可知，低密度下不同种植模式对茎秆汁液锤度有影响，但高密度下其差异不显著。

图2 不同种植模式下茎秆鲜重的变化规律Fig.2Variation of stem fresh weight with different planting patterns

图3 不同种植模式下茎秆汁液锤度的变化规律Fig.3Variation of stalk brix with different planting patterns

2.4 不同种植模式对茎秆糖分生产力的影响

由图4可以看出，随着密度的增加，不同种植模式下的茎秆糖分生产力整体表现出逐渐升高的变化趋势；从低密度D1到高密度D4，茎秆糖分生产力始终表现为C1>C2>C3，并且C1处理增加了148.80 kg·hm-2，显著高于种植模式C2（增加104.10 kg·hm-2）和C3（增加108.79 kg·hm-2）处理。可见，适宜的种植模式更有利于糖分生产力的提高。

图4 不同种植模式下糖分生产力的变化规律Fig.4Variation of sugar productivity with different planting patterns

2.5 不同种植模式下影响茎秆糖分生产力的相关性分析

对不同种植模式下影响茎秆糖分生产力进行相关性分析，由表1可以看出，不同种植模式下，4个变量中茎秆鲜重和密度都与茎秆糖分生产力呈高度极显著正相关，说明二者的提高对茎秆糖分生产力具有明显的积极效应；出汁率和锤度与茎秆糖分生产力呈负相关，其中C1下的茎秆锤度呈中度显著负相关，出汁率呈中度负相关；C2和C3下的茎秆出汁率和锤度与茎秆糖分生产力呈高度极显著负相关。不同种植模式对茎秆糖分生产力的直接影响中，C1和C2下的茎秆鲜重的直接作用最大，而C3下的密度的直接作用最大。通过分析各个间接通径系数发现，不同种植模式下，茎秆鲜重与密度通过互相作用对茎秆糖分生产力都产生较大正值的间接作用，出汁率和锤度通过茎秆鲜重和密度对茎秆糖分生产力产生负值的间接作用，同时二者之间通过互相作用对茎秆糖分生产力的间接作用较小，导致产生较大的负间接效应掩盖了直接效应使它们的相关系数也表现为负值；剩余因子的通径系数分别为0.161、0.158和0.134，该值较大，说明在影响茎秆糖分生产力的因素中有较大未知因素没考虑，有待于进一步研究。

表1 不同种植模式下影响茎秆糖分生产力的相关性分析Table 1Correlation analysis of the effect of stem sugar productivity with different planting patterns

续表1不同种植模式下影响茎秆糖分生产力的相关性分析Continued table 1Correlation analysis of the effect of stem sugar productivity with different planting patterns

2.6 茎秆糖分生产力与产量及其构成因素的相关性分析

相关分析表明（表2），不同种植模式下，茎秆糖分生产力与产量、穗长、穗粒数和千粒重呈极显著正相关，由此可以说明，提高茎秆糖分生产力的同时，不会制约产量的增加。

表2 茎秆糖分生产力与产量及其构成因素的相关性分析Table 2Correlation analysis of productivity and stalk sugar yield and its component factors

2.7 茎秆糖分生产力与产量及其构成因素的偏相关分析

对产量、穗长、穗粒数和千粒重与茎秆糖分生产力作偏相关分析（表3），不同种植模式下对茎秆糖分生产力起主要作用的为产量和千粒重2个性状，其中，产量与茎秆糖分生产力的相关性显著，千粒重与茎秆糖分生产力呈不显著负相关关系。

表3 茎秆糖分生产力与产量及其构成因素的偏相关分析Table 3Partial correlation analysis of productivity and stalk sugar yield and its component factors

综合相关分析中千粒重与茎秆糖分生产力呈显著正相关关系，由此可以推断，提高玉米茎秆糖分生产力对玉米的产量及其构成因素无显著影响。所以，适宜的种植模式有助于茎秆糖分生产力和子粒产量都达到双高。

