夏玉米籽粒灌浆和冠层结构及产质量对播期与密度互作效应的响应

潘正茂， 许海涛*， 李长红

(1.驻马店市农业科学院/河南玉米产业技术体系驻马店综合试验站， 河南 驻马店 463000； 2.驻马店市农业农村局， 河南 驻马店 463000)

0 引言

【研究意义】夏玉米是河南省重要的夏播作物之一，其籽粒产量既取决于品种特性，又受栽培技术措施与生态环境资源的影响[1]。玉米遗传因素与环境条件对其产量及品质产生双重影响，而播期和密度是影响玉米生产的关键因子，合理的播期与密度是实现玉米高产的必备条件，适宜播期可使夏玉米充分利用光热水气资源，合理密度是夏玉米获得高产的重要栽培因素[2-3]。灌浆期对玉米产量及品质起决定作用，此期光热肥水气等资源条件均可直接对其籽粒灌浆产生综合影响[4]。【前人研究进展】李绍长等[5]研究表明，不同生态区域玉米随着播期延迟，其籽粒灌浆进程变长，灌浆速率降低，籽粒重下降；同一生态区域不同播期通过灌浆时期的温度与灌浆持续时期对玉米籽粒重产生影响。刘开昌等[6]等研究认为，合理密度可调节玉米群体结构，显著影响群体内小气候资源的分布，可有效获得较多的贮积能量。李向岭等[7]报道，播期主要通过改变玉米光合辐射量与日照时数等生态因素对玉米生育进程产生影响。众多有关播期与密度对玉米品质的影响研究结论存在差异。王广福[8]研究表明，玉米粗脂肪和粗蛋白质含量与密度呈显著负相关性，与粗淀粉含量呈正相关性。邢江会等[9]认为，籽粒脂肪和蛋白质含量随着播期的延迟呈下降趋势，淀粉含量呈上升趋势。【研究切入点】前人有关夏玉米播期与密度互作效应对产量及其农艺性状的研究较多，但受地域环境生态的影响，研究结论存在差异[3,10-11]。鲜见豫南生态区夏玉米籽粒灌浆特性、冠层结构及产质量对播期与密度互作效应响应的研究报道。【拟解决的关键问题】通过播期与密度互作效应形成玉米生育期内光热水肥气的微生态环境，探明播期与密度互作对豫南生态区夏玉米籽粒灌浆、冠层结构及产质量的影响，以期为豫南生态区玉米生产上适宜播期与密度的确定提供技术和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年在驻马店市农业科学试验站(114°05′ E，33°01′ N，海拔64 m)进行，试验地势较为平坦，位于河南省南部的半干旱地区，光照充足，年内降雨时空分布不均；前茬作物为小麦，土壤质地黏壤，地力较均匀，0～20 cm耕层土壤含有机质11.51 g/kg，速效磷19.07 mg/kg，碱解氮86.96 mg/kg，速效钾79.50 mg/kg，pH 6.7；该区域2020年6月、7月、8月和9月平均气温分别为25.9℃、24.8℃、27.9℃和22.5℃，降雨量分别为253.7 mm、369.9 mm、116.0 mm和77.7 mm，日照时数分别为241.1 h、91.2 h、195.3 h和143.3 h，6-9月总降雨量817.3 mm，旬均气温25.3℃，日照总时数553.9 h。

1.2 材料

1.2.1 品种 供试玉米品种为驻玉216，由驻马店市农业科学院玉米研究所选育。

1.2.2 肥料 供试肥料为沃尔特牌脲甲醛缓释复合肥(总养分≥50%，N∶P2O5∶K2O=24∶13∶13)，湖北源丰化工有限公司生产。

1.2.3 仪器 LAI-2000植物冠层仪，美国LI-COR公司生产；DA7200近红外分析仪，瑞联科技有限公司生产。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 试验采取裂区设计，主区为播期处理，设为3个水平：S1(5月25日)、S2(6月10日)、S3(6月25日)；副区为密度处理，设为3个水平 D1(6.75万株/hm2)、D2(7.50万株/hm2)、D3(8.25万株/hm2)。试验行长8 m，行距0.6 m，6行区，小区面积28.8 m2，3次重复，试验区内裂区设计设置共27个小区，重复之间走道为1.2 m，四周种植2.4 m保护行。麦秸粉碎后旋耕前施用玉米专用复合肥750 kg/hm2，播种前人工开沟，沟内浇足底墒水，确保试验能够全苗，2020年按照试验方案制定的播期与密度，按规定标杆人工点播，沟深4～5 cm，每穴3点播粒，定苗留苗1株。管理技术措施与当地玉米大田生产保持一致。

