不同播期春玉米生理成熟后倒伏特征及其影响因素*

张冬梅, 杨 柯, 姜春霞, 张 伟, 黄明镜, 刘化涛, 闫六英, 刘恩科, 翟广谦, 王娟玲

不同播期春玉米生理成熟后倒伏特征及其影响因素*

张冬梅, 杨 柯, 姜春霞, 张 伟, 黄明镜, 刘化涛, 闫六英, 刘恩科, 翟广谦, 王娟玲**

(山西农业大学山西有机旱作农业研究院/黄土高原东部旱作节水技术国家地方联合工程实验室/有机旱作山西省重点实验室 太原 030031)

山西中南部光热资源丰富, 适宜春玉米生产的播期范围较宽, 如何通过播期调整适应区域气象及生产特点实现高产抗倒, 是该区域推广应用玉米机械粒收技术的重要问题。为此, 于2019年在山西省农业科学院东阳试验示范基地, 以前期筛选出的密植高产宜机收玉米品种‘金科玉3306’和当地主栽玉米品种‘中地88’为材料, 比较分析了5个播期(4月16日、4月23日、4月30日、5月7日、5月14日)下生育时期、生理成熟后倒伏及产量的变化情况, 并探讨了影响倒伏的主要生物学及力学因素。结果表明: ‘金科玉3306’生理成熟后倒伏率不同播期之间没有显著差异, 其中后4个播期倒伏率始终为0; 而‘中地88’随着播期推迟, 生理成熟后倒伏率显著增加(0.05)。根据拟合方程, ‘中地88’ 4月30日、5月7日和5月14日播种, 立秆脱水期每推迟10 d, 倒伏率分别增加1.3、2.4和3.2个百分点。通过抗倒性能影响因素分析, 第3~4节节长、穗位高系数、重心高度可作为评价抗倒性的负效应指标, 第4节单位长度干重、第3节抗弯折强度和单位长度湿重可作为评价抗倒性的正效应指标。随着播期推迟, 两个品种生物产量和经济产量都表现出先显著增加后降低的趋势。推荐4月30日左右为该区域实现高产抗倒, 推广玉米机械粒收技术的适宜播种日期。

播期; 春玉米; 生理成熟; 倒伏; 立秆脱水

玉米()籽粒机械收获技术是未来玉米生产方式的必然趋势[1-2]。美国等西方发达国家在20世纪70年代后已大面积推广应用机械粒收技术[3], 与之相比, 中国玉米籽粒机械收获技术还处于起步阶段。倒伏是玉米生产中的常见现象, 国家标准“玉米收获机械技术条件”(GB/T 21962—2008)中规定机械粒收的条件为田间植株倒伏率低于5%[4]。倒伏不仅降低机收产量, 影响机收质量和机收效率, 同时由倒伏导致的田间落穗落粒损失引起的再生苗问题目前还没有很好的解决办法, 影响下一年作物的生产。因此, 倒伏是影响机械粒收技术发展的重要限制因素[5-12]。山西中南部地区热量资源丰富, 播期适应性较强, 春玉米生长后期立秆脱水时间充足[13-16], 籽粒含水率完全可以降至满足机械粒收质量要求, 抗倒性成为该区域影响机械粒收质量的关键限制因素。适宜区域光热肥水资源的播期不仅可以获得高产, 而且资源利用高效[17-22]。随着玉米全程机械化技术的发展, 前人关于播期对抗倒性的研究予以更多的关注和研究, 但较多的是机械穗收条件下生理成熟前或收获期某一阶段的抗倒性[23-28], 而较少关注机械粒收条件下播期对抗倒性的影响[29-30]。王荣焕等[29]研究了播期和密度对玉米籽粒机收主要性状的影响, 王元东等[30]开展了不同播期对玉米品种‘京农科728’产量及机收籽粒相关性状的影响研究, 但两者仅关注了收获期的倒伏情况, 目前还少有机械粒收条件下, 播期对玉米生理成熟后立秆脱水至收获期倒伏率变化影响的报道。为此, 于2019年在山西省农业科学院东阳试验示范基地, 以前期筛选出的密植高产宜机收品种‘金科玉3306’[16,31]和当地主栽品种‘中地88’为材料, 比较分析了5个播期对生育时期、生理成熟后倒伏变化及产量的影响, 并分析探讨了影响倒伏的主要生物学及力学因素, 明确了与区域光热水资源相适应的春玉米高产抗倒的适宜播期, 以期为发展春玉米机械粒收技术提供理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019年在山西省晋中市榆次区山西省农业科学院东阳试验基地进行, 海拔795~805 m, 年平均气温为9.8 ℃, 年平均降水量为388.0 mm, 降水70%以上集中在6—9月, 年均无霜期158 d, ≥10 ℃活动积温约3600 ℃, 属中晚熟玉米区。试验地土壤类型为潮土, 主要为耕种壤质浅色草甸土。试验前耕层0~20 cm土壤有机质含量为13.3 g∙kg-1, 全氮、全磷、全钾含量分别为1.24 g∙kg-1、0.95 g∙kg-1、27.42 g∙kg-1, 有效氮、有效磷、有效钾含量分别为39.1 mg∙kg-1、4.5 mg∙kg-1、175.2 mg∙kg-1, 属中等肥力。

