宁南山区不同玉米生长及产量对密度的响应

慕瑞瑞，梁 熠，王 乐，张晓丽，康建宏

(宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021)

【研究意义】玉米是宁夏主要的栽培作物之一，占粮食播种面积的23.7 %，宁南山区既是宁夏粮食生产重要地区，也是中低产田的主要区域。玉米种植面积约占全区的25 %，其中以彭阳县和原州区种植面积最大[1]，随着紧凑型玉米品种的应用和推广，适当增加密度是当前进一步提高玉米产量的主要途径之一，且在一定密度范围内，随密度的提高产量逐渐增加，超过一定范围后，则会造成减产[2-3]。目前，宁夏玉米种植面积为5.25～6.00万株/hm2左右，其平均单产仅为5028 kg/hm2，而比美国玉米的平均单产(9029 kg/hm2)低44 %[4-5]。因此，随着大丰30和先玉698等紧凑型玉米品种的大面积种植，增加种植密度提高玉米产量是玉米产业可持续发展的有效保障。推广紧凑型玉米品种，利用良好的光热资源，挖掘增产潜力，对提高旱区玉米单产和总产具有十分重要的意义。【前人研究进展】国内学者关于种植密度对玉米生长和产量的影响已做了大量研究。刘伟等[6]认为，高密度条件下玉米可通过增加群体库来提高产量。丰光等[7]认为，选择适宜的玉米品种，并结合品种自身特性合理提高种植密度才能促进玉米产量的提高。宋振伟等[4]研究表明，密植导致玉米的株高和穗位高增加，叶面积指数显著增加。杨吉顺等[8]研究表明，随密度的增加玉米群体叶面积，干物质积累量呈增高趋势，叶绿素含量下降。汤彬等[9]研究表明，提高种植密度是提高玉米产量的主要途径，对玉米的额空杆率、穗长、行粒数、秃尖影响较大，对穗粗、穗行数、千粒重影响较小。温日宇等[10]认为当种植密度达到8.25万株/hm2时，产量达到最高。【本研究切入点】针对宁南山区玉米在生产当中存在密度降低、产量不高这一主要问题，研究该地区合理的种植密度，对于玉米的增产极为重要。近年来，在灌溉地区有关不同密度下玉米品种生长及产量的研究较多[11]，但在干旱地区对于不同密度下玉米品种生长及产量的研究较少。【拟解决的关键问题】本试验以宁南山区大面积种植的大丰30和先玉698为试验材料，探寻不同密度对2个品种主要农艺性状、物质生产、光合特性、产量及产量相关性状的影响，揭示出当地不同玉米品种的适宜种植密度范围，为旱作地区玉米栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本研究田间试验于2016-2017年连续2年在宁夏固原市彭阳县城阳乡长城塬农业技术示范园区进行。该区位于东经106°77′，北纬35°81′，海拔1382 m，属于典型的黄土高原旱塬区，年均降水420～470 mm，年均气温7.9 ℃，无霜期159 d。该试验地前茬作物为传统耕作旱地玉米，耕层土壤(0～25 cm)理化性状见表1。

1.2 试验设计

试验材料：以大丰30和先玉698作为试验材料，于4月12日，对试验田进行覆膜，播种，于9月23日进行收获。

本试验采用随机区组设计，设2个品种：大丰30和先玉698；5个密度：分别为 D1：5.25万株/hm2、D2：6.0万株/hm2、D3：6.75万株/hm2、D4：7.5万株/hm2、D5：8.25万株/hm2；每个密度重复3次，共有30个小区，小区设计10行区，行长8 m，行距0.55 m，小区面积8 m×5.5 m=44 m2。

1.3 测定项目与方法

在苗期选择长势一致的20株植株挂牌标记，分别于拔节期、大喇叭口期、抽穗期、吐丝期、成熟期选择3株定株测定株高、叶面积、干物质积累量等生长指标。叶面积测定采用长宽系数法进行测定(系数取0.75)并计算出叶面积指数；干物质积累量的测定采用烘干法；叶绿素相对含量利用叶绿素仪(SPAD502plus)测定；在玉米成熟期收获小区所有果穗测产，并随机选取鲜穗20穗，将其带回实验室经风干后进行考种，包括穗重、穗长、穗粗、秃尖、行粒数、穗粒重、百粒重、秃尖率，产量计算按14 %含水量折算。

1.4 数据处理

本试验数据使用Excel2016进行原始数据的简单处理，使用SPSS 20软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 种植密度对主要农艺性状的影响

