深松对不同种植密度下春玉米冠层光合特性及产量的影响

王春雷

（通辽市农业科学研究院，内蒙古 通辽 028015）

增加群体种植密度、构建合理冠层结构，是提高玉米单产的有效途径[1-2]。当前北方春玉米生产区平均种植密度仅为60 000株/hm2，增加种植密度潜力很大。但随着种植密度的提升，群体内部个体间的竞争加剧，空秆率增大，果穗变小，秃尖增大，极易发生倒伏早衰[3-5]，尤其是北方春玉米主产区多年的连续单纯灭茬旋耕，导致耕作层变浅、犁底层土壤紧实、土壤缓冲能力减弱，增加了根系下扎阻力，影响到整个植株个体的生长发育，冠层结构的不合理性造成群体各层叶片光截获受到限制，使中下部叶片长期处于弱光胁迫状态，过早丧失功能引起早衰，增加了玉米旱灾、倒伏、中后期营养不足的风险，进而影响产量的提高[6-7]。因此，采取合理的深松耕作措施加深耕层，改善土壤结构特性，消除耕层障碍因子，增加作物对水分及养分的吸收，支撑地上部群体生长发育需求，构建合理群体，维持后期冠层功能。充分挖掘冠层生产力和耕层供给力的有效措施，是实现玉米的高产、稳产与高效协同提高突破口[8-10]。本试验研究了合理的深松方式与适宜的种植密度对提高春玉米群体光合特性的影响，旨在为玉米增产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验选择在内蒙古通辽市（42°15′N，119°15′E），地处松辽平原西端，属中温带季风大陆性气候，日照充足，四季分明，雨热同季，年平均降雨350～400 mm，年平均气温7.0℃。

1.2 试验材料与设计

以伟科702 和先玉335 两个春玉米品种为供试材料，采用随机区组设计，密度处理，为45 000、60 000、75 000、90 000株/hm2，并设深松（SS）和不深松（NS）两个处理，以不深松处理为对照，其中NS1、NS2、NS3、NS4 分别代表4个密度的不深松处理，SS1、SS2、SS3、SS4为对应密度下的深松处理，3次重复，共计48个小区。每个小区种植6行，行长15.0 m，行距0.6 m，每个小区面积54.0 m2。

试验地前茬作物为春玉米，深松在秋季收获后结合当地秸秆还田处理后进行，深松深度30～40 cm。试验地播前耕层（0～20 cm）土壤养分状况为：有机质26.30 g/kg、全氮0.83 g/kg、碱解氮48.30 mg/kg、速效磷17.40 mg/kg、速效钾78.60 mg/ kg。试验采取拖拉机开沟施肥，人工播种。田间管理与当地大田种植水平一致，播种时施N 41.04 kg/hm2、P2O5104.88 kg/hm2、K2O 45.00 kg/hm2，拔节期（8～10 叶展）一次性追施N 258.70 kg/hm2，肥料使用水平中等。

1.3 测定项目与方法

叶面积、叶面积指数（LAI）测定：分别于拔节期、大口期、吐丝期、乳熟期、成熟期选择生长发育一致、叶片无病斑和破损的植株连续取样5株测定叶面积。叶面积测定采用长宽系数法，单叶面积=长×宽×系数（展开叶为0.75，未展叶为0.50）；LAI=单株叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积。

叶绿素含量（ChlT）测定：于吐丝期9：00—11：00时取穗位上叶、穗位叶、穗位下叶3片测定叶绿素含量，每次测3株。采用丙酮乙醇（4.5∶4.5∶1.0）法提取叶绿素，用半径为0.4 cm 打孔器均匀取10个叶片，剪碎，放入刻度试管，加入10 mL 丙酮乙醇混合液，用塑料薄膜封口，浸提24 h，用分光光度计在645、663、470 nm 波长处测定OD值，计算叶绿素含量（ChlT）。

叶片光合特性测定：于吐丝期9：00—11：00 时用美国产Li-6400 型便携式光合仪测定植株穗位上叶、穗位叶、穗位下3片叶的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr），每次测3株。

