种植密度对夏玉米新单65 灌浆和脱水特性的影响

王育红，周新，王海洋，王正方，沈东风

(洛阳农林科学院，河南洛阳 471023)

机械化粒收已成为我国玉米生产发展的必然趋势[1]，但生产上宜机收品种较少，主推品种收获时籽粒含水率偏高，机械粒收过程籽粒破碎率偏高，是制约我国玉米机械粒收技术推广的主要因素[2－4]。黄淮海区主要种植模式为一年两熟(小麦—玉米)，光热资源紧张，夏玉米的整个生长期只有100～110 d，选育早熟、耐密、后期籽粒脱水快品种在保证玉米产量不降的情况下实现籽粒机收，可以缓解这一矛盾[5，6]。实践证明，合理密植是玉米增产的有效措施之一[7－9]，种植密度对玉米籽粒灌浆过程影响显著。在籽粒发育进程中，脱水过程与灌浆密切相关[10]，并持续至籽粒收获，明确玉米籽粒脱水动态及其与灌浆的关系，对选育脱水速率快的宜机收品种有重要意义。新单65 是河南省新乡农科院玉米研究中心选育的玉米新品种，具有耐密、抗倒、高产、宜机收等优点，研究和明确其适宜种植密度、籽粒灌浆和脱水特性，可为其推广应用提供理论依据和技术指导。

1 试验材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020 年在洛阳农林科学院玉米综合试验站试验田(112.3°E，34.4°N)进行。试验地灌排方便，地势平坦，便于调节和管理。肥力上中等，土壤耕层含有机质14.52 g/kg、全氮1.16 g/kg、碱解氮106.9 mg/kg、有效磷21.24 mg/kg、速效钾107.56 mg/kg。该试验区年均辐射量为491.5 kJ/cm2，年平均气温为14.0 ℃，日均温超过10 ℃的活动积温4 200 ℃，日照时数为2 200 h，干燥度为1.34，无霜期为215～219 d。年蒸发量为1 841.7 mm，常年平均降水量为646.3 mm，且70%集中在6—9 月。

1.2 试验设计

试验选用夏玉米品种新单65 为供试材料，种植密度设6.0 万、7.5 万、9.0 万、10.5 万、12.0 万株/hm25 个水平。随机区组设计，4 次重复，第1 重复为取样区，小区行距为0.6 m，行长为6 m，8 行，面积为28.8 m2。6 月8 日播种，田间管理同当地大田生产。

1.3 测定指标与方法

(1)农艺及产量性状。调查记录各处理的播种期、出苗期、拔节期、抽雄期、吐丝期、蜡熟期、成熟期等生育期，并在拔节期、吐丝期和成熟期测量叶面积、干物质积累量，在成熟期测量株高和穗位高，同时每小区取中间4 行收获测产，风干后以14%的含水量折算籽粒产量。采用称重法选取10 个果穗进行考种，测定穗粗、穗长、穗行数、行粒数等。

(2)粒质量和含水量测定。在采样区中，选同一天散粉、生长整齐一致的穗子进行标记。自授粉后第10 天取第1 次样，以后每隔7 d 采样1 次，每次取样各小区分别从标记植株中随机选取3 个均匀穗，然后用尺子测量每个果穗长度，用刀子从中间部位切开分为上下2 部分，从切开部位分别剥取50粒，称鲜质量。在105 ℃烘箱中杀青30 min 后，65℃烘干至恒重，称干质量，计算籽粒百粒质量和含水率。

籽粒含水量(%)＝(鲜质量－干质量)/鲜质量×100

籽粒平均脱水速率(%·d－1)＝(前1 次含水量－后1 次含水量)/间隔时间

(3)籽粒灌浆参数。应用Logistic 方程对籽粒灌浆过程进行拟合，并计算导出相应灌浆特征参数，对籽粒灌浆进行生长分析。

Logistic 方程:W＝K/(1＋Ae－Bt)

式中:t为开花后时间(开花日计为t0＝0)；W为花后粒质量(开花日粒质量计为W0)；K为理论最大百粒质量；A、B为形状参数，由方程一阶导数和二阶导数推导出灌浆参数[11]。

