不同種植方式和密度對(duì)寒地高產(chǎn)玉米鄭單958光合特性及產(chǎn)量的影響

付健等

摘要：選用玉米品種鄭單958為試驗(yàn)材料，采用3種行距配置（R1：行距40 cm，R2：行距50 cm，R3：行距65 cm）和4個(gè)種植密度（M1：4.5 萬(wàn)株/hm2，M2：6 萬(wàn)株/hm2，M3：7.5 萬(wàn)株/hm2，M4：9 萬(wàn)株/hm2），研究不同種植方式和密度下玉米的光合速率、葉綠素含量、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量的變化。結(jié)果表明，不同種植方式下，鄭單958在R2種植方式下的光合速率、干物質(zhì)積累、葉綠素含量、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量等均高于其他處理；不同種植密度下，鄭單958在高密度下各指標(biāo)均好于其他處理，說(shuō)明在合理的種植密度下采用R2種植方式能夠顯著改善玉米群體結(jié)構(gòu)，減少株間競(jìng)爭(zhēng)，提高群體光合性能，從而提高了玉米的產(chǎn)量。因此，在玉米種植上，種植方式R2優(yōu)勢(shì)更為突出。

關(guān)鍵詞：玉米；密度；種植方式；光合特性；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)： S513.04文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）10-0088-04

收稿日期：2013-12-25

項(xiàng)目基金：國(guó)家科技支撐計(jì)劃（編號(hào)：2013BAD07B01-02）；國(guó)家糧食豐產(chǎn)科技工程（編號(hào)：2011BAD16B11-03）；黑龍江省科技攻關(guān)計(jì)劃（編號(hào)：2004BA520A10）；黑龍江省農(nóng)墾總局重點(diǎn)推廣課題（編號(hào)：HNK125TG-13）。

作者簡(jiǎn)介：付?。?988—），男，黑龍江大慶人，碩士研究生，研究方向?yàn)橛衩赘弋a(chǎn)理論與技術(shù)。E-mail：fujian_hl@163.com。

通信作者：楊克軍，黑龍江大慶人，博士，教授，主要從事作物栽培與耕作方面的研究。Tel：（0459）6819179；E-mail：byndykj@163.com。黑龍江省地處我國(guó)玉米帶最北部，是中國(guó)最大的玉米產(chǎn)區(qū)。黑龍江省常規(guī)栽培密度為4.5萬(wàn)～6.0萬(wàn)株/hm2左右，通過(guò)提高栽培密度，產(chǎn)量提升有較大潛力。大量研究結(jié)果表明，玉米生產(chǎn)在單位面積上的增產(chǎn)，應(yīng)歸因于密度的適宜提高而不是單株產(chǎn)量的增加，因此，在一定的生產(chǎn)條件基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加種植密度是獲取玉米高產(chǎn)的一條重要途徑。但隨著種植密度增加，群體內(nèi)光截獲率加大，植株間相互遮陰，通風(fēng)透光不良。中下層葉片光照條件下降，甚至達(dá)不到光補(bǔ)償點(diǎn)，致使群體光合能力減弱[1-3]。因此，在高密度條件下，如何增加群體光能利用率，改善通風(fēng)透光條件成為當(dāng)前玉米栽培的關(guān)鍵[4]。

光合作用是作物產(chǎn)量形成的主要機(jī)制，群體光合作用不是單葉光合的累加，它較之單葉光合更為復(fù)雜，與干物質(zhì)生產(chǎn)更為密切。研究表明，合理的種植方式可以改善冠層內(nèi)的光照、溫度、濕度和CO2等微環(huán)境，對(duì)于建造良好的群體冠層結(jié)構(gòu)具有重要意義[5-10]。在單葉光合能力相同的情況下，葉面積大小和空間配置越合理，更能有效利用太陽(yáng)輻射能，形成較多的同化產(chǎn)物[11-13]。因此，如何改善群體與個(gè)體的關(guān)系，建立良好的群體結(jié)構(gòu)以提高光能利用率成為玉米高產(chǎn)栽培技術(shù)的首要問(wèn)題。本試驗(yàn)選用黑龍江寒地應(yīng)用廣泛的壟上雙行、傳統(tǒng)小壟以及壟上三行（壟上三行在黑龍江地區(qū)的應(yīng)用并不廣泛，所以關(guān)于壟上三行種植方式對(duì)玉米光合特性及產(chǎn)量影響的理論依據(jù)很少）的種植方式和種植密度，研究對(duì)緊湊型玉米品種光合特性和產(chǎn)量的影響，以期探明黑龍江寒地地區(qū)超高產(chǎn)春玉米最適的種植密度及種植方式，為黑龍江寒地地區(qū)建立高產(chǎn)、超高產(chǎn)的玉米合理群體結(jié)構(gòu)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試土壤條件

