不同种植方式下高密度玉米群体光能利用因子比较

赵 娜，党久占，郝云风，张玉金，李晓红，马 俊，顾 敏，宋剑君

（1.巴彦淖尔市农牧业科学研究院，内蒙古 临河 015000；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031）

增加种植密度是目前提高玉米单产的有效途径之一，国内外大面积的高产纪录，均是在高密度栽培条件下取得的[1-3]。但要实现增密高产，如何协调增大密度后群体条件下个体与群体的关系，构建高光效光合生产体系成为关键问题。种植方式是协调高密度条件下个体通风透光条件和营养状况并作用于产量的因素之一。近年来，国内已有通过玉米一穴双株宽窄行种植模式改善个体与群体关系、解决通风透光、增加边行效应的研究报道[4-5]，但这些研究是在和单株种植现实生产同等密度或密度小幅增加的条件下开展的，所用品种不属于耐密型，密度增幅有限，增产增收效果不显著。内蒙古自治区农牧业科学院与河北福路特农业技术开发有限公司合作，针对内蒙古河套灌区玉米单产已到高位瓶颈的生产现状[6-8]，在分析总结国内外玉米高产栽培研究和实践经验的基础上，经多年试验示范，成功研发了“玉米一穴双株增密高产栽培技术”。经2015—2016年在河套灌区示范推广证明，产量可达16 800～186 00 kg/hm2，增产率达18.9%～32.6%，具有广阔的推广前景[9]。为了完善该技术，同时探明高密度栽培模式下耐密型玉米品种的增产机理，对高密度（97 500 株/hm2）一穴双株和一穴单株种植方式下群体光能利用因子开展了比较研究。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2017—2018年在巴彦淖尔市农牧业科学院园子渠试验基地进行，试验地土壤为壤土，地势平坦，排灌方便。土壤基础养分为：有机质15.80 g/kg、全氮0.91 mg/kg、有效磷32.50 mg/kg、速效钾140.00 mg/kg，pH值8.7。

1.2 供试材料

供试玉米品种为耐密型品种登海618 和K3564。

1.3 试验设计

采用裂区设计，主处理为耐密型品种登海618和K3564，副处理为种植方式，分别为一穴单株（大行70 cm、小行40 cm、株距19 cm）和一穴双株（大行85 cm、小行40 cm、穴距33 cm）2 个处理，3 次重复。每小区种植5 膜10 行，小区长11 m。试验田全生育期浇水4 次，种肥施磷酸二铵525 kg/hm2、尿素150 kg/hm2、硫酸钾75 kg/hm2，小喇叭口期追施尿素750 kg/hm2，其他田间管理同生产大田。2017年仅对产量性状及叶面积指数进行监测，2018年补充测定透光率、穗位叶SPAD值、穗位叶光合速率。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 透光率 采用照度计测定透光率，于大喇叭口期（7月8日）、抽穗期（8月1日）、灌浆期（8月20日）、成熟期（9月15日）分别在大行间定点测定顶层、穗位层和底层的光照强度，计算透光率。

1.4.2 叶面积指数（LAI） 分别在苗期、大喇叭口期、吐丝后5 d、吐丝后20 d、吐丝后40 d 和成熟期每小区选长势一致的6 株，用叶面积测量仪测定叶面积。

1.4.3 SPAD值测定 分别在苗期、拔节期、大喇叭口期、抽穗期、灌浆期、成熟期，采用手持式SPAD-502 型叶绿素计测定穗位叶的叶绿素相对含量（SPAD值），每叶测定10 次，每个小区测定6 株。

1.4.4 光合速率（Pn） 分别在苗期、大喇叭口期、抽穗期、灌浆期和成熟期，利用Li-6400 便携式光合作用测定系统（Li-Cor，USA），设定人工光源光强为1 000 μmol/（m2·s），晴天于9：30—12：00 在各小区的中间行，选取6 株生育进程一致、照光均匀的健康植株穗位叶，循环测定光合速率。

1.4.5 测产与考种 取中间6 行实收测产。在中间行连续取20 穗，自然风干后考种。

1.5 数据处理

采用SPSS 16.0 软件进行方差分析和显著性差异比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米植株田间透光率的影响

由表1 可知，2种种植方式的田间透光率在生育前期差异不大，到中后期表现为一穴双株的穗位层和底部透光率均高于一穴单株，一穴单株对太阳辐射的截获率较高，但其群体冠层内部荫蔽，中下部透光率低。一穴双株通过改变群体结构，行株距加宽，增加了冠层的通风透光，中下部透光率高。品种间表现为K3564 的透光率高于登海618，这是品种株型和上部叶片大小差所致。

表1 不同处理对春玉米透光率的影响（2018年） 单位：%

2.2 不同处理对玉米叶面积指数（LAI）的影响

由表2 可知，各处理叶面积指数（LAI）呈现出先增加后降低的趋势，且均在吐丝后20 d 达到最大值。一穴单株种植表现为前期叶面积指数增长快，后期衰减快，不利于构建合理冠层；一穴双株种植叶面积指数变化呈现中稳后慢（即绿叶持续期长、后期衰减慢）趋势，在生育后期，一穴双株种植仍保持较高的叶面积指数。2017年吐丝后20 d 至吐丝后40 d，登海618在一穴单株和一穴双株处理的LAI 分别下降25%、19%，K3564 分别下降24%、21%；吐丝后40 d 至成熟期登海618 一穴单株和一穴双株处理LAI 分别下降14%、12%，K3564 分别下降19%、15%，2018年试验结果趋势与2017年基本一致。高密度栽培条件下一穴双株种植方式能有效减缓后期叶片衰亡，延长叶片绿叶期，这也是一穴双株种植方式行株距较宽，通风透光条件好，光、肥、水资源利用效率高的原因。

