冀东地区玉米宜机收品种的增密增产效应研究

(河北科技师范学院农学与生物科技学院，河北 秦皇岛 066600)

玉米籽粒机械化收获是玉米生产发展的重要方向。目前黑龙江、内蒙古东北部和新疆北疆地区已经实现玉米从种植到收获的全程机械化[1]，而河北省特别是冀东地区玉米生产机械化程度较低。品种耐密性差、收获时籽粒含水量高造成籽粒破碎，是限制冀东地区实现籽粒直收的重要原因[2-3]。研究表明，提高种植密度是实现玉米增产的重要因素之一，也是实现玉米增产的重要农艺措施[4-6]。在一定范围内提高玉米品种的耐密性从而提高玉米产量已得到广泛认可[7-8]。相同密度条件下，穗粒数和粒重是实现玉米高产的关键因素，籽粒灌浆速率和灌浆时间共同决定了品种粒重[9-11]。选育持绿型玉米品种是延长品种光合时间获得高产的重要手段之一。然而，持绿型品种后期脱水速率较慢，籽粒含水量高，无法实现机械化收获。因此，通过调控栽培技术手段协调籽粒灌浆速率、灌浆时间与脱水速率之间的关系是实现机械化籽粒直收技术的关键所在。

本试验利用2016年和2017年筛选的在冀东地区立杆特性表现较好的玉米品种为试材，进一步进行品种耐密性试验，研究增密条件下不同品种灌浆过程中百粒干重、百粒鲜重、灌浆速率以及脱水速率的差异及相关性以及不同玉米品种灌浆和脱水特性的关系，为筛选耐密性好，适宜冀东地区机收玉米杂交种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在河北省秦皇岛市昌黎县进行。试验地质地为中壤，土壤中有机质21.54 g·kg-1，碱解氮134.67 mg·kg-1，速效磷10.58 mg·kg-1，速效钾85.02 mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试品种为京农科828、迪卡516、郑单958和MC 812。

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，密度为主区，品种为副区。其中，密度设3个水平，即60 000株·hm-2、75 000株·hm-2和90 000株·hm-2。采用随机区组设计，3次重复。6行区，行长20 m。机械化播种，田间管理同当地生产田。

表2 密度对供试品种产量的影响

注：小写字母代表p=0.05水平上的差异显著性分析。

1.4 调查项目与方法

1.4.1产量的测定

在玉米成熟期，每个小区选取1个有代表性的样点，每个样点的大小为3 m双行，记录样点内空秆株数、双穗株数、总株数、穗粒重。

玉米收获穗数=种植密度×(1+双穗率-空秆率)；

玉米产量=(千粒重/1 000)×穗粒数×收获穗数。

1.4.2产量构成因素的测定

每个小区连续收获20个玉米果穗，风干后考种，记录每个玉米果穗的穗行数、行粒数、穗长、穗粗和秃尖长，进行脱粒称量千粒重。

1.4.3灌浆参数

吐丝前选择生长健壮一致且具有代表性的植株标记。自吐丝后5 d起开始取样，第1次取样间隔5 d，以后每7 d取样1次，直至成熟。每次从各小区选取3个果穗，每穗取中部籽粒，共100粒。在室内测得百粒鲜重、干重和体积。并在Excel软件中计算百粒籽粒含水率、灌浆速率和脱水速率等指标。

籽粒含水率=[籽粒鲜重(g)-籽粒干重(g)]/籽粒鲜重(g)×100%；

籽粒灌浆速率=2次取样籽粒干重差(g)/2次取样相隔天数(d)；

籽粒脱水速率=2次取样籽粒含水率之差(%)/2次取样相隔天数(d)。

以吐丝后天数(t)为自变量，百粒重(W)为因变量，用Logistic方程W=K/(1+ea-bt)拟合玉米籽粒灌浆过程，计算相应的灌浆参数。其中，K为百粒重潜力值，a、b为参数。