试验为裂区设计, 主区为品种处理, 2个品种, 为‘金科玉3306’和‘中地88’, 其中‘金科玉3306’为前期筛选出的密植高产宜机收品种, ‘中地88’为当地主栽品种; 裂区为播期处理, 共5个播期, 分别为4月16日、4月23日、4月30日、5月7日、5月14日。共10个处理, 3个重复, 30个小区, 小区面积6 m×6 m=36 m2。播种密度为7.50万株∙hm-2, 播种行距60 cm, 每小区10行。分别于6月16日、6月30日、7月7日、8月13日通过滴灌进行补灌, 每次灌水量为525 m3∙hm-2, 于播前一次底施复合肥1000 kg∙hm-2(N-P2O5-K2O: 26.5-11.5-0), 中期不追肥。其他田间管理措施同大田生产。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 倒伏率

玉米倒伏可分为根倒和茎折, 根倒为茎秆与垂直线大于45°, 茎折为茎秆在穗位以下的折断[7-8]。试验年份没有根倒, 只有茎折。于玉米生理成熟(乳线消失, 黑层完全形成)后的9月15日、10月2日、10月12日和10月24日共4次对每个小区进行调查, 记录各小区总株数、茎折株数。

倒伏率(%)=茎折株数/总株数×100 (1)

1.2.2 茎秆抗折断力

用山东登海种业发明的专利“一种玉米茎秆抗倒伏力测试仪”于9月16日、10月3日和10月23日分3次从穗位水平拉植株(带子绑住), 直至折断, 与之相连的浙江托普生产的拉力计记录最大拉折力, 每个小区连续测量没有病虫害的5株。

1.2.3 茎秆力学强度及单位长度重量

所有处理玉米生理成熟后, 于9月29日在每个小区连续取9株没有病虫害的植株, 穗位以上全部去除, 穗位以下去除叶鞘。测量第3~6节节长和节粗, 之后每3株分别进行第3~6节穿刺强度、抗压强度和抗弯折强度的测量。测量仪器为浙江托普YYD-1植物茎秆强度仪。将茎秆放置在工作台面上, 用测量面积为1 mm2的探针在节中间垂直匀速插入, 仪器会记录把茎秆表面刺穿的一个最大值, 即为穿刺强度(N); 同样用测量面积为1 cm2的探头, 把茎秆表面压破, 记录一个最大值, 即为压碎强度(N); 将茎秆测量节两端放在支架上, 记录把茎秆压折的一个最大值, 即为弯折强度(N)。

将测定过茎秆强度的9株茎秆, 分别及时称重第3~6节鲜重, 然后80 ℃烘干至恒重后测定干重。

节单位长度湿重(g∙cm−1)=节鲜重/节长 (2)

节单位长度干重(g∙cm−1)=节烘干重/节长 (3)

1.2.4 茎腐病

调查倒伏率的同期调查5~9级茎腐病发病率。记录各小区总株数、茎腐病发病株数。具体调查日期为9月15日、10月2日、10月13日和10月22日。

茎腐病发病率(%)=茎腐病发病株数/总株数× 100 (4)