1.3.2 指标测定

1) 籽粒灌浆特性。各小区选取生长基本一致，无病虫危害的植株进行挂牌标记，吐丝前进行套袋，待花丝完全吐出后进行人工授粉，授粉后15 d起，每隔7 d选取果穗3穗，每穗选取中部籽粒105℃杀青30 min，再于烘箱中80℃烘干到恒重时称取百粒质量，3次重复。

2) 叶面积(LA)及叶面积指数(LAI)。各小区选择具有一定代表性、生长基本一致的植株5株，分别于拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期、成熟期采用长宽系数法测定叶面积[12]，计算叶面积指数。

LA=L×W×0.75

LAI=(单株平均叶面积×平均单位土地面积内株数)/单位土地面积

式中，L为叶片最大叶长，W为叶片最大叶宽。

3) 冠层透光率(LTR)。各小区分别于开花期、灌浆期和成熟期参照赵玉廷[13]的方法测定透光率，行间按照对角线的方式每间隔2株作标记，于10:00-12:00选择晴好天气，采用LAI-2000植物冠层仪测定顶部、穗部和底部的光强。

LTR=(I1/I0)×100%

式中，I1为玉米测定部光强，I0为玉米顶部光强。

4) 品质。各小区于成熟时选取无病虫危害的果穗5穗，脱粒自然晒干至水分含量为14%时，采用DA7200近红外分析仪测定籽粒粗淀粉、粗蛋白质和粗脂肪含量。

5) 产量及性状。成熟时各小区选取果穗10穗，室内考种穗长、穗粗、穗行数、秃尖长和百粒质量，收获中间2行实收测产。

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1.4 数据处理

采用DPS 3.01和Excel 2003对数据进行处理与分析。

2 结果与分析

2.1 夏玉米籽粒灌浆对播期与密度互作效应的响应

从图1看出，播期与密度互作效应对夏玉米籽粒灌浆影响显著，随播期的延迟籽粒干物质积累量呈下降趋势，不同密度处理间籽粒干物质积累量降幅逐渐增大，授粉后15～50 d，随时间的延长夏玉米百粒质量(籽粒干物质积累量)呈上升趋势，且不同处理间存在显著或不显著差异。授粉后50 d：籽粒干物质积累量，S1D1最大，S2D1其次，S3D3最小, S1D1和S2D1较S3D3分别提高34.46%和32.22%；S1播期下的籽粒干物质积累量，S1D1较S1D2和S1D3分别提高10.78%和28.71%；S2播期下，S2D1的籽粒干物质积累量较S2D2和S2D3分别提高6.52%和14.09%；S3播期下，S3D1的籽粒干物质积累量较S3D2和S3D3分别提高9.35%和22.05%；D1密度下，S1D1的籽粒干物质积累量较S2D1和S3D1分别提高1.70%和10.17%；D2密度下，S1D2的籽粒干物质积累量较S2D2和S3D2分别提高3.94%和15.58%；D3密度下，S1D3的籽粒干物质积累量较S2D3和S3D3分别提高5.81%和22.62%。播期与密度互作，授粉后15～50 d，S1D1、S1D2、S1D3、S2D1、S2D2、S2D3、S3D1、S3D2、S3D3平均灌浆速率分别为0.68 g/d、0.67 g/d、0.65 g/d、0.69 g/d、0.65 g/d、0.64 g/d、0.62 g/d、0.58 g/d和0.53 g/d，依次为S1>S2>S3，D1>D2>D3，以S2D1最高，S3D3最低。说明，适宜播期与密度互作能够提高籽粒干物质积累量，加快籽粒灌浆。