2.1.1 种植密度对不同品种株高的影响 由图1可以看出，在相同密度下，先玉698的株高高于大丰30。如在最低密度5.2万株/hm2下，大丰30的株高是298.33 cm，先玉698的株高是319.67 cm；在最高密度8.25万株/hm2下，大丰30的株高是323.67 cm，而先玉698的株高是334.33 cm。随着密度的增加2个品种的株高都在增加，但大丰30的株高随密度的变化变幅大，对密度的变化较敏感。如大丰30的株高变化范围是298.33～323.67 cm，变化幅度是25.34 cm；先玉698的株高变化范围是319.67～334.33 cm，变化幅度是14.66 cm。在大丰30的各处理中除了D1与D2，D3、D4、D5之间没有显著性差异外，其他各处理间均存在显著性差异。在先玉698的各处理中除了D1与D5之间存在显著性差异外，其他各处理间均无显著性差异。

2.1.2 种植密度对不同品种穗位高的影响 如图2所示，大丰30和先玉698两个品种在5个不同密度下，穗位高的变化均呈一致的趋势，即随着种植密度的增加，玉米穗位高度明显增高，这与株高随密度增加的变化趋势基本一致，先玉698的穗位高明显高于大丰30。经分析得出大丰30各处理间无显著性差异；先玉698在各处理中D1、D2与D5之间有显著性差异，其他各处理间均无显著性差异。

图2 种植密度对不同品种穗位高的影响Fig.2 Effect of planting density on ear height of different cultivars

2.2 种植密度对群体叶面积指数的影响

由图3可知，大丰30群体叶面积随着密度的增加而增加，且抽穗期达到最大，吐丝期和成熟期随着密度的增加开始下降，在密度为7.5万株/hm2时叶面积指数下降的最快。先玉698群体叶面积随着密度的增加而增加，且抽穗期达到最大，吐丝期和成熟期随着密度的增加开始下降，在密度为5.25和7.5万株/hm2时叶面积指数下降的最快，都为0.03 %。2个品种干物重积累在吐丝期和成熟期相较于其他密度的小，可见高密度在吐丝期的群体叶面积指数较大，但由于密度较大，株间竞争激烈，导致后期下降速度较快，影响群体干物质的生产，所以吐丝期群体叶面积大不一定就好，群体叶面积最好的表现是：前快，中强，后慢。综合分析可知，大丰30和先玉698在密度为6.75万株/hm2下群体叶面积指数最合理。

图3 种植密度对大丰30、先玉698群体叶面积指数的影响Fig.3 Effect of planting density on leaf area index of Dafeng 30 and Xianyu 698

图4 种植密度对大丰30、先玉698干物质积累量的影响Fig.4 Effects of planting density on dry matter accumulation of Dafeng 30 and Xianyu 698

品种Variety密度(万株/hm2) Density大口期Booting抽穗期Heading吐丝期Silking成熟期Maturity大丰30D157.60 a63.33 a63.57 a58.97 aDafeng 30D257.60 a 62.20 ab63.03 a58.93 aD358.10 a 62.07 ab62.03 a54.50 bD453.73 b58.30 b61.10 a51.93 bD5 55.83 ab 61.37 ab60.17 a50.83 b先玉698D156.63 a64.03 a63.93 a62.23 aXianyu 698D257.17 a63.97 a 63.17 ab63.70 aD357.00 a63.07 a 62.57 ab57.13 bD455.80 a61.40 a 63.23 ab53.20 bD556.10 a60.70 a61.23 b44.97 c

注:同列不同字母表示差异达显著水平(P≤0.05)，下同。

Note: Different letters in the same column indicate significance of difference at 0.05 level. The same as below.

2.3 种植密度对群体干物质积累量的影响

由图5可知，在成熟期，大丰30群体干物质积累量随着密度的增加表现为D5> D2 >D1> D3> D4，吐丝期，D3处理的干物质积累量最大，为19 281.6 kg/hm2，并且产量也最高，其次是D5，为18 175.8 kg/hm2，最少的为D4，为14 488.8 kg/hm2。在成熟期，先玉698群体干物质积累量随着密度的增加表现为D5> D3>D4> D2> D1，吐丝期，D5处理的干物质积累量最大，为21 855.15 kg/hm2，其次是D3，为21 540.6 kg/hm2,最少的为D2，为16 069.8 kg/hm2。对于2个不同的品种而言，在成熟期的5个不同密度处理下，先玉698的干物质积累要远大于大丰30的。如在密度为D5时，先玉698的干物质积累比大丰30的高24.9 %，大丰30的产量要比先玉698的高0.06 %；如在密度为D3时，先玉698的干物质积累比大丰30的高17.8 %，大丰30的产量要比先玉698的高1.04 %。可见随着密度的增加，2个品种的干物质积累均有所增加，并且先玉698的干物质积累要比大丰30的快，所以就干物质积累而言，高密度下适宜种植先玉698。

