高密度条件下行距配置对春玉米光合特性及产量的影响

刘永忠，李万星，曹晋军，靳鲲鹏

(山西省农业科学院 谷子研究所，山西 长治 046011)

高密度条件下行距配置对春玉米光合特性及产量的影响

刘永忠，李万星，曹晋军，靳鲲鹏

(山西省农业科学院 谷子研究所，山西 长治 046011)

为探明在9.0万株/hm2高密度种植条件下旱地春玉米最佳的株行距配置，采用随机区组设计，12个处理(DH1.等行距40.0 cm，DH2.等行距50.0 cm，DH3.等行距60.0 cm，DH4.等行距70.0 cm，DH5.等行距80.0 cm，DH6.等行距90.0 cm，KH1.宽窄行(53.3 cm+26.7 cm)，KH2.宽窄行(66.7 cm+33.3 cm)，KH3.宽窄行(80.0 cm+40.0 cm)，KH4.宽窄行(93.3 cm+46.7 cm)，KH5.宽窄行(106.7 cm+53.3 cm)，KH6.宽窄行(120.0 cm+60.0 cm))。3次重复，研究了行距配置对郑单958在旱地春播情况下产量和群体光合特性的影响。结果表明，随着行距的缩小，穗位叶SPAD值、穗位叶净光合速率、叶面积指数(LAI)、PAR截获率、单株干物质积累量、籽粒产量均提高；其中，50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置2年平均籽粒产量较90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均产量提高24.3%，除2013年DH6处理产量显著高于KH6处理外，其余等行距处理和宽窄行处理之间产量无显著性差异。高密度条件下山西省春玉米最佳行距配置为50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm。

玉米；高密度；行距配置；产量

诸多研究表明，增加密度、合理密植是今后玉米高产、超高产栽培的发展方向，密度高低是能否实现玉米高产的决定因素之一[1-4]。但随着种植密度的不断提高，植株之间相互遮阴，群体郁闭，通风透光条件变差；高密度种植条件下，功能叶片叶绿素含量、光合速率也随之降低[5-6]。

株行距配置对于调节群体结构具有重要意义，合理的株行距可以改善冠层内的光照、温度、湿度和CO2等微环境，可以较好地协调微气象因子与玉米产量的关系[7]。Dale[8]通过试验研究得出，玉米在76 cm行距下比38 cm行距产量高；Luis等[9]在7.5万株/hm2条件下试验，结果表明，50 cm行距较75，100 cm行距增产。邹淑芳等[10]通过对4种株行距配置比较试验后得出，最大和最小行距产量较高、而中间行距产量最低的现象；杨利华等[11]研究认为，较高密度条件下缩小行距提高了株高的整齐度和千粒质量，有利于产量的提高；李猛等[12]通过研究发现，宽窄行不利于耐密品种郑单958获得高产；杨吉顺等[13]、马磊磊等[14]研究认为，高密度下采用宽窄行种植方式较等行距显著增产。可以看到，国内外关于株行距配置的研究很多，得出的结论存在较大差异，但旱地春玉米在高密度条件下，如何确定合理行距配置鲜有报道。

本研究选择郑单958适宜当地的9.0万株/hm2高密度条件[15]，且设置了较多株行距处理，从叶绿素、光合速率、叶面积指数、PAR截获率、农艺性状及产量等方面进行研究，以期探明高密度条件下春玉米最佳的株行距配置，为提高旱地玉米单产、保障国家粮食安全提供理论和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2013-2014年在山西省农业科学院谷子研究所试验基地进行。试验地为壤土，0～40 cm土层内的有机质含量为20.9 g/kg，全氮1.28 g/kg，碱解氮53.29 mg/kg，速效磷14.22 mg/kg，速效钾201.33 mg/kg。2013年生育期降雨量523.7 mm，2014年生育期降雨量360.0 mm，2年生育期内均无灌溉。

1.2 试验材料

供试品种为郑单958，密度为9.0万株/hm2。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，12个处理： DH1.等行距40.0 cm，DH2.等行距50.0 cm，DH3.等行距60.0 cm， DH4.等行距70.0 cm，DH5.等行距80.0 cm，DH6.等行距90.0 cm， KH1.宽窄行(53.3 cm+26.7 cm)，KH2.宽窄行(66.7 cm+33.3 cm)，KH3.宽窄行(80.0 cm+40.0 cm)，KH4.宽窄行(93.3 cm+46.7 cm)，KH5.宽窄行(106.7 cm+53.3 cm)，KH6.宽窄行(120.0 cm+60.0 cm)。每处理宽8.0 m，行长5.5 m。3次重复。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 穗位叶叶绿素含量 采用SPAD-502型叶绿素测定仪(Konica Minolta，日本)分别于开花期、灌浆期、乳熟期、蜡熟期、完熟期测定穗位叶SPAD值，每处理测定5 株，取其均值作为各处理SPAD值。

