不同密度夏玉米群体冠层特征与籽粒含水率的关系

乔江方，朱卫红，李　川，代书桃，张美微，黄　璐，牛　军，郭国俊，刘京宝

(河南省农业科学院 粮食作物研究所，河南 郑州 450002)

籽粒含水率是玉米生产中的重要考察指标，关系到玉米的籽粒品质[1]、机收[2]和仓储[3]。影响籽粒含水率的因素较多，植株农艺性状[4-6]、籽粒品质性状[7-9]等与籽粒含水率变化有直接的关系，肥料[10]、湿度[11]、温度[12]、光照[13]等环境因子也起到一定的调控作用。密植是目前玉米增产的主要手段[14]，随着种植密度的增加，玉米籽粒灌浆进程受到一定程度的影响。例如，随着密度提高，蛋白质积累和蔗糖运转受阻[15]、灌浆期光合物质生产能力下降[16]等。籽粒灌浆过程的变化势必影响籽粒含水量变化，较多研究表明，籽粒灌浆与籽粒含水率变化存在密切关系[12,17-18]。冯鹏等[19]研究表明，自然脱水期籽粒水分含量变化与密度存在负相关。增密影响籽粒灌浆继而导致了籽粒含水率的变化，主要原因在于增密不仅改变了玉米植株本身农艺性状，同时改变了光照、湿度等玉米农田生态小气候[20-21]。叶面积指数(LAI)、叶倾角(MTA)等冠层参数一定程度上可以反映出玉米群体的光截获和光分布[22]。为进一步明确密度增加后田间生态小气候变化对籽粒含水率的影响，本研究通过对灌浆过程冠层特征和籽粒含水率的研究，旨在探明不同密度下玉米群体空间特征与籽粒脱水之间的关系，以期为玉米密植高产和机收籽粒提供理论参考。

1　材料和方法

1.1　试验设计

试验于2016年在河南省农业科学院试验基地(原阳)进行。试验地为潮土，地势平坦，排灌方便，地力均匀一致，前作小麦，土壤耕层0～30 cm有机质含量17.25 g/kg，全氮含量0.96 g/kg，速效氮含量79.35 mg/kg，速效磷含量10.22 mg/kg、速效钾含量94.56 mg/kg。

试验采用品种和密度两因素随机区组设计，品种为先玉335和蠡玉16，为便于不同密度条件下的数据分析，每个品种分别设52 500株/hm2(D1)、67 500株/hm2(D2)、82 500株/hm2(D3)3个密度水平，共6个处理，重复3次。

施氮肥180 kg/hm2(纯氮)，分基肥和大喇叭口期追肥2次(比例5∶5)施用，其中基肥为复合肥(氮磷钾比例15∶5∶5)，追肥为尿素，在大喇叭口期追施。小区面积为5 m×3.6 m，60 cm等行距种植。6月13日播种，整个生育期保证水分供应充足，磷钾肥施用量为P2O5180 kg/hm2和K2O 180 kg/hm2，均做基肥施用，其他管理同一般高产田。

根据前期试验结果，先玉335(8月1日)较蠡玉16(8月3日)吐丝期早2～3 d，在吐丝前选取长势一致植株进行标记，在花丝统一抽出后，统一进行人工授粉，并标记授粉日期，以此向后第3天为灌浆开始日期。根据籽粒灌浆特征结合本研究需要，分别在籽粒建成期(R2，8月10日，)、乳熟期(R3，8月28日)和完熟期(R6， 9月29日)3个籽粒关键发育期进行取样和冠层分析及其他生理指标测定。

1.2　测定项目及方法

籽粒含水率测定：每处理选取吐丝前已标记的长势一致植株3株。取果穗籽粒各300粒，称鲜质量(FW)，在75 ℃下烘干至恒质量测定籽粒干质量(DW)，用于计算籽粒含水率。

采用Li-2200(Li-cor company，USA)测定玉米冠层特性，主要分析LAI、无截取散射(DIFN)和平均MTA指标变化。

运用SPAD-502叶绿素计测定叶片叶绿素含量(SPAD值)，叶绿素含量和光合特性测定部位相同，均为穗位叶片距离叶尖部位1/3处。

2　结果与分析

2.1　密度对夏玉米群体冠层特征参数的影响

不同基因型夏玉米品种在籽粒建成期、乳熟期和完熟期叶面积指数存在较大差异，蠡玉16穗位叶面积指数较先玉335三个时期分别高0.88%、10.59%、26.72%，且随着灌浆进程呈递增趋势。而基部叶面积指数分别高14.27%、11.30%、10.92%，呈递减趋势，表明同一密度处理下蠡玉16群体大于先玉335，且随着灌浆进程，穗位层叶面指数下降速度大于蠡玉16。叶面积指数2个品种不同密度处理之间的变化趋势一致，均随着密度增大叶面积指数呈上升趋势。无截取散射为冠层中散射光线占总有效辐射的比例，先玉335品种无截取散射高于蠡玉16，穗位层3个灌浆时期先玉335较蠡玉16品种无截取散射分别高7.02%、32.31%、47.62%，基部分别高42.86%、78.57%、33.33%。密度效应不同品种间表现一致，无截取散射随着种植密度增加呈下降趋势。叶倾角主要反映了植株叶片形态，先玉335叶倾角明显高于蠡玉16，所有处理叶倾角平均值先玉335高6.62°，叶倾角主要受基因型控制，不同灌浆时期和不同密度处理对叶倾角的影响没有一致的规律(表1)。

