高密度栽培条件下化控处理对玉米光热水利用效率的影响

黄兰

(海南省农民科技教育培训中心海南海口571199)

海南岛地处热带地区，属于热带季风气候，光热充足、降水充沛，是中国发展热带作物的重要基地［1］。自20世纪90年代起，海南省开始种植鲜食玉米，目前年种植面积2.7万hm2。鲜食玉米产量的高低，除与品种自身的特征特性有关外，还与种植管理技术、天气环境等因素有关［2］；其中，栽培密度是决定鲜食玉米产量的主要因素，增加种植密度能够依靠群体发挥增产潜力［3］。因此了解和研究高密度种植鲜食玉米技术对海南省鲜食玉米生产十分重要。然而，随着密度的增加，株高和穗位高增加，植株重心上移，基部的节间变长、变细，群体结构被破坏，光合能力急剧下降，常会发生倒伏，从而影响玉米的产量［4］。利用化学调控（化控）能够调节玉米生长发育，有效降低玉米株高、穗位高，改善玉米群体冠层的通风透光性，提高作物群体的光合作用效率、资源利用率和物质生产能力，最终实现玉米增产［5］。王畅等［6］研究表明，烯效唑和2-N，N-二乙氨基乙基己酸酯显著提高大豆的光热资源利用率和产量。刘笑鸣等［7］研究表明，化控和氮肥共同作用显著提高了叶片光合能力、光能利用效率、热量利用效率和水分利用效率，进一步增加了产量。然而，有关化控对高密度种植条件下鲜食玉米光热资源利用情况的影响研究较少。因此，本试验以鲜玉糯4号为材料，研究高密度条件下鲜食玉米光热资源利用率和产量的变化，探究化控技术对玉米光热资源利用率的调控效应，为鲜食玉米高产栽培理论和实践提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地点

试验于2020年在海南省海口市琼山区进行。该地属于热带海洋性季风气候，土壤类型为红壤，地势平坦，排灌方便，土壤有机质21.53 g/kg，碱解氮105.27 mg/kg，速效磷23.95 mg/kg，速效钾149.72 mg/kg，pH为6.68。

1.1.2 试验材料

试验材料选用鲜玉糯4号。化控剂选用玉黄金（30%胺酰酯·乙烯利），购自福建浩伦生物工程技术有限公司；高玉保（有效成分为40%乙烯利），购自安阳全丰生物科技有限公司；吨田宝（哌啶嗡盐与基因激活剂水剂），购自吉林省丰途农业开发有限公司。玉米生长周期内气象数据来自中国气象数据网，日平均气温和降水量见图1。

图1 玉米生长期间日平均气温和降水量

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验采用随机区组设计，设置4个处理，即，玉黄金（T1），高玉保（T2）和吨田宝（T3），清水对照（CK）。T1处理喷施量为375 mL/hm2，稀释1 200倍；T2和T3处理喷施量为450 mL/hm2，稀释1 000倍，在玉米六叶期进行喷施。每小区长8 m，宽6 m，面积48 m2，每处理重复3次，随机排列。在玉米播种前施入N 120 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2作基肥。玉米播种密度为8万株/hm2，于2020年9月18日播 种，于2020年12月16日青采收获。

1.2.2 项目测定

1.2.2.1 光合指标

分别于苗期（9月28日）、拔节期（10月24日）、抽雄期（11月16）、灌浆初期（11月28日）和乳熟期（12月14日）用SPAD仪测定叶绿素含量（SPAD值），抽雄前测定上部展开叶，抽雄后测定棒三叶；选择晴天上午，采用便携式光合系统（GFS-3000）测定光合速率。

1.2.2.2 干物质积累量

分别于苗期、拔节期、抽雄期、灌浆初期和乳熟期取3株长势一致的植株，将茎、叶、穗分开，于105℃杀青30 min，以80℃烘干至恒重，测定干物质积累量。

1.2.2.3 产量及产量构成因素

玉米实收测产，于室内考察穗行数、穗粒数、百粒重等穗部性状。

1.2.2.4 光温水利用率

光能生产效率＝籽粒产量/单位面积的太阳辐射量

温度生产效率＝单位面积籽粒产量/生育期间积温

太阳总辐射量Q＝Q0（a＋bS/S0）

式中，Q0为天文辐射，S为太阳实测日照时数，S0为太阳可照时数，S/S0为日照百分率，a、b为待定系数。

光能利用效率（RUE）＝W×H/∑Q×100%

式中，H为每克干物质燃烧时释放出的热量，玉米干重热值为1.807×104J/g；W是干物质的积累量；∑Q是生育期间的总光照辐射量。

水分生产效率＝产量/总耗水量（耗水量＝降水量＋灌溉量）

1.2.3 数据分析

采用Excel 2010统计和计算数据，采用SPSS 24.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 高密度栽培条件下化控对玉米叶绿素含量的影响

叶绿素是反映光合强度的重要生理指标，叶绿素含量（SPAD值）的高低直接影响植物的光合作用能力。由图2可知，随生育进程的推进，叶片SPAD值呈先升高后降低的变化趋势。在拔节期时，各处理达到最大值；在苗期，T1和T3处理显著高于CK，分别高出7.13%和13.09%；在拔节期时，T1处理最高，比CK显著高出5.40%；在抽雄期，各处理表现为T1＞T3＞T2＞CK，处理间差异均显著，T1、T2、T3分别比CK高出16.44%、4.01%和10.04%；在灌浆初期，T1和T3处理显著高于CK，分别高出18.89%和7.66%；在乳熟期，T3处理显著高于CK，高出7.13%。