試驗(yàn)田地力均勻，耕作層有機(jī)質(zhì)含量21.6 g/kg、全氮含量160.65 mg/kg、速效磷含量9.74 mg/kg、速效鉀含量 35.6 mg/kg，pH值7.74。

1.2試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用高產(chǎn)玉米品種鄭單958為試材。鄭單958是由河南省農(nóng)科院糧食作物研究所選育的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、耐密、抗倒、抗旱型優(yōu)良玉米品種。該品種株型緊湊，幼苗拱土能力強(qiáng)，苗期生長(zhǎng)健壯。該品種在黑龍江寒地地區(qū)經(jīng)過(guò)前人多點(diǎn)聯(lián)合試驗(yàn)、不同地點(diǎn)播期試驗(yàn)、密度試驗(yàn)，確定了黑龍江寒地地區(qū)為鄭單958種植的適宜區(qū)[14-15]。前期試驗(yàn)結(jié)果表明鄭單958在試驗(yàn)地區(qū)具有較高的產(chǎn)量水平。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2013年在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，栽培方式為主區(qū)，分設(shè)（1）壟上三行種植（R1）：大壟距為140 cm，壟上植株行距為40 cm，采用“Z”字形播種，2大壟間邊行距為60 cm；（2）壟上雙行種植（R2）：壟距為110 cm，壟上植株行距為50 cm，2壟間相鄰植株行距為60 cm；（3）傳統(tǒng)小壟（R3）：壟距65 cm。密度為副區(qū)，設(shè)4個(gè)種植密度：4.5萬(wàn)（M1）、6萬(wàn)（M2）、7.5萬(wàn)（M3）、9.0萬(wàn)株/hm2（M4）。其他管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。于拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期、乳熟期（吐絲后20 d）和完熟期分別測(cè)定光合速率、葉面積指數(shù)、葉綠素含量和干物質(zhì)積累量。

1.4測(cè)定方法

葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）：采用英國(guó)Delta公司生產(chǎn)的Sunscan冠層分析系統(tǒng)測(cè)定。

光合速率（Pn）：用美國(guó)產(chǎn)Li-6400XT OPEN6.1光合測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)定，每片葉讀取3次數(shù)據(jù)，取平均值。

葉綠素含量：采用丙酮和乙醇等體積混合后浸泡，在暗光處充分提取10 h，分別在645 nm和663 nm波長(zhǎng)下測(cè)定光吸收值，計(jì)算葉片葉綠素含量。

干物質(zhì)積累量：105 ℃殺青30 min后，80 ℃下烘至恒重稱量，重復(fù)3次。

統(tǒng)計(jì)分析：采用Excel和SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1產(chǎn)量

由表1可知，不同種植方式對(duì)玉米產(chǎn)量具有極顯著的影響（P<0.001）。種植方式R2的產(chǎn)量最高（平均達(dá)到 12 520 kg/hm2），其次是種植方式R1，其中種植方式R2比R1、R3分別高7.01%、54.19%。從產(chǎn)量構(gòu)成上來(lái)看，種植方式R2的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)主要得益于較高的穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量，而種植方式R3的產(chǎn)量劣勢(shì)則同樣體現(xiàn)在穗粒數(shù)和百粒重。不同種植密度間的產(chǎn)量差異均達(dá)到極顯著水平（P<0.001，表1）。其中在M4種植密度下的產(chǎn)量顯著高于其他種植密度，M1產(chǎn)量最低，而穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量和穗長(zhǎng)均隨著密度增加而下降。種植方式和密度間存在顯著的互作效應(yīng)（P<0.05）。

2.2葉面積指數(shù)（LAI）

不同種植密度間的LAI差異均達(dá)到極顯著水平（P<0001），而不同種植方式的LAI在鄭單958整個(gè)生育期內(nèi)差異均達(dá)到極顯著水平（P<0.001）。由圖 1 可知，不同密度群體LAI總體變化基本一致，在生育期內(nèi)LAI呈單峰曲線變化，均在抽雄期達(dá)到最大值，且各生育時(shí)期LAI都隨密度的增加而升高。鄭單958在R2種植方式、9.0 萬(wàn)株/hm2種植密度下的LAI最高，分別高出其他2種種植方式58%（R1）、31.5%（R3）。在整個(gè)生育期內(nèi)M4種植密度LAI顯著高于其他3種種植密度。葉面積指數(shù)增大有利于光合作用積累干物質(zhì)，從而影響籽粒產(chǎn)量。表1種植方式和密度對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