1.4.2 穗位叶净光合速率 用CIRAS-2便携式光合测定系统分别于开花期、灌浆期、乳熟期、蜡熟期、完熟期的晴天10：00-12：00时进行测定。光强、CO2浓度和叶温分别控制在1 200 μmol/(m2·s)，400 μmol/mol 和30 ℃。每次选取5个叶片，选择健康叶片中部的相同部位测定，结果取平均值。

1.4.3 叶面积指数(LAI)于苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期进行测定，测定时选择生长发育一致、叶片无病斑和破损的植株，重复 3次。

LAI=单株叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积；单叶叶面积=长×宽×0.75。

1.4.4 PAR截获率 于灌浆期选择晴天无云天气，于 9：00-11：00采用 SunScan冠层分析仪(Delta，UK)进行测定。在行间按对角线方式，宽窄行分别测定，其结果取平均值。分 2 层测量，即下层(地面30 cm)和穗位叶层(穗位叶及其上下叶)。

1.4.5 干物质积累量于苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期，选择生长发育一致、叶片无病斑和破损的植株，测定地上部干物重，测定方法为将样品在烘箱内 105 ℃杀青 60 min，再经 85 ℃烘干至恒重，称重，重复 3次。

1.5 数据处理

试验结果采用SPSS软件进行方差分析和显著性差异比较。

2 结果与分析

2.1 不同株行距配置对穗位叶叶绿素SPAD值的影响

由图1，2可知，穗位叶叶绿素SPAD值随着生育期的推进呈现单峰曲线变化，均在灌浆期达到最大值，完熟期达到最小值。不同等行距配置和宽窄行配置对叶绿素SPAD值的影响表现出相同规律，随着种植行距的减小叶绿素SPAD值逐渐增加。在完熟期40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均SPAD值达到34.5，50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均SPAD值为33.9，分别较90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均SPAD值高19.0%和17.1%。由此可见，随着行距的增加，叶绿素SPAD值在灌浆后期的下降尤为明显，较小的行距配置更有利于穗位叶叶绿素的保持和积累。

图1 等行距对穗位叶叶绿素值的影响

图2 宽窄行对穗位叶叶绿素值的影响

2.2 不同株行距配置对穗位叶光合速率的影响

由图3，4可知，玉米穗位叶净光合速率随着生育期的推进呈现单峰曲线变化，均在灌浆期达到最大值，完熟期达到最小值，不同等行距和宽窄行配置下的净光合速率均表现为随着行距的减小而增大。在灌浆期40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的穗位叶平均净光合速率达到31.41 μmol/(m2·s)，50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均净光合速率达30.13 μmol/(m2·s)，分别较90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均净光合速率提高11.1%和6.6%。在完熟期，40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的穗位叶平均净光合速率与50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均净光合速率分别较90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均净光合速率提高34.3%和34.9%。由此可见，在高密度条件下，随着行距的增加穗位叶净光合速率在灌浆后期的下降尤为明显，较小的行距配置更有利于穗位叶光合速率高值持续期的延长，更有利于为玉米籽粒灌浆提供充足的光合产物。

图3 等行距对穗位叶净光合速率的影响

图4 宽窄行对穗位叶净光合速率的影响

2.3 不同株行距配置对叶面积指数的影响

由图5，6可知，群体叶面积指数(LAI)随着生育进程的推进呈现出先增加后减少的趋势，即随着生育时期的推移呈现单峰曲线变化，灌浆期达到高峰，之后开始下降。等行距配置和宽窄行配置对叶面积指数的影响表现出相同规律，拔节期后随着行距的缩小LAI随之增加，在开花期40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均LAI与50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均LAI分别较90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm的平均LAI增加29.5%和24.3%。拔节期后行距较小的处理(40.0，50.0，60.0 cm)中，平均行距相同的宽窄行配置LAI要高于等行距配置；行距较大的处理(70.0，80.0，90.0 cm)中，平均行距相同的等行距配置LAI要高于宽窄行配置。由此可见，平均行距40.0 cm及50.0 cm的行距配置，更有利于在高密度条件下提高叶面积指数，从而有利于光合源的扩大。

