垄膜沟种条件下品种和密度对玉米生长的影响

肖继兵，孙占祥，蒋春光，侯志研，冯良山，白 伟

（1.辽宁省水土保持研究所，辽宁 朝阳122000；2.辽宁省农业科学院，沈阳110161）

玉米是我国主要粮食作物和饲料作物，被称为饲料之王，是我国畜牧业的支柱［1］，在农业生产上具有举足轻重的地位，因此提高玉米的产量具有重要的意义。品种、肥料和密度是影响玉米产量的主要因子。通过选育新品种提高产量是增加玉米产量的一个重要因素，但如果一个好的玉米品种没有好的栽培技术，也不能达到增产增效的目的。同一个玉米品种提高其产量的途径有两条：一是提高种植密度，即以群体效应为主，另一个是提高化肥利用效率，配合施用N、P、K使肥料相互促进，提高供肥能力，以达到增产的目的［2－3］。

大量的研究一致认为，在玉米栽培技术中，密度是协调群体与个体最有效的措施［4］。种植密度对单位面积产量有重要影响［5］，提高种植密度是玉米增产的有效途径。在任何情况下，玉米的密度与产量都密切相关。群体的籽粒产量开始时随密度的提高而迅速提高，以后渐缓，再继续增加密度则产量开始明显下降。密度增加超过一定限度，则破坏了群体与个体发育的平衡关系。植株过密造成郁闭，通风透光不良，特别是中下部叶片受光不好，光合速率明显下降，干物质积累减少［6－7］。

朝阳地区是典型的半干旱雨养农业区，旱地是该地区农业用地的主要形式，玉米是该区的主要作物，提高玉米对天然降雨利用率对该区农业可持续发展至关重要。垄膜沟种微集雨种植是指田间起垄覆膜集雨产流、沟垄相间、沟内种植的一种栽培方式。该技术集垄沟种植、覆膜抑蒸、膜面集雨、宽窄行种植技术于一体，使降雨在农田内就地实现空间再分配，将有限的降水尽量保留和集中到沟内种植区［8－9］，增加土壤含水率，改善沟内种植区土壤水分条件，具有增温、保墒和集雨的作用［10］，进而达到提高降雨资源利用率和增加玉米产量的目的，因此成为水分较为缺乏的半干旱地区的一项重要的抗旱、提高降雨利用效率的措施。同时土壤水、温条件的改善可促进微生物的大量繁殖，提高土壤微生物含量［11］。土壤微生物量是土壤转化土壤有机物质的一个重要指标，高的土壤微生物量说明土壤能提供较多的营养。为此，本文研究垄膜沟种微集雨条件下品种和密度对玉米生长的影响，旨在为朝阳地区玉米垄膜沟种微集雨栽培筛选出适宜的品种和种植密度。

1 试验材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2011年在辽宁省水土保持研究所示范农场内进行，该示范区位于朝阳市，朝阳地区年降水量有限，年际变化大，季节分布不均，多年平均降水量为438.9mm左右，而且年降水总量的70%～74%集中在6—8月份，常以暴雨出现，产生水土流失，又会造成一定的降雨损失。该区春季降水少，气温高，春风多，蒸发量大，致使土壤大量失墒而干旱，春旱、伏旱和秋吊频繁发生，以旱作农业为主。供试土壤质地为砂壤土，旱作平地，前茬为大豆，肥力中上等，其基本理化性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2 试验设计

本试验选用3个玉米品种，分别为中熟品种（辽单33，A1）、中晚熟品种（沈禾201，A2）和晚熟品种（东单60，A3），密度设6个水平，分别为B1：37 500株／hm2；B2：45 000株／hm2；B3：52 500株／hm2；B4：60 000 株／hm2；B5：67 500 株／hm2；B6：75 000株／hm2。A1品种6个密度从B1—B6处理号依次为T1—T6，A2品种依次为T7—T12，A3品种依次为T13—T18，采用两因素裂区设计，主区为品种，副区为密度，共18个处理，每个处理3条集雨沟，每条集雨沟在膜侧种植两行玉米，即每处理6行区，株距依设计密度而定，3次重复，每个小区面积36m2（3.6m×10m）。2009年秋季进行深翻耕，2011年5月5日播种，播前浇足底墒水，种肥施有三元复合肥450kg／hm2（N 15%，P2O515%，K2O 15%），拔节初期追施尿素375kg／hm2。微集雨宽窄行种植，其它管理方式与传统方式相同，具体种植方式见图1。

