割苗对夏玉米生长发育、产量及抗倒伏性能的影响

李宾 于宁宁 王洪明 任佰朝 杨今胜 张吉旺

摘要：倒伏嚴重影响夏玉米的高产稳产，本研究旨在探讨割苗对夏玉米生长发育、产量和抗倒伏性能的影响。本试验2016年分别选用郑单958和DH618于三叶期（V3）割苗、登海618于拔节期（V6）割苗，2017年选用浚单20和登海605分别在V3和5叶期（V5）割苗。结果表明：与对照相比，割苗处理夏玉米的生育进程推迟2～8天;穗粒数和千粒重显著降低;V3割苗比对照产量降低0.7%～6.8%，V5割苗比对照产量降低18.9%～32.4%，割苗越晚产量降低越严重。割苗后夏玉米抗倒伏性能显著提高，并且V5割苗处理提升最显著：与对照相比株高降低6.9%～10.6%，穗位高降低16.5%～19.6%;基部第三节间茎秆穿刺强度提高30.1%～34.2%，节间长降低56.2%～58.6%;茎秆小维管束数、皮层厚度和硬皮组织厚度显著提高，并且V5割苗对其影响大于V3割苗。结论：割苗显著改善夏玉米茎秆形态学特征和力学特征，进而提高夏玉米抗倒伏能力;但是由于割苗后夏玉米生育期内光合产物减少，导致夏玉米产量显著降低，并且割苗越晚产量降低越严重，因此不宜在夏玉米生产中应用。

关键词：夏玉米;割苗;抗倒伏;产量;农艺性状

中图分类号：S513.01  文献标识号：A  文章编号：1001-4942（2019）06-0055-07

Abstract Lodging seriously affected the high and stable yield of summer maize. The experiment was conducted to investigate the effects of cutting seedlings on summer maize growth and development， yield and lodging resistance. In 2016， ZD958 and DH618 were used as materials to cut seedlings at the 3-leaf stage （V3） and 6-leaf stage （V6） respectively; and in 2017， XD20 and DH605 were used as materials to cut seedlings at V3 and 5-leaf stage （V5） respectively. Compared with the control， the growth process of summer maize was postponed for 2～8 days and the grain number per spike and the 1 000-grain weight were significantly lower under cutting seedling treatments. The yield of V3 treatment reduced by 0.7%～6.8%， and that of V5 treatment reduced by 18.9%～32.4% compared with the control. The later the seedling was cut， the more serious the yield reduced. After cutting seedlings， the lodging resistance of summer maize was significantly improved， and the V5 treatment had the most significant effect. Compared with the control， the plant height decreased by 6.9%～10.6%; the ear height decreased by 16.5%～19.6%; the stalk rind penetration strength increased by 30.1%～34.2%; the length of the third basal internode decreased by 56.2%～58.6%; the number of small vascular bundles， cortex thickness and rind thickness of the stem increased significantly， and the influence of V5 treatment on them was greater than that of V3 treatment. In conclusion， cutting seedlings could significantly improve the lodging resistance of maize plants by improving the morphological and mechanical characteristics of stem stalks. But cutting seedlings significantly reduced the yield of summer maize due to the reduction of photosynthetic production after cutting seedlings， and the later the seedlings were cut， the more serious the yield reduction was. So the treatment of cutting seedlings was not suitable in summer maize production.

Keywords Summer maize; Cutting seedling; Lodging resistance; Yield; Agronomic traits

合理增加种植密度是提高玉米产量的重要措施之一[1]，但种植密度的提高也会导致玉米群体内部个体间竞争加剧、茎秆细弱，进而增加玉米倒伏风险 [2]。据调查我国华北地区每年玉米倒伏率约为10%～20%，因倒伏造成的产量损失可达20% [3];孙世贤等（1989）[4]研究表明，每增加百分之一的倒伏率，玉米产量大约降低108 kg/hm2。