图2 高密度栽培条件下化控对玉米叶绿素含量的影响

2.2 高密度栽培条件下化控对玉米净光合速率的影响

叶片净光合速率反映了植物对CO2的固定能力。由图3可知，随生育进程的推进，玉米叶片净光合速率呈先升高后降低的变化趋势，各处理在抽雄期达到最大值，随后逐渐下降。在苗期，T1、T2和T3处理的净光合速率均显著高于CK，分别高出14.01%、13.68%和24.67%；在拔节期，T1和T3处理显著高于CK，分别高出11.66%和8.11%，T2和CK差异不显著；在抽雄期，T1处理显著高于CK，高出8.91%；在灌浆初期，各处理表现为T1＞T3＞T2＞CK，处理间差异均显著，T1、T2和T3处理分别比CK高出25.71%、6.70%和15.14%；在乳熟期，各处理间没有显著差异。

图3 高密度栽培条件下化控对玉米净光合速率的影响

2.3 高密度栽培条件下化控对玉米地上干物质积累量的影响

由图4可知，随生育进程的推进，地上干物质积累量呈逐渐增加的变化趋势。在苗期，各处理间没有显著差异；在拔节期，化控处理的玉米地上部干物质积累量均显著低于CK；在抽雄期，各处理间没有显著差异；灌浆初期，化控处理均显著高于CK，T1、T2和T3处理分别比CK高出11.87%、9.19%和9.30%，化控处理间没有显著差异；乳熟期变化趋势和灌浆初期相似，T1、T2和T3处理分别比CK高出7.56%、8.26%和7.34%。

图4 高密度栽培条件下化控对玉米地上干物质积累量的影响

2.4 高密度栽培条件下化控对玉米产量及产量构成因素的影响

由表1可知，化控处理对玉米产量构成因素有显著影响，其中T1和T3处理的穗数显著高于CK，分别高出2.41%和2.65%；各处理间穗行数没有显著差异；T1处理的行粒数显著高于CK，高出4.88%；各处理千粒重均显著高于CK，T1、T2和T3处理分别比CK高出6.33%、3.68%和3.38%，化控处理间没有显著差异；产量表现为T1＞T2＞T3＞CK，T1、T2和T3处 理 分 别 比CK高 出15.52%、6.25%和3.37%。

表1 高密度栽培条件下化控对玉米产量及产量构成因素的影响

2.5 高密度栽培条件下化控对玉米资源利用率的影响

由表2可知，使用化控剂能够显著提高玉米对资源的利用效率。T1、T2和T3处理光能生产效率显著高于CK，分别高出11.51%、5.42%和2.99%；各处理光能利用率均显著高于CK，T1、T2和T3处理分别比CK高出18.72%、5.72%和4.56%；水分生产效率变化趋势和光能利用率相似，T1、T2和T3分别比CK高出16.42%、7.62%和2.58%；T1、T2和T3处理有效积温生产率显著高于CK，分别高出15.52%、6.25%和3.37%。T1处理光能生产效率、光能利用效率、水分生产效率及有效积温生产率最高。

表2 高密度栽培条件下化控对玉米资源利用率的影响

3 讨论与结论

3.1 讨论

玉米产量形成和干物质积累主要依靠光合作用产生的干物质［8］。光合作用是作物生长发育和产量形成的生理基础，光合能力的提高对增加籽粒产量有重要作用［9］。化控处理能够改善玉米冠层结构，使得植株株型更有利于光能的吸收，增加群体光合能力，促进了养分和水分的吸收，为玉米后期的生长提供保障，从而提高产量［10］。有研究表明，化控处理能够显著提高玉米叶片净光合速率和最大光化学效率，使产量得到进一步增加。李超等［11］研究表明，化控处理改善了穗位叶的光合性能，增加了光合速率、蒸腾速率及气孔导度，促进叶片氮素同化代谢，延缓后期叶片衰老。史磊等［12］研究表明，喷施化控剂提高了玉米灌浆期穗位叶光合速率。本研究结果表明，3种化控处理均能够在一定程度上提高玉米叶片的叶绿素含量和净光合速率，可能是由于化控改善了群体冠层垂直结构，使得下部叶片光环境得到改善，更有利于植株株型对光能的吸收，增加群体光合能力，提高了下部叶片的光能截获率。

本研究结果表明，在玉米拔节期化控处理的干物质积累量显著低于CK，主要是由于化控前期抑制了地上部的生长，促进物质向地下部转移；而在生长后期地上部干物质积累显著高于对照，说明地上部干物质积累速率加快。化控显著提高了玉米有效穗数，主要是通过减少倒伏来实现。3种化控处理均显著提高了玉米产量，T1、T2、T3分别比对照高出15.52%、6.25%和3.37%，其中T1处理最高，主要是由于较高的光合效率提高了玉米干物质生产能力及其生育后期光合能力，延缓叶片衰老，促进光合产物向籽粒运输。

前人研究表明，化控处理后改善了群体通风透光能力，提高中下层叶片的光合性能，扩大光合面积；产量的提高主要是通过群体对光、温、水等资源利用效率的提升来实现的［13-14］。本研究表明，化控处理可显著提高光能生产效率、光能利用率、水分生产效率，主要是由于植株充分利用光资源，使光能在玉米群体冠层内的分布更加合理，更好地协调玉米群体和个体的关系，从而提高玉米光能利用率和生产效率。

3.2 结论

化控显著提高了叶片叶绿素含量和净光合速率，增加生长后期干物质积累量，提高了光热水利用效率和产量。在玉黄金处理下，玉米光合特性最好，干物质积累量较高，群体光热水利用效率有所提高，从而提高了玉米产量。因此，在高密度种植条件下，使用玉黄金进行化控能够显著改善鲜食玉米光合条件，提高干物质积累、光热水利用效率和玉米产量。