2.2　密度对不同灌浆期玉米叶片叶绿素含量的影响

蠡玉16灌浆过程叶片叶绿素含量整体高于先玉335(4.83%)，且在灌浆乳熟期和完熟期仍保持较高的叶绿素含量。2个品种灌浆过程叶绿素含量变化趋势不同。先玉335在籽粒建成期后叶绿素含量呈下降趋势，而蠡玉16在乳熟期叶绿素含量达到最大。密度对叶绿素含量影响较大，先玉335三个灌浆时期随着密度增加叶绿素含量呈下降趋势，而蠡玉16在籽粒建成期随着密度增加叶绿素含量呈上升趋势，随后与先玉335变化趋势一致(图1)。

表1　不同密度对玉米冠层参数的影响

注：不同小写字母表示处理间呈0.05显著水平，下同。

图1　不同密度对玉米叶绿素含量的影响

2.3　密度对玉米群体籽粒含水率的影响

蠡玉16籽粒含水率整体高于先玉335，籽粒建成期、乳熟期和完熟期3个密度处理平均值蠡玉16分别高于先玉335 3.97、5.93、2.47个百分点，蠡玉16与先玉335在不同密度处理下籽粒含水率达到显著水平。密度对籽粒含水率影响不同品种间变化规律不同，先玉335在67 500株/hm2处理条件下籽粒含水率最高，且3个灌浆时期规律性一致，而蠡玉16在完熟期(R6)低密度(52 500株/hm2)条件下籽粒含水率最低，而其他2个灌浆时期与先玉335规律一致，也是在67 500株/hm2处理条件下籽粒含水率最高(表2)。

表2　不同密度对玉米籽粒含水率的影响

2.4　玉米冠层特征参数与籽粒含水率的相关性分析

对本研究中测定的穗位层和基部冠层参数LAI、DIFN和平均MTA与籽粒含水率进行相关分析(表3)，结果表明，穗位层和基部冠层无截取散射与叶面积指数呈极显著负相关；叶倾角与叶面积指数呈负相关，其中基部冠层无截取散射和叶面积指数达到极显著水平；而平均叶倾角与无截取散射呈正相关，其中基部冠层达到极显著水平。即反映出叶面积指数越大无截取散射越小，平均叶倾角越大无截取散射越大。

籽粒含水率与叶面积指数呈正相关，其中与基部叶面积指数达到极显著正相关(r=0.634**)；籽粒含水率与无截取散射呈负相关，其中与基部无截取散射达到极显著负相关(r=-0.631**)；籽粒含水率与穗位平均叶倾角呈正相关，与基部平均叶倾角达到极显著负相关(r=-0.711**)。

表3　冠层特征参数与籽粒含水率相关分析

注：相关系数临界值，r0.05=0.468，r0.01=0.590。*、*分别表示在0.01、0.05水平相关性极显著、显著。

3　结论与讨论

3.1　不同密度不同株型夏玉米冠层特征的基因型差异

关于不同密度处理对玉米冠层特征的研究较多，有研究发现，合理密度种植有利于形成较好的群体冠层结构，有利于延缓衰老，增强光合作用能力，同时可以提高穗位层的透光率[23-24]，本研究结果表明，同一密度处理条件下不同株型玉米冠层特征存在较大的差异，蠡玉16群体大于先玉335，进一步分析表明，随着灌浆进程，先玉335穗位层叶面指数下降速度大于蠡玉16。密度增加无截取散射呈递减趋势，即密度增加群体小气候光合有效辐射(PAR)截获增加[24-25]。先玉335穗位层和基部冠层无截取散射均高于蠡玉16。不同品种间密度效应表现一致，无截取散射随着种植密度增加呈下降趋势。先玉335和蠡玉16属于紧凑和半紧凑型玉米均具有较高的叶面积指数和光能截获量，这与前人研究结果[26-27]一致。本研究还发现，2个品种冠层叶片叶绿素含量变化存在差异，先玉335叶绿素含量籽粒建成期至完熟期呈下降趋势，而蠡玉16叶绿素含量峰值出现在乳熟期，先玉335后期叶片衰老较快可能也是后期叶面积指数降低的原因。

3.2　玉米冠层空间无截取散射与籽粒含水率的关系

叶面积指数一定程度上反映了夏玉米群体的大小，无截取散射是指群体中未被冠层叶面PAR截获的比例，一定程度上可以反映群体的通风透光能力[23]，玉米籽粒含水率的降低即籽粒脱水与群体空间的通风透光能力存在一定的关系，对此前人开展了研究[13,22]。本研究结果表明，叶面积指数越大无截取散射越小(r=-0.971**)，即增加密度叶面积指数增加，无截取散射减小，平均叶倾角越大无截取散射越大(r=0.712**)，存在基因型差异，先玉335平均叶倾角大于蠡玉16，无截取散射表现出同样规律。无截取散射越大，有利于玉米田通风透光，籽粒含水率下降较快(r=-0.631**)，因此，玉米生产中合理密植有利于籽粒脱水。

冠层结构参数存在明显的基因型差异，同密度处理条件下，蠡玉16群体大于先玉335(叶面积指数较大)，先玉335平均叶倾角和无截取散射均大于蠡玉16。籽粒含水率与冠层特征参数存在密切关系，与基部叶面积指数呈极显著正相关，与基部无截取散射和平均叶倾角均呈极显著负相关，先玉335后期无截取散射上升较快，玉米田群体内部通风透光能力提高也是该类型品种籽粒含水率下降较快的原因之一。