产量及产量构成因素测定：各小区测产面积为20 m2，人工脱粒后测鲜粒重和含水率，并折算成含水量为14%的产量。同时，调查各测产区内有效穗数，并分别取10 穗考种，测定穗粒数，折算14%含水量下的千粒重。

2 结果与分析

2.1 深松对不同种植密度单株叶面积的影响

由表1可知，从拔节期到成熟期，同一品种同一处理的单株叶面积经历由小变大再减小的变化过程，在吐丝期时达到最大值，并且随密度的增加单株叶面积呈下降趋势。 通过对比分析，在密度水平一致情况下，深松处理可以有效提高单株植株的叶面积，伟科702 在吐丝期SS3 与NS3、SS4 与NS4 比较，叶面积分别增加4.24%、4.87%，深松与不深松处理的差异性均达到极显著水平（P＜0.01）；在乳熟期SS3 与NS3、SS4 与NS4 比较，叶面积分别增加3.83%、4.44%，深松与不深松处理的差异性也达极显著水平（P＜0.01）。SS2 与NS2 差异性在吐丝期和乳熟期时均达显著水平（P＜0.05），叶面积分别增加3.08%、2.21%。

先玉335 在吐丝期、乳熟期、成熟期SS3 较NS3叶面积分别增加5.28%、4.79%、3.90%，增加幅度逐渐减小，差异性均达极显著水平（P＜0.01）。SS4 与NS4 比较，在吐丝期和乳熟期时叶面积分别增加4.98%、4.40%，差异性达极显著水平（P＜0.01），在成熟期叶面积增加2.85%，差异达显著水平（P＜0.05），两个品种都集中表现在吐丝期和乳熟期两个高密度水平条件下深松处理与不深松处理的差异性达极显著水平（P＜0.01），说明深松对提高植株叶面积的效果高密度水平优于低密度水平。

表1 深松对不同种植密度春玉米单株叶面积的影响 单位：cm2

2.2 深松对不同种植密度群体叶面积指数（LAI）的影响

由表2可知，LAI 随种植密度的增加而增大，这与单株叶面积变化规律相反，表明单位面积上的株数增加弥补了单株叶面积减小的劣势。从整个生育期上来看，LAI 呈现由小变大再变小的变化规律，在吐丝期时达到最大值。伟科702 在90 000株/hm2时的大口期、吐丝期、乳熟期深松较不深松处理分别增加8.94%、10.91%、9.63%，差异均达到显著水平（P＜0.05），其他3个密度水平深松较不深松处理的差异性均不显著（P＞0.05）。先玉335 在75 000株/hm2时，吐丝期深松较不深松处理的LAI 增加8.92%，差异达显著水平（P＜0.05）；在90 000株/hm2密度下的吐丝期深松较不深松处理增加10.61%，差异达极显著水平（P＜0.01），乳熟期增加9.94%，差异达显著水平（P＜0.05）。从2个品种深松较不深松处理差异显著性上来看，深松对增加90 000株/hm2密度的LAI效果优于其他3个密度水平。

2.3 深松对吐丝期叶绿素含量（ChlT）的影响

由表3可知，在吐丝期时同一处理ChlT 含量在不同层位叶上表现出穗位叶＞穗位上叶＞穗位下叶。深松处理下，伟科702 在穗位上叶的ChlT 含量SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度下不深松处理增加7.40%、5.29%、6.31%、4.71%；在穗位叶分别较不深松处理增加6.79%、6.46%、6.89%、3.24%；在穗位下叶分别较不深松处理增加9.00%、8.82%、5.53%、2.06%，但各深松与不深松处理间均没有达到显著水平（P＞0.05）。深松处理下，先玉335 在穗位上叶的ChlT 含量SS4、SS3、SS2、SS1分别较不深松处理增加8.26%、6.24%、3.58%、1.74%；在穗位叶分别较不深松处理增加7.73%、6.63%、2.95%、1.93%；在穗位下叶分别较不深松处理增加6.99%、8.19%、4.95%、1.18%，但各深松与不深松处理间也均未达到显著水平（P＞0.05）。

