不同密度和行距对玉米生长特性、产量和籽粒营养成分的影响

董伟欣 ，韩立杰，张月辰＊

（1.河北广播电视大学农学院，石家庄 050080；2.河北农业大学农学院，河北省作物生长调控重点实验室，河北 保定 071001）

玉米是我国主要粮食作物，玉米生产主要采用种植耐密品种和增施肥料实现增产，通过种植方式调节个体分布有效提高种植密度而获得高产，合理的玉米生产群体结构是高产基础，设置不同密度和种植方式调节群体结构为常用手段。

密度和行距配置研究较多，范龙秋研究发现，增大种植密度，株高和穗位高逐渐升高且等行距优于宽窄行，茎粗变细，但宽窄行优于等行距，叶面积指数在宽窄行和高密度下最大，干物质积累随密度增高而降低，高密度宽窄行100 cm+50 cm配置下干物质积累量最高，在高密度下宽窄行66.6 cm+33.3 cm配置更利于干物质积累[1]。王静静等研究证实宽窄行种植有效提高群体光能利用效率，增加植株各部位干物质积累；密度和行距配置与叶片生理指标密切相关[2]。白志英等研究发现，随密度增加，玉米穗位叶片叶绿素含量降低，光合作用下降，先玉335较郑单958差异显著[3]。陈传永等研究表明，随密度增加玉米各器官可溶性糖和蛋白质含量呈递减趋势[4]。田畅等研究不同种植方式却表明，90 cm+40 cm种植方式对叶片可溶性糖和蛋白含量无显著影响[5]。良好的冠层结构可改善光能利用效率，韩晨光研究表明，宽窄行种植方式下，叶面积指数升高，光合作用增强[6]。侯彤瑜通过调整株距与行距发现，改善玉米冠层结构，提高植株对太阳辐射截获量[7]。史振声等研究也表明，合理的冠层结构可提高玉米株型调节能力，改善叶片结构，提高光能利用效率，提高产量[8]。不同密度和行距配置显著影响玉米产量，吴霞等研究表明，合适的种植方式和密度可改善田间小气候，提高产量[9]。Hamidia 等研究表明，随密度升高，单株产量降低造成产量下降[10]。籽粒脂肪、蛋白质、淀粉含量是代表玉米籽粒营养品质的重要指标[11]。张吉旺等研究发现，随密度增加粗蛋白表现先升后降的变化[12]。而金海燕等研究认为，等行距和宽窄行种植方式下，随密度增大先玉335粗蛋白含量逐渐增加，大于10.5 万株·hm-2后显著降低，郑单958则表现为大于7.5万株·hm-2，粗蛋白含量增加[13]。王萌等研究也发现，密度和种植方式对玉米籽粒粗蛋白和粗脂肪含量无显著影响，但9.3万株·hm-2密度下，可溶性糖和蔗糖含量显著降低[14]。顾万荣等研究高、中、低3种密度对籽粒营养成分的影响表明，随密度增加，玉米品种“丰禾1”籽粒粗蛋白和粗脂肪含量降低，总淀粉含量升高，但郑单958 却随密度增大，粗蛋白含量下降，脂肪含量上升，总淀粉含量呈先减后增趋势[15]。

综上所述，种植方式和密度对玉米生长特性、产量和籽粒营养成分研究较多，但缺乏高产玉米品种先玉335采用不同种植方式和密度对生长特性、群体生理指标、产量和籽粒主要营养成分影响的系统研究。河北省新乐市及周边地区生产上主要以等行距和宽窄行种植为主，为进一步探索玉米增产和品质提高途径，本试验选取等行距和宽窄行两种种植方式，分别设置3个密度，重点系统研究植株生长特性、穗位叶生理指标、产量和籽粒主要营养成分，并分析不同种植方式和密度下各项指标变化情况，旨在探索不同群体结构各项指标变化与产量和籽粒营养成分关系，探究河北省山前平原区玉米轻简高效栽培方式，为当地高产栽培提供理论和实践参考。

