不同栽培模式对春玉米茎秆特性、籽粒灌浆及产量的影响

李 晶，李文龙，顾万荣，佟 桐，刘笑鸣，刘赵月，魏 湜

（东北农业大学农学院，哈尔滨 150030）

黑龙江省是我国主要玉米生产基地之一。目前，减少东北冷凉地区玉米种植面积，提高玉米单产成为稳步提升玉米产量唯一途径。增加种植密度可提高玉米群体产量[1]，但密度过大使玉米叶片相互遮蔽，透光性减弱，叶片早衰[2]。降低玉米灌浆持续期和灌浆速率[3]。耕作方式是影响玉米产量重要因素之一。孔晓民等报道，与常规旋耕相比，深松耕作使土壤容重下降6.5%，土壤蓄水量和田间持水量分别提高4.5%和7.4%[4]。连续两年秸秆深翻还田可分别提高过氧化氢酶、脲酶、纤维素酶和土壤转化酶活性13.07%、40.12%、34.43%、32.15%[5]。玉米秸秆深翻还田可增加细菌数量86.67%[6]。高密度下喷施1 500倍玉黄金可降低玉米倒伏率，增加产量[7]。氮肥分期可增加玉米穗粒数、粒重[8-9]。本文集成种植密度、氮肥分期、化学调控、耕作方式等多项栽培模式，设计基础（ISP）、农户（FP）、高产高效（HH）、超高产（SH）四种栽培模式，分析不同栽培模式对黑龙江春玉米茎秆特性和灌浆动态及产量影响。探究不同产量层次产量差异，为黑龙江省合理减小玉米产量差异、提高产量提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

于2016～2017年在东北农业大学向阳试验示范基地（东经126°22′～126°50′，北纬45°34′～45°46′）开展试验。供试土壤为黑钙土，前茬作物大豆，耕层深度20 cm。试验地土壤各养分含量见表1。

1.2 试验设计

选用龙作2号为供试品种，共设4个栽培模式：基础栽培、农户栽培、高产高效栽培、超高产栽培模式，具体设计方案见表2，其中肥料均为纯量。试验采用随机区组排列，共8个处理，3次重复。2016年4月25日播种，6月27日叶面喷施玉黄金。2017年4月27日播种，6月28日叶面喷施玉黄金。两年垄宽0.65 m，垄长8 m，每个小区10条垄，小区间设立0.5 m缓冲区。玉黄金由山西浩之大生物科技有限公司提供。氮、磷、钾肥分别为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O544.83%）、硫酸钾（含K2O 44.83%）。

1.3 测定项目与方法

气象数据（4月1日～9月30日）：日降雨量、日最高气温、日最低气温等气象数据下载自中国中央气象站数据库（见图1）。

测产考种：收获期每个重复选中间4行、每行5 m实际收获，从中选择20个均匀穗，室内风干，记录穗行数与行粒数，计算穗粒数，然后脱粒，测定籽粒水分含量与百粒重（根据籽粒含水量折算百粒重干重或采用烘干法测定籽粒百粒重干重），实际产量（kg·hm-2，14%含水量）=玉米穗数/测产面积（m2）×10 000×穗行数×行粒数×粒重（kg）×（1-籽粒水分含量）/0.86。

植株性状：分别在拔节期、抽雄期、灌浆初期、乳熟期每小区选取代表性植株3株，测定株高。

叶面积指数（LAI）：分别在拔节期、抽雄期、灌浆初期、乳熟期每小区随机选取代表性植株20株。采用量测法直尺测量叶片长度和最宽处宽度，全展开叶系数为0.75，非全展开叶系数为0.5。三者相乘计算单株叶面积。LAI=单株叶面积×玉米密度/密度对应土地面积。