注：不同小写母表示相同时间各处理间差异显著(P<0.05)。

2.2 夏玉米叶面积指数对播期与密度互作效应的响应

从图2可知，叶面积指数(LAI)随生育进程的推进呈先升后降趋势，吐丝期达最高。随播期的延迟，LAI呈先升后降趋势，相同播期下随密度的增加LAI呈先升后降趋势，拔节期、大喇叭口期、灌浆期和成熟期各处理间差异不显著；吐丝期，S2D2、S2D3、S3D2和S3D3间差异不显著，但4个处理显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。相同播期下，成熟期D2的LAI大于D3，说明高密度下生育前期玉米群体的冠层结构不尽合理，透光通风性差，导致后期LAI迅速下降。相同密度下，S2的LAI大于S3，说明播种越晚，玉米生育进程变快，植株变矮导致叶面积降低所致。在成熟期S1播期下，S1D2的LAI较S1D1和S1D3分别提高10.16%和14.35%；S2播期下，S2D2的LAI较S2D1和S2D3分别提高22.09%和7.88%；S3播期下，S3D2的LAI较S3D1和S3D3分别提高24.51%和13.72%；D1密度下，S2D1的LAI较S1D1和S3D1分别提高4.88%和1.98%；D2密度下，S2D2和S3D2的LAI较S1D2分别提高16.24%和16.24%；D3密度下，S2D3的LAI较S1D3和S3D3分别提高23.21%和5.42%。表明，晚播LAI显著降低，适宜播期夏玉米灌浆至成熟期间较高积温是叶片维持光合性能的保障，密度过低和过高均不利于维持较高的LAI， S2D2的LAI最高，显著高于其余处理，呈现高效冠层特性，可明显提高光合叶面积，延长光合作用时长，有益于光合物质的积累。

注：不同小写母表示各生育期处理间差异显著(P<0.05)，下同。

2.3 夏玉米冠层透光率对播期与密度互作效应的响应

从图3看出，夏玉米植株穗部及底部开花后的冠层透光率(LTR)均随生育进程的推进而增加，穗部透光率，开花期、灌浆期和成熟期均是S1D1显著高于其余处理，S3D3显著低于其余处理，其余处理间差异显著或不显著。底部透光率，开花期S1D1显著高于其余处理，S2D3和S3D3显著低于其余处理，其余处理间差异显著或不显著，灌浆期S1D1和S2D1显著高于其余处理，S2D3和S3D3显著低于除S1D3和S3D2外的其余处理，其余处理间差异显著或不显著；成熟期S1D1显著高于其余处理，S2D3显著低于其余处理，其余处理间差异显著或不显著。相同播期下，随密度的增大LTR呈逐渐下降趋势；相同密度下，随着播期的延迟LTR逐渐降低，播期越晚降幅越大，成熟期S1播期下，S1D1穗部LTR较S1D2和S1D3分别提高1.51百分点和5.17百分点，底部LTR分别提高3.58百分点和4.71百分点；S2播期下，S2D1穗部LTR较S2D2和S2D3分别提高2.42百分点和7.31百分点，底部LTR分别提高2.47百分点、4.25百分点；S3播期下，S3D1穗部LTR较S3D2和S3D3分别提高5.09百分点和12.16百分点，底部LTR分别提高1.86百分点和2.67百分点；D1密度下，S1D1穗部LTR较S2D1和S3D1分别提高0.98百分点和5.71百分点，底部LTR分别提高1.59百分点和2.71百分点；D2密度下，S1D2穗部LTR较S2D2和S3D2分别提高1.89百分点和9.29百分点，底部LTR分别提高0.48百分点和0.99百分点；D3密度下，S1D3穗部LTR较S2D3和S3D3分别提高3.12百分点和12.70百分点，底部LTR分别提高1.13百分点和0.67百分点。说明，S1D1开花后穗部及底部叶片能够接收更多光能，有益于玉米籽粒充实灌浆，利于提高产量。

