辽宁不同生态区行距配置对玉米形态、光合指标及产量的影响

郝巧艳,张敏敏,朱 敏,王宏伟,李凤海

(沈阳农业大学特种玉米研究所,辽宁 沈阳 110866)

玉米(ZeamaysL.)是我国第一大粮食作物,也是辽宁省种植面积最大的作物。目前,我国的玉米产量占粮食总产量30%以上,玉米生产对保障国家粮食安全具有重要作用,构建高产高效的栽培技术是玉米生产中永恒不变的主题[1]。通过合理密植协调个体与群体关系,构建合理的群体结构是实现玉米高产稳产的重要途径。行距配置对于调节群体结构具有重要作用[2]。

近年来,许多学者对玉米合理株行距配置进行了研究,但结论并不完全一致。以往研究发现,窄行距可以通过增加株距,减少株间拥挤,从而减少单株之间的竞争,让作物更好的利用可利用的光、水和养分资源[3,4]。苌建峰等以郑单958、先玉335 和512-4 3 个不同株高类型的玉米杂交种为材料,设置2 个种植密度(60 000 株hm2和75 000 株hm2),研究了5 种行距配置方式(50 cm、60 cm、70 cm、80 cm 等行距和80 cm+40 cm 宽窄行)结果发现,不同品种和密度下60 cm 等行距能够较好地协调冠层微气象因子与玉米产量的关系,叶片分布适宜,冠层光能分布合理,获得最高产量的频率最高[5]。刘永忠等在9.0万株/hm2高密度种植条件下研究了行距配置对郑单958产量和群体光合特性的影响,探究出山西省春玉米最佳行距配置为50.0 cm+50.0 cm 和66.7 cm+33.3 cm[6]。卫晓轶等以玉米新品种新单38 为材料,研究5 种不同行距对其农艺性状和产量的影响,结果发现与其余行距配置相比,0.6 m 等行距种植下穗位高较低,产量最高[7]。童有才等研究发现弘大8 号在种植密度较大的条件下实行宽窄行种植可增产,宽行80 cm 窄行40 cm 的产量最高[8]。究其结论不同可能是由于所选用品种和气候条件的不同。所以在种植密度一定的情况下,如何更好地发挥玉米个体与群体的潜力、获得高产,仍是当前需要研究的主要课题[9]。

作物生产是一个种群过程,而非个体表现,要获得高产稳产,就必须使个体、群体和环境相协调达到最优化[9]。田间行距配置方式能够通过调节冠层结构和资源利用影响作物产量的形成[5]。叶片是作物进行光合作用的主要器官。在光合作用驱动的作物生长模型中,叶面积指数(LAI)不仅决定了作物光合作用器官的面积,而且还影响光在作物冠层种的分布,理想的LAI 是培养作物合理的群体结构和提高产量的基础[10]。而光合作用是产量形成的基础,作物的干物质95%以上来源于光合作用[11]。玉米叶片光合速率与作物产量之间呈正相关[12～15]。

本课题针对辽宁省玉米生产中种植行距多年调研发现,辽宁省不同生态区及及同一生态区玉米种植行距不统一,行距从45～65 cm,不适应机械化统一作业,从“十二五”开始,针对辽宁不同生态区玉米种植行距开展研究,得出较一致的结果,50 cm 行距在不同生态区都表现产量较高。因此2020 年继续进行试验验证。试验以良玉99 为材料,在同一密度下,3 个生态区下研究不同行距配置对玉米形态、光合指标和产量的影响,为辽宁省春玉米高产群体构建提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为半紧凑型玉米品种良玉99。

1.2 试验设计

本试验于2020 年在辽宁省的海城市、黑山县以及铁岭县3 个生态区进行。试验设置等行距50 cm+50 cm、60 cm+60 cm 和宽窄行30 cm+70 cm、40 cm+80 cm 4 种行距配置处理,60 cm+60 cm 为对照,种植密度为67 500 株/hm2。田间采用随机区组排布,8 行区,行长8m,重复3 次。正常田间管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1形态指标

叶面积指数:每个处理选取连续的有代表性的5 株植株进行挂牌标记,分别在拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期和成熟期测量叶长和叶宽,采用长宽系数法计算单株叶面积指数,全展叶叶面积=叶长×叶宽×0.75,非全展叶叶面积=叶长×叶宽×0.5(其中0.75 和0.5 为矫正系数)。

叶面积指数(LAI)=单株叶面积×单位土地面积内的株数/单位土地面积

叶向值:在灌浆期用直尺和电子量角器测定所标记的5 株植株棒三叶的叶长、茎叶夹角和叶垂距,计算叶向值。

1.3.2光合指标

每个处理随机选取有代表性的3 株,在灌浆期晴朗的上午(9:00～11:00)使用LI-6800 光合仪测定植株穗位叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(Gs)。