图1 玉米田间垄膜沟种示意图

1.3 试验测定项目和方法

株高、茎粗：在玉米灌浆期，每处理组合选30个样株进行测量；棒三叶叶面积：在玉米灌浆期，每处理组合选30个样株进行测量。采用长宽系数法（叶面积＝长×宽×0.75）测量；群体叶面积指数（LAI）：LAI＝单株叶面积×单位土地面积内株数／单位土地面积，每处理组合选样10株在灌浆期进行测量；经济性状及产量调查：在玉米籽粒成熟期，随机取30穗进行室内考种，测穗长、穗粗、穗粒数和千粒重等产量构成因素，同时取中间沟（中间两行）测产，产量按含水量18%计产；降雨量：试验区设有虹吸式自计雨量计观测降雨量；土壤含水量：采用烘干法测定，设3个取样点，分别在垄中、膜侧和沟中于播前和收获后测1m深土壤水分；土壤贮水量、水分利用效率：

式中：W——土 壤 贮 水 量 （mm）；h——土 层 深 度（cm）；p——土壤容重（g／cm3）；b%——土壤水分重量百分数。

式中：ET——作物耗水量（mm）；WUE——水分利用效率［kg／（mm·hm2）］；P——作物生育期间降雨量（mm）；Y——按沟垄总面积计算的玉米籽实产量（kg／hm2）；ΔW——作物播前和收获后测定的1m 土层土壤贮水量的变化（mm）。玉米生育期间未灌溉，且试验区地势平坦，同时地下水埋藏很深，因此地表径流和地下水补给量可忽略不计。

1.4 试验数据处理

采用DPS 8.5软件进行方差分析和多重比较（LSD），Microsoft Excel 2003进行数据处理及制图。

2 结果与分析

2.1 降雨特征分析

由图2可知，2011年玉米生育期间5、8和9月的降雨量低于多年平均月降雨量，6月和7月的降雨量多于多年平均月降雨量。2011年玉米生育期间总计降雨量为359mm，同期近20a平均降雨量为382 mm，同期近10a平均降雨量为366mm，总体来说，2011年属于降雨正常年份。

图2 玉米生育期月降雨量和多年月平均降雨量

玉米生育期间总计降雨29次。从图3中可以看出，本年度玉米生育期间降雨分布比较均匀，6月和7月降雨相对集中，降雨量较多。最大次降雨量出现在7月29日，降雨量达32.5mm。7月份降雨最多，为170.5mm，占降雨总量的47.42%。8月份总计有5次降雨，降雨量为43.5mm，占总降雨量的12.13%。

图3 2011年玉米生育期间降雨分布

2.2 不同处理组合对玉米生物学性状的影响

2.2.1 不同处理对玉米株高和茎粗的影响 从图4可知，各处理玉米株高总体上先随密度的增加而增高，而后随密度的增加而降低。基本上在52 500～60 000株／hm2之间株高达到最高。其中品种A1各处理玉米株高以T3（313.91cm）最高，T5（288.54cm）最低，两者相差25.37cm；品种A2各处理玉米株高以T10（309.87cm）最高，T11（300.21cm）最低，两者相差9.66cm；品种A3各处理株高以 T17（343.50cm）最高，T16（332.02cm）最低，两者相差11.48cm。

图4 不同处理组合株高和茎粗

不同品种不同密度各处理组合玉米茎粗的变化趋势同样表现为随密度的增加，茎粗随之减小。品种A1以T1茎粗（2.553 3cm）最粗，T6茎粗（2.309 6cm）最细，二者相差0.243 7cm；品种 A2以T8茎粗（2.827 0 cm）最粗，T12茎粗（2.447 8cm）最细，二者相差0.379 2cm；品种A3以 T13茎粗（2.848 6cm）最粗，T18茎粗（2.435 7cm）最细，二者相差0.412 9cm。

对株高和茎粗进行方差分析可知，株高在品种或密度的单一作用下及在二者交互作用下的差异均不显著。茎粗在品种×密度交互作用下的差异不显著，但在品种或密度的单一作用下的差异均显著或极显著。