2 结果与分析

2.1 种植密度对夏玉米新单65 产量及其构成因素的影响

从表1 可知，随着种植密度的增加，夏玉米新单65 的穗粗、穗长、穗行数、行粒数、百粒质量均表现逐渐降低的趋势；种植密度达到9.0 万株/hm2后再增加种植密度，穗长、行粒数快速降低，差异显著；产量表现为先增再降的趋势，其中以种植密度10.5万株/hm2时产量最高，达到11 251.5 kg/hm2，种植密度为9.0 万～12.0 万株/hm2时，产量差异不显著。

表1 不同种植密度下夏玉米新单65 产量及其构成要素Table 1 The yield and its components of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

2.2 种密度对夏玉米新单65 主要农艺性状的影响

由表2 可知，随种植密度增加，夏玉米新单65株高逐渐增加，当种植密度增加到9.0 万株/hm2后，株高下降，但不显著；穗位高、空秆率和倒伏率随种植密度增加逐渐增加，吐丝期单株叶面积和干物质积累量随种植密度增加而降低，种植密度超过10.5 万株/hm2时，穗位高增加、单株叶面积和干物质积累量降低，差异达显著水平，空秆率增加，倒伏风险加大。综上所述，夏玉米新单65 耐密性较好，适宜种植密度为9.0 万～10.5 万株/hm2。

表2 不同种植密度下夏玉米新单65 主要农艺性状Table 2 The main agronomic characters of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

2.3 种植密度对夏玉米新单65 授粉后籽粒干物质积累和灌浆速率的影响

由图1 可知，种植密度对夏玉米新单65 籽粒灌浆持续期无影响，籽粒干物质积累随灌浆时间变化呈“S”型动态曲线，灌浆速率变化呈单峰曲线，授粉后24 d 达最大值，之后明显下降。随种植密度的增加，籽粒干物质积累量和灌浆速率呈下降趋势；且随灌浆时间延长，各处理籽粒干物质积累差异逐渐增大，灌浆终止时差异达最大；各处理籽粒灌浆速率差异先增后减，在灌浆速率最大时差异达最大。与6.0 万株/hm2相比，12.0 万株/hm2处理籽粒干物质积累量的下降幅度最大，最终百粒质量为23.3 g，低15.5%，百粒最大灌浆速率为0.7 g/d，低19.1%。

图1 不同种植密度下夏玉米新单65 籽粒干物质积累及灌浆速率Fig.1 The dry matter accumulation and filling rate of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

2.4 种植密度对夏玉米新单65 籽粒灌浆参数及脱水特性的影响

由表3 可以看出，Logsitic 方程可以很好地拟合不同种植密度下的籽粒灌浆过程(方程系数R2达0.99 以上)，可用该方程的次级参数模拟分析籽粒灌浆过程。由Logsitic 方程次级参数可看出，各处理籽粒灌浆活跃期P和达到最大灌浆速率的天数Tmax随种植密度的增加而增加，增幅分别为1.8%～4.6%和1.0%～2.5%，差异不显著；籽粒灌浆速率最大时的生长量Wmax和最大灌浆速率Vmax随种植密度的增加而降低。当种植密度为12.0 万株/hm2时，Vmax和Wmax最低。

表3 不同种植密度下夏玉米新单65 籽粒灌浆参数Table 3 The grain filling parameters of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

由图2 可以看出，不同种植密度下夏玉米新单65 籽粒含水量变化趋势相似，均随着授粉后时间增加而快速下降，各处理差异不明显。授粉后17～31 d是籽粒含水量快速下降期，6.0 万～12.0 万株/hm25 个种植密度的玉米籽粒含水量分别降低了39.3%、36.1%、36.9%、36.0%和35.9%；授粉后52 d，籽粒含水量随种植密度增加而提高，由24.68%增加到27.0%；7.5 万、9.0 万、10.5 万株/hm23 个种植密度籽粒含水量分别是25.7%、25.6%、25.7%，差异不明显。

