种植密度对山东夏玉米区不同品种籽粒机械化收获特性的影响

张莉，王晶，周筑南，孔德洲

(山东农业大学信息科学与工程学院，山东 泰安 271018)

2020年李少昆团队在新疆奇台刷新我国玉米高产记录的密度高达13.5万株/hm2，说明密植是玉米高产的关键技术[1]。然而，玉米产量并不能随着种植密度的增加而无限增加，因为随着密度的增加玉米个体间会相互过度竞争光热水肥等自然资源而致发育不良，加之田间通风透光条件的变差不利于玉米的光合作用以及光合产物由茎叶向果穗的转运，而且密度过大还会造成田间病害发生严重，最终造成群体产量降低。增加密度作为追求高产的主要措施之一，尽管能在玉米产量潜力的发挥上起重要作用，但也带来倒伏率增加、病害加重等一系列制约产量稳定性的问题，特别是因茎秆基部节间变细而致的抗倒性变差和倒伏率增加所产生的大幅减产问题，且倒伏玉米需人工收获，种植成本增加、经济效益降低，最终玉米生产竞争力降低[2－4]。同时，种植密度的改变还会对玉米籽粒的脱水率造成一定影响，不同种植密度条件下的籽粒含水率存在差异，而收获时的籽粒含水率是影响籽粒机收的主要因素之一。不少学者已对种植密度与玉米籽粒脱水特性的关系进行过研究，有的认为增加密度可使籽粒含水率降低，也有的认为会致籽粒含水率增加，可见对其认识并不统一，因而进一步明确密度对玉米籽粒脱水特性的影响十分必要。

不同地区玉米的适宜种植密度因品种、种植制度以及环境的不同而有显著差异，尽管前人对此开展过系列研究，但基于宜籽粒机收夏玉米上的研究相对较少，特别是关于山东省夏玉米区宜籽粒机收夏玉米种植密度与不同基因型之间关系的研究尚未见报道。因而，本试验以郑单958、郑单309、新单京农科728和华皖267这4个山东广泛种植的夏玉米品种为材料，在大田条件下研究种植密度对不同基因型夏玉米籽粒脱水、抗倒特性、茎腐病和产量的影响，并采用信息熵权法对3个种植密度下不同基因型夏玉米宜机收特性进行综合评价，旨在为山东夏玉米区玉米籽粒机收提供理论参考和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与供试品种

试验于2021年在山东省泰安市岱岳区汶口镇小侯村进行。试验地土壤为褐土，0～20 cm土层土壤有机质含量10.52 g/kg、全氮1.16 g/kg、碱解氮12.3 mg/kg、有效磷58.94 mg/kg、速效钾105.7 mg/kg，pH值7.1。种植制度为小麦－玉米一年两熟。

供试玉米品种为郑单958(Z9)、郑单309(Z3)、京农科728(J7)和华皖267(H2)。

1.2 试验设计与田间管理

试验采用裂区设计，主区为上述4个品种，副区设置6.0万株/hm2(D1)、7.5万株/hm2(D2)和9.0万株/hm2(D3)3个种植密度，共12个处理，重复3次。小区面积60 m2。行长10 m，行距60cm，等行距种植。氮肥用尿素，用量240 kg/hm2(以纯N计)，1/2基施，1/2大喇叭口期追施；磷肥用过磷酸钙，钾肥用氯化钾，均基施，用量分别为120 kg/hm2(以P2O5计)和105 kg/hm2(以K2O计)。6月15日播种，10月5日收获。其它管理措施同当地大田管理水平。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 茎秆抗倒伏性状和倒伏率调查 于散粉期测定茎粗、穗位高、株高和茎秆的穿刺强度和抗弯折力，于收获期调查玉米田间倒伏率。

抗倒形态指标测定:用游标卡尺测量植株地上部第3节扁平面直径，记为茎粗。用塔尺测量植株从地面至穗所在节下端的高度，记为穗位高。用塔尺测量植株从地面至雄穗顶端的高度，记为株高。以上指标每个小区连续10株测定，取平均值。