选择的植物品种包括松树、臭椿、大叶女贞、小叶女贞、木荷、樟树、盐肤木、刺槐、胡枝子、刺槐、金合欢、苎麻、狗牙根、百喜草、黑麦草等。

2.2.2 不同处理对玉米棒三叶平均叶面积和LAI的影响 图5表明，不同品种随着密度的增大，棒三叶平均叶面积呈逐渐下降的趋势。其中品种A1以T1平均棒三叶叶面积（916.07cm2）最大，T5（860.87 cm2）最小，二者相差55.20cm2；品种A2以T8平均棒三叶叶面积（786.50cm2）最大，T12（724.20cm2）最小，二者相差62.30cm2；品种A3以T13平均棒三叶叶面积（877.30cm2）最大，T18（760.57cm2）最小，二者相差116.73cm2。群体叶面积指数（LAI）总体随着密度的增加而升高，3个品种都以75 000株／hm2叶面积指数最高。可见，种植密度对玉米棒三叶叶面积有较大的影响。随着密度增加，玉米单株叶面积下降，导致单株干物质积累速率降低，但群体密度的增加有效弥补了单株干物质的减少量，从而群体干物质积累较多，产量也相应提高。

经方差分析可知，棒三叶平均叶面积在品种×密度交互作用下的差异不显著，但在品种或密度的单一作用下的差异均极显著。LAI在品种或密度的单一作用下及二者交互作用下均差异显著或极显著。为进一步比较不同品种、不同密度下玉米生物学性状差异显著性，进行多重比较，详见表2。

图5 不同处理组合棒三叶平均叶面积和LAI

表2 品种和密度因素间株高、茎粗、棒三叶平均叶面积和LAI的多重比较

从表2可以看出，品种间株高以A3最高，其次为A2，品种A1株高最低，即晚熟品种株高最高，中熟品种株高最低。晚熟品种东单60与辽单33和沈禾201株高差异显著，辽单33和沈禾201株高差异不显著，这是由品种本身的特性决定的。不同品种间茎粗以A1最细，品种A2和A3之间茎粗差异不显著，但二者与A1差异显著。三个品种间棒三叶平均叶面积差异都达到了显著水平，以品种A1棒三叶叶面积最大，品种A2棒三叶叶面积最小。LAI以品种A1最大，A2最小，A3居中，A1和A2叶面积指数差异达极显著水平。

密度因素间株高随密度增加先增加后降低，但各密度水平间株高差异不显著。随着密度的加大，茎粗逐渐减小，差异显著增加。较低密度B1和B2的茎粗与中密度B3和B4及较高密度B5和B6的茎粗差异达极显著水平。可见，密度的增加对玉米茎粗的影响要大于其对株高的影响。随着密度的增加，玉米棒三叶平均叶面积也呈现出逐渐降低的趋势。B1—B3的棒三叶平均叶面积与最高密度B6的叶面积差异达到了极显著水平。可见，玉米种植密度对其功能叶叶面积有较大的影响，进而影响到产量。随着密度的增加，茎粗和棒三叶叶面积都呈现出下降的趋势，这是由于种植密度的增加使个体的通风受光条件、营养状况都发生了改变，造成个体之间竞争加剧，特别是植株生育后期易郁蔽［12］，造成高密度种植个体生长变差。随着密度的增加，LAI呈增加的趋势。其中B2叶面积指数最低，B6最高。B1和B2叶面积指数差异不明显，但二者与B3，B4，B5和B6均差异极显著，且B3—B6相互间LAI差异极显著。LAI是决定群体吸收光能效率的重要因素，又是光合性能中对产量形成影响最大、最为活跃而又最容易变动和控制的因素［13－14］。其值与光截获量、消光系数等指标密切相关，LAI较高时，群体可以截获较多的光能，从而有效地提高光能利用率，为实现高产奠定基础。但当LAI过高时，会造成上部叶片遮荫下部叶片，使下部叶片由于光照不足而导致叶片早衰，影响高产目标的实现［15］。

2.3 不同处理组合对玉米产量的影响

从表3可以看出，不同玉米品种间各经济性状除千粒重和行粒数外，都以A3最大，其中千粒重以A1最大，行粒数以A2最大，这些都与品种本身特性有关。但不同密度水平间玉米各经济性状随着种植密度的增加，穗长、穗粗、行粒数、穗粒数和千粒重基本呈现出下降的趋势，且差异显著性增加，穗行数无明显变化规律，且各密度水平下差异不明显。但产量总体上并没有随密度的增加而减少，反而随着密度的增加而增加，这是由于随着密度的增加，群体有效穗数增多，通过影响穗粒数来影响产量。其中B1产量最低，B5产量最高，二者差异达极显著水平，且B5与B2和B3产量差异也达极显著水平。