表1 各种灌浆参数表述及计算方法

1.4.4数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件和DPS 7.05软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 密度对春玉米产量的影响

对不同密度条件下的品种产量进行比较(表2)，除MC 812和京农科828外，随着种植密度的增加，不同品种的产量均呈先升高后降低的趋势。郑单958和迪卡516均在75 000株·hm-2密度下产量达到最大值；MC 812在60 000株·hm-2密度下产量达到最大值；京农科828在90 000株·hm-2密度下产量达到最大值。在75 000株·hm-2密度下，郑单958比迪卡516产量高46.06%，差异达到极显著水平。

表3 密度对产量构成因素的影响

表4 60 000株·hm-2密度下产量构成因素与产量的相关分析

2.2 产量构成因素

对不同密度下的产量构成因素进行比较(表3)，随着密度的增加，穗行数和行粒数呈下降趋势，秃尖长随密度的变化不明显。MC 821随着密度的增加，各项产量构成因素均呈下降趋势。在75 000株·hm-2密度下，MC 812的千粒重较郑单958、迪卡516和京农科828分别高出15.43%、17.60%和9.41%，差异达到显著水平；郑单958的穗粒数较MC 812、迪卡516和京农科828分别高出25.47%、32.24%和41.90%，差异达到极显著水平。在增密条件下进一步协调产量构成因素之间的关系是实现高产的重要手段。

2.3 产量构成因素与产量的相关分析

由表4、表5可知，低密度下，除秃尖长外，各产量构成因素与产量均呈正相关相关；高密度下，秃尖长和千粒重与产量呈负相关关系，说明种植密度高导致千粒重下降明显，高密度下，总穗数增加使调控产量上升的重要原因，弥补了百粒重降低造成的产量损失。同时也可能与品种的耐密性有关。

2.4 灌浆速率

由图1、图2可知，籽粒灌浆期间百粒重呈“慢-快-慢”的S型变化趋势。籽粒灌浆前期，各品种百粒重均在60 000株·hm-2密度条件下增长最快；灌浆后期百粒重增长速度有所改变。吐丝后59 d，MC 812百粒重在60 000株·hm-2密度下达到最大；郑单958、迪卡516和京农科828百粒重均在75 000株·hm-2密度下达到最大。籽粒灌浆速率呈“先升后降”的单峰曲线。MC 812在75 000株·hm-2密度下达到最大灌浆速率；郑单958和迪卡516在90 000株·hm-2密度下达到最大灌浆速率；京农科828在60 000株·hm-2密度下达到最大灌浆速率。京农科828在60 000株·hm-2密度下到达最大灌浆速率的时间最早，在吐丝后10～17 d内，其余品种及密度到达最大灌浆速率的时间均在吐丝后17～24 d之间。

2.5 灌浆参数

表5 900 00株·hm-2密度下产量构成因素与产量的相关分析

图1 密度对供试品种百粒干重的影响

在60 000株·hm-2密度条件下，MC 812灌浆速率最大时的生长量以及渐增期、快增期和缓增期的粒重增量均达到最大；在75 000株·hm-2密度条件下，郑单958、迪卡516和京农科828灌浆速率最大时的生长量以及渐增期、快增期和缓增期的粒重增量均达到最大。

2.6 脱水速率

如图3所示，不同密度条件下，随着吐丝天数的增加，不同玉米品种的籽粒脱水速率均呈现显著下降的趋势。MC 812的籽粒脱水速率在吐丝后的10～17 d急剧下降，郑单958和迪卡516籽粒脱水速率在吐丝后的10～31 d下降较快，京农科828的籽粒脱水速率在吐丝后的10～38 d下降较快，且脱水速率较高。迪卡516、郑单958和京农科828的籽粒脱水速率均在60 000株·hm-2密度下较高，随着密度的增加，籽粒脱水速率降低。MC 812在75 000株·hm-2密度下脱水速率较高。对不同品种间的籽粒脱水速率进行比较，60 000株·hm-2密度下，京农科828的平均籽粒脱水速率较郑单958、迪卡516和MC 812的平均籽粒脱水速率分别高出36.48%、15.81%和6.16%，差异未达到显著水平。

