烟后轮作玉米的适宜种植密度研究

肖金讯，张圣炜，付品山，艾亥麦提·艾麦尔江，黄佳，熊俊，杨友才*

(1 湖南农业大学资源环境学院/洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128；2 湖南中烟工业有限责任公司，湖南 长沙 410014)

烤烟是典型的不耐连作作物，连作对烤烟生产的影响表现为烟草产量降低、烟叶品质下降、病虫害加重等[1]。烤烟—玉米轮作是缓解烤烟连作障碍的有效措施[2-4]，且能够提高土地利用率。多年的生产实践表明，不合理的播种密度是制约玉米高产稳产的关键因子[5]。确定合适的播种密度是玉米栽培技术的主要措施之一，而且是易于规范化且经济的增产措施。合理密植、增加光照和温度资源的利用效率、凭借群体提升增产能力是玉米达到高产的关键[6]，但密植增加了玉米茎秆倒伏的风险，可能导致玉米减产[7]。为了提高烟后轮作玉米的产量，实现轮作玉米效益最大化，本研究以2 种不同类型的玉米品种(甜玉米湘农甜玉3 号和普通玉米郑单958)为材料，分析不同密度处理下2 种玉米生长发育和产量的变化，以确定烟后轮作玉米最适宜的栽培密度。

1 材料与方法

1.1 试验材料

甜玉米新品种湘农甜玉3 号由湖南农业大学选育，普通杂交玉米品种郑单958 由河南农业科学院粮食作物研究所选育，试验所用的玉米种子均由湖南农业大学提供。

1.2 试验设计

本试验于2020 年在湖南省浏阳市达浒镇金田村(113°54′20″E，28°26′45″N)进行。试验田地势平缓，地力均匀。前茬作物烤烟为当地主推品种K326，参照当地普通生产烟田管理。于2020 年7 月18 日采收完烤烟后，随机选取7 个点采集0～20 cm土层的土壤带回湖南农业大学检测土壤背景值。供试土壤基础地力:pH 4.81，含有机质40.37 g/kg、全氮1.15 g/kg、全磷1.23 g/kg、全钾18.52 g/kg、碱解氮84.97 mg/kg、有效磷14.19 mg/kg、速效钾308.4 mg/kg。

设置5 个甜玉米播种密度，分别为42 000(T1)、48 000(T2)、54 000(T3)、60 000(T4)和66 000株/hm2(T5)；设置5 个普通玉米种植密度，分别为45 000(S1)、52 500(S2)、60 000(S3)、67 500(S4)和75 000 株/hm2(S5)。每个处理设3 次重复。共计30 个小区，小区长10 m，宽2.6 m，面积26 m2，分4 行种植，四周设保护行。施用的基肥为石宝山牌复合肥(N ∶P2O5∶K2O ＝15 ∶15 ∶15)，施用量为750 kg/hm2；追肥使用三宁牌尿素(总氮含量＞46%)，在玉米大喇叭口期追施，施用量为300 kg/hm2。其他田间管理措施参照当地普通生产田管理技术。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生育时期调查

记录2 个玉米品种各处理的播种期、出苗期、拔节期(6 叶展)、大喇叭口期(12 叶展)、吐丝期(开花期)、采收期等关键生育期。

1.3.2 植株形态和干物质积累测定

分别于拔节期、大喇叭口期、吐丝期、吐丝期后20 d、成熟期，每个小区随机选取5 株田间生长正常的玉米植株带回实验室。根据长宽系数法测量叶面积，计算叶面积指数；将茎、叶、穗等分别装袋，105 ℃杀青0.5 h，80 ℃恒温箱中烘干至恒重，测定干物质量。

1.3.3 农艺性状及病虫害调查

成熟期从每个小区连续取田间生长正常的植株10 株，调查株高、穗位高、茎粗及总叶片数；统计各小区的倒伏倒折株数、空秆株数。参照《玉米病虫害田间调查手册》调查穗腐病、玉米螟这2 种当地玉米主要病虫害。