表3 品种和密度两因素玉米经济性状、产量和水分利用效率多重比较

不同品种间产量表现为中晚熟品种A2＞晚熟品种A3＞中熟品种A1，以中晚熟品种沈禾201产量最高，其产量比晚熟品种东单60增加9.46%，比中熟品种辽单33增加10.57%，且产量差异与辽单33达显著水平，中熟品种辽单33和晚熟品种东单60产量差异不显著，这与史振声等［16］的研究结果基本吻合。各品种间水分利用效率以中晚熟品种沈禾201为最高，晚熟品种东单60最低。玉米各密度水平下的水分利用效率随密度的增加而增加，其中B1最低，B6最高，二者差异达极显著水平。

从表4可以看出，品种A1各密度水平以B6产量最高，其次是B5和B4，B6和B5间产量差异不显著，但二者与B4产量差异显著，较低密度B1、B2和B3间产量差异极显著。品种A2各密度水平以B6产量最高，其次是B5和B4，三者之间产量差异不显著，较低密度B1、B2和B3间产量差异极显著。品种A3各密度水平以B3产量最高，其次是B5和B4，最高密度B6产量仅大于B1。B3与B1相比产量差异显著，除B3外，其余各密度水平间产量差异不显著。

表4 玉米不同处理组合产量比较

从图6可以看出，辽单33和沈禾201的产量随密度的变化趋势一致，均随种植密度的增加而增加。辽单33和沈禾201都在75 000株／hm2处产量达到一个相对大值。晚熟品种东单60的产量随密度的增加先增加后降低。在37 500～52 500株／hm2种植密度间，产量随种植密度的增加而增加，在52 500株／hm2处产量达到相对大值，而后随密度的增加产量降低。

图6 不同品种产量和种植密度的散点图及趋势线

综合分析表4和图6可以看出，各品种在6个密度水平下的产量：中熟品种和中晚熟品种相对适宜密度为60 000～75 000株／hm2之间，而晚熟品种东单60在微集雨种植条件下相对适宜密度较宽。晚熟品种东单60推荐种植密度为42 000～45 000株／hm2，即该品种比较适宜稀植，但在垄膜沟种微集雨种植条件下，较高密度下的产量与较低密度下的产量差异并不明显，这可能是由于垄膜沟种微集雨种植有效改善了种植区土壤水、温和养分状况，即使种植密度增加，但由于生长环境条件得到改善，可以满足高密度条件下玉米个体对营养的需求，即微集雨种植条件下，玉米可以适当增加种植密度。

3个供试玉米品种中，东单60和沈禾201都是辽宁省比较有代表性的晚熟品种和中晚熟品种，6个密度水平试验结果表明，在较低密度下（密度≤52 500株／hm2），晚熟品种东单60的产量大于中晚熟品种沈禾201和中熟品种辽单33。当密度＞52 500株／hm2，晚熟品种东单60的产量在各密度水平下都低于沈禾201和辽单33，即与中晚熟品种沈禾201和中熟品种辽单33相比，晚熟品种东单60更适宜稀植，而中晚熟品种沈禾201在垄膜沟种微集雨种植条件下与其他两个品种相比具有更大的增产潜力。对3个品种产量y（kg／hm2）与密度x（万株／hm2）进行回归拟合，可得以下3个二次曲线回归方程：

对上述3个回归方程分别求一阶导数，并令其等于零，可得3个品种最高产量下的种植密度。

即3个品种垄膜沟种微集雨种植条件下最高产量下的种植密度分别为81 227株／hm2、84 714株／hm2和58 165株／hm2，中熟品种辽单33和中晚熟品种沈禾201的推荐种植密度分别为48 000～52 500株／hm2和52 500～60 000株／hm2之间，则二者最高产量的种植密度分别较推荐种植密度增加54.72%～69.22%和41.19%～61.36%；晚熟品种东单60推荐种植密度为42 000～45 000株／hm2，采用微集雨种植措施下其最高产量的种植密度比推荐密度增加了29.26%～38.49%。微集雨种植下3个品种最高产量下的种植密度都远远高于该品种的推荐种植密度，这是由于垄膜沟种微集雨种植，能有效地起到汇集天然降雨的作用，使降雨集中在沟内种植区，使有限的降雨集中作用，有效的满足玉米对水分的需求。同时，垄上覆盖地膜可有效抑制无效蒸发，在低温季节可提高土壤温度，进而促进玉米生长。即垄膜沟种微集雨种植条件下，为充分发挥该技术的增产潜力，玉米的种植密度要相应增加。

