不同肥力和種植密度對黑龍江省中西部地區(qū)玉米光合特性及產(chǎn)量的影響

王忠孝　魏金鵬　楊克軍

摘要 [目的]以德美亞1號為材料，研究施肥水平和種植密度對黑龍江省中西部高寒地區(qū)玉米光合特性和產(chǎn)量性狀的影響。[方法]施肥量設(shè)3個水平，種植密度設(shè)4個水平。[結(jié)果]不同肥力密度組合能夠有效調(diào)控玉米的光合特性和產(chǎn)量相關(guān)性狀。適當(dāng)?shù)姆柿瞎┙o（純N 150 kg/hm2，P2O5 90 kg/hm2，K2O 100 kg/hm2）能提高玉米植株的總光合勢及葉綠素含量，最終有助于產(chǎn)量的增加。另外，當(dāng)種植密度穩(wěn)定在9萬株/hm2時，玉米的光合速率高于其他種植密度條件的玉米，因此達到了較好的產(chǎn)量效果。[結(jié)論]玉米種植密度為9萬株/hm2且肥力水平為純N 150 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 100 kg/hm2時玉米相對產(chǎn)量最高，可作為目前黑龍江省中西部高寒地區(qū)玉米種植較適宜的肥力和密度條件。

關(guān)鍵詞 種植密度；肥力；玉米；產(chǎn)量

中圖分類號 S506.2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）08-02225-03

Effects of Different Fertilization and Planting Density on the Photosynthetic Characteristics and Yield of Corn in the Midwest of Heilongjiang Province

WANG Zhongxiao， YANG Kejun et al

（Beian Construction Farm of Heilongjiang Province， Beian， Heilongjing 164035； Key Lab of Crop Germplasm Improvement and Cultivation in Cold Regions， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing， Heilongjiang 163319）

Abstract [Objective] Effects of different fertilization and density on the photosynthetic characteristics and yield of corn in the Midwest of Heilongjiang Province was studied with the variety of Demeiya No.1 as material. [Method] Three levels of fertilizer and four levels of planting density were adopted. [Result] The results showed that photosynthetic characteristics and yieldrelated traits of corn could be regulated effectively by treatments of different fertilization and density. Appropriate supply of fertilizer （Pure N 150 kg/hm2， P2O5 90 kg/hm2， K2O 100 kg/hm2） could increase photosynthetic potential and total chlorophyll content， and ultimately increase the production of corn. In addition， compared to the other planting densities， photosynthetic rate of maize were all higher at the planting density of 90 000/hm2 and achieve the better yield. [Conclusion] The relative yield of corn is the highest under the condition of corn planting density 90 000/hm2， fertility level pure N 150 kg/hm2， P2O5 90 kg/hm2， K2O 100 kg/hm2， which is uitable for corn planting in the Midwest cold regions of Heilongjiang Province currently.

Key words Density； Fertility； Corn； Yield

玉米作為世界三大糧食作物，2011年在我國的種植面積已達2 735萬hm2，而近幾年國內(nèi)玉米種植面積逐年增加[1]。農(nóng)業(yè)部的調(diào)研表明，預(yù)計2014年玉米的秋糧意向面積比上年增加1.22%，玉米種植面積估計約為3 460萬hm2。其中東北地區(qū)作為重要的商品糧生產(chǎn)基地，更是我國玉米的主產(chǎn)區(qū)，近幾年的玉米種植面積和產(chǎn)量比例均已明顯超過其他糧食作物。但是由于玉米產(chǎn)量和耕地面積的限制，目前玉米生產(chǎn)量仍無法滿足實際需求。因此，努力提高單位面積玉米生產(chǎn)效率、增加玉米產(chǎn)量對黑龍江省乃至全國的糧食安全均具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

由于溫濕度、無霜期等自然條件的限制，我國黑龍江省中西部高寒地區(qū)的玉米種植區(qū)主栽品種的選擇范圍較小，通過主栽品種的選擇提高玉米產(chǎn)量的可行性相對較小。因此，通過種植密度和施肥水平等栽培管理措施調(diào)控光、肥、水、溫等諸多環(huán)境因子，從而影響玉米群體產(chǎn)量形成的相關(guān)因素，可促進玉米的增產(chǎn)增收，具有必不可少的重要作用。為此，筆者以德美亞1號為材料，研究篩選提高黑龍江省中西部高寒地區(qū)的玉米產(chǎn)量的種植密度及肥料施用量，以期為該省的玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論和實踐的指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于黑龍江省北安管理局建設(shè)農(nóng)場，地理坐標(biāo)為126°59′～127°27′ E、47°46′～48°03′ N，地處小興安嶺南麓，屬山區(qū)與平原接壤地帶。土質(zhì)為在黑土和草甸土，土壤有機質(zhì)含量65 g/kg，全氮含量2～4 g/kg，全磷含量4～6 g/kg，速效氮含量58～67 mg/kg，速效磷含量49～96 mg/kg，速效鉀含量120～180 mg/kg，pH 5.9～6.0。