抗倒生理测定:采用茎秆强度测定仪(YYD－1B)进行。穿刺强度的测定:将探头刺入植株地上部第3节表皮，读取此时屏幕数值即为穿刺强度。抗弯折力的测定:由植株雌穗位置茎秆向地面方向推至与地面夹角为45°，读取此时屏幕数值即为抗弯折力。穿刺强度和抗弯折力均为每个小区连续10株测定，取平均值。

倒伏率调查:玉米收获前，调查每个小区实际的根倒株数、茎倒株数，计算小区的倒伏率。倒伏率(%)＝(根倒株数＋茎倒株数)/总株数×100。

1.3.2 籽粒含水量测定 于玉米收获时，每小区取20穗的穗中部籽粒，利用烘干法测定籽粒含水率，每重复测定9次。

1.3.3 茎腐病病株率调查 于生理成熟时每小区取3行连续5 m植株，记录茎腐病株数和总株数，计算出茎腐病病株率。

1.3.4 考种与测产 玉米收获前，调查每个小区的实际穗数并用以折算单位面积穗数。每个小区中间双行连续30株取穗进行考种，记录穗粒数；脱粒风干(水分含量为14%)后随机挑选100粒称重，记为百粒重，重复3次。之后根据单位面积穗数、穗粒数和百粒重折算出单产。

1.4 玉米宜机收综合性状评价方法

采用信息熵权法确定系统内各评价指标的客观权重。具体计算步骤如下:分别把倒伏率、籽粒含水率、茎腐病病株率、产量的原始数据排成各列，把每个评价指标的原始数据构成初始评价矩阵A＝(aij)m×4，其中aij(j＝1，2，3，4)依次表示倒伏率、籽粒含水率、茎腐病病株率和产量的信息；因各评价指标的量纲不同，所以对各个评价指标进行标准化处理，正项指标利用式子(1)计算，负向指标利用式子(2)计算，得到规范化矩阵B；利用式子(3)计算各评价指标的信息熵Ej；进而利用式子(4)计算得到评价指标的客观权重向量αj；最后计算Bα得到各评价指标的综合评分向量β，即β＝Bα。

上述各式中，1≤i≤m，1≤j≤n。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel进行数据处理与作图，采用SPSS软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 种植密度对不同基因型夏玉米倒伏率的影响

由图1(A)可知，倒伏率随着种植密度的增加而显著增加，D1增加至D2倒伏率升高1.7个百分点，升幅为26.7%；D2增加至D3倒伏率升高11.57个百分点，升幅为143.1%。可见密度由D2增至D3的倒伏率及其升幅均大于D1增至D2的升幅。

由图1(B)可知，品种间相比较，华皖267的倒伏率最高，显著高于其它3个品种，郑单958的倒伏率显著高于郑单309和京农科728，郑单309和京农科728之间差异不显著。

由图1(C)可知，处理间相比较，Z9D1、Z9D2、Z3D1、Z3D2、J7D1、J7D2这6个处理间倒伏率差异不显著，且均显著低于其它处理；Z3D3和J7D3之间差异不显著，但二者均显著低于Z9D3、H2D1、H2D2和H2D3；H2D1显著低于Z9D3和H2D2和H2D3；Z9D3和H2D2之间差异不显著，但二者均显著低于H2D3。这说明密度和品种的互作，可以得到较多的抗倒组合。满足国家标准“玉米收获机械(GB/T 21962—2020)”[5]中规定的机械粒收植株倒伏标准(田间植株倒伏率应低于5%)的处理有Z9D1、Z9D2、Z3D1、Z3D2、J7D1和J7D2。

图1 种植密度对不同基因型夏玉米抗倒伏特性的影响

2.2 种植密度对不同基因型夏玉米收获时籽粒含水率的影响

由图2(A)可知，密度由D1增加至D2，收获时籽粒含水率显著降低，降0.88个百分点；密度由D2增加至D3，籽粒含水率也显著降低，但降幅变小。可见，适当增密可以显著降低收获时籽粒含水率，继续增密降幅收窄。