1.2.5 生物学性状

于玉米抽雄后(8月7日)用塔尺测量株高(cm)和穗位高(cm)。同时用游标卡尺测量地上部第3节短轴直径为茎粗(mm)。

穗位系数(%)=穗位高/株高×100 (5)

茎粗系数(%)=茎粗/株高×100 (6)

于玉米生理成熟后9月29日, 每小区选取没有病害、长势一致有代表性的玉米4株, 将植株沿地面水平截下并横放(带穗、叶和鞘), 用食指水平托起, 使其保持平衡不倾斜, 平衡时手指所在位置距离茎秆基部的距离为重心高度(cm)。

重心高度系数(%)=重心高度/株高×100 (7)

然后分别称重整株、第3节、第4节、第5节、第6节以及第6节以上所有生物量, 全部风干以后再进行称重。

节承重自重比=节间承重/节间重量 (8)

式中: 承重为节间上方全部组织与器官的重量(不包括该节间自重)。

某节含水量(%)=(某节湿重-某节风干重)/某节湿重×100 (9)

整株含水量(%)=(整株湿重-整株风干重)/整株湿重×100 (10)

1.2.6 产量及相关性状

最后一次调查倒伏后, 每小区连续取样20株, 进行室内考种, 包括穗行数、行粒数及百粒重, 同时折算生物及经济产量。

1.2.7 气象数据

1981—2010年多年旬降水及气温由中国气象数据共享服务网榆次站点(53776)获得, 试验点距离该气象站点约15 km。2019年旬气温由榆次气象局获得, 旬降水量由试验点雨量器记录。

1.3 数据分析

用Excel进行试验数据处理, 用DPS统计软件, 进行试验数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 播期对春玉米生育时期的影响

2.1.1 生育期内气象因子变化

由图1可知, 2019年5—9月降水为209.8 mm, 较多年平均降水减少约1/3, 为干旱年, 且是在2018年10月至2019年3月仅5 mm降水基础上的冬旱连春旱。虽通过滴灌补水4次, 但在玉米生育前期受旱仍较重, 播期越早受旱越重。与多年平均气温相比, 2019年气温总体偏高, 其中5月下旬至6月下旬, 约40 d, 旬均温平均提高1.4 ℃, 旬最高和最低气温分别高2.0 ℃和0.8 ℃。7月中旬至8月中旬, 旬均温平均提高1.0 ℃, 旬最高和最低气温分别高2.0 ℃和0.2 ℃, 特别是7月下旬, 旬最高气温达33.7 ℃, 较多年平均提高3.3 ℃。玉米立秆脱水期10月上旬至11月上旬, 旬气温平均增加1.0 ℃, 主要原因是后期旬最低气温平均增加了2.0 ℃。试验年份属于气温偏高、偏旱的年型。

2.1.2 播期对春玉米生育时期的影响

随着播期推迟, 两个品种生育期呈缩短趋势(表1)。播期从4月16日推迟到5月14日, ‘金科玉3306’的全生育期缩短10 d, 而‘中地88’全生育期缩短了9 d。全生育期缩短主要是由于缩短了播种至抽雄的时间。‘金科玉3306’播期从4月16日推迟到5月14日, 播种至抽雄期显著缩短了14 d, 而抽雄至生理成熟期增加了4 d; ‘中地88’播期从4月16日推迟到5月14日, 播种至抽雄期显著缩短了12 d, 而抽雄至生理成熟期增加了3 d。‘金科玉3306’生育期要显著小于‘中地88’。

表1 不同春玉米品种不同播期的生育期进程

同列不同小写字母表示相同品种不同播期间在<0.05水平差异显著, “′”表示平均值间比较。**和*分别表示<0.01和<0.05显著水平, ns表示不显著。Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different for the same cultivars at<0.05 level. Letters with “′” show comparison between averages. ** and * mean significant effects at<0.01 and<0.05 levels, respectively. ns means no significant effect.