2.4 种植密度对叶绿素相对含量的影响

由表2可以看出，大丰30和先玉698这2个品种在各主要生育时期的叶绿素相对含量值变化是大致相同的，表现为从大口期到抽穗期，叶绿素相对含量逐步上升，且在吐丝期达到最高值，然后逐渐降低，并且低密度群体比高密度群体叶绿素相对含量高。先玉698各处理在前期差异不显著，但在吐丝期除了D1和D5之间有显著差异，其他各处理间无显著性差异，在成熟期除了D1与D2、D3与D4之间无显著性差异外，其他各处理间都有显著性差异；大丰30在成熟期各处理间除了D1与D2，D3与D4、D5之间无显著性差异外，其他各处理间都有显著性差异。先玉698在生育后期的叶绿素相对含量高于大丰30，说明先玉698光和能力强，光合产物多，对于干物质的积累十分重要。

2.5 种植密度对不同品种产量及其构成的影响

2.5.1 种植密度对不同品种产量的影响 由图5可以看出，产量随密度变化呈现3次曲线变化，随密度的增加呈现先增加后下降的趋势。计算得出，在6.75 kg/hm2密度下先玉698的产量达到最大，是16 038.45 kg/hm2，在6.75 kg/hm2密度下大丰30的产量达到最大，是14 503.8 kg/hm2，在5.25 kg/hm2密度下2个品种的产量达到最低，大丰30的产量最低是9663.15 kg/hm2，先玉698的产量最低是11 770.35 kg/hm2。在相同密度下，先玉698的产量高于大丰30，在不同密度下，不同品种的产量随着密度的增加先增加，当超过一定范围后，产量随着密度的增加而降低，并且先玉698的产量变化明显较大于丰30产量变化。

图5 种植密度对不同品种产量的影响Fig.5 Effect of planting density on yield of different varieties

品种Variety密度(万株/hm2)Density穗重(g)Ear weight穗长(cm) Ear length穗粗(cm) Ear diameter秃尖(cm) Barren ear tip穗行数Ear rows行粒数Number of rows穗粒数Grain number穗粒重(g) Grain weight百粒重(g)100 grain weight秃尖率(%)Baldness rate出籽率(%)Seed rate产量(103 kg/hm2)Yield大丰30D1192.96d18.36b4.48c1.80a16a38.00b638a168.09c27.48b9.18ab86.60a9.54cDafeng 30D2253.13b19.63a5.04a1.13b16a43.00a645a219.55a35.54a5.50c87.94a12.92bD3263.89a19.00ab5.13a1.26ab14a41.00ab638a227.82a36.13a6.29c87.37a13.92aD4213.64c19.56a4.67b1.44ab16a41.00ab653a185.21b28.30b7.26bc86.83a12.73bD5187.11d17.83b 4.56bc1.66ab16a38.00b588a159.91c26.12b9.38a85.95a12.95b先玉698D1231.02b19.26bc4.88a1.26ab16a41.00ab650a217.28c35.30bc6.14b89.09a11.39dXianyu 698D2272.40a21.00ab5.01a0.73b16a41.00ab651a243.05b40.72a4.44c89.22a15.83bD3274.33a21.33a4.98a1.43a16a43.00a684a255.09a38.70ab5.51bc88.74a16.86aD4211.19b18.36c4.99a1.26ab16a37.00b636a188.11d31.57cd5.32bc89.07a13.64cD5185.60c18.23c4.64a1.43a16a39.00ab608a164.89e28.87d7.84a88.84a13.05c

2.5.2 种植密度对产量构成的影响 由表3可看出，2个品种大丰30和先玉698的穗行数、穗粒数、出籽率均无显著差异，而穗重、穗长、穗粗、秃尖、行粒数、穗粒重、百粒重、秃尖率、产量等有显著差异，其中产量相关性状中先玉698的穗粗无显著差异。密度对2个品种的产量相关性状有显著影响，2个品种随着密度的增大，穗重、穗粗、行粒数、穗粒重、百粒重、产量等相关性状先增加后减小，大丰30的秃尖逐渐增大，秃尖率先减小后增大；先玉698的秃尖先减小后增大再减小，秃尖率先减小后增大，说明密度对秃尖长和秃尖率有着显著的互作效应。2个品种均在6.75 kg/hm2时与产量有关的相关性状达到最佳。结果表明合理密植可以改善玉米的相关性状，同时增加玉米的产量。