黄淮区域是我国重要的夏玉米生产区，玉米抽雄、灌浆期正值该区域高温、多风雨时节，一旦发生倒伏，会导致玉米产量严重降低。在当前高产栽培条件下，玉米前期冗余生长会限制作物高产潜力的发挥[5-8]。玉米苗期割苗可以降低玉米前期的冗余生长，提高产量。目前割苗在玉米、水稻和大麦等作物上已有初步研究。Hicks（1976）[9]研究了早期割苗对玉米生长发育和产量的影响，认为此方法可增产玉米 48%左右。张凤路等（2016）[10]研究发现，割苗后春玉米与对照相比产量增加，植株茎秆变细、硬度增加，株高降低，抗倒伏能力显著提高。

前人关于割苗对春玉米产量和抗倒伏性能的影响已有初步研究，但是关于割苗对夏玉米产量和抗倒伏能力影响的研究却鲜见报道。本试验选用4个玉米品种，设置不时期割苗处理，研究割苗对夏玉米生长发育、产量和抗倒伏性能的影响，以期探明黄淮海夏玉米生产中割苗是否增产及其生理机制。

1 材料与方法

1.1 试验地

本试验于 2016—2017年在山東农业大学试验农场进行。试验地为棕壤，播种前 0～20 cm土层有机质含量 12.26 g/kg、全氮0.80 g/kg、碱解氮116.51 mg/kg、速效磷44.12 mg/kg和速效钾85.22 mg/kg。

1.2 试验设计与方法

2016年供试玉米品种为郑单958（ZD958）和登海618（DH618），6月14日播种，公顷密度为75 000株，分别于玉米三叶期割苗（V3G）和六叶期割苗（V6G）。2017年选用登海605（DH605）、浚单20（XD20）均在三叶期割苗（V3G）和五叶期割苗（V5G）。 6月9日播种，公顷密度为75 000株。

割苗处理为用剪刀在玉米第一片叶和第二片叶之间将玉米苗剪断。肥料按 12 000 kg/hm2的产量水平施N 300 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 240 kg/hm2。氮肥为尿素（含N 46%），磷肥为过磷酸钙（含P2O5 17%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%）。氮肥拔节期施入40%、大喇叭口期施入 60%，磷肥和钾肥于播种前一次性施入。按高产田水平进行其它田间管理。

1.3 调查与测定方法

1.3.1 植株性状 成熟期各处理选取15株长势一致的代表性植株，测量株高和穗位高，计算穗位系数;同时测量茎秆基部第三茎节节间长、茎粗，取平均值。穗位系数=穗位高/株高×100%。

1.3.2 干物质积累 在大喇叭口期（V12）、抽雄（VT）、乳熟期（R3）和成熟期（R6），从每小区取 3～5 株长势均匀的植株105℃杀青1 h，再80℃烘至恒重，测量干物重。

1.3.3 叶面积指数 分别于V12、VT、R3和R6时期每处理选取15株长势一致的代表性植株，测其叶片长和宽，计算叶面积指数。单株叶面积=叶长×叶宽×0.75。叶面积指数=（单株叶面积×小区株数）/小区面积。

1.3.4 茎秆穿刺强度 （rind penetrometer resistance，RPR，简称穿刺强度） 用浙江托普仪器有限公司生产的YYD-1型茎秆强度测定仪测定，即将一定横断面积（如0.01 cm2）的测头，在茎秆节间中部垂直于茎秆方向匀速缓慢插入，读取穿透茎秆表皮的最大值，重复3次取平均值。

1.3.5 茎秆显微结构 各处理选取5个主茎，取茎秆地上第三节上中部约2.0 cm 长用卡诺固定，70%乙醇保存。采用徒手切片，番红染色，使用 Olympus BX51 荧光显微镜摄像系统观察茎秆内维管束结构，并照相[20]，计算各处理平均单株大、小维管束数目。同时测量皮层厚度、硬皮组织厚度。

1.3.6 测产与考种 每小区收取中间 3 行具有代表性的 30 个果穗自然风干，用于室内考种。 产量（kg/hm2）=公顷收获穗数×穗粒数×千粒重（g）/1000×[1-含水量（%）]/（1-14%）。

