栽培模式对玉米产量形成的调控效应研究

刘欣芳,李 静,徐长成,马 骏,邵 帅,齐 欣

(1.辽宁省农业科学院玉米研究所,辽宁 沈阳 110161; 2.辽宁省种业发展中心,辽宁 沈阳 110034;3.辽宁东亚有限种业有限公司,辽宁 沈阳 110164)

玉米是我国重要的粮饲作物。随着优良品种和高产栽培技术的应用,玉米单产显著提高。提高种植密度是玉米获得高产的重要途径,群体密度对光合特性和产量有重要影响,耐密品种的选择一直是栽培与育种学者研究的方向之一。在玉米单产增长的诸因素中,遗传改良的作用大约占35%～40%,优良品种是增产的基础,精细管理、合适的栽培方式是玉米增产的重要手段,通过优化栽培模式或者综合农艺措施,可以显著提高作物产量和资源利用效率[1～4]。随着种植密度增加,玉米单株的叶面积、光合势呈现出下降趋势;而群体的叶面积、叶面积系数、干物质积累呈现增长趋势, 且高低种植密度间的相差较大,冠层通过对光合有效辐射截获和吸收影响作物光合特性,并直接影响生育期净同化率与物质分配比例[5]。

东单6531和辽单588分别是东亚种业有限公司和辽宁省农业科学院选育的优良国审品种,具有广适、高产、优质、籽粒脱水快、耐密植、抗倒伏、抗病、耐瘠薄、抗旱、耐涝的特点,通过对种植方式、种植密度等多因素栽培技术集成与优化,比较分析不同栽培模式对根际土壤和玉米产量形成的影响,探索这两个品种的最优栽培模式,持续提高其增产潜力,也为辽宁春玉米区持续高产高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在辽宁省农业科学院沈北试验基地(东经123.58°,北纬42.04°,海拔60 m)进行。当地属温带大陆性季风气候,年平均气温8.4 ℃,全年无霜期183 d,年均降水量680 mm。试验地土壤为黄棕壤,0～20 cm土壤平均全氮含量1.04 g/kg,水解氮含量0.093 g/kg,全磷含量0.38 g/kg,有效磷0.019 g/kg,有机质23 g/kg,pH值6.8。

1.2 试验设计

供试品种为东单6531和辽单588。试验共设常规垄作、平作匀行和平作宽窄行3个栽培模式,每种模式对应设置两种播种密度:67 500株/hm2和75 000株/hm2。采用大区种植,行长10 m,16行,设置3次重复。常规垄作和平作匀行为60 cm等行距种植,平作宽窄行为80+40 cm宽窄行种植。玉米于4月28播种,9月28日收获。所有 处 理N、P、K肥 施 用 量 一 致,氮 肥 用 量 为N 225 kg/hm2,磷肥用量为P2O5120 kg/hm2,钾肥用量为K2O 90 kg/hm2,氮磷钾肥均作为底肥一次性施入。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 土壤容重、植物干物质积累、叶面积指数的测定

采用环刀法测定0～15 cm、15～25 cm、25～35 cm土层深度的土壤容重[6]。

于玉米生长的拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和成熟期采集植株样品3 株,利用长宽系数法测量单株叶面积(LA),并计算叶面积指数(LAI):单株叶面积(LA)= L ×W ×r;叶面积指数(LAI)=LA × D / S;式中:L为叶长,W 为叶宽,r 为系数(完全展开叶r 为0.75,未完全展开叶r 为0.50),D 为单位面积内的株数,S 为单位面积(hm2)。

将成熟期植株样品分为秸秆和籽粒两部分,所有样品放入干燥箱 105 ℃下杀青30 min后,置80 ℃烘干至恒量,称重并计算干物质积累量。

1.3.2 考种及产量测定 成熟期在小区中避开取样较多区域,选取12 m2的玉米全部收获,晾晒后开展考种和测产,分别测定穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数等性状,其中籽粒含水量全部折算成14%。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 18.0软件对试验数据进行处理和分析。

2 结果和分析

2.1 不同栽培模式对土壤容重的调控效应

结果表明,在表层土壤(0～15 cm),平作处理土壤容重比常规垄作略高,在较深土层(15～35 cm和) 两处理差距不大。在同一模式下,67 500株/hm2密度和75 000株/hm2密度的土壤容重在各土层间差异不显著。对比平作宽窄行模式和常规垄作模式的表层土壤容重含量,在67 500株/hm2的密度下,东单6531提高14.05%,辽单588提高7.03%;在75 000株/hm2的密度下,东单6531提高13.93%,辽单588提高13.60%。

表1 不同深度不同栽培模式土壤容重测量结果 (g/cm3)

