种植密度对春玉米茎秆和根系水分状况的影响

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(1.中国科学院 东北地理与农业生态研究所,吉林 长春 130102； 2.吉林省农科院,吉林 长春 130033；3.中国农业科学院 作物科学研究所,北京 100081)

作为重要的粮食、饲料和经济作物，玉米在我国的国民经济和粮食生产中占有重要地位。随着对玉米需求的进一步增加，提高玉米产量显得尤为迫切[1-2]。在我国现今的玉米生产中，增加群体密度是获得大面积高产的重要措施之一[3-4]，合理密植是最经济有效和易于推广的增产措施。增加群体密度，可以提高对光温资源的利用率，依靠群体发挥增产潜力[5-6]。但随着种植密度的增加，玉米植株的生长空间压力增加，也增加了个体间对光、水分和养分的竞争。水分和养分竞争可以通过人为补充的方法加以改善。但在以雨养农业为主的地区，水分的补给受到限制，成为制约玉米产量的重要因素。

吉林省是我国重要的商品粮生产基地之一，其得天独厚的自然条件成为发展玉米生产的优势。但由于水分年纪和年内差异较大，经常出现春旱、伏旱和“秋吊”，成为玉米生产发展的重要限制因素。因此，研究该地区玉米种植密度对玉米不同部位水分含量的影响，对于玉米抗旱栽培和玉米高产高效具有重要意义。目前，国内外有关种植密度效应的研究报道较多，主要集中在倒伏抗性[5-7]、群体发育特征[8-11]和产量及其构成因素等方面[12-14]，关于种植密度对玉米水分状况的研究较少，尤其是很少同时关注地上部和根系。但作物某些器官的含水量与其生理代谢和力学特性[6-7]存在一定关系。因此，明确玉米不同部位含水量在整个生育期内的动态变化及其对密度的响应状况，可以为密植玉米的高产提供基础数据，也可为密植高产玉米的相关生理研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

试验于2009年在吉林省农科院试验地进行(中心位置为124°48′E，43°31′N)。土壤为黑钙土。玉米品种为郑单958，设3个密度处理，分别为LD：4.50 万株·hm-2，MD：6.75 万株·hm-2和HD：9.00 万株·hm-2。采用均匀垄种植，垄距60 cm，行长11 m，10行区。3次重复。施肥量为N 225 kg·hm-2，P2O5为82.5 kg·hm-2，K2O为82.5 kg·hm-2。其它田间管理措施与当地生产田相同。

1.2 测定方法

分别于播种后(DAS)不同时期进行抽样测定，每小区选择有代表性、生长一致的植株3-7株，去除叶鞘和穗，由基部向上截取第2-10伸长节间，分别用S2、S3、S4……表示。称取鲜质量(Wf)，用保鲜膜包裹好，4℃带回实验室。叶片在拔节期选取最上面一片全展叶，开花期取穗位叶，称取鲜质量(Wf)，用保鲜膜包裹好，4℃带回实验室。根系的取样方法是用镊子将根系周围土小心拨开，不伤及根系，而后将根系上面附着土壤用水冲洗后，用滤纸吸干水分，选取10 cm长根段，称其鲜质量，而后用保鲜膜包裹好，4℃冷藏带回实验室。根系的取样是从茎节基部向上，第一层节根(J1)，依次向上，第二层节根(J2)……一直到气生根，分层取样[15-16]。茎节和叶片带回实验室后，直接放在105℃烘箱中30 min，而后80℃至恒质量，称取干质量(Wd)，计算含水量。含水量%=(Wf-Wd)/Wf×100。根系带回实验室后，将其浸入水中24 h,取出后用吸水纸擦干样品表面水分，称出饱和质量(Wt) ;然后放在105℃烘箱中15 min，而后80℃至恒重，称取干质量(Wd)。相对含水量=(Wf-Wd)/(Wt- Wd)×100[17-18]。

2 结果与分析

2.1 玉米穗下节间在不同密度条件下的含水量

图1为玉米基部第二至第五伸长节间在不同时期的含水量。可见，在播后71 d(DAS 71)，玉米第二至第五节间的含水量差异较小，不同密度条件下比较，在不同种植密度条件下其差异未达到显著水平。而DAS 90时，第二和第三节间不同程度的受到种植密度的影响，第二节间含水量在中密条件下最高，而低密和高密条件下含水量较低，但低密和高密之间的差异未达到显著水平，而第三节间含水量以高密条件下为最高，而中密条件下含水量低，但低密条件下与中密和高密的差异未到达显著水平。而第四和第五节间含水量受密度影响较小，差异未达到显著水平。至DAS 123时，含水量的差别主要出现在第二茎节，其高密条件下的含水量显著低于低密和中密条件下，而低密和中密之间差异未到达显著水平。当DAS 133时，第二至第五茎节含水量在不同密度下存在不同，其中第二茎节以高密为最低。而第三至第五茎节以低密为最高，中密和高密为最低，但中密和高密之间差异未达到显著水平。

第六至第十伸长节间含水量见图2。在DAS 90时，第六至第九茎节受密度影响不显著，而第十节间在高密度条件下含水量最高，其次是中密，低密条件下含水量最低。在DAS 123时，第七和第九茎节受密度影响显著，而第六和第十茎节则不显著。第七茎节以低密条件下为最高，而中密和高密条件下较低，而第九茎节以中密条件下为最高，高密条件下最低。至DAS 133时，密度对其影响显著。其中第六和第七茎节在低密条件下最高，中密和高密条件下较低，而第八和第十茎节以低密条件下为最高，中密条件下较低。