试验年份5月下旬至6月下旬受旱较重, 前3个播期已进入或即将进入大喇叭口期(表1), 对茎秆形态建成、碳水化合物积累与分配、茎秆力学强度等以及最终产量的形成都造成一定的影响, 且播期越早, 影响越重。

该区域多年平均初霜日在11月初, 不同播期玉米生理成熟后均有4周以上的立秆脱水时间, 收获期籽粒含水率完全可以满足“玉米收获机械技术条件”(GB/T-21962—2008)中小于25%[4]的要求, 因此, 立秆脱水期的抗倒性成为该区域机械粒收的重要限制因素。

2.2 播期对春玉米生理成熟后倒伏率的影响

由表2可知, ‘金科玉3306’除第1个播期在每个调查日期的倒伏率为0.7%外, 其他播期不同调查日期的倒伏率都为0。‘中地88’在第1个调查日期不同播期处理间倒伏率没有显著差异, 但在立秆脱水期, 随着播期的推迟, 倒伏率在显著增加。3个时期‘金科玉3306’倒伏率都极显著小于‘中地88’, 因此虽然播期对抗倒性有影响, 但品种本身的抗倒性更重要。以倒伏率(%)为因变量, 不同调查日期距9月15日的天数为自变量, ‘中地88’不同播期倒伏率变化情况的拟合方程为直线=+(表3), 其中后3个播期相关系数2较高, 且达显著水平。根据拟合方程, 第2个播期后, 随着播期的推迟,不断增加, 即随立秆时间延长倒伏率增加的幅度在不断增加。4月30日、5月7日和5月14日播种, 立秆脱水期每推迟10 d, 倒伏率分别提高1.3、2.4和3.2个百分点。晋中盆地光热资源丰富, 后期立秆脱水时间可延长至10月底, 最大限度降低机收籽粒含水量, 降低烘干成本, 但是推迟播期后的倒伏风险加大。根据拟合方程, 5月7日和5月14日播种, 后期立秆至10月初倒伏率就不能满足“玉米收获机械技术条件” (GB/T 21962—2008)中倒伏率<5%的要求。4月30日播种立秆脱水期可延长至10月下旬, 而4月16日和4月23日播种立秆期可延长至11月以后。

表2 不同播期下不同春玉米品种的立秆期倒伏率

同列不同小写字母表示相同品种不同播期间在<0.05水平差异显著, “′”表示平均值间比较。**和*分别表示<0.01和<0.05显著水平, ns表示不显著。Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different for the same cultivars at<0.05 level. Letters with “′” show comparison between averages. ** and * mean significant effects at<0.01 and<0.05 levels, respectively. ns means no significant effect.

表3 玉米品种‘中地88’不同播期倒伏率随立秆时间延长的趋势线方程

*和**分别表示在<0.05和<0.01水平方程显著, ns表示方程不显著。* and ** mean significant equation at<0.05 and<0.01 levels, respectively. ns means no significant equation.

2.3 播期对春玉米抗倒性能影响因素分析

2.3.1 倒伏率、抗折断力、茎腐病相关性分析

倒伏率是通过田间直接观察法鉴定作物是否抗倒伏最直接的指标。茎秆抗折断力是综合了植株形态和茎秆力学强度来评价植株抗倒伏能力的综合指标。而茎腐病是导致玉米倒伏发生的重要因素, 特别是玉米生育后期及立秆脱水阶段。因此, 立秆不同时期的春玉米倒伏率、茎秆抗折断力和茎腐病发病率的相关分析结果表明(表4), 生理成熟前后(9月15日)倒伏率和茎腐病发病率有显著或极显著正相关关系, 此时茎秆还未明显衰老, 茎腐病是引起倒伏的主要原因。随着茎秆的自然衰老, 立秆时期倒伏率和茎秆抗折断力呈显著负相关, 和茎腐病发病率没有显著相关关系, 表明茎腐病不是引起不同播期处理间抗倒性差异的主要原因, 可能和品种本身抗病性有关。10月上、中、下旬3个时期的倒伏率之间呈极显著正相关关系, 相关系数高达0.91~0.96。

表4 不同时期玉米植株倒伏率、抗折断力和茎腐病发病率相关性分析

*和**分别表示在<0.05和<0.01水平显著相关。* and ** mean significant correlations at<0.05 and<0.01 levels, respectively.