1 材料与方法

1.1 试验地情况

本试验于2019年在河北省新乐市木村乡中同村（河北省山前平原区）完成，试验地土壤为壤土，播种前0～20 cm 土壤养分含量为有机质17.75 g·kg-1，全 氮1.28g·kg-1，碱 解 氮83.9 mg·kg-1，有效 磷23.7 mg·kg-1和速效钾118.67mg·kg-1。

1.2 试验设计

以先玉335为试验材料，采用两因素裂区试验设计，种植密度为主区，分别是72 000 株·hm-2、67 500株·hm-2、63 000株·hm-2（密度设定依据生产上先玉335 常用种植密度），简称为C1、C2、C3，种植方式为副区，分别是宽窄行（40 cm×80 cm）和等行距（60 cm×60 cm），简称为B1和B2。密度和行距6 种处理简称为：B1C1、B1C2、B1C3、B2C1、B2C2和B2C3，每个处理3次重复。

试验区总面积120 m×15 m，主区面积120 m×5 m，副区面积20 m×5 m，每个副区3个重复，播种前施基肥缓释肥（28：4：8）1 050 kg·hm-2，播种前一次性施入，6月21日播种，分别在苗期、吐丝期和灌浆期（大约吐丝后20 d）采用水龙带浇水且水表监测浇水量，每次浇水量为600 m3·hm-2，前茬作物为冬小麦，秸秆全部粉碎还田，其他管理同大田生产。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 玉米生长指标和干物质积累测定

在吐丝期（开花期）、吐丝后15 d（灌浆期）和完熟期，每个处理分别取9株玉米测定其株高（地上部至顶端）、茎粗（地上部第三节间）和叶面积（长×宽×0.75）。干物质测定是在105 ℃杀青0.5 h后，80 ℃下烘干至恒重，分别称取叶片、茎秆和穗重量。

1.3.2 玉米穗位叶片叶绿素、可溶性糖和蛋白含量测定

分别于9:00～11:00 在吐丝期（开花期）、吐丝后15 d（灌浆期）和完熟期选取不同处理穗位叶片，置于冰盒中，带回实验室液氮处理后储存于-80 ℃冰箱中，测定叶绿素、可溶性糖和蛋白质含量。叶绿素含量测定参照张志良方法[16]；可溶性糖和蛋白含量测定参照白宝璋等方法[17]。

1.3.3 玉米叶面积指数（LAI）和叶片夹角（MTA）测定

分别于晴天9: 00～11: 00 在吐丝期（开花期）、吐丝后15 d（灌浆期）和完熟期采用LAI-2200C冠层分析仪（美国LI-COR公司生产）测定玉米叶面积指数（LAI）和叶片夹角（MTA）。

1.3.4 玉米产量测定

在成熟期测定玉米每公顷穗数、单穗重、单穗粒重、穗粒数、百粒重和每公顷产量。

1.3.5 玉米籽粒主要营养成分（蛋白质、脂肪、可溶性糖、淀粉）含量测定

考种脱粒后将玉米籽粒研磨成粉末，FOSS-谷物分析仪测定籽粒蛋白质、脂肪、可溶性糖和淀粉含量，每个处理3次重复，求其平均值。

1.4 数据分析

采用Excel 2013 整理数据，SPSS 17.0 和SAS 9.4软件在α=0.05水平上方差分析及多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同密度和行距对生长特性的影响

由表1可知，不同密度和种植方式下，玉米生长指标表现为随密度增大，株高升高，3个种植密度间未达显著差异，宽窄行和等行距种植方式下差异不显著；茎粗随种植密度增大而变细，在吐丝期（开花期）、吐丝后15 d（灌浆期）和完熟期，3个密度间差异性不明显，但宽窄行高于等行距种植；叶面积随种植密度增大而减小，吐丝期（开花期）和完熟期宽窄行总体略低于等行距，而吐丝后15 d（灌浆期），宽窄行却略高于等行距，吐丝期（开花期）宽窄行种植方式下，低密度较高、中密度分别显著升高14.08%和11.11%，等行距种植方式下，3个密度间差异不明显，吐丝后15 d（灌浆期）宽窄行种植方式下，低密度较高密度显著升高7.11%，等行距种植方式下差异不明显，完熟期两种种植方式下3个密度间均未达显著差异。说明67 500株·hm-2种植密度下，叶面积最合理，可保持较好群体结构，截获较多光能，提高干物质积累，宽窄行优于等行距。

