华北地区种植形式与密度对春玉米产量和生物性状的影响

刘胜尧，范凤翠，贾宋楠，王贺垒，石玉芳，李志宏，贾建明*，董秀秀

（1.河北省农林科学科院农业信息与经济研究所，河北 石家庄 050051；2.广平县农牧局，河北 广平 057650）

玉米是我国第二大粮食作物，其产量关系着国家粮食安全，提高玉米单产是保证我国粮食安全的重要措施之一[1]。种植耐密型品种是提高玉米单产的一种有效方法[2，3]。但是，随着种植密度的增大，玉米个体间竞争加剧，生长受到限制，密度过大时植株长势变弱，抗倒伏能力降低，反而不利于高产[4，5]。研究表明，调整种植形式能充分挖掘高密栽培的生产潜力，降低植株倒伏率，提高玉米产量[6-8]。优化行距可以构建良好的的群体冠层结构，改善冠层内的微环境，提高群体的光合效率，从而获得高产[9，10]。尤其是高密度栽培条件下，采用宽窄行种植可构建合理的群体结构，有效改善通风透光条件，提高群体光合效率[11-13]，有效激发玉米的增产潜力。通过调整玉米种植方式和密度达到高产目的，在玉米生产上切实可行。在华北地区，研究不同密度与种植形式对春玉米群体产量以及生物性状的影响，明确最佳种植形式下最优的栽培密度，旨为玉米高产提供理论和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在河北省农林科学院鹿泉市大河综合试验站进行。该区属温带半湿润偏旱大陆性季风气候，四季分明，日平均气温13.6益，年降水量536 mm且主要分布在七八月，日照时数2 554 h，无霜期230 d。试验地土壤为黏壤质洪冲积石灰性褐土，0-100 cm土体土壤容重1.63 g/cm3，田间持水量21.17% ，凋萎含水量11.0% ；0-20 cm耕层土壤基础养分含量分别为有机质1.24% 、全氮0.17% 、速效氮64.60 mg/kg、速效磷11.53 mg/kg、速效钾90.38 mg/kg，pH值7.94。

1.2 试验材料

玉米品种为郑单958。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 2013年5月15日人工点播玉米。采取裂区试验设计，其中，主处理为种植形式，设带宽150cm三密一稀〔M1，60cm种植3行（行距30cm）+90 cm大行距种植为一带〕、带宽120 cm三密一稀〔M2，40 cm种植3行（行距20 cm）+80 cm大行距种植为一带〕和60 cm等行距（M3，对照）3个水平；副处理为定植密度，设4.50万株/hm2（D1）、6.00万株/hm2（D2）、8.25万株/hm2（D3）、10.50万株/hm2（D4）和12.75万株/hm2（D5）5个水平。小区面积 54 m2（行长9 m，宽度6 m），3次重复。

玉米施肥量为尿素978kg/hm2、过磷酸钙1500kg/hm2和硫酸钾270 kg/hm2，其中，60% 的氮肥以及全部的磷钾肥在播种前整地时一次性基施，40% 的氮肥在大喇叭口期追施。播种后灌水50 mm。其他田间管理措施同常规。

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 植株形态指标。在玉米各主要生育时期，每小区均选择具代表性的植株5株，用直尺测量株高，用游标卡尺测量茎粗。吐丝期后，用直尺测量穗位高。

1.3.2.2 叶面积和叶面积指数（LAI）。分别于苗期、拨节期、大口期、吐丝期、灌浆期、乳熟期和收获期，每小区均选择具代表性的植株5株，逐叶测量叶片的长度和最大宽度，计算单株叶面积（展开叶叶面积=叶片最大长度×最大宽度×0.75，未展开叶叶面积=叶片最大长度×最大宽度×0.5）和LAI。

1.3.2.3 产量性状指标。成熟期，每小区均选择具代表性的植株5株，用自来水冲洗干净，在105益下杀青30 min，后置于80益下烘干至恒重，测定生物产量；全小区收获，测定籽粒产量。每小区均随机取样15株，置阴凉通风处干燥，当籽粒含水量低于20% 时进行室内考种，测定果穗的行数、行粒数和百粒重。

