遮荫对春玉米根系发育及产量形成的影响

胡海军， 吴亚男， 鄂 洋2， 蒋 琪， 高智席， 赵 君

(1.遵义师范学院， 贵州 遵义 563006； 2.沈阳农业大学， 沈阳 100866)

东北地区是我国粮食生产的主产区，玉米播种面积常年约为149万hm2，在我国粮食生产中具有举足轻重的地位[1]。近年来，由于春玉米生育中后期阴雨天数增多，长期弱光寡照致使玉米生长发育受阻，造成秃尖现象严重，甚至空秆，从而导致玉米产量大幅度降低。前人关于遮荫对黄淮海地区玉米生长发育的研究相对较多，但对东北地区遮荫条件下玉米根系及产量的研究鲜有报道[2-7]。本试验以丹玉402、丹玉405、沈玉21和先玉335四个主栽春玉米品种为试验材料，研究东北地区遮荫条件对根系形态指标和干重、营养物质积累与分配及产量变化，旨在揭示弱光寡照造成玉米产量降低的作用机理，以期为不同玉米品种的推广种植及高产、稳产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

玉米品种：丹玉402(DY 402)、丹玉405(DY 405)、沈玉21(SY 21)和先玉335(XY 335)。

1.2 试验设计

试验于沈阳农业大学实验基地进行。5月23日播种，9月24日收获。单株室外盆栽，盆钵直径33cm，高28 cm，每盆填装15 kg草甸棕壤，施优质农家肥1 000 g作基肥，尿素2.5 g、磷酸二铵4.2 g、KCl 5.4 g作种肥，拔节期追施尿素5 g。盆钵按大垅双行排列，大垅行距66 cm，双行行距33 cm，株距33 cm。分别于穗期(即拔节到抽雄吐丝期，ES)和花粒期(即抽雄吐丝至成熟期，GS)进行50%遮荫处理，以正常光照为对照(ck)，各处理的测量指标均于8月中下旬(乳熟期)统一测量。

表1 不同时期、不同品种春玉米遮荫对根系生长的影响

处理根长/cm根表面积/cm2根系直径/cm根系体积/cm3根系干重/g遮荫时期ck50572.82Aa15323.45Aa1.02Aa438.41Aa21.58AaES28500.90Cc6596.96Bb0.87Cc128.25Bc11.59BbGS33829.79Bb8418.91Bb0.92Bb177.49Bb17.06ABa品种DY40243512.19Aa12302.94Aa0.94Bb316.30Aa18.91ABaDY40532584.37Cc9888.23ABb0.95Aa272.34Aab14.02CbSY2138297.45Bb9228.01ABb0.93Cc211.68Ab14.81BCbXY33536144.00BCbc9033.25Bb0.92Dd191.87Ab19.23Aa

注：表中小写字母表示0.05水平显著差异，大写字母表示0.01 水平差异极显著(n=3)。下同。

1.3 调查及测定指标

灌浆前期，每处理选取3株，将植株贴地削断，分别取地上部和地下根系样品。采用长宽系数法测定叶面积，而后将茎、叶、鞘、雌穗分开，于烘箱105 ℃杀青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重称其干重，计算地上部干物质重。根系用水漂洗，洗净泥土后将超过3 mm 的根系全部拣出，用蒸馏水冲洗干净，用吸水纸吸去多余水分，装入密封袋，带回室内贮存于4 ℃冰箱中，用Epson Perfection V 700 型根系扫描仪测定根长、根表面积、根体积、根直径等根系形态指标。已测定形态指标的根系，于100 ℃干燥箱内杀青30 min，然后在80 ℃条件下连续烘干48 h 称干重，计算地下部生物量。

收获时，选取具有代表性玉米10株，测定籽粒产量。

1.4 统计分析方法

模型模拟及方差分析均采用DPS软件、Excel统计分析软件进行。

2 结果与分析

2.1 遮荫对春玉米根系生长的影响

由表1可知，遮荫处理后，玉米根系的形态指标均呈明显的下降趋势，尤其是根长、根系直径和根系体积，且穗期遮荫处理较粒期遮处理下降幅度更为明显；遮荫处理后，根系表面积和根系干重也呈一定的降低趋势，与对照相比，降低幅度分别为56.95%～45.06%和46.29%～20.95%，差异均达显著水平。由此说明，遮荫处理对春玉米不同生育时期根系生长的影响各不相同，且穗期玉米根系对遮荫的反应更为敏感。

由表1还可以看出，遮荫条件下，不同玉米品种间根系的形态指标无明显的变化规律，但生长均受到不同程度的抑制作用。相同处理条件下，DY 402根系各个指标受遮荫影响相对较小，对弱光寡照的适应性综合表现强；XY 335根系直径受遮荫抑制作用明显，但可以通过增加根长调整根系体积和根系表面积对弱光的适应性，使得根系干重维持在较高水平，具有较好的自调能力，对弱光寡照的适应性亦较强。