图2 密度对供试品种灌浆速率的影响表6 不同密度下各品种籽粒灌浆参数

灌浆参数密度/(株·hm-2) MC812 郑单958 迪卡516 京农科828 600007500090000600007500090000600007500090000600007500090000k37.2334.9335.5828.4630.5328.3632.4133.8830.2135.1638.4335.34a26.5831.1720.3226.9840.4847.3916.1217.9333.2427.9415.6042.68b0.140.150.120.130.130.150.120.110.140.160.100.15lna3.283.443.013.303.703.862.782.893.503.332.753.75Tmax24.0522.7324.5424.7628.2725.8323.7226.6525.7620.7726.8825.52Wmax18.6217.4717.7914.2315.2614.1816.2116.9415.1117.5819.2217.67Rmax1.271.321.090.951.001.060.950.921.031.410.981.30t115.7115.2215.2816.2119.5918.2214.0216.1517.4013.6815.7617.79t232.3830.2533.8133.3036.9633.4433.4237.1534.1227.8738.0133.25t357.7453.1061.9959.2863.3856.5862.9369.0859.5549.4471.8556.76T115.7115.2215.2816.2119.5918.2214.0216.1517.4013.6815.7617.79T216.6715.0318.5317.0817.3715.2219.4021.0016.7214.1922.2515.46T325.3522.8628.1825.9826.4223.1529.5131.9325.4321.5733.8423.51T57.7453.1061.9959.2863.3856.5862.9369.0859.5549.4471.8556.76w19.048.488.646.917.416.897.878.237.348.549.338.58w228.1926.4526.9421.5423.1121.4724.5425.6522.8726.6229.1026.75w336.8634.5835.2228.1730.2228.0832.0933.5429.9134.8138.0534.98W19.048.488.646.917.416.897.878.237.348.549.338.58W219.1517.9618.2914.6315.7014.5816.6717.4215.5418.0819.7618.17W38.678.138.286.637.116.607.557.897.048.198.958.23R0.640.660.570.480.480.500.520.490.510.710.530.62R10.580.560.570.430.380.380.560.510.420.620.590.48R21.151.200.990.860.900.960.860.830.931.270.891.18R30.340.360.290.260.270.290.260.250.280.380.260.35P42.8640.0050.0046.1546.1540.0050.0054.5542.8637.5060.0040.00

图3 密度对脱水速率的影响

图4 百粒重与灌浆速率的相关分析

2.7 粒重与灌浆速率的相关性分析

由图4可知，利用二次多项式方程y=ax2+bx+c对不同密度的百粒重和灌浆速率的相关性进行拟合，结果表明4个品种的百粒重和灌浆速率均呈二次相关，MC 812的相关系数R2在0.944 7～0.962 6之间，郑单958的相关系数R2在0.938 4～0.954 1之间，迪卡516的相关系数R2在0.949 6～0.968 8之间，京农科828的相关系数R2在0.940 9～0.972 4之间。MC 812在60 000株·hm-2、75 000株·hm-2和90 000株·hm-2密度下的百粒重分别为26.839、19.140 g和24.481 g时达到各密度的最大灌浆速率值为1.183、1.258 g·(百粒·d)-1和1.042 g·(百粒·d)-1，郑单958的百粒重分别为13.505、13.954 g和19.397 g时达到各密度的最大灌浆速率值为0.862、0.979 g·(百粒·d)-1和1.021 g·(百粒·d)-1，迪卡516的百粒重分别为16.474、20.848 g和20.269 g时达到各密度的最大灌浆速率值为0.905、0.904 g·(百粒·d)-1和0.995 g·(百粒·d)-1，京农科828的百粒重分别为22.033、23.188 g和24.419 g时达到各密度的最大灌浆速率值，为1.373、0.970 g·(百粒·d)-1和1.246 g·(百粒·d)-1。