干物质积累：于拔节期、吐丝期、灌浆初期和乳熟期取5株代表性玉米植株，105℃杀青30 min后，80℃烘干至恒重，称取干物质量。

穿刺强度：分别在拔节期、抽雄期、灌浆初期、乳熟期每小区随机选取代表性植株3株，采用植物茎杆强度测定仪（型号AWOS-SL04）分别测定玉米第1、第2、第3节节间穿刺强度，计算平均值。

横折强度：分别在拔节期、抽雄期、灌浆初期、乳熟期每小区随机选取代表性植株3株，植物茎秆强度测定仪测定玉米第4、第5、第6节各节间中部。

籽粒灌浆：吐丝前选取生长健壮、整齐一致代表性植株标记，吐丝授粉后10、15、20、25、30、35、40、45、50 d称取鲜重，利用量筒排水法测定籽粒灌浆体积，最后105℃杀青15～20 min，85℃烘干至恒重，称籽粒干重。

籽粒灌浆参数：按照朱庆森等[10]、陈传永等[11]和王晓慧等[12]方法拟合籽粒灌浆过程。

灌浆速率G=AkBe-kt（1+Be-kt）-2，其中A为理论最大单粒重，B为初值参数，k为生长速率参数。灌浆渐增期持续时间T1=（lnB-1.317）/k，灌浆快增期持续时间T2=2.634/k，灌浆缓增期持续时间T3=3.27812/k，有效灌浆期t=（lnB+4.59512）/k，达到最大灌浆速率天数TGmax=lnB/k，灌浆速率最大时生长量WGmax=A/2，最大灌浆速率Gmax=Ak/4，灌浆活跃期D（大约完成总积累量的90%）=6/k，平均灌浆速率Gmean=A/t。

表1 试验土壤各养分含量Table 1 Nutrient content of soil in experiment

图1 哈尔滨市2016年和2017年玉米生长季降雨量和平均温度Fig.1 Daily precipitation and mean temperature in Harbin during thegrowing season in 2016 and 2017

表2 不同模式具体设计方案Table 2 Specific design schemes for different models

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2007处理试验数据，DPS7.05统计软件分析显著性。灌浆参数用Curve Expert 1.4分析。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式对春玉米产量及产量因子影响

由表3可知，不同模式间穗粒数、百粒重差异不显著，收获穗数是产量差异主因。玉米产量表现为SH＞HH＞FP＞ISP。ISP、FP、HH、SH产量分别达8 501.48、9 460.83、14 571.06和18 314.91 kg·hm-2，各个栽培模式呈显著差异。穗粒数表现为 SH＞HH＞FP＞ISP、每穗分别达 460、491、568、604粒，百粒重表现为ISP＞HH＞FP＞SH，但差异不显著。

2.2 不同栽培模式对春玉米株高影响

由图2可知，HH、SH模式株高均小于ISP、FP。抽雄期，株高关系为FP＞ISP＞SH＞HH，FP株高比ISP提高0.30%，HH、SH株高比ISP分别降低3.28%、1.19%。HH、SH模式株高低于ISP、FP，可能是玉黄金抑制节间伸长所致。

表3 不同栽培模式对春玉米产量及产量因子影响Table 3 Effects of different cultivation measures on corn yield and yield factors

图2 不同栽培模式对春玉米株高影响Fig.2 Effects of different cultivation modeson spring maize plant height

2.3 不同栽培模式对春玉米叶面积指数影响

由图3可知，不同栽培模式下叶面积指数均呈倒“V”型趋势，抽雄期达最大值，ISP、FP、HH、SH叶面积指数分别达2.68、3.03、3.21、4.01，与ISP相比，FP、HH、SH分别提高12.89%、19.62%、49.50%。SH模式在抽雄及灌浆初期叶面积指数分别达3.21和3.23，比ISP模式高出59.70%和60.71%。