由图2(B)可知，品种间相比较，华皖267和京农科728收获时籽粒含水率最低，二者差异不显著但均显著低于郑单958和郑单309，郑单958显著低于郑单309。

由图2(C)可知，处理间相比较，Z3D1处理收获时籽粒含水率最高，显著高于其它所有处理；Z3D2与Z3D3差异不显著，但显著高于其余所有处理；除低于上述3个处理外Z9D1显著高于其余所有处理；除低于上述4个处理外Z9D2显著高于其余所有处理；Z9D3与J7D1差异不显著，但显著高于J7D2、J7D3、H2D1、H2D2和H2D3；H2D1与H2D2差异不显著，但显著高于J7D2、J7D3和H2D3；H2D2与J7D2差异不显著，但显著高于J7D3、H2D3；J7D2与H2D3差异不显著。满足国家标准“玉米收获机械(GB/T 21962—2020)”中规定的机械粒收籽粒含水量标准(15%～25%)的处理有J7D1、J7D2、J7D3、H2D1、H2D2和H2D3。

图2 种植密度对不同基因型夏玉米收获时籽粒含水率的影响

2.3 种植密度对不同基因型夏玉米茎腐病病株率的影响

由图3(A)可知，密度由D1增加至D2，夏玉米茎腐病病株率变化不显著；密度由D2增加至D3，病株率显著升高。可见适当增密并未显著增加病株率，过度增密则显著升高。

由图3(B)可知，品种间相比较，郑单958茎腐病病株率最低，显著低于其它3个品种；郑单309和京农科728病株率显著低于华皖267。

由图3(C)可知，处理间相比较，H2D3茎腐病病株率最高，显著高于其它所有处理；Z3D3和J7D3差异不显著，但二者均显著高于其余所有处理；Z9D3、H2D1、H2D2之间差异不显著，但三者均显著高于J7D2、Z3D2、Z9D1、Z9D2、Z3D1和J7D1；J7D2与Z3D2差异不显著，但显著高于Z9D1、Z9D2、Z3D1和J7D1；Z3D2、Z9D1、Z9D2、Z3D1之间差异不显著；J7D1最小，但与Z9D1、Z9D2和Z3D1差异不显著。

图3 种植密度对不同基因型夏玉米茎腐病病株率的影响

2.4 不同密度对不同基因型夏玉米产量的影响

由图4(A)可知，密度由D1增加至D2，夏玉米产量显著增加；密度由D2增加至D3，两者产量差异不显著。可见，适当增密可以增产，过度增密略有减产。

由图4(B)可知，品种间相比较，京农科728产量最高，显著高于郑单958和华皖267，但与郑单309差异不显著；郑单309与郑单958的产量差异不显著，但显著高于华皖267。

由图4(C)可知，Z3D2产量最高，与Z9D2、Z3D3、J7D2、J7D3处理差异不显著，但显著高于其它处理；Z9D2、Z3D3、J7D2、J7D3与Z9D3之间差异不显著，但显著高于Z9D1、Z3D1、J7D1、H2D1、H2D2和H2D3；H2D2、H2D3与J7D1差异不显著，但显著高于Z9D1、Z3D1和H2D1；H2D1产量最低，显著低于其它处理。

图4 种植密度对不同基因型夏玉米产量的影响

2.5 种植密度对不同基因型夏玉米宜机收特性影响的综合评价

由表1可知，种植密度水平上比较，D2宜机收性状综合评价值最高，显著高于其它两个密度水平，D1和D3差异不显著。这说明总体上山东省宜机收夏玉米的适宜密度为D2。

表1 种植密度对不同基因型夏玉米机收特性影响的综合评价

品种间相比较，京农科728宜机收性状综合评价值最高，显著高于其它3个品种；郑单958和郑单309差异不显著，但二者均显著高于华皖267。这说明品种选择可对宜机收特性起到关键作用。

