春玉米干物质积累及转运对种植模式和种植密度的响应
2019-04-29杨恒山张玉芹何冬冬刘志雄
罗 方，杨恒山，张玉芹，何冬冬，刘志雄
(1．内蒙古民族大学 农学院，内蒙古饲用作物工程中心，内蒙古 通辽 028042；2．内蒙古农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031)
玉米是我国第一大粮食作物，其高产稳产在保障我国粮食安全、饲料安全和农业可持续发展等方面具有重要的意义[1-3]。近几年玉米种植面积逐渐缩减，进一步提高单产是玉米栽培研究的热点问题之一。增密是提高单产的有效途径[4]，但密度的增加又会出现后期群体通风透光条件差、早衰倒伏、物质生产能力弱，物质分配、转运不协调等一系列问题[5-6]。合理的株行距配置，可以改善群体冠层结构，维持生育后期较高的生产能力，达到增密增产的效果[7-9]。生育期内干物质积累、分配与转移特性决定作物籽粒产量的高低[10]；徐田军等[11]研究表明，花后干物质积累量、干物质转运率与产量之间存在极显著正相关；胡昌浩等[12]研究表明，夏玉米干物质运转量占成熟期籽粒干质量的20.3%。近年来，西辽河平原灌区宽窄行种植面积逐渐增加，已成为当地玉米的主推种植模式之一[13-14]，但针对宽窄行种植下物质积累转运的相关报道较少。
本研究以常规种植模式为对照，研究了宽窄行种植模式下春玉米产量变化和干物质积累与转运特性，为西辽河平原及其同类地区探索玉米增密增产的适宜种植模式提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 试验地点
试验于2017年在通辽市大兴屯(Daxingtun，DXT)和兴安盟科尔沁右翼中旗(Horqin Right Wing Middle Banner，HRWMB，简称科右中旗)2个试验区进行，大兴屯试验区海拔180 m，年平均气温6.8 ℃，≥10 ℃的活动积温3 200 ℃，平均无霜期为154 d，年均降水量为390 mm；科右中旗试验区海拔590 m，年平均气温5.6 ℃，≥10 ℃的活动积温3 000 ℃，平均无霜期为140 d，降水量358 mm左右，2个试验地均具备井灌条件。播前试验地耕层(0～20 cm)土壤情况见表1。
表1 2个试验区耕层播前土壤概况Tab.1 Soil condition before sowing in tillage layer in two experimental areas
1.2 试验设计
2个试验区均以农华101为供试材料，设宽窄行(KZ)和常规种植(CK) 2种种植模式，宽行行距为80 cm，窄行行距为40 cm，常规种植行距为60 cm等行距，每种模式设60 000株/hm2(D1)、75 000株/hm2(D2)、90 000株/hm2(D3)3个密度水平，小区面积120 m2，3次重复。各处理均施种肥磷酸二铵225.0 kg/hm2、硫酸钾90.0 kg/hm2，于小喇叭口期一次追施尿素456.5 kg/hm2。生育期间大兴屯试验区灌水4次，科右中旗试验区灌水3次。大兴屯试验区2017年5月1日播种，9月28日收获，科右中旗试验区2017年5月3日播种，10月2日收获。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 叶面积指数 在吐丝期和乳熟期分别于各小区取代表性植株3株，将玉米按穗位上(棒三叶以上所有叶片)、穗位(棒三叶)、穗位下(棒三叶以下所有叶片)分为3部分，测定样株所有绿叶叶片的长和宽。单叶叶面积=长×宽×系数(未展开叶片系数为0.50，展开叶片系数为0.75) ；叶面积指数(LAI)=单位土地面积内叶片总面积/单位土地面积。
1.3.2 SPAD值 在吐丝期和乳熟期于各小区定点选取代表性植株3株，用SPAD-502叶绿素仪，按穗位上、穗位、穗位下测定不同叶位的SPAD值。在每个叶片的前、中、后各测1次，最后取平均值。
1.3.3 冠层透光率 在吐丝期和乳熟期于各小区定点选取代表性样方5 m2，使用Sun Scan植物冠层分析仪测定冠层上部、穗位上(穗位上第4片叶)、穗位(穗位叶)、穗位下(距地面20 cm)不同层位的光合有效辐射，根据光合有效辐射求得冠层透光率。
穗位上透光率=穗位上的光合有效辐射/冠层上部的光合有效辐射×100%；穗位透光率=穗位的光合有效辐射/冠层上部的光合有效辐射×100%；穗位下透光率=穗位下的光合有效辐射/冠层上部的光合有效辐射×100%。
1.3.4 地上生物量 在吐丝期和成熟期分别于各小区取3株具有代表性的植株，每个小区取3次重复，将玉米植株按茎鞘、叶、穗部营养体和籽粒分开，在鼓风干燥箱内 105 ℃杀青30 min后，在80 ℃烘至恒质量，测定干物质质量。
