行向和種植方式對玉米穗下節(jié)間與莖倒伏相關(guān)性狀的影響

劉勝群，劉鐵東，宋鳳斌，王　洋，齊曉寧，朱先燦

(1.中國科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所， 吉林 長春 130102；2.福建農(nóng)林大學(xué)作物科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002)

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行向和種植方式對玉米穗下節(jié)間與莖倒伏相關(guān)性狀的影響

劉勝群1，劉鐵東2，宋鳳斌1，王洋1，齊曉寧1，朱先燦1

(1.中國科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所， 吉林 長春 130102；2.福建農(nóng)林大學(xué)作物科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002)

行向和種植方式是調(diào)節(jié)玉米冠層結(jié)構(gòu)的重要措施。但行向和種植方式是否影響基部莖節(jié)的抗倒伏相關(guān)性狀還不清楚。本研究在吉林省玉米種植區(qū)進(jìn)行，采用均勻壟(行距為65 cm)和寬窄行(寬行距為80 cm，兩窄行距為40 cm)的種植方式，行向分別為東西向、南北向和南偏西20°，探討行向和種植方式對倒伏相關(guān)的玉米基部節(jié)間性狀的影響。研究結(jié)果顯示，寬窄行種植的玉米的穗高系數(shù)低于均勻壟。行向影響玉米基部第二莖節(jié)的橫向壓碎強(qiáng)度、第二、第四和第六莖節(jié)的含水量以及第四莖節(jié)的莖粗系數(shù)。行向和種植方式互作對第二和第六莖節(jié)的橫向壓碎強(qiáng)度、第四莖節(jié)的單位長度鮮質(zhì)量、鮮密度以及莖粗系數(shù)的影響顯著。因此選擇寬窄行種植方式和適宜的行向可以提高玉米基部莖節(jié)倒伏抗性。圖7，參22。

行向；玉米；寬窄行；莖倒伏

玉米是我國重要的糧食作物，同時也是重要的飼料和工業(yè)原料，玉米生產(chǎn)在我國具有重要意義。隨著對玉米需求量的增加，提高玉米單位面積產(chǎn)量的要求愈加迫切。我國的玉米單產(chǎn)提升空間較大，適當(dāng)增加種植密度是提高玉米產(chǎn)量的有效途徑[1-2]。

種植密度增加提高倒伏風(fēng)險，倒伏已成為限制玉米產(chǎn)量提高的重要因素之一[3-4]。莖稈和根系在玉米倒伏抗性中發(fā)揮著重要的作用，它們不僅承受著整株植株的重量，還要抵抗外界的不良壓力。其中，玉米的莖稈與莖倒伏密切相關(guān)，莖節(jié)性狀、尤其是基部節(jié)間性狀是決定其倒伏抗性的重要因素[5-7]。玉米種植密度增加導(dǎo)致地上部群體內(nèi)植株之間相互遮陰，通風(fēng)透光條件變差[8-9]，使玉米地上部的莖葉等器官的形態(tài)和功能受到影響[10-11]，進(jìn)而影響植株的抗倒伏能力。在較高密度條件下，如何改善玉米冠層結(jié)構(gòu)，增加群體內(nèi)的通風(fēng)透光條件，是當(dāng)前玉米栽培的關(guān)鍵問題。

玉米行向和行距配置影響冠層結(jié)構(gòu)，適宜的行向和行距配置可以構(gòu)建良好的群體冠層結(jié)構(gòu)[12-14]，進(jìn)而有利于改善冠層內(nèi)的光照、溫度、濕度和CO2等微環(huán)境[15-16]。尤其在較高種植密度條件下，寬窄行種植對于改善通風(fēng)透光狀況十分有利。但是，關(guān)于寬窄行條件下通風(fēng)透光狀況的改變對葉片和莖稈的影響如何、莖稈的抗倒伏性能如何的相關(guān)報道還較少。因此，本研究針對不同行向下的寬窄行種植的玉米，研究其基部伸長莖節(jié)與倒伏抗性相關(guān)的性狀特征，分析和評價行向和種植方式對玉米基部伸長莖節(jié)抗倒伏能力的影響。

1　材料與方法

1.1材料與試驗設(shè)計

試驗于2015年在中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的德惠試驗基地進(jìn)行。土壤為黑質(zhì)壤土。該區(qū)雨熱同季，每年降水主要集中在6月-9月。土壤有機(jī)質(zhì)含量26.90 g·kg-1。玉米品種為良玉99，5月3日采用人工點播方式進(jìn)行播種，播種密度為6.5×104株·hm-2。施肥量為施氮肥180 kg·hm-2，P2O5和K2O為82.5 kg·hm-2。磷、鉀肥和40%的氮肥在播種前施入，60%的氮肥于拔節(jié)期施入。其它田間管理措施與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)田相同。