1.4 数据分析

试验数据采用 Microsoft Excel 2007 和 SPSS 10.0 软件进行统计分析及做图。

2 结果与分析

2.1 割苗对夏玉米生育进程的影响

由表1看出，割苗延迟了夏玉米生育进程。2016年，V3G处理的抽雄时间较对照（CK）推迟2天，V6G处理较CK推迟8天。2017年趋势与2016年基本一致，V3G处理的抽雄时间较CK推迟2天，V6G处理较CK推迟8天。

2.2 割苗对夏玉米产量及其构成因素的影响

由表2看出，割苗后夏玉米产量显著降低。2017年，与对照（CK）相比，XD20-V3G、XD20-V5G、DH605-V3G和DH605-V5G产量分别降低0.7%、18.9%、6.8%和32.4%。可见，割苗对两品种产量的影响一致，并且割苗越晚，产量降低越严重。割苗对产量构成因素有显著影响：割苗后千粒重显著降低，XD20割苗越晚下降越严重;割苗后穗粒数也显著降低，并且割苗时间越晚下降越多。2016年割苗对夏玉米产量及构成因素的影响趋势与2017年较为一致。

2.3 割苗对夏玉米干物质积累的影响

由图1看出，割苗显著降低各生育时期夏玉米的干物质积累量。2017年，与CK相比， XD20-V3G处理在V12、VT、R3和R6期干物质积累量分别降低57.6%、41.9%、16.4%和7.9%，V5G分别降低76.6%、65.7%、26.7%和9.00%;DH605-V3G在V12、VT、R3、R6期干物质积累量分别降低23.2%、34.8%、18.7%和16.2%，V5G分别降低71.1%、67.8%、32.8%和20.2%。可见割苗越晚，夏玉米干物质积累量下降越严重，DH605较XD20的干物质积累量下降更严重。

2.4 割苗对夏玉米叶面积指数的影响

由图2看出，割苗后夏玉米叶面积指数显著下降。2016年VT时期，与CK相比ZD958-V3G和DH618-V6G叶面积指数分别降低12.9%、47.4%。2017年VT时期XD20-V3G和XD20-V5G叶面积指数分别降低27.5%和47.9%;DH605-V3G和DH605-V5G叶面积指数分别降低27.5%和53.2%。可见割苗降低了夏玉米叶面积指数，并且割苗时间越晚下降越严重。

2.5 割苗对夏玉米株高和穗位高的影响

由表3看出，割苗后4个品种的株高和穗位高均有不同程度降低。2017年，与CK相比，XD20-V3G和V5G处理的株高分别降低1.5%和6.9%;DH605-V3G和V5G处理的株高分别降低6.9%和10.6%。2017年，与CK相比，割苗后XD20-V3G和V5G处理的穗位高分别降低11.1%和19.6%;DH605-V3G和V5G处理的穗位高较CK分别降低15.4%和16.5%。2016年与2017年的株高和穗位高结果基本一致。

2.6 割苗对茎秆基部第三茎节形态及其穿刺强度的影响

由表4看出，割苗后显著缩短了夏玉米基部第三节间长。2017年，与CK相比，XD20-V3G和V5G处理的基部第三节间长分别降低27.5%和58.6%，DH605-V3G和V5G处理的基部第三节间长分别降低26.3%和56.2%。

割苗后显著提高夏玉米基部第三节茎秆穿刺强度。2017年，与CK相比，XD20-V3G和V5G处理的基部第三节茎秆穿刺强度分别提高10.9%和30.1%;DH605-V3G和V5G处理的基部第三节茎秆穿刺强度分别提高24.4%和34.2%。

割苗后夏玉米基部第三节茎粗略微上升。2017年，与CK相比，XD20-V3G和V5G处理的基部第三节茎粗分别提高1.64%和8.24%;DH605-V3G和V5G处理的基部第三节茎粗分别提高3.17%和12.39%。

