扩行缩株种植对春玉米吐丝期光合特性及产量的影响

韩镁琪，张玉芹，杨恒山，邰继承，李赫

（1.内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽028043；2.内蒙古饲用作物工程技术研究中心，内蒙古 通辽028043）

玉米作为我国第一大粮食作物，在经济发展和粮食安全中占据了重要地位［1-2］.内蒙古自治区是我国玉米的主产省区之一，西辽河平原地处于世界玉米生产“黄金带”，是内蒙古自治区的玉米主产区，是我国为数不多的井灌区.玉米作为优势作物，种植面积大，单产水平高，是内蒙古自治区最重要的粮食生产基地［3］.

玉米是C4植物，是喜光的高产作物，玉米光合生产及物质转运分配特点与玉米群体的冠层结构关系密切，增加种植密度和合理的群体冠层结构是进一步增加玉米产量的主要途径［4-6］，但也可能因通风透光条件差、影响群体光合生产而导致倒伏与早衰现象.吐丝期是玉米生长发育的关键时期，此时期影响玉米植株生长、叶绿素含量、光合作用的变化［7-9］，还会影响玉米籽粒产量形成［10］.通过改善种植方式来实现玉米单位面积产量的扩增成为目前重要种植方式［11-12］，合理的株行距配置可在很大程度上改变这种现象，玉米的宽行轻简种植模式主要是以扩行缩株种植模式为核心内容，提高整个群体的光能利用率和光能转化率，有利于产量的形成.本试验以当地传统种植模式（60 cm等行距）为对照，选用农华101和伟科702为试验材料，研究扩行距、缩株距种植模式对春玉米吐丝期光合特性及产量的影响，为进一步探究西辽河平原灌区春玉米高效生产提供理论基础.

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2015—2016年在内蒙古民族大学试验农场进行，播前耕层土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾和全氮分别为16.09 g·kg-1、40.43 mg·kg-1、11.43 mg·kg-1、121.22 mg·kg-1和1.06 g·kg-1.试验以常规种植为对照（CK：行距60 cm），扩行缩株种植模式（KS：行距100 cm）为处理，种植密度均为7.5×104株·hm-2，小区面积30 m2，3次重复.2015—2016年分别于4月30日、5月1日播种，9月26日和9月27日收获.各处理栽培管理措施一致，基肥为磷酸二铵150 kg·hm-2，硫酸钾90 kg·hm-2，小喇叭口期1次追施尿素320 kg·hm-2.在生育期内共浇水4次，铲、耥各3次.

1.2 测定项目与方法

1.2.1 叶面积指数

于吐丝期测定，各小区取代表性植株3株，按照下列公式计算.

单叶叶面积=长×宽×系数（未展开叶片系数为0.5，展开叶片系数为0.75）

1.2.2 冠层透光率

于吐丝期用SunScan分别测定冠层上部（雄穗上方）、顶层（穗上第4叶）、穗位层（穗位叶）和冠层底部（距地面20 cm）的PAR（光合有效辐射），每测定点样方5 m2，按下式求得各层透光率.

1.2.3 净光合速率、气孔导度和蒸腾速率

吐丝期10：00—12：00，用Li-6400型光合系统测定穗位叶，每小区测定5株.

1.2.4 冠层光合能力

测其Pn（净光合速率）和LA（I叶面积指数），根据以下公式计算冠层光合能力.

冠层透光能力=Pn×LAI

1.2.5 产量及其构成因素

各小区测产面积24 m2，按平均穗重选取10穗进行人工脱粒，测出籽率和含水率，折算为14%含水量的产量.再分别取10穗风干后考种，以测定穗粒数和千粒重.

1.3 数据处理与统计分析

采用Microsoft Excel和SPSS19.0软件进行数据处理、图表和数据统计分析.

2 结果与分析

2.1 扩行缩株种植模式下春玉米叶面积指数

在吐丝期不同层位的叶面积指数均表现为棒三叶下＞棒三叶＞棒三叶上.2个品种的叶面积指数棒三叶上除2015年农华101外，均表现为KS＞CK；棒三叶均表现为KS＞CK，2015年，KS较对照高4.22%（农华101）、7.02%（伟科702），2016年较对照高1.92%（农华101）、2.68%（伟科702）；棒三叶下表现为KS＜CK；整株农华101表现为KS＜CK、伟科702表现为KS＞CK.叶面积指数方面，棒三叶上除2015年伟科702＞农华101外，其余均表现为农华101＞伟科702，棒三叶、棒三叶下除2016年棒三叶农华101＞伟科702外，其余均表现为农华101＜伟科702（表1），说明农华101各个层位的叶面积指数分布均匀，而伟科702的叶面积指数分布不均匀，会影响叶片的光合作用.