2.3.2 倒伏率、抗折断力与茎秆生物学、力学强度指标相关分析

倒伏率和茎秆抗折断力是评价玉米不同播期处理立秆期抗倒性的两个重要指标。将3个立秆时期的倒伏率、第1和第3个时期的茎秆抗折断力以及相关的生物学、力学特性共48个指标进行了相关分析, 结果表明(图2), 和倒伏率显著正相关, 同时和抗折断力显著负相关的指标有4个: 穗位高系数、重心高度、第3~4节节长; 和倒伏率显著负相关, 同时和抗折断力正相关的指标有7个: 茎粗系数、第6节承重自重比(湿)、第3节单位长度湿重、第3~4节单位长度干重、第3~4节抗弯折强度。这11个性状是影响抗倒性能的主要指标。

“+”表示正相关, “-”表示负相关 “+” stands for positive correlation. “-” stands for negative correlation.

2.3.3 抗倒影响因素主成分分析

各抗倒相关性状主成分分析结果表明(表5), 3个主成分的累积贡献率已达85.29%, 而一般建议取特征值累积贡献率达80.00%、特征值大于1、特征值统计检验显著水平(<0.05)的主成分个数。3个新的综合性状相互独立, 能代表原来的绝大部分信息。

决定第1主成分的性状主要是第3~4节节长、穗位高系数、重心高度和第4节单位长度干重5个性状分量, 主成分1相当于5.813个原始性状的作用, 它可反映原始数据信息量的52.85%, 这5个性状是属于茎秆生物学性状。

决定第2主成分的性状主要是第3节抗弯折强度1个性状分量, 主成分2相当于1.864个原始性状的作用, 它可反映原始数据信息量的16.94%, 属于茎秆力学性状。

决定第3主成分的性状主要是第3节单位长度湿重1个性状分量, 主成分3相当于1.704个原始性状的作用, 它可反映原始数据信息量的15.50%, 属于茎秆生物学性状。

综合分析上述结果, 第3~4节节长、穗位高系数、重心高度、第4节单位长度干重、第3节抗弯折强度和第3节单位长度湿重可作为影响抗倒性的主要性状, 其中前4个性状指标对抗倒性来说是负效应, 而后3个指标是正效应, 可作为评价抗倒伏能力的鉴定指标。

表5 玉米各性状主成分的特征向量及贡献率

2.4 播期对春玉米主要抗倒性状的影响

由表6可知, 随着播期推迟, 穗位系数、重心高度、第3和第4节节长均显著增加, 后两个播期的各个指标分别较前两个播期平均增加13.8%、31.6%、20.4%和23.3%, 因此在立秆期随着播期推迟抗倒性降低。‘金科玉3306’的穗位高系数、重心高度、第3和第4节节长都显著低于‘中地88’, 分别降低3.1个百分点、15.8 cm、2.9 cm和3.2 cm, 降低幅度为7.6%、15.1%、18.2%和18.6%, 因此‘金科玉3306’倒伏率显著低于‘中地88’, 表明穗位系数、重心高度、第3和第4节节长作为抗倒性负效应指标是可行的。

随着播期推迟, 两个品种第3节单位长度湿重、第4节单位长度干重和第3节抗弯折强度都呈先增加后降低或一直降低的趋势, 因此播期过晚, 抗倒性明显降低。‘金科玉3306’的第3节单位长度湿重、第4节单位长度干重、第3节抗弯折强度分别较‘中地88’分别增加0.2 g·cm-1、0.2 g·cm-1、26.4 N, 增幅分别为12.1%、17.4%、12.2%。因此‘金科玉3306’倒伏率显著低于‘中地88’, 表明第3节单位长度湿重、第4节单位长度干重、第3节抗弯折强度作为抗倒性正效应指标是可行的。

表6 不同春玉米品种在不同播期下的主要抗倒性状

同列不同小写字母表示相同品种不同播期间在<0.05水平差异显著, “′”表示平均值间比较。**和*分别表示<0.01和<0.05显著水平, ns表示不显著。Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different for the same cultivars at<0.05 level. Letters with “′” show comparison between averages. ** and * mean significant effects at<0.01 and<0.05 levels, respectively. ns means no significant effect.