2.4 不同栽培模式对春玉米干物质积累、分配影响

图4表明，随生育期推移，不同栽培模式下干物质积累量逐渐增多。不同栽培模式下干物质积累量关系均为SH＞HH＞FP＞ISP。乳熟期，与 ISP相比，HH、SH呈显著差异，干物质积累量比ISP分别高出147.16%和201.64%。说明HH、SH模式促进干物质积累。图5表明，不同栽培模式下，玉米干物质分配格局随生育时期推移发生显著变化。拔节期，干物质分配规律为“茎多叶少”，物质大多分配到茎，占生物总量50.69%～53.85%；抽雄期，干物质分配规律为“茎多叶少”，物质大多分配到茎，占生物总量56.96%～63.53%。ISP、FP、HH、SH叶片干重分配比例分别达36.47%、40.00%、40.06%、43.04%。灌浆初期，干物质分配规律为“茎多叶、穗少”，各处理干物质大多分配到茎，占总生物量45.92%～51.47%；其次是穗，占总生物量25.00%～37.69%；生物量分配到叶中最少，占15.44%～26.09%。乳熟期，穗重比值达最大，分配规律为“穗多茎、叶少”，各处理干物质大多分配到穗，占总生物量58.63%～69.03%；其次是茎，占总生物量19.85%～27.47%；生物量分配到叶中最少，占11.11%～13.90%。

图3 不同栽培模式对春玉米叶面积指数影响Fig.3 Effectsof different cultivation modes on spring corn leaf area index

图4 不同栽培模式对春玉米干物质积累影响Fig.4 Effectsof different cultivation modes on spring maize dry matter accumulation

2.5 不同栽培模式对春玉米穿刺强度影响

表4表明，不同栽培模式下玉米穿刺强度差异显著。HH穿刺强度最大。灌浆期，HH第一、二、三节分别达85.29、70.74、53.00 N。比ISP提高22.42%、37.44%、21.70%。SH第二、第三节穿刺强度仅次于HH模式，灌浆期，SH第一、二、三节分别达72.72、66.14、48.85 N。比ISP提高4.38%、28.50%、12.17%。随生育时期推进，各栽培模式下玉米茎秆穿刺强度均呈先增后减趋势，灌浆期达最大值。随节位升高，各栽培模式穿刺强度逐渐下降。

2.6 不同栽培模式对春玉米横折强度影响

由表5可知，不同栽培模式下玉米横折强度差异显著。HH横折强度最大。灌浆期HH第四、五、六节分别达273.94、213.23、350.01 N。比ISP提高45.47%、75.90%、37.20%。SH第四、五节横折强度仅次于HH模式，灌浆期SH第四、五、六节分别达241.22、189.42、329.53 N，比ISP提高28.09%、56.26%、29.17%。随生育时期推进，各栽培模式下春玉米茎秆横折强度均呈先增后减趋势，灌浆期达最大值。

2.7 不同栽培模式对春玉米籽粒灌浆参数影响

由表6可知，不同栽培模式籽粒灌浆过程方程拟合决定系数均在0.99以上，说明Logistic方程较好描述玉米籽粒灌浆过程。ISP、FP、HH、SH最大灌浆速率出现时间分别为22.26、23.55、23.24、21.73 d，其中SH出现最早，比ISP提前0.53 d。不同栽培模式下，灌浆活跃期（D）和有效灌浆时间（t）存在差异，其中HH最短，分别为46.15和57.23 d。而HH处理灌浆活跃期（D）和有效灌浆时间（t）仍最长，分别达60和69.47 d。

2.8 不同栽培模式下春玉米产量因子相关性分析

由表7可知，不同栽培模式下百粒重与穗粒数相关性不显著。ISP、FP模式下产量与穗粒数、百粒重呈显著正相关（P＜0.05）；HH处理产量与穗粒数呈显著正相关（P＜0.05），与百粒重呈极显著正相关（P＜0.01）。SH处理产量与穗粒数、百粒重与穗粒数却呈负相关。与品种耐密性有关。