表2 深松对不同种植密度春玉米LAI的影响

从对2个品种深松较不深松处理在同一层叶片增加ChlT 含量的幅度上来看，在75 000株/hm2和90 000株/hm2时增加幅度大于两个低密度，表明在4个密度处理中，高种植密度深松效果优于低种植密度。

2.4 深松对吐丝期净光合速率（Pn）的影响

由表4可知，同一处理不同层位叶片Pn 均表现为穗位叶＞穗位上叶＞穗位下叶，在同一密度水平下深松处理的Pn 大于不深松处理。伟科702 在45 000株/hm2时深松较不深松处理的穗位下叶Pn增加0.29%，SS1 与NS1 差异不显著（P＞0.05），其他3个密度下的深松与不深松处理间均达极显著水平（P＜0.01）；从深松较不深松处理的3层叶片的平均增幅上来看，伟科702 各处理间SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加9.58%、9.42%、6.03%、2.52%。先玉335 在4个密度水平下的深松与不深松处理差异均达到极显著水平（P＜0.01），各处理间SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加16.15%、10.81%、5.45%、5.26%。从2个品种各深松较不深松处理增加的Pn值幅度上看，种植密度越大深松Pn 增幅越明显，深松效果更好。

2.5 深松对吐丝期蒸腾速率（Tr）的影响

由表5可知，不同层位叶片Tr为穗位叶＞穗位上叶＞穗位下叶，不同种植密度深松处理的Tr 大于不深松处理。伟科702 在穗位上叶除SS1 较NS1 差异显著（P＜0.05）外，其他3个密度的深松与不深松处理达极显著水平（P＜0.01）；在穗位叶不同种植密度深松与不深松处理达极显著水平（P＜0.01）；在穗位下叶，SS4 较NS4 达极显著水平（P＜0.01），SS3 较NS3、SS2 与NS2 差异性达显著水平（P＜0.05）。从深松较不深松处理对测量的3层叶片的平均增幅上来看，伟科702 各处理间SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加5.99%、4.08%、2.89%、2.05%。

表3 深松对不同种植密度春玉米ChlT 含量的影响 单位：mg/dm2

表4 深松对不同种植密度春玉米Pn的影响 单位：μmol（/m2·s）

先玉335 在穗位上叶SS4 与NS4、SS3 与NS3 达极显著水平（P＜0.01），其他2个密度下的深松与不深松处理差异不显著（P＞0.05）；在穗位叶不同种植密度深松与不深松处理均达极显著水平（P＜0.01）；在穗位下叶只有SS4 较NS4 差异显著（P＜0.05）；从深松较不深松处理对测量的3层叶片的平均增幅上来看，先玉335 各处理间SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加7.81%、4.74%、3.19%、2.06%。综上分析，从2个品种各深松较不深松处理增加的Tr值幅度上看，种植密度越大增幅越明显，深松效果更好。

表5 深松对不同种植密度春玉米Tr的影响 单位：mmol（/m2·s）

2.6 深松措施对产量构成因素的影响

由表6可知，深松可以提高玉米的有效穗数，伟科702 在75 000、90 000株/hm2密度水平下深松与不深松处理间差异均达极显著水平（P＜0.01），SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加0.34%、0.32%、0.15%、0.07%；先玉335 在4个密度水平深松与不深松处理间差异均达极显著水平（P＜0.01），SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加0.37%、0.16%、0.23%、0.27%。在穗粒数方面，伟科702 在2个高密度下的深松与不深松处理间均达显著水平（P＜0.05），SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加8.80%、7.50%、3.43%、1.87%；先玉335 除SS1 与NS1 差异不显著（P＞0.05）外，其他3个密度下的深松与不深松处理间均达显著水平（P＜0.05），SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加12.58%、10.10%、9.85%、2.37%。深松可以提高玉米的千粒重，伟科702 在75 000、90 000株/hm2密度时深松与不深松差异达到显著水平（P＜0.05），SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加16.59%、14.53%、13.59%、4.92%；先玉335 在90 000株/hm2密度时深松与不深松差异达极显著水平（P＜0.01），在75 000株/hm2密度时达显著水平（P＜0.05），SS4、SS3、SS2、SS1分别较相应种植密度水平下不深松处理增加21.53%、15.84%、10.37%、4.19%。