图5 等行距配置对玉米叶面积指数的影响

图6 宽窄行距配置对玉米叶面积指数的影响

2.4 不同株行距配置对光截获的影响

由图7，8可知，随着行距的减小穗位叶层PAR截获率、冠层PAR总截获率随之增加。其中，40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均总截获与50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置分别较90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm增加12.5%和11.2%；穗位叶层平均截获率分别较90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm提高22.2%和21.3%。当平均行距为40.0，50.0，60.0 cm时，等行距和宽窄行配置的PAR截获率相差很小；但平均行距为70.0，80.0，90.0 cm时，等行距配置的总截获率较宽窄行配置高1.3%～3.0%；穗位叶层截获率较宽窄行配置高3.1%～3.7%。由此可见，高密度种植条件下大行距处理的漏光损失严重，在穗位叶层表现尤为明显。

图7 等行距对玉米灌浆期PAR截获率的影响

图8 宽窄行对玉米灌浆期PAR截获率的影响

2.5 不同株行距配置对干物质积累的影响

由图9，10可知，随着生育进程的推进单株干物质积累均表现为先慢后快的增长趋势，不同等行距配置和宽窄行配置的单株干物质积累在苗期无明显变化规律，在拔节期后随着行距的减小单株干物质积累增加。在成熟期40 cm+40 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均单株干物质量与50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均干物质分别较90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm增加

图10 宽窄行配置对玉米单株干物质积累的影响

37.2%和37.4%。在成熟期行距较大的处理(80.0，90.0 cm)中，平均行距相同的等行距配置单株干物质积累要高于宽窄行配置。由此可见，在高密度条件下，平均行距40.0，50.0 cm的行距配置，更有利于干物质的积累。

2.6 不同株行距配置对玉米产量及产量性状的影响

由表1可知，籽粒产量随种植行距的缩小而增加，2年的试验结果相似，其中，40 cm+40 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的2年平均产量与50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的2年平均产量分别较90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm增加29.5%和24.3%，说明在高密度条件下，减小种植行距是获得高产的有效途径。行距较小的处理(40.0，50.0 cm)产量显著高于行距较大的处理(80.0，90.0 cm)，平均行距相同的处理中，除2013年DH6处理产量显著高于KH6处理外，其余宽窄行配置和等行距配置之间产量无显著性差异。对本试验条件下产量与产量构成因素进行相关性分析表明，产量与穗粒数、实收穗数、百粒质量均呈极显著正相关(2013年相关系数分别为：r=0.919﹡﹡，r=0.903﹡﹡，r=0.750﹡﹡；2014年相关系数分别为：r=0.895﹡﹡，r=0.936﹡﹡，r=0.918﹡﹡)，产量与秃尖间呈极显著负相关(2013年相关系数为：r=-0.915﹡﹡；2014年相关系数为：r=-0.901﹡﹡)。因此，高密度条件下小行距增产的主要原因是由于穗粒数、实收穗数、百粒质量的显著提高及秃尖的显著降低。

表1 不同株行距配置对玉米产量及产量性状的影响

注：同一性状的数值标以不同小写字母表示不同行距配置处理在P﹤0.05水平上差异显著(LSD法数据统计)。

Note：Values within a column followed by different letters are significantly different atP﹤0.05(as determined by LSD).

3 讨论

穗位叶是籽粒产量的主要来源，叶绿素是叶片进行光合作用的物质基础，穗位叶片叶绿素含量是衡量玉米光合能力强弱的指标，其与光合速率呈正相关。本研究结果表明，随着行距的增加穗位叶SPAD值在灌浆后期的下降尤为明显，较小的行距配置更有利于穗位叶叶绿素的保持和积累。光合作用是产量形成的基础，作物的干物质95%以上来源于光合作用。玉米穗位叶净光合速率随密度的增大而降低[16]，玉米叶片光合速率与作物产量之间呈正相关[17]，尤其在高密度栽培中，表现得更为突出。董树亭等[18]研究认为，延长灌浆期的群体光合速率高值持续期是玉米高产的潜力所在。本研究结果表明，在高密度条件下，平均行距40.0，50.0 cm处理的穗位叶净光合速率较高，随着行距的增加穗位叶净光合速率在灌浆后期的下降明显，较小的行距配置有利于穗位叶光合速率高值持续期的延长，更有利于为玉米籽粒灌浆提供充足的光合产物。

