种植密度对夏玉米光合性能、农艺性状和产量的影响研究

卜俊周,岳海旺,彭海成,陈淑萍,魏建伟,谢俊良

(河北省农林科学院 旱作农业研究所/河北省农作物抗旱研究重点实验室,河北 衡水 053000)

种植密度对夏玉米光合性能、农艺性状和产量的影响研究

卜俊周,岳海旺*,彭海成,陈淑萍,魏建伟,谢俊良**

(河北省农林科学院 旱作农业研究所/河北省农作物抗旱研究重点实验室,河北 衡水 053000)

研究了种植密度(6.00、6.75、7.50和9.00万株/hm2)对3个夏玉米品种光合性能、农艺性状及产量的影响。结果表明：在试验的密度范围内,随着种植密度的增加,玉米的穗长、穗粒数、百粒重和穗重均呈降低趋势，而叶面积指数和群体光合能力呈增加趋势；衡玉321和郑单 958的耐密系数大,随密度增加产量增加幅度较大;先玉335的耐密系数小,随密度的增加产量增加幅度小,适合相对稀植。

玉米；种植密度;光合性能；农艺性状；产量

提高种植密度是获得玉米高产的重要途径[1-2],这已达成共识。群体密度对作物的光合性能、农艺性状和产量有重要的影响[3-4],种植密度、光合性能与产量的关系成为育种家和栽培学者们研究的热点[5-6]。适宜的种植密度可使玉米群体与个体协调发展,获得较高的群体光合速率,从而提高单位面积上的产量[7-8]。不同的作物品种耐密性不同[9-10],通过耐密系数的计算,可推断出品种的耐密性。笔者以大田生产上常用的玉米品种郑单958、先玉335、衡玉321为试验材料,研究了种植密度对玉米产量、产量性状及群体光合特性的影响,计算了不同品种的耐密系数,探寻了其适宜的栽培密度,以期为玉米高产栽培提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2015年在河北省农林科学院旱作农业研究所旱作节水试验站进行,土壤类型为黏质壤土,旋耕整地播种,旋耕前施用六国牌复合肥750 kg/hm2做底肥。6月8日按照设计人工穴播,每穴2～3粒,播后及时浇蒙头水,7月1日定苗,在大喇叭口期追施尿素400 kg/hm2,10月1日收获。

1.2 试验设计

本试验采用裂区设计,种植密度为主处理[11],设6.00、6.75、7.50和9.00万株/hm2四个梯度；品种为副处理,设郑单958、先玉335和衡玉321三个品种。每个处理重复3次,随机区组排列[12],每个小区种植6行,行长10.0 m,行距0.60 m,株距依照种植密度分别确定为0.278、0.247、0.222、0.185 m。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶面积指数 在每个小区内选取有代表性的玉米植株10株,采用长宽系数法在灌浆期测定叶面积,即叶面积LA=长×宽×0.75；再计算叶面积指数(LAI)，计算公式为LAI=LA/GA，式中GA为土地面积(m2)，LA为该土地面积上的总叶面积(m2)。

1.3.2 光合速率 在每个小区连续选取10株,在灌浆期选择晴朗天气9:00～13:00,采用Li-6400光合仪测定穗位叶的光合速率(自然光源,流速500 μmol/s)。

1.3.3 农艺性状和产量 在收获前每个处理选取有代表性的植株5株,测定株高、穗位高和茎粗；收获时每个小区取中间4行测产。取有代表性的10个穗考种,考种指标包括单穗重、穗长、秃尖长和百粒重。将单穗称鲜重后脱粒并装袋,放入烘箱于105 ℃杀青30 min,再在80 ℃下烘至恒重，称重。

1.4 数据处理方法

应用EXCEL 2007软件进行数据处理和统计作图。

2 结果与分析

2.1 叶面积指数(LAI)和光合速率

2.1.1 LAI LAI是衡量作物群体大小的1个主要指标,可以反映品种与密度的增产效应以及群体结构与产量间的关系等。由图1可以看出：在试验的种植密度范围内,LAI随着种植密度的增加总体上呈增加的趋势。不同的品种由于品种特性的原因在增加种植密度的情况下LAI的反应有所不同。用方程y=ax2+bx+c拟合种植密度(x)与LAI(y)间的关系，得到各品种的拟合方程：郑单958,y=0.213x2+3.586x-9.61 (R2=1);先玉335,y=0.026x2-0.606x+6.62 (R2=1)；衡玉321,y=0.063x2-0.161x+2.211 (R2=0.988)。

图1 不同种植密度下各玉米品种的叶面积指数

2.1.2 光合速率 由图2可见：不同玉米品种的光合速率峰值出现在不同的种植密度处理下，其中郑单958和衡玉321的光合速率峰值均出现在7.50万株/hm2密度下;先玉335的光合速率峰值出现在6.00万株/hm2密度下,随着种植密度的增加,先玉335的光合速率呈下降趋势。

2.2 农艺性状

2.2.1 株高 在不同种植密度下,3个品种的株高变化幅度小,郑单958的株高范围为275～280 cm,先玉335的范围为313～320 cm;衡玉321的范围为273～278 cm。