1.3.4 产量测定

普通玉米郑单958 成熟后，每小区收获右边2行，测定实际产量；统计2 行中每垄的穗数、株数、空秆数等；随机抽取其中1 垄的连续10 穗，带回实验室考种，考察穗行数、穗粒数、百粒质量等，计算理论产量。甜玉米湘农甜玉3 号在乳熟期采收，同样每小区收获右边2 行，计算其果穗含苞叶鲜质量和去苞叶鲜质量，根据平均鲜穗质量取10 穗，考察穗长、穗粗、秃顶长。

1.4 数据处理

利用Excel 2016 进行数据统计，利用SPSS 21.0 进行方差分析。相同品种的不同密度处理之间选用Duncan 法进行多重比较，显著性水平设定为α＝0.05。

2 结果与分析

2.1 不同密度处理下2 种玉米的生育进程

由表1 可见，两个玉米品种不同密度处理的生育期差异均不明显，但2 个品种的生育进程差异较大。郑单958 的出苗期比湘农甜玉3 号早1 d，6 叶展、12 叶展和吐丝期比湘农甜玉3 号早2～4 d。但由于甜玉米为鲜食，在乳熟期采收，因此，湘农甜玉3 号的采收期比郑单958 的成熟期早22～24 d。两种玉米的大田生产周期分别为84～85 d 和107～108 d。

表1 不同处理玉米的生育时期Table 1 Growth periods of maize under different treatments

2.2 不同密度处理玉米的叶面积指数变化

由表2 可知，从6 叶展至吐丝后20 d，各处理叶面积指数(LAI)呈先增加后下降趋势，在吐丝期达到最大。各处理的叶面积指数大多表现为随着密度的增大而增大。对比2 种不同类型的玉米，在6 叶展和12 叶展时期，密度对郑单958 的作用效果比湘农甜玉3 号更加明显；在吐丝期，湘农甜玉3 号最高密度处理T5 比最低密度处理T1 叶面积指数增加63.3%，且差异显著，郑单958 最高密度处理S5 也比最低密度处理S1 增加77.9%，差异显著。表明增加烟后玉米种植密度可以显著提高玉米叶面积指数。

表2 不同处理玉米各生育期的叶面积指数变化Table 2 Changes of leaf area index of maize at different growth stages under different treatments

2.3 不同密度处理玉米的群体干物质积累变化

从表3 可以看出，各处理干物质量均随生育进程推进逐渐增加。在6 叶展和12 叶展时期，2 种玉米各处理间的干物质积累量差异不明显。从吐丝期到吐丝后20 d，2 种烟后轮作玉米处理间的干物质量差异增大，玉米群体干物质积累量随密度增大而增大。吐丝后20 d，湘农甜玉3 号和郑单958 的干物质量分别以T5 和S5 处理最大，分别为10 323.0 kg/hm2和15 130.4 kg/hm2，均显著高于最低密度处理。

表3 不同处理玉米各生育期的群体干物质量变化Table 3 Changes in dry matter quality of maize at different growth stages under different treatments kg·hm-2

2.4 不同密度处理玉米的农艺性状及病虫害发生情况

由表4 可知，湘农甜玉3 号和郑单958 各处理的株高、穗位、茎粗均无显著性差异。湘农甜玉3 号不同密度处理的总叶片数和空秆率无显著差异，但玉米的倒伏倒折率随着密度的增加而增大，T1 处理的倒伏倒折率低于15%，T2、T3、T4 处理的倒伏倒折率接近20%，T5 处理的倒伏倒折率高达35.77%，显著高于T1 处理。郑单958 各密度处理玉米的倒伏倒折率则无显著差异，但玉米的总叶片数和空秆率均随种植密度增大呈增加趋势，且S5 处理显著高于S1。这表明过高的种植密度会导致玉米单株对光照和养分的竞争更加激烈。对比2 个玉米品种，密植条件下，郑单958 的抗倒伏性优于湘农甜玉3 号，但空秆率高于湘农甜玉3 号。病虫害方面，湘农甜玉3 号未见穗腐病发生，郑单958 的穗腐病发病率则为5.66%～8.80%。但郑单958 对玉米螟抗性优于湘农甜玉3 号。密度对2 种玉米主要病虫害的影响均不显著。