2016年割苗后夏玉米基部第三节节间长缩短，茎秆穿刺强度上升。该趋势与2017年基本一致。

2.7 割苗对夏玉米茎秆显微结构的影响

由表5、图3看出，割苗后夏玉米茎秆皮层厚度显著上升。与CK相比，XD20-V3G和V5G处理皮层厚度分别上升7.90%和14.31%;硬皮组织厚度分别上升27.48%和38.93%;单株维管束总数分别上升8.91%和9.14%，小维管束数分别提高12.17%和13.44%，大维管束数无显著性差异。与CK相比，DH605的V3G和V5G处理皮层厚度上升5.68%和11.81%;硬皮组织厚度分别上升1.41%和4.23%;单株维管束总数、小维管束数无显著性差异，大维管束数显著低于CK。

3 讨论

3.1 割苗对夏玉米产量的影响

干物质积累是夏玉米籽粒产量形成的基础[11]。割苗后延迟夏玉米生育进程，叶片受到损伤，叶片数减少，叶面积指数显著低于对照处理，植株光合作用强度降低，同化物的积累减少，夏玉米干物质积累量显著低于对照[12]。本研究表明，割苗后夏玉米抽雄期较对照推迟，叶面积指数显著降低，干物质积累量显著降低，并且五叶期割苗较三叶期割苗对夏玉米生长发育影响更大。

图3 夏玉米茎秆显微结构

据报道，割苗后春玉米死苗率降低，使得密度高于对照，同时由于割苗后植株的超补偿效应增加了灌浆强度和灌浆时间，使千粒重显著增加，最终使春玉米产量显著提高[9-13]。但是曹彩云等[12]研究表明，夏玉米在三叶期割苗减产较对照不显著，六叶期割苗较对照产量降低2.4%～25.0%。本研究表明割苗后夏玉米穗粒数和千粒重显著降低，五叶期割苗较三叶期割苗两者降低更多。春玉米和夏玉米割苗后产量出现差异的原因可能是夏玉米生育期内的气候条件与春玉米不同所导致，但具体机理还需进一步探究。

3.2 割苗对夏玉米茎秆形态和功能的影响

夏玉米株高、穗位高、基部第三节间长、茎粗对植株抗倒性都有显著性影响[14]。本研究表明，割苗后夏玉米株高和穗位高显著降低，且随着割苗时期的延后两者降幅增大，说明割苗可降低夏玉米重心、增加夏玉米抗倒伏能力。基部第三节间的长和粗，与夏玉米的抗倒性显著相关[15]。研究表明，割苗后夏玉米基部第三节间长显著缩短，茎粗增加，并且随着割苗时间的延后，缩短和加粗的幅度越大，这使夏玉米抗倒伏性能显著提高。茎秆穿刺强度是衡量夏玉米抗倒性的一个良好指标，与夏玉米抗倒性呈显著正相关[16，17]。研究表明，割苗后茎秆穿刺强度显著升高，同时越晚割苗茎秆穿刺强度提升越大。

抗倒伏能力强的玉米品种茎秆内机械组织发达，硬皮组织厚，维管束数目和质量高[18]。莖秆硬皮组织厚度、维管束及其周围机械组织面积大小与倒伏率呈极显著负相关[19]。本研究表明，割苗显著提高了茎秆皮层厚度和硬皮组织厚度，并且割苗时间越晚两者提升越显著，因此割苗后夏玉米茎秆强度上升可能与皮层厚度和硬皮组织厚度的提高有关。

综上所述，割苗可以显著提高黄淮海夏玉米的抗倒伏能力，但同时会导致夏玉米产量显著降低，所以不宜在夏玉米生产中应用。

4 结论

割苗后夏玉米株高、穗位高降低，茎秆基部第三茎节变短，茎秆穿刺强度提高，硬皮组织厚度提高进而显著增加了夏玉米的抗倒伏能力，降低夏玉米倒伏的风险。但是，割苗推迟夏玉米抽雄期，穗粒数和千粒重显著下降，导致产量降低。因此，割苗在夏玉米生产中不宜应用。

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