3 讨 论

株高和穗位高是玉米主要的农艺性状，它们决定了玉米上层叶片对光能的利用能力，因此株高和穗位高对玉米产量有一定的影响，合理的植株形态有助于提高玉米产量，随着密度的增加，其形态也会发生变化。宋振伟等[12]研究表明增密使得玉米的株高和穗位高都增加。而且有关研究数据[13-15]表明，玉米植株的株高和穗位高在一定密度范围内与产量之间呈正相关，但超过一定密度后，随着株高和穗位高的增加，产量反而降低。本研究表明，2个品种的株高和穗位高都随着密度的增加而逐渐增高，其中先玉698对密度的变化较为敏感。因此在适宜的密度下应该加强对植株的株高和穗位高的调节，从而提高玉米的产量。

群体叶面积指数是衡量群体大小的重要指标，适宜的群体叶面积指数是获取玉米高产的重要指标之一，它与种植密度有密切关系[16]。梁熠等[17]研究表明采取适宜的种植方式会使得玉米的冠层结构得到改善，可以增大叶面积指数，是玉米获得高产的有效途径。杨吉顺等[8]研究表明，玉米从拔节期到抽雄期，随着种植密度的增加叶面积开始增大，从抽雄期到灌浆期后开始减小。本研究表明，玉米叶面积指数从拔节期到抽穗期随种植密度的增加而增大，且到抽穗期达到最大，在吐丝期和成熟期随着密度的增加。在一定范围内，随着种植密度的提高，群体的叶面积指数增大，群体的光合速率提高，干物质积累增加[18]。所以要想获得高产，抽穗期以后维持较大叶面积时间，从而继续进行光合作用是十分重要的。

干物质积累量是作物产量形成的表现形式，干物质积累越高作物越能实现高产[19]。宋振伟等[4]认为，在一定密度范围内， 随密度的增加，各生育期玉米的单株干物质积累在吐丝期后开始下降，群体干物质积累逐渐增加，这与本试验结果一致，2个品种的群体干物质积累在抽穗期前，由于植株生长量小干物质积累缓慢，从吐丝期开始到成熟期，玉米生长快，群体干物质积累随着密度的增加呈现增加趋势，同时种植密度的增加弥补了干物质量的减少，但当密度增加到一定限度时，干物质则不再增加。

叶绿素是植物吸收光的主要色素分子，其含量的高低与作物产量的高低具有密切的关系。赵士诚等[20]研究认为，种植密度对对叶绿素含量具有明显影响，随着密度的增加，叶绿素含量开始下降。本研究表明叶绿素相对含量随着密度的增加呈逐渐下降的趋势。这一研究结果与前人研究结果基本一致[21]。

玉米产量的相关性状与种植密度紧密相关，增加密度对玉米的产量要素均有明显的影响，其中不同玉米品种的穗部性状和抗逆性均发生变化。汤彬等[9]研究指出随着种植密度的增加，出籽率、穗长、穗粗、行粒数、秃尖长等发生明显变化，而穗行数、穗粗、千粒重变化不大，秃尖率加大。同时通过调查发现，增加密度会导致玉米病害的加重。穗数、穗粒数、粒重等产量构成要素在增密后先增加后下降。海军等[11]认为在西北干旱地区玉米适宜种植的密度为时，6.75万株/hm2产量及其相关性状最为适宜。在本试验中，2个品种随着密度的增加穗长、穗重、穗粗、行粒数、穗粒重、百粒重等先增加后减小，大丰30的秃尖逐渐增大，先玉698的秃尖先增大再减小，秃尖率均先减小后增大。2个品种均在6.75万株/hm2时与产量有关的相关性状达到最佳。因此要想获得玉米高产，要在合理的种植密度下协调好产量要素之间的关系，要增加穗粗、穗重、穗长，减少秃尖的发生，从而获得高产。

4 结 论

研究表明，宁南山区玉米的2个主栽品种大丰30和先玉698随着密度的增大，植株的株高和穗位高逐渐增加。干物质积累随着生育期的推进在逐渐增加，且在成熟期2个品种的干物质积累达到了最大值。群体叶面积指数随密度的增大逐渐增加。叶绿素相对含量随着密度的增加呈逐渐下降的趋势。2个品种随着密度的增加穗重、穗粗、行粒数、穗粒重、百粒重、产量等先增加后减小，秃尖率均先减小后增大，2个品种均在6.75万株/hm2时产量达到最高，此时大丰30和先玉698的产量分别为14 503.8 和16 038.51 kg/hm2。因此，在本试验条件下，大丰30和先玉698的适宜密度是6.75万株/hm2。