图3 夏玉米冠层透光率对播期与密度互作效应的响应

2.4 夏玉米品质对播期与密度互作效应的响应

从图4可知，相同播期下，随着密度的增大粗淀粉含量、粗蛋白质含量、粗脂肪含量及蛋脂总量呈逐渐降低趋势，相同密度下，随播期的延迟粗淀粉含量呈逐渐降低趋势，粗蛋白质含量、粗脂肪含量及蛋脂总量呈先升后降趋势；不同处理玉米籽粒的粗淀粉含量>蛋脂总量>粗蛋白质含量>粗脂肪含量，且S3D1、S3D2和S3D3间差异均不显著，三者显著低于其余处理，其处理间差异不显著。不同密度下，粗淀粉含量、粗蛋白质含量、粗脂肪含量、蛋脂总量依次为D1>D2>D3；S1播期下，S1D1的粗淀粉含量较S1D2和S1D3分别提高0.06百分点和0.16百分点，粗蛋白质含量分别提高0.21百分点和0.42百分点，粗脂肪含量分别提高0.43百分点和0.47百分点，蛋脂总量分别提高0.64百分点和0.89百分点；S2播期下，S2D1粗淀粉含量较S2D2和S2D3分别提高0.43百分点和0.82百分点，粗蛋白质含量分别提高0.24百分点和0.28百分点，粗脂肪含量分别提高0.31百分点和0.39百分点，蛋脂总量分别提高0.55百分点和0.67百分点；S3播期下，S3D1的粗淀粉含量较S3D2和S3D3分别提高0.28百分点和0.56百分点，粗蛋白质含量分别提高0.09百分点和0.35百分点，粗脂肪含量分别提高0.44百分点和0.57百分点，蛋脂总量分别提高0.53百分点和0.92百分点。相同密度不同播期下，粗淀粉含量依次为S1>S2>S3，粗蛋白质含量、粗脂肪含量和蛋脂总量依次为S2>S1>S3，D1密度下，S1D1的粗淀粉含量较S2D1、S3D1分别增加-0.05百分点和2.80百分点，S2D1的粗蛋白质含量较S1D1和S3D1分别提高0.31百分点和0.47百分点，粗脂肪含量分别增加0.05百分点和0.20百分点，蛋脂总量分别提高0.36百分点和0.67百分点；D2密度下，S1D2的粗淀粉含量较S2D2和S3D2分别提高0.32百分点和3.02百分点，S2D2的粗蛋白质含量较S1D2和S3D2分别提高0.28百分点和0.32百分点，粗脂肪含量分别提高0.17百分点和0.33百分点，蛋脂总量分别提高0.45百分点和0.65百分点；D3密度下，S1D3的粗淀粉含量较S2D3和S3D3分别提高0.51百分点和3.10百分点，S2D3的粗蛋白质含量较S1D3和S3D3分别提高0.45百分点和0.54百分点，粗脂肪含量分别提高0.13百分点和0.38百分点，蛋脂总量分别提高0.58百分点和0.92百分点。其中，S2D1的粗淀粉含量、粗蛋白质含量、粗脂肪含量及蛋脂总量最高。说明，播种越晚、密度越高，越不利于粗淀粉、粗蛋白质及粗脂肪在玉米籽粒中积累，适期播种与低密度互作能够提高玉米的品质。

注：不同小写字母表示各品质指标处理间差异显著(P<0.05)。

2.5 夏玉米产量性状及产量对播期与密度互作效应的响应

2.5.1 产量性状对其互作效应的响应 从表1可知，不同处理玉米穗长、穗粗和穗行数等产量性状存在差异，相同播期下随密度的增加穗长、穗行数、行粒数及百粒质量呈下降趋势，穗粗无规律性，秃尖长呈上升趋势；相同密度下随播期的延迟，穗长、穗粗和百粒质量呈下降趋势，穗行数、行粒数呈先升后降趋势，而秃尖长呈增大趋势。各处理穗长、穗粗和穗行数分别为16.5～17.6 cm、4.4～4.9 cm和14.2～15.8行，处理间差异均不显著。行粒数为32.7～35.1 粒，S3D3显著少于除S1D3、S2D3和S3D2外的其余处理，其余处理间差异显著或不显著。秃尖长为0.4～1.8 cm，S3D3显著长于其余处理，S1D1、S1D2、S1D3、S2D1、S2D2和S2D3差异不显著，但均显著短于其余处理，S3D1与S3D2差异显著。百粒质量为25.9～33.2 g，S3D3显著小于除S2D3和S3D2外的其余处理，其余处理间差异显著或不显著。说明，夏玉米尽可能早播，密度不宜过大，以最大潜力提高百粒质量，进而提升玉米产量。