2.5 播期对春玉米产量及相关性状影响

由表7可知, ‘金科玉3306’和‘中地88’生物产量和经济产量之间均无显著差异。随着播期推迟, 两个品种生物产量和经济产量均呈现出先显著增加后降低的趋势, 均以播期5月7日的生物产量和经济产量最高, 且4月30日经济产量和5月7日无显著差异。

由于采用开沟探墒抗旱播种, 所以单位面积穗数在品种和播期间均没有显著差异。穗粒数在品种间无显著差异, 但随着播期推迟呈现先显著增加后降低的趋势, 以播期5月7日穗粒数最高。主要因为试验年份5月和6月较为干旱, 而前3个播期的玉米在6月下旬正处于穗分化阶段, 此时水分供应不足引起小穗、小花数目减少, 因而穗粒数减少。播期晚, 受旱相对较轻, 因此第3个播期穗粒数显著高于前两个播期。第4、5个播期孕穗期旱情得到缓解, 因此穗粒数较高, 且两个播期间没有显著差异。

‘金科玉3306’百粒重显著低于‘中地88’。随着播期推迟, 百粒重先增加后降低, 以第3个播期的百粒重最高。前两个播期百粒重显著降低, 主要是由于灌浆期出现在7月下旬, 是一年中温度最高时期, 旬均温达26.1 ℃, 旬最高气温达33.7 ℃, 分别较多年平均提高1.8 ℃和3.3 ℃, 不利于灌浆。而后3个播期的灌浆期出现在8月上、中旬, 旬均气温分别为24.2 ℃和24.0 ℃, 利于灌浆, 但在玉米成熟期的9月中下旬旬均温为16.8 ℃, 较9月上旬降低4.9 ℃, 受气温降低的影响, 后期养分的转运和累积受到抑制, 播期越晚影响越重, 因此, 随播期推迟, 百粒重显著降低。

3 讨论

3.1 播期对春玉米倒伏率的影响

热量相对充足地区, 播期适应性较强, 收获期籽粒含水率不是实施玉米机械粒收的主要限制因子,玉米生长后期的倒伏应引起重视[12-16]。大量研究表明, 随着播期推迟, 玉米抗倒性降低, 倒伏率呈增加趋势[24-27,30,32], 本研究也得到了类似的研究结果。立秆期‘中地88’随着播期推迟倒伏率显著增加, 而且随着立秆期的延长, 倒伏率增加的幅度在增加。以“玉米收获机械技术条件”(GB/T 21962—2008)中倒伏率<5%为标准, 4月16日和4月23日播种立秆期可延长至11月以后, 4月30日播种立秆脱水期可延长至10月下旬, 而5月7日和5月14日播种则仅能立秆至10月初。推迟播期不仅前期不能合理利用光热资源形成产量, 而且后期由于倒伏原因不能充分利用有效积温进行立秆脱水。前人有不同研究结果, 豆攀[23]通过春、夏播长时间大跨度的播期试验表明, 田间倒伏率随播期推迟呈先升高后降低的趋势; 王荣焕等[29]认为, 随着播期推迟, 倒伏率呈降低趋势, 主要是由于早播处理在大喇叭口期经历了持续降雨及大风不利天气, 造成明显倒伏, 播期越晚, 倒伏越轻; 张桂花[33]的研究表明, 田间倒伏率在5个不同播期间差异不显著, 可能是由于后两个播期未能正常成熟的缘故。播期对倒伏率的影响和试验区气候及生产特点、播期范围设定以及参试品种抗倒性等条件有关, 不同区域应根据具体情况, 选择合理播期, 充分利用当地光热水资源, 实现高产抗倒。虽然播期对抗倒性影响明显, 但抗倒品种的选择更重要[25-26], 本研究中‘金科玉3303’立秆期倒伏率显著低于‘中地88’。

表7 不同春玉米品种在不同播期下的产量及产量要素

同列不同小写字母表示相同品种不同播期间在<0.05水平差异显著, “′”表示平均值间比较。**和*分别表示<0.01和<0.05显著水平, ns表示不显著。Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different for the same cultivars at<0.05 level. Letters with “′” show comparison between averages. ** and * mean significant effects at<0.01 and<0.05 levels, respectively. ns means no significant effect.