3 结论与讨论

从试验影响茎秆糖分生产力的主要因素的变化规律可以看出，不同种植模式下，茎秆的出汁率、糖锤度随着密度的升高而逐渐下降，而茎秆鲜重随着密度的增加而增加。同时，覆膜和大垄能有效的协调植株生长，更有利于光合产物积累，从而提高单位面积生物量的积累和出汁率；低密度下不同种植模式对茎秆汁液锤度有影响，但高密度下其差异不显著。因此，不同种植模式下影响玉米茎秆糖分生产力主要是单位面积生物量，所以调节好植株个体和群体的矛盾，保证群体产量的增加是提高玉米产量和茎秆糖分生产力的有效途径之一。

相关研究表明，一个品种能否获得高产糖量决定于生物产量、茎秆含糖量及汁液含量[16]。该研究表明，不同种植模式下影响玉米茎秆糖分生产力的因素主要是取决于茎秆鲜重产量和种植密度，并呈显著正相关；茎秆糖锤度与出汁率的较大的负间接效应掩盖了直接效应，表现出负相关，所以仅考虑相关系数不全面的。由此可知，不同种植模式并不是通过显著提高玉米茎秆糖锤度和出汁率来提高茎秆糖分生产力，而是通过提高群体和单株茎秆鲜重来增加茎秆糖生产力的。杨克军[17]等研究认为大小行栽培方式有效地调节了植株个体与群体间的矛盾，提高了干物质积累量，为产量形成和提高奠定了物质基础。C1种植模式更能有效地缓解植株间的竞争，协调群体结构，增加茎秆鲜重。同时，三种种植模式下的剩余因子通径系数值较大，说明在影响茎秆糖分生产力的因素中有较大未知因素没考虑，有待于进一步研究。

在提高玉米茎秆糖分生产力的同时，玉米子粒产量的高低仍然是首先要考虑的因素。适当种植模式可以协调高密度条件下群体内的光照、温度、湿度、养分供给等状况，提高作物群体光合作用并最终作用于产量[18]。孙占祥等[19]研究表明，田间种植形式的改变可以显著影响玉米群体产量及产量构成因素。相关和偏相关分析显示，不同种植模式下产量与茎秆糖分生产力的相关性呈显著水平，千粒重与茎秆糖分生产力呈不显著负相关关系。研究认为，适宜的种植模式可以实现茎秆糖分生产力和子粒产量达到双高。该结论是在特定区域的试验中获得，品种单一，适用范围还需要进一步验证。

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Effects of Planting Pattern on Corn Stalk Sugar Productivity in Cold Area

Zhang Faming，Yang Kejun，Li Zuotong，Zhao Changjiang，Wang Yufeng，Zhang Yifei，Wang Zhihui，Xu Jingyu
（College of Agronomy，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

Three different planting patterns，wide ridge with double covered lines，wide ridge with double lines，and the traditional small ridge were used to study their effects on stalk sugar productivity of spring maize（Zhengdan 958）in cold region，the changes of the main factors and the correlation of stalk sugar productivity and yield.The results showed that with different planting patterns，film-covered and wide ridge could effectively regulate plant growth，thereby increase the accumulation of biomass per unit area and the juice yield.Correlation and path analysis showed that the factors affecting the productivity of sugar corn stalk were mainly stem fresh weight yield and plant density.Partial correlation analysis showed that the correlation between stalk sugar productivity and yield was significant，which indicated that appropriate planting patterns could increase high levels on both stalk sugar production and grain yield.

maize；planting patterns；stalk sugar productivity

S513

A

1002-2090（2017）01-0028-05

2015-03-27

粮食丰产科技工程（2011BAD16B11-03）；国家科技计划课题（2013BAD07B01-07）；黑龙江省农垦总局科技攻关项目（HNK11A-03-02）；大庆市科技计划项目（SJH-2013-35）。

张发明（1988-），男，黑龙江八一农垦大学农学院2012级硕士研究生。

杨克军，男，教授，博士研究生导师，E-mail：byndykj@163.com。