2.2 遮荫对春玉米干物质分配的影响

由图1可以看出，遮荫处理后，玉米茎秆所占比重呈增加的变化趋势，鞘和叶无明显的变化。此外，雌穗对遮荫反应更为敏感，且品种间存在一定差异，其干物质分配的降低幅度为38.45%～65.06%，这说明遮荫对玉米雌穗干物质积累的影响更为明显，是造成后期产量降低甚至是空秆现象的主要原因。

图1 遮荫对春玉米干物质分配的影响

2.3 遮荫对春玉米地上部分的影响

由表2可知，遮荫处理后，玉米茎干重呈明显的上升趋势，最高可达74.55 g，较对照增加了23.33%，差异达极显著水平；雌穗干重明显降低，其变化幅度为-25.21～21.15 g，较对照降低了52.52%～43.82%，差异均达极显著水平。穗期遮荫处理，叶干重、叶面积和鞘干重均呈明显下降的趋势；粒期遮荫处理，叶干重和叶面积则略有上升，但叶干重和鞘干重与对照均无明显差异。不同春玉米品种对遮荫处理的表现为DY 402茎秆干重、叶干重、鞘干重和叶面积均最大，而雌穗干重最低；其次为DY 405、SY 21和XY 335。由此可见，粒期遮荫造成玉米地上部分营养器官生长过于旺盛，源大、流滞使得库的最终累积量降低，雌穗干重虽高，但最终结实率较低。这说明，遮荫在一定程度上会造成玉米徒长，籽粒中干物质的累积效率降低，产量下降。

表2 不同时期、不同品种春玉米遮荫对地上部分的影响

处理茎干重/g雌穗干重/g叶干重/g鞘干重/g叶面积/cm2遮荫时期ck60.45bB48.27aA50.86aA26.18aA8204.24aABES70.06aAB23.06bB43.60bB20.40bB7194.82bBGS74.55aA27.12bB51.27aA25.05aA8669.05aA品种DY40275.35aA22.20cC55.20aA26.59aA8541.70aADY40568.98bAB25.12cBC49.02bB23.07bBC8058.15bABSY2166.70bcB36.33bAB43.06cC21.40dC7740.63bBXY33562.39cB47.62aA47.03bBC24.45bB7750.34bB

表3 不同时期、不同品种春玉米遮荫对产量的影响

处理产量/(kg·hm-2)ⅠⅡⅢ均值比ck±/%DY402ck9622.1010389.929412.379808.13aAES8339.748270.037913.068174.27bB16.66GS6175.086765.416486.746475.74cC33.98DY405ck9527.809935.159760.839741.26aAES5805.196484.955823.526037.89bB38.02GS5425.346289.246326.536013.70bB38.27SY21ck12428.0112916.9212447.8012597.58aAES10125.2110123.769509.979919.65bB21.26GS8073.418464.017631.088056.17cC36.05XY335ck10150.8711336.9010975.3010821.02aAES7800.318054.617076.787643.90bB29.36GS8019.987831.138039.807963.64bB26.41

2.4 遮荫处理对春玉米产量的影响

由表3可知，遮荫处理后，不同品种春玉米的产量均呈明显下降的变化趋势。穗期遮荫处理，玉米产量降低幅度16.66%～38.02%，不同品种玉米产量表现出的强弱顺序为：XY 402>SY 21>XY 335>DY 405；粒期遮荫处理，玉米产量降低幅度26.41%～38.27%，不同品种玉米产量表现出的强弱顺序为：XY 335>XY 402>SY 21>DY 405。整体而言，粒期遮荫处理对玉米产量的影响较穗期更为明显，但XY 335和DY 405对不同生育时期的遮荫处理未表现出明显的产量差异，其中DY 405的产量降幅最大。由此可以看出，就产量而言，XY 335对弱光寡照表现出较强的生态适应性，DY 405对弱光寡照的反应最为敏感。

3 结论与讨论

本研究表明，不同时期的遮荫处理对玉米根系形态指标的影响均呈现一定下降趋势，且穗期较粒期对遮荫反应更为明显。遮荫对玉米根系的影响因品种不同而略有差异，其中DY 402根系受遮荫影响相对较小，但地下部分生长过于旺盛，影响了地上干物质的积累与产量形成，进而造成产量的下降。

玉米产量的形成是“源库流”整体协调的结果。研究结果表明，遮荫处理条件下，SY 21和XY 335均能维持较大的叶干重，利于叶片进行光合作用与干物质的积累，从而保持较高的产量，但SY 21前期营养物质积累过多，致使茎叶徒长，地下根系过于庞大，自我调节能力较差，进而影响了后期营养物质向生殖器官的转移，致使玉米雌雄穗花期不遇，籽粒不能受精，结实率降低，减产幅度较大。农业生产实践应因时因地，选择适应本地区温光资源的品种，使品种潜力发挥最大，进而实现高产稳产。