种植密度对玉米茎秆力学特性和农艺性状的影响

徐韶 贾德涛 韩彦龙

摘   要：通过研究不同玉米品种在6.0万株/hm2、7.5万株/hm2、9.0万株/hm2种植密度条件下茎秆抗倒力学特性与农艺性状变异规律，分析玉米茎秆力学特性与农艺性状的关系。结果表明：茎秆抗折断力、外皮穿刺强度随种植密度增加而减弱;品种间茎秆力学特性差异明显;增加种植密度对穗位、茎粗影响显著，高密度条件下穗位升高、茎秆变细，而株高受密度影响不显著。相关分析表明：茎秆抗折断力与株高、穗位负相关，与茎粗显著正相关;第5、6节间茎秆表皮穿刺强度与茎秆抗折断力有极显著相关性;第4、5、6节间表皮穿刺强度与茎粗有极显著相关性。

关键词：玉米;种植密度;茎秆强度;农艺性状

机械化密植收获已成为玉米生产发展的主要方向。增加种植密度，单位面积的玉米产量则会有所增加，但也增加了倒伏的风险。Zuber等估计，在玉米群体中，倒伏率每增加1%，则每667 m2土地大约减产7.2 kg。倒伏不仅影响玉米产量，还会降低玉米品质，同时也给机械化收获带来严重阻碍。近年来，东北地区台风、暴雨等极端天气频繁发生，且多集中在7—8月，导致正处于吐丝灌浆期的玉米大面积倒伏，严重影响玉米生产[1]。因此，研究玉米茎秆抗倒伏力学机理具有重要意义。玉米抗倒伏性属于数量性状，由多基因控制，其遗传基础比较复杂。前人关于玉米茎秆抗倒力学性状的研究主要从茎秆外皮穿刺强度、压碎强度和折断力度等多个方面进行考察，本研究通过分析不同玉米品种茎秆抗倒力学特性与农艺性状在不同种植密度条件下的变异规律，探讨品种茎秆力学特性与农艺性状的相互关系，为研究玉米的抗倒性、筛选抗倒伏玉米品种及建立密植丰产栽培体系提供参考依据。

1   材料與方法

1.1   试验地概况

试验于2018年4月在辽宁省铁岭市银州区铁岭市农业科学院试验田（北纬42°14′、东经123°48′）进行，该地区属温带大陆季风性半湿润气候，2018年4—9月平均气温20.3 ℃，降水量487.4 mm，无霜期160 d左右。试验地土壤为棕壤土，有机质含量12.64 g/kg、速效钾46.37 mg/kg、速效磷89.34 mg/kg、全氮1.07 g/kg。

1.2   试验材料与设计

设置6.0万株/hm2、7.5万株/hm2、9.0万株/hm2 3个试验密度。供试品种20个，分别为郑单958、粒收1号、农大222、农大239、先玉335、宏途768、迪卡159、良玉199、铁3110、锦华299、铁研123、兰玉16019、泽玉8911、铁研58、翔玉998、宏硕899、玉乔700、铁2H112、辽单588、丹玉465。小区设计为：行长10 m，6行区，垄距0.6 m，小区面积36 m2。播种前一次性施用N、P、K 配比为15∶15∶15 的玉米专用复合肥，施用量为900 kg/hm2，其他田间管理如大田，需及时除草、防治病虫害。

1.3   测定项目及方法

1.3.1   茎秆力学特性测定

玉米茎秆抗折断力测定：在玉米灌浆期，于田间选取正常生长、长势均匀的植株，以穗位处为着力点，用YYD-1型茎秆强度测定仪（浙江托普仪器有限公司生产）水平均匀推动玉米植株，记录茎秆折断或倒伏最大力（N）值为玉米茎秆抗折断力，每个处理连续测定3株。

茎秆外皮穿刺强度测定：选取正常生长、长势均匀的植株，剥去叶片和叶鞘，取植株地上部第3、4、5、6节，利用测定平台与YYD-1型测定仪连接，将横断面积为0.01 cm2的测头沿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，连续测定3株。

1.3.2   农艺性状测量

每个小区选取正常生长植株测定株高、穗位高，连续测定10株;同时用游标卡尺测定玉米地上部1节茎秆扁平面直径为茎粗值，连续测定10株。

1.4   数据分析

数据统计分析采用IBM SPSS Statistics 20统计软件进行方差和相关分析，用Excel 2010软件进行数据作图。

2   结果与分析

2.1   茎秆力学特性与农艺性状对种植密度的反应

通过方差分析种植密度对玉米品种的茎秆力学特性和农艺性状的影响作用，如表1、表2所示。结果表明：品种、种植密度以及种植密度与品种的交互对玉米茎秆抗折断力和第3、4、5、6节间外皮穿刺强度的影响均达到极显著水平（P<0.01）。说明不同品种间茎秆强度有着较大差异，而种植密度对玉米茎秆强度影响显著，对供试品种株高的影响差异不显著（P=0.270>0.01），对穗位、茎粗的影响差异极显著（P<0.01）。比较各品种在3种密度下的株高、穗位、茎粗平均值，各品种的株高无明显变化。9.0万株/hm2密度下穗位显著高于6.0万株/hm2、7.5万株/hm2密度条件下穗位;6.0万株/hm2、7.5万株/hm2密度条件下品种的茎粗细于9.0万株/hm2密度条件下品种茎粗，且具有显著差异。说明增密对品种株高无显著影响，但可以使穗位增高，茎粗变细。