1.2 供試材料和試驗設(shè)計

供試材料為當(dāng)?shù)刂髟云贩N德美亞1號。試驗采用二因素裂區(qū)設(shè)計，主因素為施肥量，設(shè)3個水平：F1（純N 120 kg/hm2，P2O5 50 kg/hm2，K2O 50 kg/hm2）、F2（純N 150 kg/hm2，P2O5 90 kg/hm2，K2O 100 kg/hm2）、F3（純N 180 kg/hm2，P2O5 130 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2）。副因素為種植密度，設(shè)4個水平：M1（7萬株/hm2）、M2（8萬株/hm2）、M3（9萬株/hm2）、M4（10萬株/hm2）。共12個肥密處理，每個處理重復(fù)3次。每個處理中所有磷鉀肥以及30%的氮肥作為種肥施入，剩余70%的氮肥作為追肥于拔節(jié)期施入。所有處理于5月14日一次性播種完畢，其他管理同大田生產(chǎn)。

1.3 測定項目及方法

于出苗期、拔節(jié)期、吐絲期、成熟期進行田間取樣，每小區(qū)取植株5株，測定葉面積、葉綠素含量等。葉面積（LA）用長寬系數(shù)法測定； 葉面積指數(shù)（LAI）參照葉面積系數(shù)測定法[2]；光合勢通過公式測得，即LAD= （LA2+LA1）/2×（t2-t1），LA1、LA2分別為測定時間t1、t2時單位土地面積上的葉面積（m2/m2）。光合速率采用LI6200型紅外CO2氣體分析系統(tǒng)直接測定，分別在晴天10：00開始測量，吐絲前選取植株最上一片展開葉的中部，吐絲后選取穗位葉中部，每小區(qū)選有代表性的3片葉片進行測量。葉綠素含量采用Aroen丙酮提取，SHIMADZU UV160U型分光光度計比色法測定，吐絲前選取功能葉，吐絲后選取穗位葉，每小區(qū)選有代表性植株3～5株進行測量[3]。每小區(qū)收獲去除邊行以外的全部果穗，按平均穗重取10穗，考察單穗重、穗粒數(shù)、百粒重、單穗粒數(shù)，以考種數(shù)據(jù)與大田測產(chǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，按照子粒含水量為14%計算子粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析通過DPS軟件進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥力和種植密度對玉米群體光合特性的影響

2.1.1

對玉米群體葉面積指數(shù)的影響。葉面積指數(shù)是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數(shù)，是一個反映植物群體生長狀況的重要指標(biāo)，其大小直接與最終產(chǎn)量的高低密切相關(guān)。葉面積指數(shù)一方面反映了光熱資源的利用情況，另一方面也在一定程度上反映了玉米葉片間的遮蔽程度及植株間通風(fēng)透光條件情況。由圖1可知，各時期中均以F3M4（純N 180 kg/hm2，P2O5 130 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2；10萬株/hm2）處理的葉面積指數(shù)最大，同一種植密度時，葉面積指數(shù)隨種植著肥力水平的增大而增加。相同的肥力水平時，葉面積指數(shù)隨種植密度增大而增大，呈“S”型曲線，拔節(jié)期前呈緩慢增長狀態(tài)，拔節(jié)期后葉面積指數(shù)迅速增大，到吐絲期后又開始緩慢下降。生育前期，不同種植密度、肥力處理間的葉面積指數(shù)差異不顯著，葉面積指數(shù)隨著時間的推移處理間差異逐漸變大。