2.2 不同密度和行距对干物质积累的影响

不同种植密度和行距影响不同部位干物质积累，由表2可见，随密度升高，叶片重和茎秆重逐渐降低，宽窄行高于等行距，穗重表现为在吐丝期（开花期）随密度升高，穗重降低，但在吐丝后15 d（灌浆期）和完熟期表现为在中密度下穗重数值最大，等行距高于宽窄行。吐丝期（开花期），叶片重在宽窄行种植方式下，低密度较高密度显著升高14.14%，等行距种植方式下3个密度间差异不明显，吐丝后15 d（灌浆期）和完熟期，两种种植方式下3 个密度间未达显著差异；茎秆重在吐丝期（开花期）和吐丝后15 d（灌浆期）随密度升高而呈降低趋势，但未达显著差异，在完熟期，宽窄行种植方式下3个密度间差异不显著，而等行距种植方式下低密度较高密度显著升高23.44%；穗重在吐丝期（开花期）随密度升高而降低，差异不明显，吐丝后15 d（灌浆期）等行距种植方式下，中密度较高密度显著升高34.86%，而宽窄行3个密度间差异不明显，完熟期等行距种植方式下，中密度较高密度显著升高24.84%，而宽窄行种植方式下中密度较高密度和低密度分别显著升高32.41%和17.36%。可见，干物质在中密度下积累较多，冠层结构合理，有利于穗重增加，低密度下穗重高于高密度，说明先玉335密度种植不宜超过67 500株·hm-2。

2.3 不同密度和行距对穗位叶叶绿素含量的影响

玉米穗位叶片中叶绿素含量影响对光能的吸收和转换，其含量直接影响光合效率及玉米产量。由图1 可见，随密度增大，穗位叶片叶绿素含量降低，宽窄行高于等行距，而叶绿素a/b 却呈相反变化趋势，且各处理间差异不明显。吐丝期（开花期），宽窄行种植方式下，3 个密度间差异不明显，而等行距种植方式下，低密度较高密度显著升高27.40%，吐丝后15 d（灌浆期），宽窄行和等行距种植方式下，低密度较高密度分别显著升高28.02%和18.88%，而在完熟期宽窄行和等行距种植方式下，3 个密度间无显著差异（见图1A）；宽窄行和等行距种植方式下，叶绿素a/b 在3 个时期的变化较小，未达显著差异（见图1B）。结合叶绿素对产量的影响，当密度由63 000 株·hm-2增至67 500株·hm-2时，产量最高，达72 000 株·hm-2时，叶绿素含量较高，群体郁闭，此时群体结构影响光合作用，延迟成熟，产量下降，67 500株·hm-2下宽窄行种植对于产量提高具有积极作用。

2.4 不同密度和行距对穗位叶可溶性蛋白和糖含量的影响

叶片中可溶性糖和蛋白含量代表储存物质含量，其含量高，生长力强，代谢旺盛。由图2可见，可溶性糖含量从吐丝期（开花期）至吐丝后15 d（灌浆期）迅速升高，而在完熟期又稍下降，可溶性蛋白含量在吐丝期（开花期）和吐丝后15 d（灌浆期）差别较小，而在完熟期升高，两种种植方式相比较，在3个时期，宽窄行稍高于等行距。吐丝期（开花期）宽窄行种植方式下，中密度下可溶性糖含量较高，比高密度显著升高23.40%，较低密度差异不明显，吐丝后15 d（灌浆期）在等行距种植方式下，低密度较高密度显著升高54.91%，宽窄行种植方式下差异不明显，而在完熟期3个密度间差异不明显，种植方式间差异性较小（见图2A）；可溶性蛋白含量吐丝期（开花期）和完熟期在中密度下含量最高，吐丝后15 d（灌浆期）随密度升高而降低，吐丝期（开花期）两种种植方式下中密度较高密度分别显著升高11.94%和6.53%，吐丝后15 d（灌浆期）和完熟期，宽窄行种植方式下3 个密度间差异不明显，吐丝后15 d（灌浆期）等行距种植方式下低密度较高、中密度分别显著升高18.59%和11.19%，而完熟期中密度较高密度显著升高11.40%（见图2B）。从以上结果可知，宽窄行种植方式下，中密度在不同时期更有利于物质积累，代谢和光合能力强，可促进物质向籽粒转运。

