种植密度对不同玉米品种抗倒力学特性的影响

杨锦越，宋 碧，罗英舰，张 军，刘 婕，杨 翠，丁含成

(贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025)

【研究意义】适当增加种植密度是实现玉米高产的重要途径[1-6]，但种植密度增加后会导致玉米株高变高、茎粗变细、茎秆强度降低，从而增加植株倒伏率和倒折率，显著降低玉米产量而且会增加收获的成本[7-8]。玉米的抗倒能力受品种、种植密度、灾害性天气等多种因素影响[9]，不同品种对密度的反应不同，同一密度下不同品种茎秆性状、抗倒能力和产量差异明显[10-15]。研究种植密度对不同玉米品种抗倒力学特性的影响，具有重要的理论价值和实践意义。【前人研究进展】已有的研究表明，随着种植密度增加，从基部开始，随着节间位置的上升，茎粗变细，茎粗系数、穿刺强度、压折强度、压碎强度显著降低。茎粗、单位茎长干物质重、茎秆强度等指标可作为评价玉米抗倒能力重要农艺指标[16-19]。丰光等[20]研究表明，种植密度、茎秆穿刺强度是影响茎秆倒伏的主要因素，茎秆穿刺强度可以作为测量玉米倒伏的指标。【本研究切入点】目前，关于不同玉米品种抗倒力学特性的研究主要集中在北方地区[12]，针对贵州研究的品种较为单一。【拟解决的关键问题】本研究通过设置不同的种植密度，分析20个玉米品种在不同密度下各节间茎秆强度与抗倒力学特性的关系，探讨茎秆强度与产量之间的关系，为黔北地区选择抗倒伏玉米品种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2017年3-9月在贵州省遵义市播州区石板镇(27°13′N，106°17′E)进行，该地区属中亚热带季风性湿润气候，年平均气温14.9℃，无霜期291 d，降雨量1035.7 mm。供试土壤有机质26.23 g/kg，碱解氮80.50 mg/kg，全磷17.52 mg/kg，速效磷23.74 mg/kg，全钾23.15 g/kg，速效钾226 mg/kg。

1.2 供试材料

供试品种20个：B1～B20，详见表1。

1.3 试验设计

采用二因素裂区设计，主处理(A)为种植密度，即5.25万株/hm2(A1)、6.75万株/hm2(A2)，副处理(B)为玉米品种(B1～B20)。小区面积25.5 m2(7.5 m×3.4 m)，3次重复。采用宽窄行种植，宽行0.8 m，窄行0.4 m，基肥使用复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)600 kg/hm2，在拔节期和大喇叭口期用尿素追肥，用量分别为150和225 kg/hm2。其他栽培管理措施同当地大面积生产。

表1 20个参试玉米品种名称及编号

1.4 测定项目及方法

1.4.1 茎秆穿刺强度、压折强度和压碎强度 在玉米吐丝后25 d，每个小区选取3株具有代表性的植株，剥去叶片和叶鞘，采用YYD-1 型茎秆强度测定仪(浙江托普仪器有限公司生产)测定植株地上部第3～5节、穗上1节和穗下1节。测定方法：将横断面积为0.01 cm2的测头沿茎秆中部垂直于茎秆方向匀速缓慢插入，读取其最大值，即为茎秆穿刺强度。将各节分别平放在测定仪的凹槽内，迅速压下使茎秆压折，读取最大值，即为茎秆压折强度。将横截面积为1 cm2的测头垂直于茎秆节间中部匀速缓慢压下，直到茎秆破裂，读取最大值，即为茎秆压碎强度。

1.4.2 倒伏率和倒折率 在成熟期，对每个小区进行调查，记录各小区总株数、倒伏数(植株与地面夹角小于60o)、倒折数(植株折断的株数)。倒伏率( %)=倒伏株数/总株数×100 %，倒折率( %)=倒折株数/总株数×100 %。

1.4.3 测产与考种 玉米成熟后，分小区实收测产，每个小区取具有代表性的10个果穗，晾晒至安全含水量(14 %)后进行室内考种。

1.5 数据分析

采用Microfost Excel 2007进行数据处理，DPSv 7.05和SPSS 19.0软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 各玉米品种的茎秆抗倒力学性状