在6.0万株/hm2种植密度下，供试品种茎秆平均抗折断力以及第3、4、5、6节间的平均穿刺强度最大，随种植密度增加均显著减少;各品种茎秆抗折断力及第4、5、6节间穿刺强度在3种密度条件下均有显著差异;第3节穿刺强度在6.0万株/hm2与7.5万株/hm2和9.0万株/hm2差异显著，7.5万株/hm2和9.0万株/hm2种植密度条件下差异不显著。

2.2   品种间茎秆力学特征的比较

2.2.1   茎秆抗折断力比较

比较不同密度条件下各品种茎秆抗折断力的平均值，各品种之间茎秆抗折断力差异较大（图1），变化幅度为17.28～35.26 N，其中粒收1号与辽单588的茎秆抗折断力显著高于其他品种。茎秆抗折断力从大到小排列为：粒收1号>辽单588>锦华299>丹玉465>玉乔700>铁研58>铁2H112>泽玉8911>兰玉1601>翔玉998>宏硕899>迪卡159>铁3110>铁研123>农大222>先玉335>宏途768 >良玉199>农大239>郑单958。

2.2.2   茎秆表皮穿刺强度

图2所示可知，3种种植密度条件下供试品种茎秆第3、4、5、6节间的表皮穿刺强度的平均值、各品种的穿刺强度随节间变化各不相同，品种间存在明显差异。分析比较各节间茎秆表皮穿刺强度，第5节变化幅度最大，变幅为80.07～52.97 N/0.01 cm2，平均值为64.37 N/0.01 cm2;变幅其次的是第3节，变化范围为80.98～57.90 N/0.01 cm2，平均值为67.88 N/0.01 cm2;第4节的变幅为78.56～59.48 N/0.01 cm2，平均值为66.04 N/0.01 cm2;第6节变幅为75.92～55.22 N/0.01 cm2，平均值为61.93 N/0.01 cm2。比较节间茎秆表皮穿刺强度均值，从大到小排列为：品种的地上部茎秆表皮第3节>第4节>第5节>第6节。供试品种中，粒收1号各节间的茎秆穿刺強度均显著高于其他品种。

2.3   茎秆力学特征与农艺性状相关分析

对供试品种的茎秆抗折力、表皮穿刺强度与农艺性状进行相关分析，结果如表3所示：品种茎秆抗折断力与株高、穗位呈负相关关系，但相关性不显著;与第3、4节穿刺强度呈正相关，相关性不显著;与品种的茎粗呈显著正相关（r=0.254）、与第5节、第6节茎秆表皮穿刺强度呈极显著正相关，第5节间穿刺强度相关系数最高（r=0.480）。

第3、4、5、6节茎秆表皮穿刺强度与株高、穗位相关性不显著，第3节与茎粗呈正相关性，但不显著;第4节、第5节和第6节穿刺强度与茎粗呈极显著正相关。相关分析结果表明，玉米品种的茎粗、穗位对茎秆力学特性影响显著，株高对茎秆力学特性无显著影响。

3   结论与讨论

相关研究表明：玉米茎秆强度是衡量玉米抗倒性的主要标准，茎秆抗折断力、茎秆表皮穿刺强度是反映茎秆强度的重要力学指标。本试验通过研究不同密度条件下不同玉米品种茎秆抗折断力、表皮穿刺强度的反应变化发现：随着种植密度增加，品种茎秆抗折断力、表皮穿刺强度减弱，不同品种之间的茎秆力学特性差异明显，而且对增密的反应不同。说明种植密度对玉米茎秆强度影响显著，但品种本身的遗传特性也是决定玉米茎秆强度的重要因子。

增加种植密度对穗位茎粗影响显著，在高密度条件下（9.0万株/hm2），穗位显著升高、茎秆显著变细，而株高无显著变化，受增加种植密度影响不大。对茎秆力学特性与农艺性状相关分析结果表明：茎秆抗折断力与穗位呈负相关关系，受玉米植株茎粗显著影响;第5、6节间茎秆表皮穿刺强度与茎秆抗折断力有极显著相关性;第4、5、6节间表皮穿刺强度受茎粗影响极显著。因此，在选择耐密抗倒伏玉米品种时应注重穗位、茎粗农艺性状的选择。

玉米倒伏原因复杂多样，受外界环境、栽培措施、病虫害以及品种遗传特性等因素影响，育种和栽培学家通过遗传改良、栽培措施调控等技术方法，不断改善玉米品种的抗倒伏能力，力求解决玉米倒伏所带来的产量损失和机收障碍，加快玉米产业进程。由于玉米茎秆强度受多基因控制，在选择抗倒伏玉米品种时应因地制宜，从品种选择、环境条件、栽培措施、种植管理等多个方面，综合考虑农作物生长形态和生理指标，合理密植，保证优良玉米品种的生产潜力得到充分发挥。

参考文献：

[ 1 ] 房海悦，李毅丹，曲文丽，等.玉米倒伏影响因素及其QTL定位研究进展[J].东北农业科学，2016，41（5）：42-45.