图2 不同种植密度下夏玉米新单65 籽粒含水量和脱水速率Fig.2 Grain dehydration characterisics of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

夏玉米新单65 籽粒脱水速率随授粉后时间增加呈先快后慢的下降趋势(图2)。授粉后17～38 d，籽粒脱水速率随授粉后时间增加而迅速降低，种植密度6.0 万株/hm2处理籽粒脱水速率较高，其余处理籽粒脱水速率差异不明显。授粉后45～52 d，籽粒平均脱水速率随种植密度增加而降低。种植密度由6.0 万增至12.0 万株/hm2，平均脱水速率由1.39%/d 降至1.28%/d，7.5 万、9.0 万、10.5 万株/hm23 个种植密度籽粒脱水速率分别为 1.29%/d、1.31%/d、1.30%/d，差异不明显。

3 讨论

培育早熟耐密、籽粒脱水快、收获时籽粒含水率低的品种是黄淮海夏玉米区推广籽粒机械收获技术的前提[12]。选用耐密品种并适当提高种植密度是我国玉米产量提高的重要途径[13，14]。本研究表明，夏玉米新单65 在高密度种植条件下增产显著，种植密度超过10.5 万株/hm2时，增产不显著；进一步增加种植密度，产量和株高有所降低且穗位高、空秆率、倒伏倒折率升高，穗粒数和百粒质量降低。这与何海军等的结果一致[15－17]。

籽粒灌浆属复杂的生理代谢过程，籽粒灌浆特性受多基因控制和环境条件的影响。种植密度主要通过群体结构调节光热资源进而影响籽粒灌浆，对灌浆过程影响显著[18－20]。本试验表明，种植密度对夏玉米新单65 籽粒灌浆持续期没有影响，这与王晓燕等结果一致[8]，但随种植密度的增加，籽粒干物质积累量和灌浆速率下降，且随灌浆天数延长，各处理籽粒干物质积累量差异逐渐增大，灌浆终止时差异达最大；各处理籽粒灌浆速率差异先增后减，在灌浆速率最大时差异最大。籽粒灌浆参数P和Tmax随种植密度增加而增加，差异不显著；灌浆参数Vmax和Wmax随种植密度增加而降低，当种植密度为12.0万株/hm2时达最低。

关于种植密度与玉米籽粒水分含量及脱水速率的关系报道较少，且研究结论不一致[20－23]。有研究认为，随种植密度的增加不同粒位的籽粒灌浆速率均降低，百粒质量减小，脱水速率加快；也有研究认为玉米生理成熟期和收获期籽粒含水率随种植密度的增加而增加，脱水速率则降低。可能与选用的玉米品种和种植生态区有关。本试验选用夏播玉米品种，设置了5 个密度，即6.0 万、7.5 万、9.0 万、10.5万和12.0 万株/hm2，结果表明，玉米籽粒含水率随生育进程的推进呈现单调递减的趋势(Y＝0.021X2－2.600X＋103.9，R2＝0.998)，各处理差异不明显；总体表现为种植密度会影响籽粒灌浆至成熟期的水分状况，随着密度的增加，籽粒脱水变慢，脱水速率降低，籽粒的含水率增加。有关不同密度下夏玉米籽粒灌浆和脱水的生理生化机制还需进一步研究。

4 结论

随着种植密度增加，夏玉米新单65 增产显著，密度为10.5 万株/hm2时产量最高；密度为9.0 万～12.0 万株/hm2时产量差异不显著，密度超过10.5万株/hm2时，穗位偏高，单株叶面积减少，干物质积累下降，倒伏风险加大。籽粒灌浆参数P和Tmax随着种植密度增加而增加，但差异不显著；籽粒灌浆参数Vmax和Wmax随种植密度增加而降低，种植密度超过10.5 万株/hm2时，降低幅度达显著差异水平。籽粒含水量随着授粉后时间增加而快速下降，籽粒脱水速率随种植密度增加而降低，种植密度过大，籽粒后期脱水速率降幅明显，不利于机收。因此，生产上新单65 机械粒收的适宜种植密度为9.0 万～10.5 万株/hm2。