种植密度对春玉米产量和茎秆力学性状的影响

阎晓光,杜艳伟,李 洪,董红芬,李爱军,王国梁,周 楠

(山西农业大学谷子研究所,长治 046001)

随着我国玉米产业的稳步发展,农业劳动人口逐渐减少,劳动力成本逐年提高,寻求一种高效优质的玉米生产方式越来越重要。提高玉米生产整体效率,降低生产成本,可以有效提高我国玉米产业的竞争力[1-3]。机械直收玉米籽粒技术在节约劳动力成本与后期运输仓储成本方面的优势显著,目前在我国西北地区已逐步推广开来[4-5]。而适宜机械直收籽粒的品种必定是收获时籽粒含水率低,抗倒性高的品种[6-8]。目前,为了获得群体高产,在保证植株抗倒性高的前提下,提高种植密度成为必经之路[9-11]。然而,种植密度与植株抗倒性往往成负相关关系,如何能够达到平衡,前人做了大量研究。郭书磊等[12]研究发现,种植密度越高,与产量相关的倒伏率和茎秆压折强度的相关性越显著。马晓君等[13]研究发现,群体倒伏率与茎秆节间直径、茎秆干重、单位茎长干物质重呈极显著负相关,与种植密度和节间长度呈显著正相关。任佰朝等[14]研究认为,随着种植密度的增加,茎秆皮层和维管束内部厚壁细胞厚度及维管束数目均显著下降,倒伏风险加大。本研究以玉米新品种‘长单511’为试验材料,通过研究不同种植密度对茎秆力学特性及产量的影响,探索适宜该品种的高密抗倒宜机收平衡点,以指导安全生产。

1 材料与方法

1.1 试验概况与设计

试验于2018年在山西省农业科学院谷子研究所试验基地进行。供试品种为‘长单511’(CD511)。试验田为雨养旱作平地,壤土,前茬作物为玉米,4月30日播种,全生育期无灌溉,栽培管理措施同大田。试验采用随机区组设计,设置5个种植密度,分别为M1(60 000株∕hm2)、M2(71 250株∕hm2)、M3(82 500株∕hm2)、M4(93 750株∕hm2)、M5(105 000株∕hm2),每个处理3次重复,每个小区宽6 m,长15 m,共15个小区。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 茎秆硬皮穿刺强度和茎秆压折强度

在生理成熟期选择长势均匀一致的植株5株,使用YYD-1型茎秆强度测定仪(浙江托普仪器有限公司),用0.01的测头在茎秆第2—第6节间(地表由下到上依次为D2—D6)中部垂直于茎秆方向匀速缓慢插入,直至茎秆破裂,读其最大数值,连续测定5株,取平均值,即茎秆硬皮穿刺强度。将取样茎秆节间平放在测定仪凹槽中,快速压下使茎秆弯曲,读其数值,连续测定5株,取平均值,即茎秆压折强度。

1.2.2 茎秆物理性状与穗高系数

各小区连续测量5株植株的穗位高与株高,求平均值。用直尺测量节间长度,用游标卡尺测量节间直径,连续测量5株,取平均值。穗高系数=穗位高∕株高。

1.2.3 倒伏率及产量

收获前调查各小区倒伏率、成穗数。10月3日统一收获,每小区取20 m2进行测产,取10个代表性果穗进行室内考种。

1.3 数据处理

采用Excel 2007软件作图,采用SPSS 19.0软件进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 种植密度对玉米茎秆节间长度和直径的影响

由表1可知,随着种植密度的提高,茎秆节间长度依次变长,各密度处理间D2节长度变化不明显;M5和M4密度处理下D3节长度与其余3个密度处理差异均达显著水平,M3与M1密度处理间差异达显著水平,M2—M5的D3节间长度比M1分别增加了7.21%、10.24%、20.48%和24.45%;D4节长度变化表现和D3基本一致,M2—M5的D4节间长度比M1分别增加了7.83%、12.69%、21.17%和23.23%;M5处理下D5节长度与M1处理间差异达显著水平,其余处理间差异不显著,M2—M5的D5节间长度比M1分别增加了2.73%、5.4%、10.38%和13.46%;M2—M5处理的D2—D6节间平均长度比M1分别降低了3.7%、6.14%、11.28%和13.22%。

随着种植密度的增大,茎秆节间直径依次变小。M2—M5处理的D2节间直径比M1分别降低了1.68%、5.71%、9.97%和14.97%;M2—M5处理的D3节间直径比M1分别降低了3.42%、7.57%、11.04%和16.63%;M2—M5的D4节间直径比M1分别降低了4.86%、5.84%、9.46%和13.64%;M2—M5的D5节间直径比M1分别降低了2.24%、5.09%、8.17%和9.4%;M2—M5的D6节间直径比M1分别降低了1.41%、3.1%、4.45%和8.02%;M2—M5处理的D2—D6节间平均直径比M1分别降低了2.75%、5.55%、8.77%和12.81%(表1)。