1.3.3田间小气候

在灌浆期,使用HOBO-MX1102 型CO2浓度测定仪测定各处理小区群体内穗位处、穗位上50 cm、穗位下50 cm 3 个层面处的CO2浓度。使用LP-50 型冠层仪分别测定各处理小区群体内雄穗上方、穗位处、穗位上50 cm、穗位下50 cm 4 个层面处的光合有效辐射(PAR),计算透光率。每个层面测3 点求平均值。每个处理共3 次重复,计算时取平均值。

1.3.4产量

玉米成熟后,选取小区中间四行进行收获测产,在小区内选择大小均匀具有代表性10 个果穗进行室内人工脱粒,测量粒重以及含水量,并按照14%标准含水量折算成产量。

1.4 数据处理与分析

取3 次重复小区测定的平均值,利用Microsoft Excel 2016 软件进行数据处理和绘图,DPS 6.50 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同生态区行距配置对玉米产量的影响

对不同行距处理产量分析可知(图1),良玉99 在3个生态区50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 处理的产量均显著高于60 cm+60 cm 和40 cm+80 cm 行距处理。辽西生态区,30 cm+70 cm 和50 cm+50 cm 处理群体产量分别为13 396.00 kg/hm2和13 266.80 kg/hm2,高于60 cm+60 cm 处理产量5.47%和4.45%;辽南生态区,50 cm+50 cm 行距处理产量最高,为13 082.55 kg/hm2,与30 cm+70 cm 无显著差异,比60 cm+60 cm 和40 cm+80 cm 处理分别增产7.86%和4.90%,差异显著;辽北生态区,产量最高的处理是30 cm+70 cm,为12 468.05 kg/hm2与50 cm+50 cm 行距处理无显著差异,比60 cm+60 cm 和40 cm+80 cm 行距处理分别增产4.27%和3.35%,达到显著水平。

图1 不同生态区行距配置处理对玉米产量的影响

2.2 不同生态区行距配置对玉米叶面积指数的影响

由图2 可知,随着生育时期的推进,各个行距处理LAI 均呈现先增加后逐渐降低的单峰变化趋势,抽雄吐丝期达到最大值。辽西生态区,50 cm+50 cm 行距处理在生育后期LAI 表现出较高水平,与60 cm+60 cm 相比差异显著;辽南生态区,与前者相似,60 cm+60 cm 行距处理的LAI 表现出较低水平,而30 cm+70 cm 和40 cm+80 cm 不均匀行距处理LAI 较高,尤其40 cm+80 cm,显著高于60 cm+60 cm;辽北生态区,大喇叭口期30 cm+70 cm 和40 cm+80 cm 不均匀行距配置处理LAI 显著高于等行距处理,抽雄吐丝期40 cm+80 cm 行距处理LAI 显著高于其它处理。综上所述,50 cm+50 cm、30 cm+70 cm 和40 cm+80 cm 能有效延缓玉米叶片衰老,延长生育后期光合作用时间,60 cm+60 cm 行距处理的LAI 最低。

图2 不同生态区行距配置处理对玉米叶面积指数的影响

2.3 不同生态区行距配置对玉米叶向值的影响

试验结果显示(图3),在辽西生态区,不同行距配置处理下叶向值表现为50 cm+50 cm>60 cm+60 cm>30 cm+70 cm>40 cm+80 cm,50 cm+50 cm 比40 cm+80 cm 行 距处理高10.67%,差异显著;辽南生态区,表现为50 cm+50 cm>60 cm+60 cm>40 cm+80 cm>30 cm+70 cm,各处理间无显著差异;辽北生态区,30 cm+70 cm 处理叶向值最大,但与50 cm+50 cm 行距处理差异不显著,比40 cm+80 cm 和60 cm+60 cm 行距处理分别高8.36%、20.10%,差异显著。

图3 不同生态区行距配置处理对玉米叶向值的影响

2.4 不同生态区行距配置对玉米光合指标的影响

由表1 可以看出,不同行距配置处理玉米穗位叶光合指标之间存在明显差异。其中,净光合速率和胞间CO2浓度在3 个生态区均表现为50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距处理间无显著差异,显著高于60 cm+60 cm;3个生态区下50 cm+50 cm 的净光合速率和胞间CO2浓度平均比60 cm+60 cm 行距处理分别高25.43%、13.10%;另外,60 cm+60 cm 行距处理的气孔导度最低,平均比30 cm+70 cm 低7.14%,50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 无显著差异;蒸腾速率在4 个处理间差异不显著。说明50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距处理有利于叶片进行光合作用,提高群体的光合性能。