從灌漿期到完熟期分別下降了6127%（M1）、67.12%（M2）、59.08%（M3）和71.10%（M4）。隨著密度增加，生育后期可進(jìn)行光合作用的綠色葉片由于株間通風(fēng)透光不良而呈加速下降趨勢(shì)，導(dǎo)致光合作用降低，而無(wú)法合成更多有機(jī)物供給植株干物質(zhì)積累。鄭單958在M3密度下葉綠素含量下降緩慢，表明高密度下緊湊型品種能夠較好地保持綠葉期。不同種植方式間，灌漿期鄭單958在R2種植方式下的葉綠素含量比R1、 R3分別高98%、21.2%，表明R2種植方式能使鄭單958生育后期維持較高的葉綠素含量，使植株功能葉片光合作用延長(zhǎng)，優(yōu)于R1、R3種植方式。

2.5干物質(zhì)積累

不同種植方式和種植密度對(duì)植株地上部干物質(zhì)積累總量的差異均達(dá)到極顯著水平（P<0.001）（表3）。R2種植方式下的總干物質(zhì)量和花后干物質(zhì)量均表現(xiàn)為顯著高于R1和R3種植方式。鄭單958在R3種植方式下的干物質(zhì)總量最低。鄭單958在R2和R3種植方式下，花后干物質(zhì)量占總干物質(zhì)量比值顯著高于R1，說(shuō)明R2和R3種植方式更有利于花后干物質(zhì)積累。不同種植密度下，鄭單958隨著密度的增加總干物質(zhì)量和花后干物質(zhì)量均顯著升高。種植密度對(duì)植株的干物質(zhì)積累量影響顯著，從而影響產(chǎn)量的提高。種植方式和種植密度間互作效應(yīng)對(duì)干物質(zhì)總量和花后干物質(zhì)積累均表現(xiàn)極顯著差異（P<0.001）。表3種植密度和方式對(duì)玉米干物質(zhì)積累的影響

試驗(yàn)因素處理總干物質(zhì)量

3討論與結(jié)論

種植密度對(duì)群體光合作用效率和干物質(zhì)積累的影響要大于其他栽培方式[16-17]，適當(dāng)增加種植密度是玉米獲得高產(chǎn)的主要途徑之一，而種植方式可以協(xié)調(diào)高密度條件下群體內(nèi)的光照、溫度、濕度、養(yǎng)分供給等狀況，是提高作物群體光合作用并最終影響產(chǎn)量的因素之一[18]，但不同種植方式必須與相應(yīng)的種植密度相結(jié)合，才能達(dá)到增產(chǎn)的目的。吳建明等研究認(rèn)為密度對(duì)葉綠素含量的影響在玉米生育前期差異不顯著，在后期葉綠素含量隨著密度的增加而增加，但達(dá)到一定程度的密度后則隨密度的增加而降低[19]。光合作用是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，玉米產(chǎn)量主要來(lái)源于花后葉片的光合同化物，所以增加總干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)積累量，是提高產(chǎn)量的有效途徑[20]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鄭單958在灌漿期的光合速率隨著密度增加而下降，當(dāng)種植密度過(guò)大時(shí)，導(dǎo)致下部葉片早衰，光合速率均開(kāi)始下降，但是在適宜的種植密度下采用R2種植方式，有利于下部葉片光照條件的改善，延長(zhǎng)其群體葉片功能期。緊湊型品種由于葉片上挺，能將接受的光能合理分配到群體內(nèi)各葉層，滿足了光合作用對(duì)光能的需要，鄭單958在R2種植方式和7.5 萬(wàn)株/hm2種植密度下能保持較長(zhǎng)時(shí)期的LAI。葉綠素含量多少是作物光合能力強(qiáng)弱的決定因素之一，葉綠素含量越高，光合能力越強(qiáng)，有利于干物質(zhì)積累，3種種植方式下的葉綠素含量隨密度增加均有先增加后減少的趨勢(shì)，這與前人研究結(jié)果相一致。R2種植方式下，葉綠素含量均大于其他2種種植方式。在不同種植密度下，鄭單958的總干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)積累量隨密度增加顯著提高，這與陳傳永等的研究結(jié)果[21]一致。而總干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)積累量的變化趨勢(shì)同產(chǎn)量的變化趨勢(shì)相一致。

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，不同種植方式和密度對(duì)鄭單958的LAI、光合速率、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量有極顯著作用，但對(duì)葉綠素含量的影響不顯著。不同密度間，鄭單958隨著密度增加，LAI和總干物質(zhì)量及花后干物質(zhì)積累量均呈上升趨勢(shì)，在9.0 萬(wàn)株/hm2種植密度下顯著高于其他密度。緊湊型品種在高密度種植下，由于品種自身特性，葉片上沖，植株間互相遮擋適宜，能夠構(gòu)建良好的群體冠層結(jié)構(gòu)，從而獲得高產(chǎn)。在R2種植方式下，各指標(biāo)均與R1和R3種植方式顯著差異，能獲得較高產(chǎn)量。說(shuō)明在適宜的密度下，配以R2種植方式能夠構(gòu)建良好的群體結(jié)構(gòu)，最終提高玉米產(chǎn)量。

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