1.3.3 数据统计分析 利用DPS 14.50和Microsoft Excel 2003软件进行数据统计分析与做图。

2 结果与分析

2.1 不同种植形式下密度对春玉米产量及产量构成的影响

不同种植形式与密度组合处理的玉米生物产量和籽粒产量差异均较大（表1）。方差分析结果显示，种植形式、密度及其交互作用均对玉米生物产量和籽粒产量有显著影响。

对各处理的玉米生物产量和籽粒产量分别进行回归分析发现，不同种植形式下，生物产量（YS）和籽粒产量（Yz）均与密度（X）呈二次曲线关系。其中，生物产量与密度的关系方程为：

籽粒产量与密度的关系方程为：

试验种植形式下，玉米生物产量和籽粒产量均随密度的增大呈先增加后降低的抛物线型变化，表明适当增加密度可以有效提高玉米的生物产量和籽粒产量。其中，M1、M2、M3种植形式的理论生物产量最大值分别为27750.62、25672.22和26322.41kg/hm2，相应的定植密度依次为9.84万、10.04万和10.46万株/hm2；理论籽粒产量最大值分别为12 030.80、11 329.46和11 183.02 kg/hm2，相应的定植密度依次为8.49万、8.76万和9.26万株/hm2。

对同一密度、不同种植形式的玉米生物产量进行分析，结果显示，M1种植形式的生物产量均跃CK，其中，6.00万和8.25万株/hm2密度下产量差异达到了显著水平，分别较CK增产13.90% 和7.59% ；M2种植形式的生物产量除6.00万株/hm2密度下跃CK外，其他密度下均约CK，但差异均未达到显著水平。对同一密度、不同种植形式的玉米籽粒产量进行分析，结果显示，M1种植形式的籽粒产量除4.50万和12.75万株/hm2密度下略约CK外，其他密度下均跃CK，其中，6.00万和8.25万株/hm2密度下产量差异达到了显著水平，分别较CK增产7.83% 和6.72% ；M2种植形式的籽粒产量除6.00万和8.25万株/hm2密度下略跃CK外，其他密度下均约CK，其中，4.50万和12.75万株/hm2密度下减产显著。可以看出，M1种植形式对提高玉米生物产量和籽粒产量效果均较好，其中，定植密度为6.00万和8.25万株/hm2时增产显著。

进一步对M1种植形式的产量构成进行多重比较发现，不同密度水平下，种植形式对产量结构的影响不同，其中，6.00万株/hm2密度处理的穗粒数明显较多，较CK增加了13.84%；8.25万和10.5万株/hm2密度处理的百粒重明显较大，分别较CK提高了12.22% 和9.66% 。表明M1种植形式下中、高密度栽培实现高产的途径不同，其中，6.00万株/hm2密度下高产主要是通过增加穗粒数来实现的，8.25万和10.5万株/hm2密度下高产则主要是通过提高粒重来实现的。

表1 不同密度与种植形式对玉米产量及产量构成的影响Table 1 Effects of planting density and form on the yield and yield composition of maize

2.2 不同种植形式下密度对春玉米植株性状的影响

方差分析结果显示，密度对玉米株高、茎粗和穗位高均有显著影响；种植形式只对穗位高有显著影响；密度与种植形式的交互作用对玉米株高、茎粗和穗位高影响均不显著。

随着密度的增大，不同种植形式处理的玉米株高和穗位高均逐渐增加；茎粗变化趋势不同，其中，2个三密一稀处理均表现为逐渐降低趋势，与等行距栽培时呈现的先略有增加而后降低趋势不同（表2）。表明试验种植形式下，株高和穗位高均与密度呈正相关，而茎粗与密度呈负相关。

对同一密度、不同种植形式的玉米穗位高进行分析，结果显示，M1和M2种植形式的穗位高均约CK，其中，6.00万和8.25万株/hm2密度下二者与CK差异均达到了显著水平，但试验种植密度下M1与M2种植形式的穗位高差异均不显著。穗位高降低有利于植株倒伏风险的降低。可以看出，6.00万和8.25万株/hm2中高密度栽培时，采用三密一稀种植形式可以明显提高玉米的抗倒伏性。