表1 不同处理下春玉米叶面积指数Tab.1 Spring maize leaf area index under different treatments

2.2 扩行缩株种植模式下春玉米冠层光合能力

2个品种的不同处理下春玉米冠层光合能力除2015年农华101穗位上外，均表现为KS＞CK；在2015年2个品种穗位上与农华101穗位下未达显著水平，而2个品种穗位层与伟科702穗位下均达显著水平；在2016年农华101穗位上、穗位层和穗位下未达到显著水平，而伟科702穗位上、穗位层与穗位下均达显著水平；2个品种在吐丝期穗位上和穗位除2015年穗位（KS）外，其他均表现为农华101＞伟科702（表2），说明农华101较伟科702的各层叶片的光合能力分布均匀，能保持较高的光合能力.

表2 不同处理下春玉米冠层光合能力Tab.2 Canopy photosynthetic capacity of spring maize under different treatments

2.3 扩行缩株种植模式下春玉米冠层透光率

不同种植模式下冠层透光率均表现为穗位上＞穗位层＞穗位下.2个时期各层位不同处理透光率均表现为KS＞CK，2年间穗位上和穗位层均达显著水平，穗位下未达显著水平；2015年，穗位上和穗位层KS较CK分别高11.59%、26.30%（农华101）、11.44%、26.90%（伟科702），2016年较CK高11.64%、25.80%（农华101）、9.78%、26.17%（伟科702）；2年间在扩行缩株种植模式下各层位透光率均表现为农华101＞伟科702（表3），这有利于叶片的光合作用.

表3 不同处理下春玉米冠层透光率Tab.3 Canopy transmittance rate of spring maize under different treatments

2.4 扩行缩株种植模式下春玉米不同部位的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率

不同种植模式下春玉米不同叶位叶片的净光合速率除2015年伟科702穗位层和农华101穗位下与2016年穗位层和穗位下差异达显著水平外，其他部位差异不显著；气孔导度2015年和2016年伟科702穗位上差异显著，其他穗位上与穗位层无显著差异，穗位下达显著水平；蒸腾速率除2015年农华101穗位及2016年伟科702穗位上差异不显著外，其余叶位差异达显著水平；扩行缩株种植模式下除2016年2个品种的净光合速率表现为伟科702＞农华101外，其他表现为农华101＞伟科702（表4）.

表4 不同处理下春玉米不同部位的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率Tab.4 Net photosynthetic rate，stomatal conductance and transpiration rate of different parts of spring maize under different treatments

2.5 产量及其构成

扩行缩株的种植模式下2个品种间有效穗数差异均不显著；穗粒数2015年KS显著高于CK，2016年农华101差异显著，伟科702差异不显著；千粒重2015年农华101的KS显著高于CK，其他均差异不显著；2个品种的产量有显著性提高，且均表现为KS农华101＞KS伟科702（表5）.

表5 不同处理下春玉米产量及其构成因素Tab.5 Yield and its components of spring maize under different treatments

3 讨论与结论

叶片光合作用是增加作物产量的基础，叶片光合作用有利于促进干物质的积累从而提高产量，合理的种植模式有助于提高作物对自然资源的利用效率，通过调整植物的种植模式来发挥玉米的高产潜力在很大程度上取决于冠层光截获能力，可以有效提高玉米产量［13-14］.合理的种植模式是在玉米种植密度确定的情况下需要首先解决的问题，其主要包括播种的株距、行距等，从而影响地上及地下不同层位的生态供应［15-16］.本研究中，KS种植模式行距由传统60 cm扩增为100 cm，边行优势明显，且通风透光较好，有利于叶片光合作用，进而提高光能利用率［17］.马国胜等［18］研究证明，采用适宜宽窄行种植的玉米具有明显的冠层特性优势，可提高光能利用效率，增加冠层透光率.刘欣芳等［19］研究表明，玉米在高密度下，宽窄行较普通种植，可提高干物质积累量和叶面积指数，具有增产效应.本研究中，在吐丝期KS种植模式下2个玉米品种的叶面积指数、冠层透光率、冠层光合能力大多表现为KS>CK.从不同品种对种植模式的反应来看，叶面积指数棒三叶上除2015年伟科702＞农华101外，其他均为农华101＞伟科702，棒三叶、棒三叶下除2016年棒三叶农华101＞伟科702外，其他均为农华101＜伟科702；冠层透光率为KS模式下农华101＞伟科702，这与品种特性有关；2个品种2年产量均为KS＞CK，除2016年农华101穗粒数外，穗粒数和千粒重均有所增加，KS种植的群体结构与个体功能的协同增益更有利于产量潜力的发挥.