2.5 不同密度和行距对叶面积指数（LAI）和叶片夹角（MTA）的影响

由图3可知，随密度升高，叶面积指数呈升高趋势，在吐丝期（开花期），两种种植方式下叶面积指数差异不明显且不同密度间无区别，但在吐丝后15 d（灌浆期）和完熟期差异显著，吐丝后15 d（灌浆期），宽窄行种植方式下，高密度较中、低密度分别显著提高18.69%和30.68%，等行距种植方式下3个密度之间差异不明显，而在完熟期，两种种植方式下，高密度较中、低密度分别显著升高16.04%和34.32%、10.29%和23.44%（见图3A）；而叶片夹角相反，随密度升高呈降低趋势，吐丝期（开花期），在两种种植方式下，低密度较高密度分别显著升高13.94%和16.02%，吐丝后15 d（灌浆期）和完熟期在宽窄行种植方式下，3个密度间差异不明显，而吐丝后15 d（灌浆期）等行距种植方式下，低密度较高、中密度分别显著增加22.39°和14.99°，完熟期低密度较高密度显著增加13.13°（见图3B）。

2.6 不同密度和行距对籽粒产量及产量构成因素的影响

由表3可看出，随密度升高，每公顷穗数逐渐增多，宽窄行高于等行距，宽窄行种植方式下，高密度较低密度显著升高12.22%，等行距种植方式下，高密度较中、低密度分别显著升高20.15%和42.81%，穗粒数和单穗重却呈逐渐下降趋势，宽窄行和等行距间差异小，两种种植方式下，低密度较高密度分别显著升高15.62%和15.83%，18.46%和26.07%；两种种植方式下，单穗粒重在中密度时数值最大，比高、低密度分别显著升高15.89%和5.82%，31.63%和3.48%；宽窄行和等行距种植方式下，百粒重和每公顷产量同样在中密度下较高，且与低密度差异较小，与高密度差异显著，中密度较高密度分别显著升高13.53%和25.20%，15.89%和11.53%。因此，两种植方式下，中密度种植通过增加粒重而增产，与穗粒数和单穗重关系较小，宽窄行较等行距产量高，且差异性显著，说明宽窄行、中密度种植群体与个体发育协调，群体合理，产量最高。可见，合理的密度和种植方式是玉米构建良好群体结构、优化群体光合生理功能的基础。

表3 不同密度和行距对产量及产量构成因素的影响Table 3 Effects of different density and row spacing on yield components

2.7 不同密度和行距对籽粒主要营养成分的影响

由表4可见，籽粒主要营养成分表现出在中密度下较高的趋势。在宽窄行和等行距种植方式下，玉米籽粒可溶性糖和淀粉含量在中密度下含量相对较高，但较其他处理未达显著差异；粗脂肪、粗蛋白和赖氨酸含量在中密度下含量相对高且宽窄行高于等行距，粗脂肪含量在宽窄行种植方式下中密度较高密度显著升高16.99%，等行距下3个处理差异不明显，两种植方式下，粗蛋白和赖氨酸含量中密度较高密度分别显著升高19.98%和23.08%，34.21%和42.42%，等行距种植方式下降幅较大。因此，密度和行距配置对籽粒可溶性糖和淀粉含量影响较小，而粗脂肪、粗蛋白和赖氨酸含量在中密度下含量较高，且宽窄行优于等行距，随密度升高，数值逐渐降低且等行距下数值下降较多，不稳定。可见，宽窄行种植方式下，67 500株·hm-2密度种植有利于提升先玉335玉米品种籽粒主要营养成分。