3 结论与讨论

不同品种，不同种植密度对玉米株高、茎粗、棒三叶叶面积及LAI都有一定的影响。各品种间株高以晚熟品种东单60最高，中熟品种辽单33最低，二者株高差异达显著水平。茎粗以辽单33最细，其值与沈禾201和东单60茎粗差异达显著水平，沈禾201和东单60间茎粗差异不明显。3个品种间棒三叶叶面积差异显著，以辽单33最大，沈禾201最小。LAI以辽单33最大，沈禾201最小，二者差异达极显著水平。

不同种植密度下，株高差异不明显。但茎粗、棒三叶叶面积和LAI差异显著，基本随密度的增加，茎粗和棒三叶叶面积逐渐降低，LAI逐渐增加。较低密度B1和B2的茎粗与较高密度B5和B6的茎粗差异达极显著水平。B1和B2的棒三叶叶面积与最高密度B6的叶面积差异达到了极显著水平。较低密度B1和B2叶面积指数差异不明显，但二者与B3、B4、B5和B6差异均极显著。群体的LAI反映了叶片的漏光程度及光能的利用情况。随着密度的增加，LAI逐渐增加，可截获更多的光能，形成更多的干物质，这也是产量随密度增加而增加的主要因素。但过高的LAI将会阻碍产量的进一步提高，这一点在东单60的产量变化上非常明显。

同一品种不同种植密度对玉米经济性状的影响明显，穗长、穗粗、行粒数、穗粒数、千粒重等性状总体呈现出随着种植密度的增加而逐渐下降的趋势。垄膜沟种微集雨种植条件下，不同品种间以中晚熟品种沈禾201产量最高，中熟品种辽单33产量最低，二者差异达显著水平。水分利用效率以沈禾201最高，东单60最低，二者差异不显著。不同密度水平间，产量和水分利用效率总体随着密度的增加呈增长的趋势。其中B1产量和水分利用效率最低，B5产量最高，B6水分利用效率最高。

中熟品种辽单33和中晚熟品种沈禾201的推荐种植密度分别为48 000～52 500株／hm2和52 500～60 000株／hm2之间，微集雨种植下二者最高产量的种植密度分别较推荐种植密度增加54.72%～69.22%和41.19%～61.36%；晚熟品种东单60推荐种植密度为42 000～45 000株／hm2之间，采用微集雨种植其最高产量的种植密度比推荐密度增加29.26%～38.49%。辽单33和沈禾201都属于紧凑型品种，适宜密植，因此在微集雨种植条件下，其高产密度远远高于其推荐密度。东单60属于非紧凑型品种，不适宜密植。因此在微集雨种植条件下，其高产密度虽高于其推荐密度，但高出幅度远低于紧凑型品种。

已有大量研究认为宽窄行种植可以克服密植带来的植株间互相遮光不透气的不良状况，减轻倒伏，从而获得增产［17］。在70cm和50cm行距下，玉米生育后期叶片具有较高的叶绿素含量，延缓了叶片的衰老，延长了叶片功能期，叶片光合速率高于其它处理，表现出明显的增产优势［12］。同时由于水、温及营养条件的改善，满足了高密种植条件下玉米个体对营养的需求。因此，垄膜沟种微集雨种植条件下，玉米的适宜种植密度要适当高于该品种的推荐密度，通过本文的研究初步认为高出幅度应在30%以上。同时微集雨种植条件下，3个供试品种以中晚熟品种沈禾201产量最高，其高产水平下的种植密度也最高。因此，在朝阳地区，要想充分发挥垄膜沟种微集雨种植技术的增产潜力，建议选用中晚熟株型紧凑品种进行合理密植。

该试验密度因素共设6个水平，水平上限设置为75 000株／hm2，通过回归分析得出沈禾201和辽单33最适种植密度均大于设计上限。因此，如果密度水平上限设置为90 000株／hm2，结果可能会更有说服力。本年度玉米生育期间降雨相对较多，属于平水年，在丰水年或枯水年各密度水平下产量表现如何有待进一步研究。另外，不同处理组合玉米各项生理指标的测定及不同密度水平间的土壤水分变化状况，也有待进一步研究。

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