表1 夏玉米产量性状对播期与密度互作效应的响应

注：不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05)。

3 讨论

3.1 夏玉米籽粒灌浆对播期与密度互作效应的响应

籽粒灌浆的过程也是源器官组织将光合作用同化产物以液流形式连续不断输送至玉米穗部的过程，灌浆速率与灌浆持续时期的长短对玉米籽粒灌浆起决定性作用[14]。研究结果表明，在播期为5月25日(S1)、6月10日(S2)和6月25日(S3)，密度为6.75万株/hm2(D1)、7.50万株/hm2(D2)和8.25万株/hm2(D3)，以及播期与密度互作下，随播期的延迟籽粒干物质积累量呈下降趋势，不同密度处理间籽粒干物质积累量降幅逐渐增大；相同播期下，夏玉米籽粒干物质积累量随着密度的增大呈降低趋势；授粉后不同时间籽粒干物质积累量的变化不同，前期、中期和后期呈慢-快-慢的变化趋势；不同播期与密度平均灌浆速率依次为S1>S2>S3和D1>D2>D3，播期与密度互作以S2D1平均灌浆速率最高，S3D3最低，与聂林雪等[4]有关播期与密度对郑单958籽粒灌浆特性影响的研究结论一致。说明，适宜播期与密度互作能够提高籽粒干物质积累量，加快籽粒灌浆。

3.2 夏玉米叶面积指数对播期与密度互作效应的响应

玉米群体的叶源量是其产量形成的重要基础，对玉米库的建成具有决定性作用[15]。叶面积指数(LAI)是提高玉米生长率的重要因子，一定程度上能够衡量玉米群体生育期内的物质生产情况[7]。玉米叶片是光合作用形成有机物质的重要器官，其面积大小受品种自身遗传和生长环境双重因素的影响[8]。徐田军等[16]研究表明，播期是通过降雨量、日照时数和温度对玉米植株生育产生影响，合理的密度有利于构建合理的群体结构和对光热资源的充分利用。研究结果表明，随着播期的延迟，LAI呈先升后降的变化趋势，相同密度下适播LAI较高，晚播LAI较低。说明，播种越晚，玉米生育进程加快，植株变矮导致叶面积降低所致，与刘少坤[17]的研究结果一致。研究结果表明，相同播期下，随密度的增加，LAI呈先升后降的变化趋势，成熟期中密度LAI较高，高密度LAI有所下降，与徐田军等[16]的研究结果即LAI随密度的增加呈上升趋势的结论不尽一致，可能与试验条件下生育前期玉米高密度群体的冠层结构不尽合理，透光通风性差，导致后期LAI迅速下降有关。

3.3 夏玉米冠层透光率对播期与密度互作效应的响应

夏玉米植株穗部及底部开花后的冠层透光率(LTR)均随生育进程的推进而增加，可能与玉米生长发育后期植株上部叶片的夹角变化与老化有关，光截获性能降低，穗部及底部接收的光能有所提高相关。李宁等[14]研究表明，播期的推迟，玉米生育期缩短，植株衰老死亡叶片减少，而叶面积相对变大所致。研究结果表明，相同播期下，随密度的增大LTR呈降低的变化趋势；相同密度下，随播期的延迟LTR呈逐渐降低趋势，播期越晚降低幅度越大，与李宁等[14]的研究结论相同。表明，早播低密度处理植株冠层结构更加高效合理，开花后穗部及底部叶片能够接收更多光能，有益于玉米籽粒充实灌浆和提高其产量。

3.4 夏玉米品质对播期与密度互作效应的响应

玉米籽粒的营养品质除受区域生态环境和品种自身遗传特性共同决定外，还受种植方式的影响[18]。杨成栋等[19-20]研究表明，相同播期下，玉米籽粒粗淀粉含量、粗蛋白质含量和粗脂肪含量随密度的增大而降低。该研究结果与其一致，可能是由于不同密度下单位土地面积内肥水总量一致，但玉米单株对水分、营养获取量不同，导致高密度下营养成分供应相对不足，造成营养品质含量有所降低。研究结果表明，同密度下，随播期的延迟粗淀粉含量呈逐渐下降趋势，粗蛋白质含量、粗脂肪含量和蛋脂总量呈先升后降低趋，说明播种越晚、密度越高，越不利粗淀粉、粗蛋白质及粗脂肪在玉米籽粒中积累，适期播种与低密度互作能够提高玉米的品质含量。与杨成栋等[19]的研究结论近似，与张胜等[21]的研究结果不同。该研究还发现，籽粒蛋脂总量也表现出随密度的增加而降低的趋势。