2.1.1 茎秆穿刺强度 方差分析表明，种植密度与品种的交互及种植密度对玉米各节茎秆穿刺强度的影响不显著，而品种对玉米各节茎秆穿刺强度的影响达极显著水平。由图1看出，在同一密度下，各品种地上第3节到穗位上1节各节间穿刺强度随节位上升而下降。密度为5.25万株/hm2时，平均节间穿刺强度B16最大，为52.42 N/mm2；B14最小，为31.81 N/mm2，极差为20.61 N/mm2；密度为6.75 万株/hm2时，平均茎秆穿刺强度大于44 N/mm2的品种有B1、B6、B12、B16和B19，其中，B12最大，为46.81 N/mm2，B18最小，为29.29 N/mm2，极差为17.52 N/mm2。密度从5.25万株/hm2增加到6.75万株/hm2时，各品种穿刺强度变化不同。B1、B3、B5、B11、B13和B14等6个品种的平均穿刺强度略有增加(0.81～2.85 N/mm2)，其中B14品种增加最大，为8.93 %；其余14个品种平均穿刺强度随密度增加而降低，B9品种降低最明显，下降14.96 %。

柱形左边为密度5.25万株/hm2，右边为密度6.75万株/hm2，下同The column on the left shows the density： 52，500 plants/hm2， and the column on the right shows the density： 67，500 plants/hm2，the same as below图1 不同密度下20个玉米品种的茎秆穿刺强度Fig.1 Stem puncture strength of 20 maize varieties under different densities

2.1.2 茎秆压折强度 方差分析表明，种植密度与品种的交互及种植密度对玉米各节茎秆压折强度的影响不显著，而品种对玉米各节茎秆压折强度的影响达极显著水平。由图2可知，在同一密度下，各品种地上第3节到穗位上1节各节间穿刺强度随节位上升而下降，不同品种间差异达极显著水平。密度为5.25万株/hm2时，B11的茎秆压折强度最大，B16次之，B18茎秆压折强度最小。密度为6.75万株/hm2时，B11茎秆压折强度始终最大，B19次之，B18茎秆压折强度保持最小。随着种植密度的增大，B1、B5和B10茎秆压折强度略有增加，分别增加2.34 %、6.75 %和13.35 %，其余品种茎秆压折强度呈下降趋势，各品种下降幅度为B18>B16>B4>B2>B15>B12>B7>B6>B8>B20>B9>B11>B17>B14>B3>B19>B13，说明种植密度对B18茎秆压折强度的影响较大。

2.1.3 茎秆压碎强度 由图3看出，同一密度下，不同玉米品种压碎强度差异达极显著水平，各品种节间压碎强度表现为地上第3节>地上第4节>地上第5节>穗下1节>穗上1节。不同密度间各品种地上第3和4节茎秆压碎强度差异显著，其余节间差异不显著。密度为5.25万株/hm2时，各品种节间压碎强度表现为B11>B16>B12>B8>B19>B6>B17>B15>B7>B20>B10>B4>B3>B13>B5>B9>B2>B1>B18>B14，其中，B11平均压碎强度最大，为260.13N；B14最小，为128.70N。密度为6.75万株/hm2时，平均压碎强度最大的是B11，为253.21N；B18最小，为95.33N；各品种节间压碎强度表现为B11>B19>B10>B8>B12>B6>B3>B5>B17>B16>B13>B15>B20>B1>B7>B4>B9>B14>B2>B18。随种植密度增加，B1、B3、B5、B10和B14的平均压碎强度有所增加，其余品种压碎强度均有不同程度的降低，B16下降幅度最大。

图2 不同密度下20个玉米品种的茎秆压折强度Fig.2 Stem compression strength of 20 maize varieties under different densities

图3 不同密度下20个玉米品种的茎秆压碎强度Fig.3 Stem crushing strength of 20 maize varieties under different densities

2.2 各玉米品种的倒伏率和倒折率

由图4～5可知，密度为5.25万株/hm2时，倒伏率最大的是B8，为47.75 %；最小的是B6，为1.16 %，B6、B7、B12、B14、B18、B19和B20的倒伏率均小于3 %。倒折率最大的是B14，最小的是B20。密度为6.75万株/hm2时，倒伏率在20 %左右的品种较多；B1、B7、B11、B12、B16、B18、B19、B20的倒伏率较低，均小于10 %；B6、B7、B8、B12、B13、B16和B20的倒折率均小于10 %。随着种植密度的增大，各品种倒伏率和倒折率不同幅度的增大，B3、B4、B6、B14和B15倒伏幅度增加较大(10 %～16 %)，其余品种倒伏幅度增加较小，小于5 %；B3、B4、B14、B15、B18和B19的倒折率增加较大(14 %～32 %)，其余品种倒折率增大幅度均小于5 %。综合分析看，B3、B4、B6、B8、B14、B15、B17、B18和B19的抗倒力学特性较弱，B2、B5、B9、B10和B13品种抗倒力学特性处于中等，B1、B7、B11、B12、B16和B20的综合抗倒力学特性较强。