表4 不同密度和行距对籽粒可溶性糖、淀粉、粗脂肪、粗蛋白和赖氨酸含量的影响Table 4 Effects of different density and row spacing on soluble sugar,starch,crude fat,crude protein and lysine contents

3 讨论与结论

选用合理密度和行距，可改善植株生长状况，构建合理群体结构，协调叶片生理参数并充分发挥品种增产潜力，本研究比较不同密度和行距发现，随密度升高，株高升高，茎粗变细，叶片和茎秆干重降低，穗重中密度下最重且宽窄行优于等行距，叶面积指数随密度升高而升高，而叶片夹角则相反且两种植方式间变化趋势不明显，叶绿素、可溶性糖和蛋白含量在吐丝后15 d（灌浆期）中密度下积累量最合适，提高产量。张子学等研究发现，随密度和宽窄行距离增加，株高和穗位高升高，穗位叶长增加[18]。袁刘正等也发现，密度增大，穗位高变高，茎粗变细，70 cm等行距种植方式下在吐丝后干物质积累较快，比宽窄行高15.2%，80 cm+40 cm 种植方式下在吐丝期干物质量较高，但在成熟期最低，对灌浆不利，说明宽窄行种植有利于吐丝前干物质积累，而密度对干物质积累影响较小[19]。张善平研究认为，行距和密度选择依品种而定，玉米品种DH661 和ZD958在宽窄行种植条件下提高干物质积累并提高产量，XY335品种在等行距下种植较为合理，研究还发现，随密度升高不同品种均表现出叶面积指数（LAI）显著升高，而叶片夹角显著下降[20]。梁书容发现，随着种植密度的增大，玉米叶片可溶性糖含量降低[21]。王庆成等研究发现，随密度升高，可溶性糖和蛋白含量呈降低趋势[22]。与前人研究比较可知，密度和行距对各项指标影响总体趋势一致，但密度和行距设置要以品种特性而定，本研究仅选择一个半紧凑型高产的当地品种，干物质积累和产量构成与前人有所不同，可能是品种特性造成。

种植密度增大提高玉米产量，但增产同时对玉米生长不利[23]，王广福等研究密度试验发现，不同品种间影响产量因素不同，陕单636密度增加后主要通过粒重增加产量，先玉335和郑单958密度增加后主要通过穗粒数增加产量，陕单609、榆玉3号和秋润100密度增加后主要通过穗粒数和粒重增加产量，且品种间产量变化不同[24]。陈伟等研究发现，在高密度67 500株·hm-2种植条件下，产量平均提高18.40%和21.74%，且在110 cm+50 cm宽窄行配置下干物质积累和产量最高[25]。蛋白质、淀粉和粗脂肪是评价玉米品质的重要指标，种植方式和密度影响玉米籽粒品质，如随密度增加蛋白质含量呈下降趋势，淀粉和粗脂肪含量在品种间却无规律性变化[24]。金海燕等研究宽窄行对玉米籽粒成分的影响后发现，宽窄行种植使玉米籽粒蛋白质、脂肪含量呈先升高后下降趋势[13]。而范龙秋研究却发现，密度增大，蛋白含量降低，行距增大，蛋白质含量却增加，而密度和行距配置对籽粒粗脂肪和淀粉含量无明显影响[1]。本试验研究表明，在67 500 株·hm-2种植密度下产量较高，且宽窄行高于等行距，通过增加粒重提高产量，与前人研究稍有不同，可能是由于不同地区光热资源及田间小气候不同造成，本研究无品种间比较，籽粒可溶性糖和淀粉含量受密度和行距配置影响较小，而粗脂肪、粗蛋白和赖氨酸含量在中密度下含量较高且宽窄行优于等行距，但不同指标间略有差异，可能是不同试验设置的行距和密度不同及地域间差异造成，需采用不同品种，设置多种密度和行距开展深入研究，探究适合当地的高产栽培方式。