深松对不同种植密度玉米产量的影响表现为，除伟科702、先玉335 在45 000株/hm2密度下的深松与不深松处理间未达到显著水平（P＞0.05）外，其他3个种植密度下的深松与不深松处理均达极显著差异水平（P＜0.01）。在75 000株/hm2种植密度下伟科702 深松与不深松处理均产量最高，且深松处理较不深松处理增产9.08%；先玉335 在不深松情况下在60 000株/hm2种植密度下产量最高，深松处理的在75 000株/hm2种植密度产量最高，深松处理的产量最高值较不深松处理最高值增产7.82%。在不同种植密度下深松与不深松处理按照增产增幅排序，两个品种均为SS4＞SS3＞SS2＞SS1，伟科702 分别较相应密度下不深松处理增加12.69%、9.08%、4.71%、1.55%；先玉335 分别较相应密度下不深松处理增加14.57%、10.64%、5.62%、1.80%。于群体内个体间营养、光照、水分等竞争加剧，群体内中下部叶片开始衰亡，然后开始缓慢下降，从乳熟期到成熟期急剧下降的变化规律。不同种植密度下，深松处理的叶面积明显高于不深松处理；在吐丝期时ChlT的含量在不同层位叶上表现出穗位叶＞穗位上叶＞穗位下叶；深松与不深松处理对比在75 000、90 000株/hm2种植密度时增加幅度大于45 000、60 000株/hm2密度的幅度，从增加ChlT 量分析，高种植密度的深松效果要好于低种植密度。在乳熟期深松对不同种植密度春玉米叶片Pn、Tr的影响均表现为穗位叶＞穗位上叶＞穗位下叶，随着种植密度的增加Pn、Tr值减少，且不同种植密度下的深松处理大于相应密度的不深松处理。

表6 深松对不同种植密度春玉米产量构成要素的影响

随着春玉米种植密度的不断增大，单株根系空间占有率逐渐减少，根系在横向生长过程中相互竞

3 讨论与结论

作物籽粒产量主要取决于群体冠层的光截获能力、光照的分布特征以及光能的转化利用效率[11]，优良合理群体冠层结构是产量形成的基础[12]。叶片是整个玉米植株的主要光合器官，很多学者从叶片形态特征、内部结构、光合速率动态特征等方面进行了深入的研究，并从叶片的光合性能各个角度进行了综合分析，明确了叶片光合速率在物质生产以及产量上的重要作用。由于受试验区域气候、地力水平、耕作方式、测定的环境条件等诸多因素的影响，试验结果存在差异，很难做相互比较，在生产应用中应综合各方面因素，结合实际做出合理的生产计划方案。本试验研究结果表明，叶面积指数动态变化呈单峰曲线变化，吐丝期达到峰值，持续一段时间以后，由争激烈，深松打破犁底层后，为根系在纵向扩充提供生长空间[13]。深松后根系生长发育良好，能充分供应地上部所需营养物质和水分，促进玉米根系与植株整体的协调发展[13]，改善了玉米群体叶片空间结构，进而提高了叶片光能转化利用效率，最大程度发挥品种的增产潜能，具体产量结果表现为伟科702 在75 000株/hm2种植密度下深松与不深松处理均产量最高，且深松处理较不深松处理增产9.08%；先玉335 在不深松情况下在60 000株/hm2密度时产量最高，而深松处理在75 000株/hm2密度时产量最高，采取深松处理的产量最高值较不深松处理最高值增产7.82%。