1.3.5 产量及其构成因素 各小区测产面积为30 m2，计算各测产区有效穗数，人工脱粒后测鲜粒质量和含水率，并折算成含水量为14%产量。分别取10穗风干后考种，计算穗行数、行粒数、穗粒数，测定千粒质量。
吐丝后干物质积累量(t/hm2)=成熟期干物质积累量-吐丝期干物质积累量；吐丝前干物质积累率=吐丝期干物质积累量/成熟期干物质积累量×100%；吐丝后干物质积累率=吐丝后干物质积累量/成熟期干物质积累量×100%；营养器官干物质转运量(t/hm2)=吐丝后营养器官干物质积累量-成熟期营养器官干物质积累量；营养器官干物质转运率=干物质转运量/吐丝期营养器官积累量×100%；营养器官干物质转运贡献率=干物质转运量/成熟期籽粒干质量×100%。
1.4 数据处理与分析
采用Microsoft Excel 2007进行数据整理，采用SPSS 19.0软件进行统计分析。叶面积指数、SPAD值和冠层透光率两试验点趋势基本一致，以大兴屯试验区数据进行分析，干物质积累、转运及产量以大兴屯试验区和科右中旗试验区两点数据进行分析。
2 结果与分析
2.1 不同种植模式和密度下春玉米产量及构成因素
由表2可知，各处理间的有效穗数随密度增加呈上升趋势，但2种模式间差异不显著；穗粒数随密度增加呈下降趋势，均表现为KZ>CK；千粒质量随种植密度的增加而降低，2种种植模式间无显著差异；除科右中旗试验区CK的实测产量先升后降外，其余各个处理的实测产量随种植密度的增加呈上升趋势，各密度间均表现为KZ>CK，达到显著水平，增产幅度在2.5%～15.1%；其中大兴屯D3密度的KZ产量最高，达13.73 t/hm2，较同密度水平下的CK增产1.16 t/hm2。
表2 不同种植模式和种植密度下春玉米产量及构成因素Tab.2 The yield and components of spring maize under different planting patterns and planting densities
注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著。图1-5同。
Note： Different lowercase shows a significant difference at the 0.05 level. The same as Fig.1-5.
2.2 春玉米叶面积指数对种植模式和种植密度的响应
由图1可知，大兴屯试验区吐丝期各密度的整株叶面积指数均表现为KZ>CK，达到显著水平，以D1相差较大，KZ较CK高0.72；不同层位叶面积指数为穗位下差异不显著，除D1密度穗位上外，穗位和穗位上整体表现为KZ>CK，均达到显著水平。乳熟期除D1密度穗位下叶外，与吐丝期趋势基本相同，CK叶面积指数下降的幅度要大于KZ，以D3密度穗位上相差较大，CK叶面积衰减率达19.1%。
2.3 春玉米SPAD值对种植模式和种植密度的响应
由图2可知，春玉米SPAD值随着密度的增加整体呈下降趋势，除吐丝期D1、D2密度的穗位上叶2种种植模式间无显著差异外，其余各处理的各层位SPAD值均表现为KZ>CK，达到显著水平，D2密度下穗位差异最为明显，KZ 较CK高2.5；乳熟期穗位上部叶片和穗位下部叶片SPAD值随密度增加较吐丝期下降幅度增大，CK的穗部叶片SPAD值下降的幅度要大于KZ，且随密度的增加下降幅度增大。
图1 不同种植模式和种植密度下春玉米叶面积指数的比较Fig.1 Leaf area index (LAI) of spring maize under different planting patterns and planting densities
图2 不同种植模式和种植密度下春玉米SPAD值Fig.2 SPAD values of spring corn under different planting patterns and densities
2.4 春玉米冠层透光率对种植模式和种植密度的响应
由图3可知，乳熟期的冠层透光率在各个层位上均大于吐丝期，且2个时期的冠层透光率随测量高度的下降呈下降趋势；2个时期的冠层透光率随着密度的增加冠层透光率整体呈下降趋势，且在各个密度各个层位上均表现为KZ>CK，达到显著水平，乳熟期穗位下D3密度KZ较CK高2.7百分点。
图3 不同种植模式和种植密度下春玉米冠层透光率Fig.3 Canopy transmittance rate of spring corn under different planting patterns and densities
2.5 春玉米干物质积累量对种植模式和种植密度的响应