3.5 夏玉米产量性状对播期与密度互作效应的响应

研究结果表明，播期与密度互作对穗长、穗粗和穗行数的影响不显著，对行粒数、秃尖长和百粒质量影响显著；相同密度下，随着播期的延迟，穗长、穗粗和百粒质量呈下降趋势，秃尖长呈增大趋势，穗行数和行粒数呈先增后降趋势；相同播期下，随密度的增加穗长、穗行数、行粒数及百粒质量呈降低趋势，穗粗没有一定的规律性，秃尖长呈增加趋势，研究结果与靖凯等[22]的研究结果一致。关于播期与密度对玉米产量研究较多，但受地域生态环境与品种固有特性的影响，其结果不尽相同[2-4,10-11]。王小星等[23-24]试验表明，随着密度的升高产量呈先升后降趋势。卜俊周等[1]报道，中地175随密度的升高产量显著提升。研究结果表明，穗长以S1D1最长，与S1D2、S2D1和S2D2相差较小，但远大于S3D3；穗粗各处理间变化不大；穗行数S2D1最多，与S2D2和S2D3相近，但远大于S1D3；行粒数受密度的影响程度大于播期，S1D1、S2D1和S3D1行粒数较多，大于S1D3、S2D3和S3D3；播期对秃尖长的影响大于密度，晚播处理秃尖长远大于早播与适播，S3D1、S3D2和S3D3间差异显著，早播、适播不同密度处理间差异不显著；百粒质量S1D1和S2D1较高，与S1D2和S2D2差异不显著，与S3D3差异显著。说明，播期与密度互作效应对行粒数和百粒质量产生显著影响，进一步决定其最终产量的形成，不同播期与密度的行粒数差异表明，适期播种行粒数较多，密度越大行粒数越少，密度与行粒数呈负相关，密度增大后行粒数降低；播期越早百粒质量越高，相同播期下密度越大百粒质量越低，密度与百粒质量呈负相关，但差异不显著。与王小星等[23-24]的研究结果一致，但与卜俊周等[1]的研究结论不同。因此，夏玉米尽可能早播，密度不宜过大，以最大潜力提高百粒质量，进而提升玉米产量。播期与密度互作可以平衡产量构成因素间的协同效应，也是籽粒产量提高比较有效的措施，S2D2互作更有利于夏玉米单株与群体生产效能的提高，相对于其余播期与密度互作处理其籽粒产量的群体优势明显，播期和密度过大或过小均不利于籽粒产量的提高。

4 结论

授粉后50 d，S1D1籽粒干物质积累量最大，S2D1其次，S3D3最小；S1D1和S2D1较S3D3提高34.46%和32.22%，平均灌浆速率依次为S1>S2>S3和D1>D2>D3，播期与密度互作灌浆速率，S2D1最高，S3D3最低。S2D2的LAI显著高于其余处理，表现出高效的冠层特性，可明显提高光合叶面积，延长光合作用时长，有益于光合物质的积累量。S1D1开花后穗部及底部叶片能够接受更多光能，有益于玉米籽粒充实灌浆，利于提高产量。S2D1粗淀粉含量、粗蛋白质含量、粗脂肪含量及蛋脂总量最高，说明播种越晚、密度越高，越不利于粗淀粉、粗蛋白质及粗脂肪在玉米籽粒中积累，适期播种与低密度互作能够提高玉米的品质指标含量。S2D2产量最高，产量构成因素较好，群体分布较为合理，播期过早或过晚，密度过小或过大均不利于产量构成因素穗行数、行粒数及百粒质量协同提高，进而对最终产量的形成产生负面影响。播期与密度互作效应对产量的响应依次为S2D2>S2D3>S1D2>S2D1>S1D3>S3D2>S3D3>S1D1>S3D1，S2D2、S2D3、S1D2、S2D1、S1D3、S3D2、S3D3和S1D1的产量较S3D1分别提高22.40%、17.16%、14.76%、13.34%、8.62%、6.89%、5.41%和2.45%。