图5 百粒重与脱水速率的相关分析

2.8 百粒重与脱水速率的相关分析

由图5可知，不同密度下4个品种的百粒重和脱水速率均呈负相关关系，即随着百粒重的增加，脱水速率呈现下降趋势。MC 812的相关系数R2在0.362～0.830 9之间，郑单958的相关系数R2在0.183 8～0.397 7之间，迪卡516的相关系数R2在0.270 3～0.736 3之间，京农科828的相关系数R2在0.141 9～0.938 9之间。灌浆前期，各品种的脱水速率均呈急速下降趋势，当MC 812在60 000株·hm-2、75 000株·hm-2和90 000株·hm-2密度下的百粒重分别为26.839、19.140 g和24.481 g，郑单958的百粒重分别为13.505、13.954 g和19.397 g，迪卡516的百粒重分别为16.474、20.848 g和20.269 g，京农科828的百粒重分别为22.033、23.188 g和24.419 g时，籽粒后期的脱水速率呈缓慢下降趋势。

3 结论与讨论

随着玉米耐密型品种的选育和大面积推广，玉米机械化收获程度也在不断增加。但在实际应用中也存在品种整齐度不一致，倒伏倒折现象严重，籽粒含水量高等问题，导致机收过程中落穗、落粒及籽粒破损严重[12-13]。冀东地区相对机械化水平仍然较低，如何在提高品种种植密度的同时，满足机械化生产的要求，是栽培生产调控中亟待解决的问题。玉米产量由单位面积穗数、穗粒数和千粒重共同决定。本研究表明，冀东地区，郑单958、京农科828、迪卡516的最适种植密度为75 000株·hm-2时，达到产量最大值；MC 812的最适种植密度为60 000株·hm-2时，达到产量最大值，说明在冀东地区郑单958、京农科828和迪卡516的耐密性高于MC 812。

灌浆特性是影响玉米产量的重要因素，灌浆期的长短和灌浆高峰期持续时间及灌浆强度的大小决定了玉米籽粒干物质积累的多少[14]。王铁固等[15]研究表明，种植密度对玉米灌浆前期的影响较大，后期影响较小，低密度下单株的灌浆速率较高，随着种植密度增加单株的灌浆速率有所下降。本试验结果表明，不同密度条件下，随着吐丝后天数的增加，玉米灌浆速率均呈“先升后降”的单峰曲线变化。MC 812在75 000株·hm-2密度条件下灌浆速率最大，但60 000株·hm-2密度条件下渐增持续期较长，且缓增期灌浆速率下降较慢，此期干物质积累较多，最终使得MC 812在60 000株·hm-2密度条件下百粒重最大；郑单958和迪卡516在90 000株·hm-2密度条件下灌浆速率最大，但75 000株·hm-2密度条件下渐增持续期较长，且缓增期灌浆速率下降较慢，此期干物质积累较多，最终使得郑单958和迪卡516在75 000株·hm-2密度条件下百粒重最大；京农科828在60 000株·hm-2密度条件下灌浆速率最大，但是最大灌浆速率出现的时间较早，缓增期灌浆速率下降较快，而75 000株·hm-2密度条件下渐增持续期较长，且缓增期灌浆速率下降较慢，最终使得京农科828在75 000株·hm-2密度条件下百粒重最大。本试验结果与张文斌等[16]研究结果较为一致。

灌浆速率与脱水速率呈单峰二次曲线变化，在最适密度条件下，MC 812、郑单958、迪卡516和京农科828含水量分别为44.14%、45.31%、46.82%和61.53%时，灌浆速率达到最大值。在整个灌浆过程中，各品种含水率变化基本趋于一致，郑单958的含水率显著高于迪卡516、MC 812和京农科828，说明郑单958从开始就保持较高的脱水速率。因此，提高玉米产量可以从栽培和育种两方面入手。在栽培调控水平上，当含水率在44.14%至61.53%时是籽粒灌浆速率的最快时期，因此保证此时的水肥供应较为重要。