由图4可知，2个试验区的2种种植模式干物质积累量随密度增加均呈上升趋势，且均表现为吐丝后积累量大于吐丝前；2个时期各个处理的干物质积累量均表现为KZ>CK，达到显著水平；吐丝前的积累量以大兴屯D3密度相差最大，KZ较CK高3.7%，吐丝后以科右中旗D3密度相差最大，较CK高11.8%。由表3可知，2个地点各处理的干物质积累率均表现为吐丝后大于吐丝前，吐丝前2种种植模式的干物质积累率随种植密度总体呈下降趋势，吐丝后反之。不同种植模式间，吐丝后物质积累率除大兴屯试验区的D1密度下KZ
图4 不同种植模式和种植密度下春玉米干物质积累量Fig.4 Dry matter accumulation amount of spring corn under different planting patterns and densities
表3 不同种植模式和种植密度下春玉米器官干物质积累率Tab.3 Dry matter accumulation rate of spring corn under different planting patterns and densities%
2.6 春玉米干物质转运量对种植模式和种植密度的响应
由图5可知，2个试验区各个处理的转运量均表现为茎鞘>叶片；除科右中旗试验区的D2密度茎鞘的转运量差异不显著外，其余各个密度下，茎鞘的转运量均表现为KZ>CK，达到显著水平；叶片的转运量除科右中旗试验区在D1密度下差异不显著外，均表现为KZ>CK，达到显著水平；“茎鞘+叶片”总转运量比CK高6.20%～15.81%。
图5 不同种植模式和种植密度下春玉米干物质转运量Fig.5 Dry mass transport amount of spring maize under different planting patterns and densities
2.7 春玉米干物质转运率和籽粒贡献率对种植模式和种植密度的响应
由表4可知，2个试验区的茎鞘转运率随密度增加呈上升趋势，叶片转运率大兴屯试验区随密度增加先升后降，科右中旗试验区随密度增加呈下降的趋势；2种种植模式下，2个试验区除D1密度的茎鞘转运率KZ
表4 不同种植模式和种植密度下春玉米器官干物质转运率和籽粒贡献率Tab.4 The rate of dry matter transport rate and grains contribution of spring corn under different planting patterns and densities %
3 结论与讨论
不同株行距配置对产量的影响较大，多数研究表明，宽窄行种植具有增产效果[15-17]，也有少数研究表明，宽窄行种植产量有所下降[18]，研究结果不一致的主要原因可能与不同的生态区域有关，也可能与密度和品种有关。冯瑞云等[19]研究表明，宽窄行种植模式下紧凑型玉米品种最佳密度为6.75万株/hm2，产量可达11.49 t/hm2，平展型最佳密度为5.25万株/hm2，产量达10.94 t/hm2。西辽河平原灌区玉米种植密度在6.0～7.5万株/hm2，且仍有增密空间[20]。本研究表明，2个地点的产量在3个密度下均表现为KZ>CK，且达到显著水平，增产幅度在2.5%～15.1%，其中大兴屯宽窄行密度在D3时产量最高，达13.73 t/hm2。
花后干物质积累量、干物质转运率与产量之间存在极显著正相关[11]，王楚楚等[21]研究表明，合理的株行距配制下玉米干物质积累总量及各器官干物质向籽粒转移量、转移率及对籽粒的贡献率较为合理。蒲甜等[22]、余海兵等[23]研究表明，合理的行距配置可以显著增加生育后期干物质的积累量，提高干物质积累速率。相对于传统种植方式，宽窄行种植方式对提高作物生产能力和干物质积累有促进作用[24-25]，生育后期更为明显[16]。本研究表明，各时期干物质积累量均表现为KZ>CK，达到显著水平；吐丝后3个密度KZ的积累量较CK增加，这与宽窄行种植改善冠层的光分布结构，尤其是中下部冠层的光环境，产生的小气候效应减缓生育后期叶片衰老有关[26-27]。有研究指出，宽窄行种植后群体干物质积累较多，且器官干物质转运率和贡献率较高[28]。本研究中植株“茎鞘+叶片”的干物质总转运量比CK高6.20%～15.81%，且在各个密度下均达到显著水平；“茎鞘+叶片”转运对籽粒的贡献率在各个密度下也均表现为KZ>CK。可见，宽窄行种植下生育后期具有较强的物质积累能力且前期物质积累向籽粒中转运能力较强，是其产量较高的原因之一。
农村劳动力的缺乏加之玉米种植效益降低，节本增效是今后玉米栽培中的方向之一。节本之一是减少生产资料的投入，二是节约劳务支出。西辽河平原灌区是全国为数不多的井灌玉米区，灌溉条件下生育后期玉米容易出现脱肥现象，分次追肥是提高N肥利用效率的有效途径，常规的等行距种植模式后期追肥困难，宽窄行种植既有生育后期通风透光好的优势，又便于追肥、喷药、收获等田间管理，生产中宽窄行种植从种到收全程机械化配套较为成熟，可有效节约劳动力的投入，可推荐为西辽河平原灌区玉米栽培的主推模式之一。