表1 不同生态区行距配置对玉米光合指标的影响

2.5 不同生态区行距配置对玉米田间CO2 浓度的影响

在一定程度上,提高群体内CO2浓度可促进光合作用,有利于增产。由图4 分析表明,随着空间位置的下降,田间CO2浓度逐渐降低。辽西生态区30 cm+70 cm行距配置处理穗上层和穗下层的CO2浓度显著高于60 cm+60 cm 行距处理。辽南生态区表现为30 cm+70 cm>40 cm+80 cm>50 cm+50 cm>60 cm+60 cm,穗位层30 cm+70 cm 行距配置处理的CO2浓度比60 cm+60 cm 高6.13%,差异显著;辽北生态区表现为50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距配置处理高于60 cm+60 cm 和40 cm+80 cm,穗位层50 cm+50 cm 比60 cm+60 cm 高5.66%,差异显著。

图4 不同生态区行距配置处理对玉米田间CO2 浓度的影响

2.6 不同生态区行距配置对玉米冠层透光率的影响

由表2 可知,不同行距配置处理群体间透光率存在显著差异。在行内,50 cm+50 cm 行距配置处理在穗位处的透光率比60 cm+60 cm 高66.35%,差异显著,在穗下部60 cm+60 cm 处理的透光率较低。在行间,30 cm+70 cm 行距配置处理在穗位处的透光率较高,辽北生态区50 cm+50 cm 处理穗下部透光率比60 cm+60 cm 高3.1倍,说明60 cm+60 cm 行距配置处理不利于群体冠层透光,而50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 配置处理叶片分布有利于群体透光。

3 结论与讨论

在密度一定情况下,窄行距能够通过增加群体冠层光能截获提高产量[16]。本研究结果表明,在辽宁省3 个生态区,75 000 株/hm2的密度下,与常规60 cm+60 cm 种植行距相比较,50 cm+50 cm 窄行距与30 cm+70 cm 宽窄行距配置处理下能获得较高的籽粒产量。良玉99 在辽宁3 个生态区玉米群体CO2浓度、净光合速率、冠层透光率和产量表现均一致,60 cm+60 cm 行距处理下穗位处CO2浓度均表现较低水平,60 cm+60 cm 行距处理下玉米的净光合速率表现显著低于50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm,冠层透光率与净光合速率表现一致,60 cm+60 cm处理的透光率最低,最终产量也表现为50 cm+50 cm 与30 cm+70 cm 行距处理较高。

随着行距配置的变化,玉米群体叶面积指数、叶向值、光合指标和冠层透光率发生变化。本试验结果表明在3 个生态区50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距配置处理的净光合速率、胞间CO2浓度和气孔导度均高于其它两个处理。叶面积指数(LAI)是判断玉米产量及生长情况的一个主要指标,也是衡量植物光合面积的重要指标[17]。本试验中,50 cm+60 cm 在3 个生态区LAI 均较低,在生育后期叶面积指数上,辽西生态区在50 cm+50 cm 处理LAI 较高,辽南生态区30 cm+70 cm 和40 cm+80 cm 不均匀行距配置处理LAI 较高,辽北生态区各处理间无显著差异。叶向值是玉米群体结构的主要参数,改善株型等冠层结构特征能增加光的有效截获,增强群体光合能力。唐建华等认为,随着密度的增加不同耐密性玉米品种叶向值增大叶倾角、冠层透光率降低。本研究中40 cm+80 cm 的叶向值在3 个生态区均表现出较低水平,而50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 处理表现值较高[18]。在行内,50 cm+50 cm 行距配置处理在穗位处的透光率显著高于60 cm+60 cm。在行间,30 cm+70 cm 行距配置处理在穗位处的透光率较高,辽北生态区50 cm+50 cm 处理穗下部透光率比60 cm+60 cm 高3.1 倍。结果与叶向值相吻合,表明群体透光率与植株叶向值密切相关。由此可知,50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距处理下群体LAI 较高,植株上部叶片表现更加直立,群体叶片分布较为合理,灌浆期透光率增加,促进光合作用、有机物合成和产量形成。叶面积指数和叶向值表现出的微小不同猜想可能与各个生态区的气候存在微小差异有关,还有待后续试验的进一步验证。

综上所述,本试验初步确定辽宁省3 个生态区春玉米最适宜的行距配置,良玉99 在等行距50 cm+50 cm 和宽窄行30 cm+70 cm 配置下群体对资源的利用率较高,能够获得较高的籽粒产量。