圖1 不同肥力和種植密度對玉米群體葉面積指數(shù)的影響

2.1.2

對玉米群體光合勢的影響。由表1可知，在該試驗的玉米生長發(fā)育過程中，光合勢隨植株生長呈逐步增加狀態(tài)。在生育前期，F(xiàn)3M4（純N 180 kg/hm2，P2O5 130 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2；10萬株/hm2）處理的光合勢最高，F(xiàn)1M1光合勢最低，二者差異達到顯著水平；而在生育后期，F(xiàn)2M4光合勢最高，F(xiàn)1M1光合勢仍然最低，二者差異顯著。在吐絲期前，同一肥力條件下，光合勢隨著玉米種植密度的增加而增大，由于苗期和拔節(jié)期玉米的葉面積較小， 各種植密度間玉米群體間光合勢相差不大；吐絲期后，隨著生長發(fā)育的加速， 玉米葉面積不斷增加，不同種植密度間玉米群體光合勢差異較大。在吐絲～成熟期，玉米不同肥力水平在種植密度為9萬株/hm2（M3）時的光合勢最高。同一種植密度下，在吐絲期前，玉米光合勢隨著肥力的增加而增加，在吐絲期后，F(xiàn)2處理的光合勢最高。F2M4的總光合勢最高。

2.1.3

對玉米光合速率的影響。光合速率是以單位時間、單位葉面積所吸收的CO2或釋放的O2量或是積累的干物質(zhì)量來表示，反映了光合作用的強弱，是一個在光合作用不受光能供應(yīng)限制情況下表明光合效率的重要指標(biāo)。在其他條件都相同的情況下，光合速率高，則其光能利用率，相應(yīng)的玉米產(chǎn)量高。由圖2可知，玉米生長發(fā)育各時期的光合速率最高值均出現(xiàn)在F3M3組合。F1肥力水平下，玉米拔節(jié)期光合速率最高，F(xiàn)2和F3肥力水平下，玉米吐絲期的光合速率最高。同一種植密度條件下，玉米光合速率隨著肥力水平的提高而增大；同一肥力水平下，玉米光合速率隨著種植密度的增加也呈現(xiàn)出上升的趨勢，但在試驗設(shè)置的最大種植密度M4水平時，光合速率略有下降。所有處理在吐絲期前玉米的光合速率均呈現(xiàn)升高狀態(tài)，吐絲期后玉米進入成熟期，其光合速率開始下降，且下降速度很快，這與植株衰老、葉片黃化有關(guān)。

圖2 不同肥力和種植密度對玉米光合速率的影響

2.1.4

對玉米葉綠素含量的影響。葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，屬于一類含脂的色素家族。作為光合色素中重要的色素分子，參與了捕光色素復(fù)合體的形成及光能電子傳遞和反應(yīng)中心的建成，是進行光能轉(zhuǎn)化和碳水化合物形成必不可少的因素之一，在光合作用的光吸收中起著至關(guān)重要的作用。由圖3可知，吐絲期前，葉綠素的含量隨玉米的生長發(fā)育而增加，拔節(jié)期后增加速度明顯加快，吐絲期后葉綠素含量開始減少，且下降較迅速。在出苗期和拔節(jié)期，F(xiàn)2M4處理的葉綠素含量最高，在生長后期F2M1的含量最高。在肥力水平一定的情況下，當(dāng)玉米的營養(yǎng)生長進入后期或生殖生長階段時，單位面積玉米植株相對較少的群體通風(fēng)透光性較好，有利于玉米的葉綠素分子形成和更新，葉綠素含量相應(yīng)增多，因而，拔節(jié)期后葉綠素含量隨著種植密度的增加而減少。而同一種植密度條件下，中等肥力水平F2的玉米葉綠素含量最高。

圖3 不同肥力和種植密度對玉米葉綠素含量的影響

2.2 不同肥力和種植密度對玉米產(chǎn)量及相關(guān)性狀的影響

由表2可知，玉米單穗重、穗粒數(shù)、百粒重隨種植密度的增大而呈現(xiàn)出降低的趨勢。不同的肥力水平處理對玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀未產(chǎn)生顯著的影響。其中F2M3組合的玉米產(chǎn)量最高，并且與F1M1、F2M1、F3M1、F3M2、F3M4處理差異顯著，其他處理間差異不顯著。這表明適當(dāng)?shù)姆柿瞎┙o能促進玉米植株有機物的積累，保證生命活動的正常進行，最終有助于產(chǎn)量的提高。另外，當(dāng)玉米的種植密度穩(wěn)定在9萬株/hm2時，能達到最好的產(chǎn)量效果。種植密度過低時，單株生長狀態(tài)較好，但群體的光能利用率較低，群體增產(chǎn)潛力有限；而種植密度過高時，玉米生長后期存在著植株間的營養(yǎng)及光能競爭，從而影響玉米群體的光合產(chǎn)物積累，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