2.3 不同种植形式下密度对春玉米叶面积指数动态变化的影响

随着生育进程的推进，不同种植形式处理的玉米LAI变化趋势基本一致，均表现为从苗期开始逐渐增加，至吐丝期达到高峰，之后又逐渐下降。

表2 不同种植形式和密度对玉米植株性状的影响Table 2 Effects of planting density and form on the plant characteristics of maize

相同密度条件下，各种植形式叶面积的平均值都是在抽丝期达到最大；之后的下降趋势随密度增大而越发明显，灌浆期D1-D5密度处理的LAI与各自处理的最大值相比依次下降了9.30% 、15.57% 、25.75% 、33.66% 和36.78% ，这是因为随密度增加，玉米个体植株间竞争加剧，同时叶片间相互遮挡增大，透光率降低，促进了叶片衰老。

图1 4.50万株/hm2密度条件下不同种植形式的玉米叶面积指数动态变化Fig.1 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 45 000 plants/hm2

图2 6.00万株/hm2密度条件下不同种植形式的玉米叶面积指数动态变化Fig.2 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 60 000 plants/hm2

图3 8.25万株/hm2密度条件下不同种植形式的玉米叶面积指数动态变化Fig.3 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 82 500 plants/hm2

图4 10.50万株/hm2密度条件下不同种植形式的玉米叶面积指数动态变化Fig.4 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 105 000 plants/hm2

图5 12.75万株/hm2密度条件下不同种植形式的玉米叶面积指数动态变化Fig.5 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 127 500 plants/hm2

从同一密度、不同种植形式的叶面积指数变化趋势（图1-5）可以看出，不同密度下，各种植形式的LAI表现不同。D1和D2密度下，M1种植形式的LAI与CK差异较小，M2种植形式的LAI在灌浆后期下降明显。而其他密度处理下，M1种植形式的花后LAI均显著跃CK，且衰老速度也相对较慢；M2种植形式的LAI，在D3和D4密度下与CK相比差异均较小，在D5密度下灌浆后期LAI显著跃CK。开花以后M1种植形式下D3、D4、D5密度处理的LAI平均值分别较CK高15.00% 、5.69% 和19.82% ，与高密度栽培时采用M1种植形式可以增加通风透光、降低株间竞争有关。

3 结论与讨论

不同种植方式影响作物群体的光合作用效率，在高密度条件下，宽窄行种植可以明显增加光合作用面积，提高中下层叶片的光合性能，光在作物群体中的分布更加合理，显著提高群体的光能利用率[14-16]。本试验结果表明，不同密度条件下各种植形式的玉米叶积面指数均于吐丝期达到最大，之后叶积面指数的衰减速度均随密度的增大而增大，其中，采用带宽150 cm三密一稀种植形式的叶面积指数显著高于等行距栽培，开花以后8.25万（D3）、10.50万 （D4） 和 12.75万株/hm2（D5）密度处理的叶面积指数平均值分别较等行距对照高15.00% 、5.69% 和19.82% 。

密度是决定玉米单产的关键因素之一[17，18]。在高密度条件下通过优化种植方式可以改善玉米田间的通风透光条件，避免生育后期叶片早衰，从而维持生长中后期叶片的高光合能力，促进玉米吐丝后干物质向籽粒的分配积累[19，20]。本研究结果表明，在高密度栽培（8.25万和10.5万株/hm2）条件下，采用带宽150 cm三密一稀种植方式可以显著提高玉米的百粒重。

不同种植形式下玉米的籽粒产量和生物量均与密度呈二次曲线关系，但是各种植形式的理论最高籽粒产量和生物产量不同，其中，采用带宽150 cm三密一稀种植形式的理论籽粒产量最高，为12 030.80 kg/hm2，相应的定植密度为8.49万株/hm2。采用带宽150 cm三密一稀种植形式，在中高密度下籽粒产量明显提高，6.00万和8.25万株/hm2密度下分别较CK增产7.83% 和6.72% 。