图1 不同种植密度条件下第二茎节至第五茎节含水量Fig. 1 The water content from S2,S3,S4 and S5 internodes under different densities注：LD：4.50 万株·hm-2，低密；MD：6.75 万株·hm-2，中密；HD：9.00 万株·hm-2，高密，下同。

图2 不同时期不同种植密度条件下第六茎节至第十茎节含水量Fig.2 The water content from S6,S7,S8,S9 and S10 internodes under different densities

2.2 不同时期茎秆含水量动态

图3为第二至第五茎节含水量均值，以及第六至第十茎节含水量均值。从图中可以看出，无论是第二至第五茎节，还是第六至第十茎节，其含水量均随着生育进程而降低。在生育前期，茎秆含水量受密度影响较小，越到生育后期，其茎秆含水量受密度影响越强烈。

2.3 玉米根系在不同密度条件下的含水量

玉米根系在不同种植密度条件下的含水量见图4。DAS 71时，J1至J5的根系含水量受密度影响显著，而J6的根系受密度影响不显著。其中J1和J2在低密和中密条件下的含水量较高，而高密条件下的含水量较低。而J3和J4 的根系含水量，以中密条件下的最高，高密条件下最低，低密条件下的和中密高密之间差异未达到显著水平。J5根系含水量在中密条件下的最高，低密和高密条件下的较低。DAS 90时，J1根系的含水量以高密条件下最高，低密条件下最低，而中密与二者差异未达到显著水平。J2和J3的根系含水量以低密和中密条件下最高，高密条件下含量最低。J4的根系含水量以低密为最高，中密为最低，高密与二者之间差异未达到显著水平。J5的根系含水量以中密为最高，高密条件下最低。而J6和J7的根系含水量受密度影响较小，在不同密度条件下差异未达到显著水平。DAS 123时J1根系含水量在低密和中密条件下较高，而高密条件下含量较低。而J4 在中密条件下含量较高，低密和高密条件下含量较低。J2、J3、J5、J6和J7根系含水量受密度影响较小，不同密度条件下差异未达到显著水平。

图3 玉米S2-S5含水量均值和S6-S10含水量均值在生育期内的动态变化Fig.3 The average of water content from second to fifth internodes and from sixth to tenth internodes during different stages

图4 不同密度条件下玉米根系含水量动态Fig.4 The water content of nodal roots under different densities

2.4 玉米根系在不同密度条件下的相对含水量

玉米根系在不同密度条件下的相对含水量见图5。可见DAS 71时，J1和J3根系的对含水量是随着密度的升高而显著升高。J4和J5的根系相对含水量是在中密和高密条件下较高，而低密条件下较低。J2和J6的根系相对含水量在不同密度条件下差异未达到显著水平。DAS 90时，J1根系相对含水量随着密度升高二升高。J2 根系相对含水量是在中密和高密条件下较高，低密条件下较低，J3的根系相对含水量在高密条件下较高，而低密和中密条件下较低。J4、J5、J6和J7的根系相对含水量在不同密度条件下差异未达到显著水平。而在DAS 123时，J2和J3根系相对含水量与DAS90时一致。J7的根系相对含水量是在低密条件下最高，而后随着密度的升高而逐渐降低。J1、J4、J5和J6在不同密度条件下差异未达到显著水平。

2.5 密度对J1-J4和J5-J7含水量和相对含水量的影响

图6分析了J1-J4和J5-J7的根系含水量和相对含水量的均值。从图中可以看出，J1-J4的含水量均值密度影响较小，而J5-J7含水量以中密条件下最高，低密条件下最低。而J1-J4的相对含水量以低密条件下最高，中密次之，高密条件下最低；而J5-J7的相对含水量以中密条件下为最高，高密条件下最低。

图5 不同密度条件下玉米根系相对含水量动态Fig.5 The relative water content of nodal roots under different densities

图6 不同密度条件下玉米J1-J4以及J5-J7含水量和相对含水量均值Fig.6 The average water content and relative water content of J1-J4 and J5-J7 under different densities

3 讨 论

水分在作物的生长发育过程中起着重要作用，含水量是植物水分状况的重要指标，植物组织含水量直接影响植物的生长、气孔状况和光合功能，甚至作物产量。干旱是农业生产需要直面的问题，在以增加群体密度获得产量的同时，群体的水分竞争对作物生长产生影响。因此密度对作物不同部位含水量的影响是需要明确的。研究结果显示，玉米群体密度影响茎秆含水量，总体趋势是密度升高，茎秆含水量降低。资料显示，茎秆含水量与其力学指标有某种关系。勾玲等报道，在吐丝前玉米茎秆含水量与其穿刺强度呈负相关关系[6]。但在其它生育时期，其茎秆含水量与其力学指标关系如何还需进一步深入研究。

根系自土壤吸收水分，再经植物体内运输到达叶部以补充蒸腾消耗的水分[19]。根系作为补充水分、养分等资源的重要器官，在水分有限条件下竞争尤为激烈。根系的生长发育状况与种植密度有关，并与其吸收水分和养分的能力和产量密切相关。研究显示，根系相对含水量受密度影响较含水量受密度影响程度大。J1-J4以及J5-J7的相对含水量均以高密条件下最低。由于相对含水量比绝对含水量更能反映出植物体的生理状态，在文章中得到进一步验证。

实验是在正常水分条件下进行的，但是由于植物水分代谢受到土壤状况以及天气状况影响，所以建议针对不同土壤在不同的水分条件下开展研究，进一步丰富实验数据，争取为密植高产玉米栽培提供更加完备的理论支持。

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