图2 不同种植密度下各玉米品种的光合速率

2.2.2 穗位高 随着种植密度的增加,各品种的穗位高呈增高趋势,在4个密度处理之间差异不明显,穗位高的变化范围在105～122 cm之间。

2.2.3 茎粗、穗长、秃尖 从表1可以看出：茎粗随着种植密度的增加而变细;穗长随着种植密度的增加而变短;秃尖随着种植密度的增加而增大。种植密度的增加导致玉米个体生长条件变差,营养积累不足。

2.3 种植密度对产量的影响

所选用的3个品种的产量性状穗长和单穗重均随着播种密度的增加而呈降低趋势,其中先玉335的降幅较大,9.00万株/hm2下的穗长较6.00万株/hm2下的降低了2.6 cm,单穗重较6.00万株/hm2下的减少了45.5 g。

在不同种植密度下各品种间产量差异较大,说明不同品种有不同的最佳种植密度。各品种在低、中密度下保持较高的单株生产力,在此范围内随密度的逐渐升高群体产量增加；在试验密度范围内,产量与种植密度的关系符合拟合方程y=ax2+bx+c。

2.4 耐密系数的计算

对3个品种在高密度(7.50万株/hm2)、低密度(6.00万株/hm2)种植下的单株产量分别求平均值,其平均值作为各品种在这两种密度下的单株产量。利用苏方宏提出的N=y1y2(D2-D1)/[D1(y1-y2)y]计算低、高密度下各品种的耐密系数,式中N为耐密系数;D1、D2分别为低、高密度水平;y1、y2分别是低、高密度下的单株产量;y为高密度下各品种的平均单株产量。N值越大,耐密性越好;N值越小,耐密性越差。经计算,郑单958的N值为4.6,衡玉321的N值为2.75,先玉335的N值为1.53,说明在这3个品种中,郑单958的耐密性最好,可以在7.50万株/hm2密度下获得高产;先玉335的耐密性差,最适种植密度为6.00万株/hm2。

表1 在不同种植密度下各玉米品种的农艺性状表现

注：表中产量数据为3次重复的平均值±标准误。

3 结论与讨论

大田生产上推广的玉米品种在一定的生态条件下都有其最适宜的种植密度[9,13-16]；合理密植是玉米高产的关键措施。相关研究表明,高密度下的产量大于低密度下的产量[1,17],但产量不是随密度的增加而无限增长的,当密度高于适宜密度时,群体产量开始下降[18-19]。本研究结果表明，在试验密度范围内,玉米产量与种植密度的关系符合拟合方程y=ax2+bx+c。在试验中郑单958随密度的增加产量增加,且增产幅度较大,耐密系数大,适合密植;先玉335随密度的增加产量降低,耐密系数小,适合相对稀植; 衡玉321随着密度的增加产量变化不大,耐密系数居中,在一定范围内种植密度可稀可密。

在本研究中，在试验密度范围内,玉米群体的LAI随着密度的增加而增大,因此依靠增加种植密度来提高群体的LAI进而提高玉米产量是可行的。由于品种特性不同,不同品种的光合速率的峰值出现在不同的种植密度下。

本研究还发现，种植密度对玉米的穗长、单穗重和秃尖有明显的影响。当密度低时,穗长增加,秃尖减少, 单穗重提高,单位面积穗数减少;当密度增大时,单位面积穗数增加,但单穗重下降。因此在增加密度的前提下,应使单穗重下降少些,找到两者的最佳结合点来获得高产。

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(责任编辑:黄荣华)

Effects of Planting Density on Photosynthetic Performance, Agronomic Characters and Yield of Summer Maize

BU Jun-zhou, YUE Hai-wang*, PENG Hai-cheng, CHEN Shu-ping, WEI Jian-wei, XIE Jun-liang**

(Institute of Dry Farming Agriculture, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences / Hebei Provincial Key Laboratory of Crop Drought Resistance Research, Hengshui 053000, China)

The effects of different planting densities (60000, 67500, 75000 and 90000 plant/hm2) on the photosynthetic performance, agronomic characters and yield of three summer maize varieties were studied. The results showed that: within the scope of tested planting densities, along with the increase in planting density, the ear length, grain number per ear, 100-grain weight, and ear weight of maize all decreased, while the leaf area index and population photosynthetic capacity increased. Hengyu 321 and Zhengdan 958 had a big density-tolerant coefficient, and their yield greatly increased with the increase in planting density. Xianyu 335 had a small density-tolerant coefficient, and its yield increase was small when the planting density increased, so this variety is suitable for relatively thin planting.

Maize; Planting density; Photosynthetic performance; Agronomic character; Yield

2017-04-26

国家玉米产业技术体系项目(nycytx-02)；河北省科技厅科技计划项目(16226323D-X)。

卜俊周(1973─),男,河北赵县人,副研究员,主要从事玉米育种研究。*岳海旺:共同第一作者。**通讯作者:谢俊良。

S513.044

A

1001-8581(2017)09-0019-03