表4 不同处理玉米的农艺性状及抗性比较Table 4 Comparison of agronomic traits and resistance of maize under different treatments

2.5 不同密度处理玉米的产量比较

2.5.1 不同密度处理湘农甜玉3 号的产量及品质

从表5 可以看出，密度对湘农甜玉3 号的穗长、穗粗影响不显著，但T4、T5 处理的秃顶长显著高于T1、T2。不同密度下，湘农甜玉3 号的产量差异较大。随着种植密度的增加，湘农甜玉3 号的产量呈先增加后减少的趋势，在T3 处理达到最高，含苞叶产量达10 223.1 kg/hm2，去苞叶产量达6 908.1 kg/hm2。T4、T5 处理的产量降低表明，种植密度超过合理水平时，湘农甜玉3 号由于倒伏倒折率升高和秃顶变长，进而导致减产。

表5 湘农甜玉3 号不同密度处理的玉米品质和产量比较Table 5 Comparison of quality and yield of Xiangnong Tianyu No.3 under different treatments

2.5.2 不同密度郑单958 的产量及构成要素

由表6 可以看出，不同密度处理下，郑单958 的产量也存在较大差异。随着种植密度的增加，郑单958 的产量呈先增加后减少的趋势，郑单958 的实际产量和理论产量均以S3 处理最大，分别为7 051.6 kg/hm2和7 125.8 kg/hm2。由此可见，在该区域烟后轮作普通玉米，种植密度不宜过低也不宜过高。从产量构成因素来看，种植密度对玉米穗行数和百粒质量无显著影响，但对穗粒数影响较大，从S1 至S5，穗粒数下降了17.61%。从以上分析可看出，过高的烟后轮作密度增加了玉米群体的空秆率，降低了玉米个体的穗粒数，进而影响了郑单958产量。

表6 不同密度下的郑单958 产量及构成要素比较Table 6 Comparison of yield and yield components of Zhengdan 958 under different treatments

3 讨论

本研究中，不同的密度处理对玉米的生育进程没有显著影响，这与前人的研究结果一致[8]。不同品种间的生育期差异显著，湘农甜玉3 号的大田生产周期比郑单958 短22～24 d。

叶面积指数和干物质积累是体现作物生长情况的关键指标。叶面积指数可以反映玉米群体的光合能力，适宜的叶面积指数有利于光合作用的进行、有机产物的合成与积累以及产量的形成[9]，而玉米经济产量的高低取决于生物产量[10]。正常情况下，叶面积指数越高，对光热资源的利用率就越高；干物质积累的越多，籽粒产量也就越高[11]。本研究结果表明，2 种玉米的叶面积指数和干物质积累均随密度增加而增加，且在吐丝期和吐丝后20 d 的差异更大，这与王铁固等[12]、刘笑鸣等[13]的研究结果一致。

同一生态环境下，密度是影响烟后轮作玉米生长发育和产量构成的重要因素[14]。本试验结果表明，密度对株高、穗位、茎粗的影响均不显著。但过度密植将会导致单株营养面积明显减小，对肥水的竞争更加激烈。甜玉米湘农甜玉3 号的产量随密度增大呈先增加后下降的趋势，密度增大到一定程度后，倒折倒伏率和秃顶长也会随之增加，进而导致玉米减产。普通玉米郑单958 各处理产量的变化趋势与湘农甜玉3 号一致，过高的密度增加了其群体的空秆率，降低了玉米个体的穗粒数，进而影响了产量。综合来看，适当增大种植密度可以提高烟后轮作玉米的产量。

4 结论

不同密度处理下，烟后轮作玉米产量的变化与群体和个体长势有关，合理密植可以增加单位面积穗数和叶面积指数，提高光热资源的利用率，增加群体干物质积累，从而提高单位面积的玉米产量。但种植密度过高则会导致倒伏倒折率和空秆率增加、秃顶长变长、穗粒数降低，造成玉米减产。本试验条件下，烟后轮作甜玉米密度为54 000 株/hm2左右比较适宜，而普通玉米的适宜密度则为60 000 株/hm2左右。