玉米采用兩種種植方式，一種為常規(guī)均勻壟(行距為65 cm)種植；另一種為寬窄行種植，其中寬行距為80 cm，兩窄行間距為40 cm，玉米種植在窄行上。壟向為3種，第一種是東西壟向(簡稱“東西向”，記為：“EW”)，第二種是南北壟向(簡稱“南北向”，記為“NS”，第三種是南偏西20度壟向(簡稱“南偏西20°”，記為：“SW20”)。采用小區(qū)種植玉米，壟向為主區(qū)，種植方式為副區(qū)。小區(qū)面積200 m2，3次重復(fù)。

1.2測定方法

開花期每小區(qū)選擇5株有代表性植株進(jìn)行取樣。首先測定株高和穗位高。而后將玉米穗下基部伸長節(jié)間為對象開展研究。資料報道顯示，玉米莖折發(fā)生部位以穗下伸長節(jié)間2節(jié)～6節(jié)為主。因此，本實驗以玉米穗下伸長節(jié)間2節(jié)～6節(jié)為對象開展研究。節(jié)間選取是從莖節(jié)基部伸長節(jié)間開始，自下而上依次記為第一節(jié)間(S1)、第二節(jié)間(S2)、第三節(jié)間(S3)……。取樣時，去除葉鞘和葉片。取S2、S3、S4、S5和S6，取樣后，立即用保鮮膜將材料包好，于4℃條件下保存并帶回實驗室供測定。分別測定供試樣品的鮮重、節(jié)間直徑(長軸直徑和短軸直徑)和節(jié)間長度和莖稈壓碎強(qiáng)度。莖稈壓碎強(qiáng)度測定采用莖稈強(qiáng)度測定儀(YYD-1)進(jìn)行測定。而后，供試樣品放于105℃烘箱中30 min，而后于70℃烘干至恒重，用天平稱干重。計算穗高系數(shù)、單位長度鮮質(zhì)量、含水量、莖粗系數(shù)和莖稈鮮密度。其中穗高系數(shù)=穗高/莖高；莖粗系數(shù)=莖節(jié)直徑/莖節(jié)長；鮮密度(g·cm3) =節(jié)間莖稈鮮質(zhì)量(g)/節(jié)間莖稈體積(cm3)。

1.3統(tǒng)計分析

采用SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2　結(jié)果與分析

2.1穗高系數(shù)

不同種植方式下玉米穗高系數(shù)如圖1?？梢姡邢?qū)τ谟衩姿敫呦禂?shù)的影響較小，差異未達(dá)到顯著水平，而穗高系數(shù)受種植方式的影響較大，差異達(dá)顯著水平。采用均勻壟種植的玉米的穗高系數(shù)較寬窄行的高0.04。

圖1　種植方式和行向?qū)τ衩姿敫呦禂?shù)的影響Fig.1　Effect of plating patterns and row orientation on cob position height coefficient in maize注：D：行向，P：種植方式，D×P：行向和種植方式互作。下同。Note:D:row orientation; P: planting pattern; D×P: row orientation×planting pattern. The same below.

2.2莖稈壓碎強(qiáng)度

行向和種植方式對玉米基部第二莖節(jié)(S2)至第六莖節(jié)(S6)的壓碎強(qiáng)度的影響如圖2?？梢?，基部第二莖節(jié)(S2)的壓碎強(qiáng)度受行向影響顯著，第二莖節(jié)(S2)和第六莖節(jié)(S6)受行向和種植方式互作的影響顯著，其它莖節(jié)受行向和種植方式影響較小。

2.3莖稈單位長度鮮質(zhì)量

玉米第四莖節(jié)(S4)的單位長度鮮質(zhì)量受行向和種植方式互作的影響較大，差異達(dá)顯著水平，見圖3。而其它莖節(jié)的單位長度鮮質(zhì)量受種植方式和行向影響較小，差異未達(dá)到顯著水平。

2.4莖稈含水量

行向影響第二莖節(jié)(S2)、第四莖節(jié)(S4)和第六莖節(jié)(S6)的含水量，其差異達(dá)顯著水平，見圖4。種植方式以及種植方式和行向互作對莖稈含水量影響較小，差異未達(dá)到顯著水平。

2.5莖稈鮮密度

第四莖節(jié)(S4)的鮮密度受行向和種植方式互作的影響，而其他莖節(jié)受行向和種植方式影響較小，差異未達(dá)到顯著水平，見圖5。

2.6莖粗系數(shù)