2.2 种植密度对玉米茎秆硬皮穿刺强度的影响

由图1可知,茎秆硬皮穿刺强度随着密度的增加呈降低趋势,随着茎秆节位的上升也呈现出降低趋势。M2—M5的D2节硬皮穿刺强度比M1分别降低了0.98%、2.89%、3.74%和3.8%;M2—M5的D3节硬皮穿刺强度比M1分别降低了0.5%、1.38%、8.45%和15.22%;M2—M5的D4节硬皮穿刺强度比M1分别降低了1.36%、4.4%、13.12%和19.31%;M2—M5的D5节硬皮穿刺强度比M1分别降低了2.2%、2.58%、1.48%和7.03%;M2—M5的D6节硬皮穿刺强度比M1分别降低了2.78%、6.31%、4.36%和9.69%。

图1 种植密度对玉米茎秆穿刺强度的影响Fig.1 Effects of planting density on puncture strength of maize

2.3 种植密度对玉米茎秆压折强度的影响

由图2可知,茎秆压折强度的变化趋势与茎秆硬皮穿刺强度变化趋势基本一致。M2—M5的D2节压折强度比M1分别降低了1.11%、1.59%、8.27%和18.42%;M2—M5的D3节压折强度比M1分别降低了2.19%、12.09%、13.32%和22.41%;M2—M5的D4节压折强度比M1分别降低了2.46%、8.96%、16.13%和24.03%;M2—M5的D5节压折强度比M1分别降低了2.58%、8.67%、11.39%和18.77%;M2—M5的D6节压折强度比M1分别降低了4.68%、6.86%、13.67%和16.57%。

图2 种植密度对玉米茎秆压折强度的影响Fig.2 Effects of planting density on the compressive strength of corn stalk

2.4 种植密度对玉米倒伏率的影响

由图3可知,在M1、M2和M3三个种植密度下植株未发生倒伏。M4密度下发生轻微倒伏,倒伏率为1.6%。M5密度下倒伏率达10.5%,对整个群体产生严重影响。故M4为该品种在本区域的种植密度上限值。

图3 种植密度对玉米倒伏率的影响Fig.3 Effects of planting density on lodging rate of maize

2.5 种植密度对玉米产量的影响

由表2可知,随着密度的增加,CD511的穗高系数逐渐增加,M5和M1处理间差异达显著水平,其余处理间差异不显著;成穗率呈逐渐降低趋势,M1、M2、M3处理间差异不显著,M4和M5处理间差异达显著水平;穗粒数显著降低,各处理间差异均达显著水平;千粒重逐渐降低,M5与M1处理间差异达显著水平,其余处理间差异不显著;产量从高到低依次为M4>M5>M3>M2>M1,但M4与M5处理间差异不显著,M2—M5与M1相比,分别增产3.34%、8.88%、15.93%和15.14%。

表2 种植密度对玉米产量的影响Table 2 Effects of planting density on corn yield

2.6 不同种植密度下产量与茎秆物理性状的相关分析

由表3可知,茎秆压折强度、茎秆穿刺强度、节间直径和产量之间均呈显著负相关,节间长度与产量之间呈极显著正相关。

表3 不同种植密度下产量与茎秆物理性状的相关分析Table 3 Correlation analysis of yield and physical properties of culm under different planting densities

3 结论与讨论

增加玉米种植密度是获得群体高产的有效途径,但在种植密度提高的同时,倒伏风险也在加大。因此在追求品种高产时,要克服高种植密度与倒伏的相互矛盾。玉米茎倒的发生与株高、穗位高、茎秆节间长度、直径、茎秆力学特性等指标有关[15-17]。本研究发现,‘CD511’随着种植密度的升高,其茎秆从地表往上第2—第6节间长度依次变长,直径变小,其变化在第3节、第4节、第5节最为显著,茎秆节间长度在M4与M5两个高密度处理中差异并不显著,茎秆直径在M4与M5两个高密度处理中有显著差异,这与谷利敏等[18]在种植密度对夏玉米茎秆特性的研究结果一致。勾玲等[19]研究表明,玉米茎秆压碎强度与茎倒伏呈显著负相关[17],本研究发现,随着密度的增加,茎秆硬皮穿刺强度和压折强度均表现为降低,第3节、第4节降低显著,‘CD511’的茎倒高风险发生在基部第3节、第4节,在茎秆硬皮穿刺强度和压折强度方面,M5处理相比M4处理在第3节、第4节、第5节有个断崖式下跌,说明M5密度下,茎倒风险较高,这与黄璐等[20]的研究结果一致。当密度达到M5时,倒伏率达到10%以上,对生产造成严重影响;综上,产量表现最好的为M4处理,即93 750株∕hm2,基本达到‘长单511’在本区域栽培条件下的安全生产密度上限。