种植密度和品种互作处理间相比较，J7D2宜机收性状综合评价值最高，显著高于其它所有处理；Z9D2综合评价值位次第二，表现较好，与J7D3、Z9D2、J7D3、J7D1和Z3D2差异不显著，但Z9D2和J7D3显著高于Z9D1、Z3D1、H2D1、H2D2、Z9D3、Z3D3和H2D3；Z9D1、J7D1、Z3D2、Z9D3、H2D2之间差异不显著，但显著高于Z3D1、H2D1、Z3D3和H2D3，H2D1和Z3D3显著高于H2D3，但与Z3D1差异不显著；H2D3综合评价值最小。这说明品种与种植密度互作可以改善夏玉米的宜机收综合性状。

3 讨论

合理增加密度能够提高玉米对光、热、水和营养元素等资源的利用效率，是玉米获得高产的主要途径，但密度过大也会给玉米稳产带来一定隐患。这是因为:随着种植密度的增加，群体内个体因过度竞争而导致素质变差，穗粒数和千粒重下降，加之群体通风透光条件变差、病虫害发生加重；同时，种植密度过大还会导致玉米茎秆发育不良，抗倒性变差，倒伏率增加，最终产量反而下降。倒伏率的增加会在至少3个方面对玉米生产带来影响:一是倒伏使玉米叶片相互折叠影响光合产物的生成以及倒折造成的光合产物由源向库转运途径的阻断；二是倒伏率上升导致的机收效率下降引起的产量损失；三是额外人工收获导致的种植成本上升。可见，通过合理密植降低玉米田间倒伏率是玉米高产稳产的关键。

前人关于玉米适宜种植密度的报道很多，但同种作物在不同地区的适宜密度存在很大差异，同地区同种作物不同基因型间的适宜密度亦存在很大差异。程雅婷等[1]报道，新疆奇台县刷新的我国玉米高产记录的密度高达13.5万株/hm2；我国西南玉米产区合理的种植密度约为6.75万株/hm2[6]；侯云鹏等[7]的研究表明，我国东北玉米区种植密度7.5万株/hm2时产量最高。黄淮海玉米区各省份自然资源条件差异大，不同省份间的玉米适宜密度差别很大:刘玲等[8]以百玉2号为材料在河南开展的密度试验表明，该区9.0万株/hm2时产量最高；刘淑静[9]、潘广元[10]等认为，河北、安徽适宜的种植密度为7.5万株/hm2；石德杨等[11]在山东开展的密度试验表明，7.5万株/hm2可以获得较高产量。由上看出，前人对玉米适宜密度的研究多以产量为评价指标，尚未见有关从宜机收角度研究夏玉米适宜密度的报道。本研究表明，密度由D1(6.0万株/hm2)增加至D2(7.5万株/hm2)，夏玉米产量显著增加；密度由D2增加至D3(9.0万株/hm2)，产量略降，说明适当增密增产，过度增密减产。品种间相比较，京农科728产量最高；品种与密度的互作显示，Z3D2、Z9D2、Z3D3、J7D2、J7D3共5个处理能取得较高产量。

本研究表明，玉米倒伏率随着密度的增加而显著增加，这与伍舒悦等[12]的研究结果一致。但本研究发现，密度由D1增加至D2倒伏率只升高1.7个百分点，升幅26.7%；密度由D2增加至D3，倒伏率升高11.57个百分点，升幅143.1%，可见密度由D2增至D3倒伏率及其升幅均大于D1增至D2的升幅，且倒伏率的增幅与密度增幅并不是线性关系。品种间相比较，郑单309的倒伏率最低，与京农科728差异不显著，且二者均显著低于郑单958，华皖267的倒伏率最高，显著高于其它品种。密度和品种互作显示，Z9D1、Z9D2、Z3D1、Z3D2、J7D1、J7D2这6个处理能够满足玉米籽粒机收条件。