表2 不同处理对玉米LAI 的影响

2.3 不同处理对穗位叶SPAD值的影响

由图1 可知，一穴双株玉米穗位叶的SPAD值高于一穴单株，登海618 高于K3564。在抽穗期，一穴双株SPAD值下降速率高于一穴单株，这种变化与叶面积指数变化趋势一致，这可能是一穴双株方式增加了田间透光，减缓了叶片因“光饥饿”而造成早衰的结果，也因此延长了叶片光合作用时间，提高了光合效率。

2.4 不同处理对穗位叶光合速率的影响

由图2 可知，各处理穗位叶净光合速率随着生育进程的推进呈现先增大后降低的趋势，这种变化与LAI 和SPAD值变化趋势一致。各处理净光合速率均在抽穗期达到最大，登海618 净光合速率高于K3564，一穴双株种植高于一穴单株。在抽穗期，登海618、K3564 一穴双株种植分别比一穴单株高出6.8%、4.8%。这表明高密度条件下，种植方式对穗位叶净光合速率影响较大。一穴双株种植方式通过改变群体结构，明显改善冠层、中层光环境，从而提高穗位叶净光合速率。

2.5 不同处理对玉米产量及产量性状的影响

由表3 可知，登海618 产量高于K3564，2 个品种一穴双株种植方式产量均显著高于一穴单株，2017年、2018年登海618 较一穴单株分别增产13.9%、18.5%；2017年、2018年K3564 一穴双株种植方式较一穴单株分别增产11.7%、10.6%。2 个品种一穴双株处理秃尖低于一穴单株，而穗长、行粒数、百粒重高于一穴单株。

3 讨论与结论

3.1 光能利用因子

研究表明，不同品种和种植方式下，透光率有随密度增加而减小的趋势[8]。本研究结果表明，密度增加后，可通过种植方式提高中下部的透光率。一穴双株种植抽穗期、灌浆期和成熟期的穗位层和底部透光率均高于单株种植。这与徐建明等[10]研究认为高密度下双株栽培增加了群体中层叶片的透光率、改善了群体通风透光条件的结果一致。卫丽等[11]研究认为双株种植不利于冠层对光的截获，但可以使中下层光照条件得到改善，更有利于玉米植株生长，在高密度栽培中具有重要意义。本研究结果表明，2 个品种不同时期一穴双株LAI 均高于一穴单株，一穴双株均比一穴单株处理后期LAI 下降速度慢，一穴双株种植后期仍保持较大叶面积，这是一穴双株高产的主要因素。这与周跃东等[7]、曹洋[12]研究发现超高产玉米叶面积指数呈现前期上升时较快，中期稳定、后期下降平稳的结果基本一致。同一生育时期，登海618 穗位叶SPAD值高于K3564，2 个品种一穴双株种植的SPAD值明显高于一穴单株种植，在抽穗期一穴双株SPAD值下降速率低于一穴单株。本研究结果表明，各处理净光合速率均在抽穗期达到最大，各生育时期登海618 均高于K3564，2 个品种一穴双株均高于一穴单株；在抽穗期，登海618、K3564 一穴双株种植分别比一穴单株高出6.8%、4.8%。有研究表明，玉米叶片光合速率与作物产量呈正相关，尤其是在高密度栽培中，表现得更突出[13-14]。邵扬[15]研究认为，一穴双株种植比一穴单株种植群体光合速率高，穗位叶净光合速率也高于一穴单株，原因可能是一穴双株种植改变了个体在群体中的分布状态，增加了群体通风透光，从而使中下部叶片光合作用效率提高。胡昌浩等[16]、罗瑶年等[17]也得出了相似的研究结果，在高密度条件下，不同种植方式对穗位叶净光合速率影响较大。

表3 不同处理对春玉米产量及产量性状的影响

3.2 产量及产量性状

本研究结果表明，高密度条件下，2 个品种一穴双株种植方式的产量显著高于一穴单株，穗长、行粒数、百粒重等产量性状高于一穴单株，这与近年来内蒙古自治区农牧业科学院在河套灌区示范和推广的玉米一穴双株增密高产栽培技术的结果一致。赵殿忱等[18]有类似的研究结果。卫丽等[19]、刘武仁等[20]研究认为，在高密度条件下，宽窄行双株能有效协调产量构成因素之间的关系，达到高产。这与张中东等[21]研究认为一穴双株留苗虽然明显改善了群体冠层透光性，降低了倒伏率，但植株生产能力降低，最终减产的结果有差异。

增加种植密度虽然可以增加单位面积收获穗数及叶面积指数、增加玉米产量，但会导致群体内受光较差。尽管高密度栽培群体表现出一定的自我调节能力，即改变群体穗位叶及其以上部位叶片的受光姿态，但是这种调节是有限的，解决这一问题的关键是通过一穴双株种植方式的改变，改善群体冠层结构，优化中下部冠层叶片的光照条件，提高其光合性能及干物质生产能力，延长叶片生育期，提高光能利用效率，使冠层微环境与大气环境的能量交换效率得到提高，这样既保证了群体的数量，又平衡了群体内个体植株之间对光温等生态资源的竞争。因此，高密度栽培条件下，一穴双株种植方式有效调节群体光能利用因子，从而使产量达到最佳。