图5 不同栽培模式对春玉米干物质分配影响Fig.5 Effects of different cultivation modes on spring maize dry matter distribution

表4 不同栽培模式对春玉米穿刺强度影响Table 4 Effects of different cultivation modes on spring corn puncture strength(N)

表5 不同栽培模式对春玉米玉米横折强度影响Table 5 Effectsof different cultivation modes on spring maize transverse folding strength(N)

表6 不同栽培模式对玉米籽粒灌浆参数影响Table6 Effects of different cultivation modeson spring maize grain filling parameters

表7 不同栽培模式下春玉米产量因子相关性分析Table 7 Correlation analysis of spring maize yield factors under different cultivation modes

3 讨论

3.1 不同栽培模式对春玉米茎秆特性影响

茎秆穿刺、横折强度是衡量玉米茎秆特性重要指标[13]。产量与节间干重、单位茎长干重、硬皮穿刺强度和弯曲性呈显著正相关[14]。贾波等研究表明，玉米茎秆特性与栽培措施密切相关，遗传、种植密度、水肥管理、化学调控、病虫害等因素对玉米茎秆特性影响显著[15]。黄海指出，郑单958密度增至7.5万株·hm-2时，穿刺、横折强度分别比对照增加10.2%、8.3%，但当种植密度超过7.5万株·hm-2时，茎秆强度下降[16]。本研究表明，HH模式下穿刺强度和横折强度最大，灌浆期茎秆穿刺、横折最大强度分别达85.29和350.01 N，比ISP高出22.42%和37.20%。

3.2 不同栽培模式对春玉米籽粒灌浆影响

灌浆速率和持续时间是研究玉米灌浆动态重要指标[17]。研究表明，籽粒灌浆与种植密度、养分、化学调控、耕作措施等具有相关性[18]。在玉米籽粒灌浆过程中，氮肥主要调控灌浆前期灌浆速率，密度则调控快增期、缓增期持续天数，两者共同作用可增产[9]。化控剂玉黄金提高后期灌浆速率198.59%，延长灌浆时间43.59%。叶面喷施化控剂Opera提高叶面积指数121.37%。深松耕和增加追肥次数可提高平均灌浆速率和最大灌浆速率[19]。本研究表明，不同栽培模式对玉米灌浆产生影响。其中HH模式下灌浆速率最快，比ISP提高17.19%。

3.3 不同栽培模式对春玉米株高、干物质积累、分配影响

干物质积累和分配与籽粒产量密切相关。是玉米高产栽培研究重点。刘春晓等研究表明，种植密度与诺达1号群体干物质积累量呈单峰曲线关系，密度达82 500株·hm-2时，群体干物质积累量达峰值[20]。深松耕提高郑单958干物质积累量3.35%[21]。玉米籽粒干物质积累是光合作用和茎秆干物质转移共同作用结果。本研究表明，不同栽培模式下干物质积累量不同，其中HH模式下干物质积累量最大，其次分别为SH、FP、ISP；不同栽培模式影响干物质分配流向，其中SH模式下穗重比值最大。

3.4 不同栽培模式对春玉米叶面积指数影响

叶面积指数利用光热资源，利于有机产物合成与积累，获得高产。种植密度、氮肥分期、化控剂、耕作方式影响叶面积指数。随种植密度增加，叶面积指数呈先增后减趋势。分期施氮可延缓叶片衰老，增加生育后期叶面积指数[22]。本研究表明，SH模式下叶面积指数最大，其次为HH和FP模式。

3.5 不同栽培模式对春玉米产量影响

玉米产量和种植密度、氮肥运筹、化学调控、耕地方式等因素密切相关。本研究结果表明，不同栽培模式下春玉米产量关系为SH＞HH＞FP＞ISP，与任昊等研究结果一致[23]。本研究结果表明，不同栽培模式下，穗粒数和百粒重差异不显著。不同栽培模式下收获穗数差异显著。因此，增加密度是提高产量关键因素。