籽粒含水率是表征夏玉米是否适合籽粒机收的重要指标，含水率过高是机收时籽粒破碎率、杂质率高的重要因素[13，14]。本研究表明，密度由D1增加至D2，收获时籽粒含水率随着密度的增加而显著降低，降0.88个百分点；密度由D2增加至D3，籽粒含水率也显著降低，但降幅变小。品种间相比较，华皖267和京农科728收获时籽粒含水率最低，二者均显著低于郑单958，郑单958又显著低于郑单309。满足国家标准“玉米收获机械(GB/T 21962—2020)”中规定的籽粒含水量标准(15%～25%)的处理有J7D1、J7D2、J7D3、H2D1、H2D2和H2D3，达到试验处理的半数以上。事实上，山东夏玉米区实行一年两熟种植制度，玉米季热量相对紧张，大部分年份籽粒含水量难以降到25%以下。本试验之所以有较多处理收获时籽粒含水量降到25%以下，主要得益于两点:一是4个供试品种中有2个为偏早熟；二是合理利用了玉米早播迟收技术，两者结合成为降低籽粒含水量的关键。

玉米茎腐病是世界性的土传病害，其主要病原体为腐霉、炭疽菌和镰刀菌。玉米茎腐病发病时下部叶片率先出现水浸状灰绿色，然后向上蔓延，茎基与髓部腐烂，造成玉米倒伏和减产[15，16]。茎腐病除与品种关系密切外，还与栽培措施、种植制度和田间环境有关，如禾本科作物的秸秆还田、小麦玉米的复种连作和免耕播种等是近年来玉米茎腐病愈发严重的重要原因。本研究表明，密度由D1增加至D2，玉米茎腐病病株率变化不显著；密度由D2增加至D3病株率显著升高。其原因可能是，D3密度下田间群体过大使得水蒸气不能逸出冠层造成冠层湿度过大所致。品种间相比较，郑单958茎腐病病株率最低，华皖267最高。处理间相比较，Z9D1、Z9D2、Z3D1和J7D1病株率较低，说明品种与密度互作可以降低玉米茎腐病病株率。

育种家认为，适宜机收的玉米品种应具备较高产量、收获时较低含水量、耐密植、抗茎腐病、抗倒伏等特点[17]。宜机收品种的选育周期相对较长，而在现有品种中筛选出具有上述特点的宜机收品种同时匹配相应的栽培措施是解决现阶段机收问题的可行措施[18]，这也是本试验的目的。然而，宜机收性状是通过多个指标来共同衡量的，如何在同一尺度下比较多个指标对机收性状的影响是值得研究的课题。熵权法通过计算各评价指标在单个评价对象间的波动情况来确定评价指标的组合权重，从而可减少单独主观赋权带来的偏差[19－22]。本试验利用熵权法对不同基因型夏玉米宜机收特性进行综合评价，表明京农科728在D2密度下宜机收特性综合评价值最优。事实上，该处理(Z7D2)除茎腐病病株率单项指标略高外，倒伏率、收获时籽粒含水率和产量均接近或最优，整体评价较为客观。综上所述，我们认为京农科728采用D2种植密度适宜在山东夏玉米籽粒机收区推广。

4 结论

本研究表明，供试玉米品种的倒伏率随着密度增加而显著增加，由D2增加至D3的倒伏率及其升幅均大于D1增加至D2；密度由D1增加至D2，收获时玉米籽粒含水率随着密度增加而显著降低，茎腐病病株率变化不显著，产量显著增加；密度由D2增加至D3，籽粒含水率降幅虽小但也显著，茎腐病病株率显著升高，产量略降。品种间相比较，郑单309和京农科728的倒伏率最低；华皖267和京农科728收获时籽粒含水率最低；郑单958茎腐病病株率最低；京农科728产量最高。种植密度水平上比较，D2宜机收性状综合评价值最高；品种间比较，京农科728宜机收性状综合评价值最高；种植密度和品种间互作相比较，J7D2宜机收性状综合评价值最高，即京农科728采用D2种植密度适宜在山东夏玉米籽粒机收区推广。