2.2 不同栽培模式下玉米干物质积累和叶面积指数动态分析

随着玉米生育时期的推移,不同栽培模式下干物质积累量逐渐增加,平作宽窄行75 000株/hm2的密度下的各生育时期干物质积累量均表现为最高,其次是平作宽窄行67 500株/hm2模式。大喇叭口期前各处理间干物质积累量差异较小,在抽雄吐丝期,平作宽窄行两个密度下的干物质量显著提高,常规垄作、平作匀行的两种模式差异不显著,但75 000株/hm2较67 500株/hm2的干物质积累有一定提高。成熟期平作宽窄行模式较常规垄作和平作匀行相比,在75 000株/hm2密度下辽单588的干物质量分别提高了48.95%和46.5%,东单6531的干物质量分别提高了54.79%和49.64%;在67 500株/hm2密度下,辽单588的干物质量分别提高了47.84%和43.31%,东单6531的干物质量分别提高了47.53%和40.07%。

在同一平作宽窄行模式下,75 000株/hm2密度下辽单588和东单6531的干物质积累分别提高了21.09%和20.23%,表明,这两个品种的干物质积累在高密度平作宽窄行模式下更具有优势。

图1 不同栽培模式下玉米干物质积累结果

不同栽培模式的叶面积指数均在抽雄吐丝期达到最高值,之后呈现下降趋势。平作宽窄行的75 000株/hm2和67 500株/hm2模式下全生育期叶面积指数均高于其他模式。从抽雄吐丝期到成熟期,对比平作宽窄行、平作匀行和常规垄作模式下两个密度平均叶面积指数下降幅度,辽单588分别为50.95%、53.46%、52.25%,东单6531分别为98.5%、100.4%、125.7%,辽单588和东单6531对应的75 000株/hm2密度比67 500株/hm2密度的叶面积指数分别高3.66%～23.72%和7.46%～35.07%。这说明生育后期较高的叶面积指数可以维持较大的干物质积累,在适宜的种植模式下,75 000株/hm2比67 500株/hm2的密度具有更好的增产优势。

2.3 不同栽培模式下的玉米产量构成要素

对两个品种不同栽培模式下的果穗性状及产量进行考种,结果表明,在75 000株/hm2和67 500株/hm2密度下,同一品种平作宽窄行模式的穗行数、行粒数、总粒数、穗长、穗粗、产量等性状均高于其他两个种植模式,秃尖长均小于其他模式。平作宽窄行模式下75 000株/hm2的产量最高,东单6531为14 943 kg/hm2,辽单588为14 239.5 kg/hm2。对比75 000株/hm2密度下平作宽窄行模式比常规垄作、平作匀行产量构成要素变化,东单6531分别增产16.98%和15.56%,秃尖分别减少68.42%和50%;辽单588分别增产14.15%和12.73%,秃尖均减少42.86%;对比67 500株/hm2密度下平作宽窄行模式比常规垄作、平作匀行产量构成要素变化,东单6531分别增产14.39%和12.93%,秃尖分别减少50%和38.46%;辽单588分别增产15.93%和16.69%,秃尖分别减少27.27%和30.43%。结果表明,平作宽窄行模式通过增加有效穗长、穗粒数、百粒重和缩短秃尖长度等产量构成因素,使玉米显著增产(表2)。

图2 不同栽培模式下玉米叶面积指数动态

表2 各栽培模式产量构成因素比较

3 结论与讨论

优化种植模式是提升玉米产量的有效途径。本试验探讨平作宽窄行技术对春玉米产量形成过程的调控效果,研究2种密度下3个种植模式对土壤物理性质、叶面积指数、干物质积累、产量构成因素等的影响。结果表明,垄作与平作、匀行与宽窄行模式对生育期基本无差别,表层土壤下的平作处理土壤容重较常规垄作略高,较深土层下的土壤容重差异不大,且这种土壤容重的变化与后期产量不是紧密相关。在叶面积指数方面,两个品种在拔节期以后的平作宽窄行两密度模式均高于其他处理。在干物质积累方面,两个品种拔节期-吐丝期各处理差异不显著,到成熟期,各品种平作宽窄行75 000株/hm2干物质量显著高于平作匀行和常规垄作处理。对比常规播种,同一品种在相同密度下,平作宽窄行模式的产量均高于其他两种模式,平作匀行和常规垄作差异不显著。总之,平作宽窄行和高密播种两项技术的有机结合能够缩短秃尖长度、增加有效穗长、穗粒数和百粒重,进而达到增产的目的,表明宽窄行较匀行具有增产效果,且在高密度条件下依然保持较高的增产作用。

适当增加种植密度可以有效补偿因单株产量降低而造成的产量损失,达到提升玉米群体产量的效果[7～9]。采用适宜的栽培措施优化群体结构,弱化群体内部竞争,提高群体抗逆性及环境适应性,已成为目前玉米高产高效的重要途径[10,11]。本试验选取东北春玉米区两个优良品种东单6531和辽单588开展高密试验条件下的优化种植模式研究,在75 000株/hm2和67 500株/hm2的密度下,通过开展平作宽窄行均能达到较好的丰产效果,尤其在本年度夏季干旱、秋季雨水过多的情况下,实现14 943 kg/hm2和14 239.5 kg/hm2的产量。本试验分析了平作宽窄行技术对春玉米产量形成过程的调控效果,能够为推广高密条件下东单6531和辽单588配套的平作宽窄行技术提供理论依据。