图4 不同密度下20个玉米品种的倒伏率Fig.4 Lodging rate of 20 maize varieties at different densities

图5 不同密度下20个玉米品种的倒折率Fig.5 The folding rate of 20 corn varieties at different densities

图6 不同密度下20个玉米品种的产量Fig.6 Yield of 20 maize varieties at different densities

2.3 各玉米品种的产量

同一密度下，不同玉米品种产量差异达极显著(图6)。密度为5.25万株/hm2时，B20的产量最高，其与B1、B6、B7、B9、B10、B11、B16、B17和B18的差异不显著，与B3、B5、B8、B14、B15和B19的差异达极显著。密度为6.75万株/hm2时，B1的产量最高，其与B7、B13、B15和B16的差异不显著，与B2、B3、B8、B10、B11和B19的差异显著，与其余品种的差异达极显著。随着密度的增加，B4、B6、B9、B10、B12、B17和B18的产量降低，其余品种的产量随种植密度的增加而升高，其中B15的增加幅度最大，为49.98 %。结合各品种的倒伏率和倒折率综合分析看，在一定范围内，增加密度可以提高产量，倒伏率和倒折率越低产量越高，部分品种(如B14)虽倒伏率和倒折率低，但产量相对下降，可能与品种适宜性有关；部分品种(如B3、B15和B19)虽倒伏率和倒折率高，但产量下降不明显，原因是在玉米倒伏倒折之前，该品种籽粒已基本成熟，对产量影响不大。

2.4 玉米茎秆强度与产量、倒伏率和倒折率的关系

对两密度下各指标进行相关性分析(表2)，穿刺强度与压折强度和压碎强度存在高度的极显著正相关，压折强度与压碎强度呈极显著正相关；从地上第3节到穗上1节，各节的穿刺强度、压折强度和压碎强度间呈正相关。倒折率与茎秆穿刺强度、压折强度和压碎强度存在密切的极显著负相关关系，倒折率与不同节位的茎秆强度相关系数表现是：穿刺强度为穗下1节>地上第3节>地上第4节>地上第5节>穗上1节，压折强度为穗下1节>穗上1节>地上第3节>地上第4节>地上第5节，压碎强度为穗下1节>地上第4节>地上第3节>地上第5节>穗上1节；地上第4节穿刺强度和地上第3节压折强度分别与产量呈显著正相关关系；各节茎秆穿刺强度、压折强度、压碎强度分别与倒伏率存在一定的相关关系，倒伏率与产量存在负相关关系，但未达显著水平。

3 讨 论

随着种植密度增加，玉米茎秆抗倒力学性状会发生变化[10-12]。前人研究表明，同一密度下，随着节间部位上升，茎秆穿刺强度、压折强度和压碎显著下降[21]，本研究结果与前人相同。谷利敏等[10]研究表明，随种植密度增加，茎秆穿刺强度、压折强度和压碎强度显著下降。本研究表明，随着种植密度的增加，B1、B3、B5、B11、B13和B14的平均穿刺强度略有增加，其余14个品种平均穿刺强度随密度的增加而降低；B1、B5和B10的茎秆压折强度略有增加，其余品种茎秆压折强度呈下降趋势；B1、B3、B5、B10和B14的茎秆压碎强度有所增加，其余品种压碎强度均有不同程度降低。可见，增密后不同品种茎秆抗倒力学性状变化不同，这应是各品种抗倒伏能力各有差异的原因。

前人研究表明，随着种植密度的增大，植株倒伏率和倒折率增大，试验密度范围内密度每增加100株，倒伏率相应提高2.3 %左右[22]。本研究中，当种植密度增加为6.75万株/hm2时，各品种倒伏率和倒折率都有不同幅度的增大，B3、B4、B6、B14和B15倒伏幅度增加较大，其余品种倒伏幅度增加较小，B1、B7、B11、B12、B16、B18、B19和B20的倒伏率较低，均小于10 %；B6、B7、B8、B12、B13、B16和B20的倒折率小于10 %，B3、B4、B14、B15、B18和B19的倒折率增加较大。