3.2 播期对春玉米主要抗倒性状的影响

不同栽培措施通过影响茎秆本身化学成分、组织结构、农艺性状等, 进而影响植株力学特性, 最终影响到植株的抗倒性[34]。采用与抗倒性密切相关、易于观察或准确测量的性状可作为评价抗倒性的间接指标[35]。大量研究表明, 基部节单位长度干重[8,23,28,36-37]和基部节间力学强度[8,23,25,38-39]可以作为评价玉米茎秆抗倒伏能力的重要指标。另外株高、穗位高、茎粗系数、第3节节长及节粗等农艺性状和倒伏率显著相关[25-26,37,39]。本研究也得到类似的研究结果, 通过相关和主成分分析, 认为第3~4节节长、穗位高系数、重心高度可作为评价抗倒性的负效应指标, 第4节单位长度干重、第3节抗弯折强度和第3节单位长度湿重可作为评价抗倒性的正效应指标。根系研究也表明[26,40], 根系数量、根干重及10 cm处根幅等指标与倒伏密切相关。

随着播期推迟, 株高、穗位高、茎基部节长及穗位高系数呈增高趋势[25,29-30,32], 茎粗及茎粗系数降低[26,32], 节间力学强度呈降低趋势[24-25], 本研究也得到类似研究结果, 因此植株抗倒性随播期推迟而降低。而豆攀[23]的研究结果为, 随着播期推迟, 玉米株高、穗位高、重心高、茎粗和单位节长干重总体均呈先升高后降低的趋势, 同样刘胜群等[27]和蒋文瑛[26]也认为, 随着播期推迟, 株高有降低的趋势。不同的研究结果可能和播期的设置和特定的气象条件有关。

3.3 播期对春玉米产量及相关性状的影响

大量研究表明, 适期早播有利于产量的形成[19,25-26,30-33], 过早过晚播种会造成产量的降低[23-24,29-30], 而在冬小麦-夏玉米一年两作区种植春玉米, 以晚播产量最高[17]。合理播期提高产量的关键是在保证出苗的基础上如何提高穗粒数和粒重, 而影响这两个因素的主要环境因素是温度和降水。本研究中, 过早播种受前期干旱以及关键期高温的影响, 穗粒数和百粒重都显著降低, 而过晚播种受成熟前气温降低的影响, 养分的转运和累积受到抑制, 百粒重显著降低, 因此适宜产量形成的播期为4月30日至5月7日, 主要是在穗分化阶段错开了6月下旬的干旱, 灌浆期避开一年中气温最高的7月下旬, 且能在气温较高时高质量成熟。本研究仅为1年的研究结果, 还要结合多年的降水和气温的变化以及补灌条件进行合理分析。

3.4 与气候相适应高产抗倒的春玉米适宜播期

热量资源相对丰富的玉米产区, 选择适宜播期在收获期获得高产抗倒是实施玉米机械粒收的重要措施。于吉琳[32]和蒋文瑛[26]对东北南部和冀东地区春玉米的研究表明, 适期早播, 不仅高产而且抗倒, 东北南部春玉米的合理播期应在4月25日至5月10日, 而冀东地区春玉米的适宜播期为5月15日。豆攀[23]对川中丘区春、夏玉米产量及抗倒性的研究结果表明, 春播不宜过早, 在4月上旬播种为宜, 夏播则宜早不宜迟, 尽量在5月中上旬完成播种, 保证获得较高产量的同时有效避免倒伏。在北京地区, 王元东等[30]认为‘京农科728’在5月25日晚春播为高产抗倒且机收质量较好的适宜播期, 王荣焕等[29]认为夏播以6月10—20日为最佳播期, 可实现籽粒机械直收。本研究中, 生理成熟后可充分利用当地有效积温立秆至10月下旬、且获得高产的适宜播期为4月30日左右。

4 结论

山西中南部地区热量资源丰富, 播期适应性较强, 春玉米生理生熟后可利用立秆脱水时间较长, 因此抗倒性成为该区域机械粒收的重要限制因素。随着播期推迟, ‘中地88’生理成熟后倒伏率显著增加, 且随立秆期延长, 倒伏率增加幅度明显增加, 4月30日、5月7日和5月14日播种的玉米立秆脱水期每推迟10 d, 倒伏率分别增加1.3、2.4和3.2个百分点。4月30日之前播种可充分利用当地有效积温立秆脱水至10月下旬之后, 而5月7日和5月14日播种则仅能立秆至10月初。‘金科玉3306’倒伏率显著低于‘中地88’。通过生理成熟后倒伏率、抗折断力与茎秆生物学、力学强度相关分析以及抗倒影响因素主成分分析表明, 第3~4节节长、穗位高系数、重心高度可作为评价抗倒性的负效应指标, 第4节单位长度干重、第3节抗弯折强度和单位长度湿重可作为评价抗倒性的正效应指标。随着播期推迟, 两个品种生物产量和经济产量都表现出先显著增加后降低的趋势, 适宜产量形成的播期为4月30日至5月7日。一般推荐4月30日左右为该区域实现高产抗倒, 推广春玉米机械粒收技术的适宜播种日期。