3.1.1

不同肥力和種植密度對玉米群體光合特性的影響。該研究結(jié)果表明，F(xiàn)3M3處理的光合速率最高； F3M4處理的葉面積指數(shù)最大；F2M4處理的總光合勢最高；生長前期F2M4處理的葉綠素含量最高。從M4處理的研究結(jié)果中可知，在肥力水平達中等及以上的情況下，種植密度為10萬株/hm2（M4）的條件下玉米群體的葉面積指數(shù)、總光合勢以及生長前期的葉綠素含量均為最高，但光合速率及產(chǎn)量最高的玉米種植密度為9萬株/hm2（M3）。這說明種植密度低的條件下，玉米群體缺乏充足的綠葉葉面積吸收太陽光能，進行光合作用及合成有機產(chǎn)物，造成了光熱資源利用率低；而種植密度過高，盡管群體總光合勢較高，但植株間互相遮擋，生長競爭激烈，影響了單株的光合產(chǎn)物合成，同時產(chǎn)量也受到一定影響。前人研究也表明，適宜的葉面積系數(shù)能夠保證光熱資源的有效利用，同時也避免了玉米葉片間、植株間的相互遮蔽，創(chuàng)造一個通風(fēng)透光性好的群體環(huán)境，有利于光合作用的進行、有機產(chǎn)物的合成與積累以及產(chǎn)量的形成[4-5]。因此，較為適宜的玉米葉面積系數(shù)的田間表現(xiàn)是繁茂而不是遮蔽。

光合勢反映了玉米單位綠色葉面積發(fā)揮光合功能大小，在一定的時間范圍內(nèi)，光合勢越大，玉米群體的光合作用時間就越長，越有利于產(chǎn)量潛力的發(fā)揮[6]。已有研究發(fā)現(xiàn)，玉米的光合勢隨密度的增加呈增高的趨勢，但密度過高生育后期易發(fā)生早衰[7]，不利于吐絲后產(chǎn)量的形成。這也解釋了該試驗的研究結(jié)果，總光合勢最高的種植密度為10萬株/hm2（M4），而產(chǎn)量最高的玉米種植密度為9萬株/hm2（M3）。

另外，玉米生長發(fā)育各時期的光合速率最高值均出現(xiàn)在F3M3組合，說明同一密度條件下，玉米光合速率隨著肥力水平的提高而增大，這與前人的研究結(jié)果相一致[8]。施肥水平高的處理后期葉片光合功能強，有利于光合產(chǎn)物的積累以及產(chǎn)量的形成[9]。在同一肥力水平下，玉米光合速率隨著密度的增加也呈現(xiàn)出上升的趨勢，但在試驗設(shè)置的最大種植密度M4水平時，光合速率略有下降，這可能與植株間光能的互相競爭有關(guān)，具體的機理尚有待于深入探究。

42卷8期 王忠孝等 不同肥力和種植密度對黑龍江省中西部地區(qū)玉米光合特性及產(chǎn)量的影響

3.1.2

不同肥力和種植密度對玉米產(chǎn)量及相關(guān)性狀的影響。該研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)姆柿瞎┙o能提高玉米植株的總光合勢及葉綠素含量，最終有助于產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的增加。當(dāng)玉米的種植密度穩(wěn)定在9萬株/hm2（M3）時，玉米的光合速率高于其他種植密度條件的玉米，因此達到了最好的產(chǎn)量效果。當(dāng)種植密度過低時，玉米單株的生長狀態(tài)較好，但群體的光能利用率較低，產(chǎn)量的增加潛力受到限制；而玉米生長后期種植密度過高時，植株間存在著嚴(yán)重的水分、營養(yǎng)及光能競爭，從而影響玉米群體的光合產(chǎn)物積累，致使玉米單穗粒重、穗粒數(shù)、百粒重都隨種植密度的增大而減小，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降。該結(jié)果與前人很多研究結(jié)果相一致。例如，靳巧玲等關(guān)于玉米品種鄭單958的高密度栽培的相關(guān)研究結(jié)果表明，種植密度超過一定范圍后，群體對單株的影響表現(xiàn)為由增加轉(zhuǎn)為減少[10-11]。但玉米產(chǎn)量是由基因遺傳、栽培管理、環(huán)境條件等多種因素共同作用的結(jié)果，各個因素之間還存在著復(fù)雜的相互影響和制約[12]，種植密度及肥力水平也是其中的一部分因素，其具體的影響作用機理還有待于進一步探究。

3.2 結(jié)論

不同的肥力密度組合均能夠有效地調(diào)控玉米的