叶面积指数(LAI)是衡量玉米产量及生长发育状况的一个重要指标，适宜的叶面积指数有利于提高光能利用率，叶面积稳定期持续时间较长，波动小，衰亡时间短，叶面积下降比较缓慢，有利于提高玉米光能利用效率和籽粒产量[19]。沈秀瑛等[20]研究指出，玉米群体对太阳有效辐射的截获在一定范围内与LAI呈正相关。本研究结果表明，40.0 cm及50.0 cm的平均行距配置，有利于在高密度条件下提高叶面积指数，从而有利于光合源的扩大。玉米冠层内光合有效辐射(PAR)直接影响冠层内叶片的光合作用，进而影响玉米净第一生产力或作物产量的准确评估[21]。本研究结果表明，较小的行距处理冠层PAR总截获率和穗位层PAR截获率比大行距处理高，在高密度种植条件下，大行距处理的漏光损失严重，在穗位叶层表现尤为明显。

干物质是籽粒产量的物质基础，产量和干物质量呈正相关，在一定范围内，籽粒产量随干物质量的增加而提高[22]。提高干物质的生产能力，是提高玉米籽粒产量的根本途径[23]。本研究结果表明，在高密度条件下，玉米整个生长发育过程中，40.0，50.0 cm的平均行距配置，有效地调节了植株个体与群体间的矛盾，有利于干物质的积累。在密度增加的情况下，适当缩小行距，是国内外高产玉米的发展趋势。在美国，随着密度的增加种植行距已由20世纪50年代的102 cm减小到76 cm[24]；据研究，行距由100 cm缩小到76 cm，产量增长5%～10%[25]；对于玉米，合理的行距是株距的1.5～2.0倍[26]。张胜爱等[27]、张晓丽等[28]研究表明，适度增加密度可以提高产量，随行距的扩大产量有降低的趋势，高密度条件下通过缩小行距可使产量构成因素实现最佳配置，从而获得较高产量。本研究结果表明，行距较小的处理(40.0，50.0 cm)产量显著高于行距较大的处理(80.0，90.0 cm)，平均行距40.0，50.0 cm的处理之间无显著性差异，平均行距相同的处理中，宽窄行配置和等行距配置之间产量无显著差异。过宽的行距导致产量降低的原因是多方面的，如对杂草的抑制作用减弱、高蒸发率、光截获率下降，种植行内株距过小，导致株间竞争激烈等。试验表明，高密度下，平均行距40.0 cm的处理产量最高，但在具体的实施中，40.0 cm处理的等行距和宽窄行配置由于行间比较狭窄，追肥、管理等很不方便。因此，推荐在高密度(9万株/hm2)玉米的实际生产中，采用50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置。

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Effects of Row Spacing on Photosynthetic Characteristics and Yield of Spring Maize under High Density

LIU Yongzhong，LI Wanxing，CAO Jinjun ，JIN Kunpeng

(Institute of Millet，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Changzhi 046011，China)

With the high-density of 90 000 plants/ha，the effects of row spacing on spring maize were studied.The experiment was conducted with random block design.There were 12 treatments in the test: DH1.40.0 cm+40.0 cm，DH2.50.0 cm+50.0 cm，DH3.60.0 cm+60.0 cm，DH4.70.0 cm+70.0 cm，DH5.80.0 cm+80.0 cm，DH6.90.0 cm+90.0 cm，KH1.The wide-narrow spacing 53.3 cm+26.7 cm，KH2.66.7 cm+33.3 cm，KH3.80.0 cm+40.0 cm，KH4.93.3 cm+46.7 cm，KH5.106.7 cm+53.3 cm，KH6.120.0 cm+60.0 cm.All treatments were repeated three times.The effects of row spacing on grain yield and photosynthetic characteristics were studied in this article.The results showed that with the reducing of row spacing，SPAD of ear leaf，Pn of ear leaf，LAI，as well as PAR capture ratio of corn and dry matter accumulation of corn and grain yield increased accordantly.The 50.0 cm+50.0 cm and 66.7 cm+33.3 cm treatments two years average grain yield increased by 24.3% than the treatments of 90.0 cm+90.0 cm and 120.0 cm+60.0 cm.There was no significant difference between row spacing and wide-narrow spacing except DH6 and KH6 in 2013. The results indicated that 50.0 cm + 50.0 cm and 66.7 cm + 33.3 cm was the best row spacing at higher plant density spring maize in Shanxi.

Maize； High planting density； Row spacing； Yield

2017-03-07

山西省重点研发计划(指南)项目(201603D221035-3)；山西省农业科学院重点项目(YZD1503)

刘永忠(1964-)，男，山西长治人，研究员，硕士，主要从事玉米栽培研究及推广工作。

S513.01;S513.04

A

1000-7091(2017)03-0111-07

10.7668/hbnxb.2017.03.017