适当增加种植密度是增加产量的主要措施，陈艳萍等[23]在江苏中南部地区的研究表明，随群体密度增加(6～9万株/hm2)，玉米产量均先升后降，本研究表明：种植密度从5.25万株/hm2增加到6.75万株/hm2时，B4、B6、B9、B10、B12、B17和B18的产量随密度的增加而降低，其余品种随着种植密度增加产量升高。B1的产量最高，B1、B3和B15品种增幅明显；产量随密度增大而下降的这些品种倒伏率和倒折率都在20 %以上，说明倒伏和倒折影响产量的提高；B3、B8、B15和B19的倒伏率和倒折率增大，反而产量提高了，这与前人的研究略有差异，原因可能是在玉米倒伏倒折之前，籽粒已基本成熟，故对产量影响不大。

表2 参试20个玉米品种茎秆性状与产量、倒伏率和倒折率的相关系数

注：x1：地上第3节穿刺强度，x2：地上第4节穿刺强度，x3：地上第5节穿刺强度，x4：穗下1节穿刺强度，x5：穗上1节穿刺强度，x6：地上第3节压碎强度，x7：地上第4节压碎强度，x8：地上第5节压碎强度，x9：穗下1节压碎强度，x10穗上1节压碎强度，x11：地上第3节压折强度，x12：地上第4节压折强度，x13：地上第5节压折强度，x14：穗下1节压折强度，x15：穗上1节压折强度，x16：产量，x17：倒伏率，x18：倒折率。

Notes:x1：3rd puncture strength of the ground，x2：4rd puncture strength of the ground，x3： 5rd puncture strength of the ground，x4：1-section puncture strength under spike，x5：1-section puncture strength of spike，x6：3rd section of Ground Crush strength，x7：4rd section of Ground Crush strength，x8：5rd section of Ground Crush strength，x9：1 Section Crush puncture strength under spike，x10：1-section Crush strength of spike，x11：3rd section compressive strength of ground，x12：4rd section compressive strength of ground，x13：5rd section compressive strength of ground，x14：1-section compressive strength under spike，x15：1-section compressive strength of spike，x16：yield，x17：Lodging Rate，x18：folding rate.

前人研究结果认为，茎秆农艺性状和抗倒力学性状与倒伏率和产量高度相关[24]，本研究表明，穿刺强度与压折强度和压碎强度存在极显著正相关，压折强度与压碎强度呈极显著正相关，与前人研究结果基本一致[25]。本研究表明，折率分别与穿刺强度、压折强度和压碎强度呈显著负相关，与勾玲等[21]研究结果一致。倒折率与不同节位茎秆强度表现为穗下1节>地上第4节>地上第3节，与前人研究结果[21]不尽相同，可能与生态条件和品种不同有关。本试验显示，地上第4节穿刺强度和地上第3节压折强度分别与产量呈显著正相关，说明，通过茎秆压折强度、压碎强度和穿刺强度来评价不同玉米品种茎秆的抗倒力学特性是科学合理的。

4 结 论

种植密度显著影响不同玉米品种的抗倒力学特性，当种植密度从5.25万株/hm2增加到6.75万株/hm2时，不同品种茎秆穿刺强度、压折强度和压碎强度变化不同，多数品种呈降低趋势；倒伏率和倒折率不同程度升高。倒折率分别与穿刺强度、压折强度和压碎强度呈显著负相关，倒折率与不同节位茎秆强度相关性表现为穗下1节>地上第4节>地上第3节，地上第4节穿刺强度和地上第3节压折强度分别与产量呈显著正相关关系，可作为玉米抗倒伏品种选择重要的参考指标。

密度为6.75万株/hm2时，B1的茎秆穿刺强度最大，B18的茎秆压折强度最大，B11的茎秆压碎强度最大。B3、B4、B6、B8、B14、B15、B17、B18和B19的抗倒特性较弱，B2、B5、B9、B10和B13的抗倒特性处于中等，B1、B7、B11、B12、B16和B20的综合抗倒特性较强。B1、B7、B8、B11、B13、B15、B16、B19和B20的产量增幅明显。综上，B1、B7、B11、B16、B18和B20的综合表现较好，即参试的20个品种中，先玉1171、正红431、仲玉3号、靖单12号、郑单958和新中玉801等6个品种适合在黔北地区推广种植。