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Lodging characteristics after physiological maturity of spring maize sowed at different dates and its influencing factors*

ZHANG Dongmei, YANG Ke, JIANG Chunxia, ZHANG Wei, HUANG Mingjing, LIU Huatao, YAN Liuying, LIU Enke, ZHAI Guangqian, WANG Juanling**

(Shanxi Institute of Organic Dryland Farming, Shanxi Agricultural University / National Local Joint Engineering Laboratory of Water-Saving Techniques for Dry Farming in the Eastern Loess Plateau / Key Laboratory of Organic Dry Farming of Shanxi Province, Taiyuan 030031)

In the middle-south of Shanxi Province, light and heat resources are abundant leading to a wide range of sowing date for spring maize. A suitable sowing date should achieve high yield and lodging resistance by adapting to the regional meteorological and production characteristics. Therefore sowing date adjustment is an important issue in the popularization and application of mechanical grain harvesting technology for spring maize in this region. A field experiment was conducted in Dongyang Experiment and Demonstration Base of Shanxi Academy of Agricultural Sciences in 2019, consisting of 2 maize cultivars (‘JKY3306’ and ‘ZD88’) and 5 sowing date (April 16, April 23, April 30, May 7 and May 30). ‘JKY3306’ is a screened out cultivar with high yield and suitable for high population and mechanical grain harvesting; while ‘ZD88’ is a local cultivar. The results showed that lodging rates after physiological maturity of ‘JKY3306’ at different sowing dates had no significant difference. And lodging rates at the last four sowing dates was always 0. However, the lodging rate after physiological maturity of ‘ZD88’ increased significantly with the delay of sowing date (<0.05). According to the fitting equation, the lodging rate of ‘ZD88’ sowed at April 30, May 7 and May 14 was respectively increased by 1.3, 2.4 and 3.2 percentage points for every 10 days during grain dehydration period. Through the analysis of influencing factors on lodging resistance, the length of the third and fourth internode, the coefficient of ear height and the gravity center height could be used as the negative effect indexes to evaluate the lodging resistance. And the dry weight per unit length of the fourth internode, the bending strength of the third internode and the wet weight per unit length of the third internode could be used as the positive effect indexes. With the delay of sowing date, the biological yield and economic yield of the two varieties increased significantly at first and then decreased. Spring maize sowed around April 30 can achieve high yield and lodging resistance in this region. Therefore, April 30 is a suitable sowing date to popularize mechanical grain harvesting technology in spring production.

Sowing date; Spring maize; Physiological maturity; Lodging; Grain dehydration in the field

10.13930/j.cnki.cjea.200593

张冬梅, 杨柯, 姜春霞, 张伟, 黄明镜, 刘化涛, 闫六英, 刘恩科, 翟广谦, 王娟玲. 不同播期春玉米生理成熟后倒伏特征及其影响因素[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(4): 725-737

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S513; S352

* 国家重点研发计划项目(2016YFD0300305)、山西省重点研发计划重点项目(201703D211002)和山西省农业科学院应用基础研究计划项目(YCX2020YQ59)资助

王娟玲, 主要研究方向为旱作节水技术。E-mail: wjl_bb@163.com

张冬梅, 主要从事旱作栽培技术研究。E-mail: 13803401159@163.com

2020-07-21

2020-12-16

* The study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2016YFD0300305), the Key Projects of Research and Development Plan of Shanxi Province (201703D211002) and the Applied Basic Research Project of Shanxi Academy of Agricultural Sciences (YCX2020YQ59).

, E-mail: wjl_bb@163.com

Jul. 21, 2020;

Dec. 16, 2020