第四莖節(jié)(S4)的莖粗系數(shù)受行向、行向和種植方式互作的影響顯著，其它莖節(jié)的莖粗系數(shù)受行向和種植方式影響較小，差異未達(dá)到顯著水平，見圖6。

2.7莖稈壓碎強(qiáng)度與含水量和鮮密度相關(guān)分析

圖7為莖稈壓碎強(qiáng)度與莖稈含水量(A)以及莖稈壓碎強(qiáng)度與莖稈鮮密度(B)之間的相關(guān)分析，結(jié)果表明，莖稈壓碎強(qiáng)度與其含水量以及莖稈鮮密度之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

3　討　論

行向和種植方式可以調(diào)節(jié)田間玉米冠層的通風(fēng)透光情況。適宜的行向和種植方式可以提高中下層葉片的光合性能，更好地協(xié)調(diào)玉米群體和個體的關(guān)系，使光能在玉米群體冠層內(nèi)的分布更加合理，從而提高玉米群體的光能利用率[16-17]，進(jìn)而提高群體質(zhì)量，改善莖稈質(zhì)量，最終提高玉米的抗倒伏能力和產(chǎn)量[18]。

行向和種植方式影響作物穗下節(jié)間的形態(tài)和質(zhì)量。王慶燕等報道東西行向種植的玉米中下部節(jié)間的長度和直徑有所增加，第9和第10節(jié)間單位長度干重和莖稈折斷強(qiáng)度增加[19]。鄭亭等報道，在四川丘陵區(qū)機(jī)播小麥采用種植3行距40 cm+40 cm或種植4行距20 cm+40 cm+20 cm的種植方式小麥的抗倒伏能力強(qiáng)[18]。劉魏魏等研究顯示，成熟期寬窄行種植的夏玉米的莖粗系數(shù)、外皮穿刺強(qiáng)度均高于等行距種植的玉米[20]。萇建峰等報道在黃淮海地區(qū)等行距種植的夏玉米較寬窄行種植的玉米倒伏發(fā)生率低[21]。玉米穗高系數(shù)與倒伏抗性有關(guān)，其數(shù)值小則說明玉米不易倒伏。研究顯示，種植方式對玉米的抗倒伏相關(guān)指標(biāo)產(chǎn)生影響。寬窄行種植的玉米的穗高系數(shù)較均勻壟種植的低(圖1)，有利于植株抗倒伏。

圖3　種植方式和行向?qū)τ衩浊o稈鮮重/長度的影響Fig.3　Effect of plating patterns and row orientation on stalk fresh weight/ length in maize

圖4　種植方式和行向?qū)τ衩浊o稈含水量的影響Fig.4　Effect of plating patterns and row orientation on stalk water content in maize

圖5　種植方式和行向?qū)τ衩浊o稈鮮密度的影響Fig.5　Effect of plating patterns and row orientation on stalk density in maize

圖6　種植方式和行向?qū)τ衩浊o粗系數(shù)的影響Fig.6　Effect of plating patterns and row orientation on coefficient in stem diameter in maize

圖7　莖稈壓碎強(qiáng)度與含水量和鮮密度之間相關(guān)性Fig.7　Correlation between stalk crushing strength and water content (A) and stalk strshing strength and density (B)

風(fēng)、雨是造成玉米大面積倒伏的直接誘因。玉米倒伏從拔節(jié)后到成熟期均有可能發(fā)生，通常開花至灌漿階段發(fā)生倒伏會對產(chǎn)量造成較大影響。此階段與抗倒伏相關(guān)的莖部性狀與玉米抗倒伏能力密切相關(guān)。莖稈壓碎強(qiáng)度是玉米莖稈力學(xué)特征的重要指標(biāo)，前人研究結(jié)果顯示莖稈壓碎強(qiáng)度與其抗倒伏能力呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，它可以有效的評價莖稈的抗倒伏能力。本研究顯示，第二莖節(jié)(S2)的壓碎強(qiáng)度受行向影響顯著，第二莖節(jié)(S2)和第六莖節(jié)(S6)受行向和種植方式互作的影響顯著，其它莖節(jié)受行向和種植方式影響較小。在與抗倒伏能力相關(guān)的莖部性狀中，莖節(jié)長度、莖粗、單位長度鮮質(zhì)量、含水量、莖粗系數(shù)和莖稈鮮密度等指標(biāo)與作物的抗倒伏能力相關(guān)。此研究顯示莖稈的壓碎強(qiáng)度與其含水量和鮮密度之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(圖7)。由此可見，提高莖稈的鮮密度和含水量可以改善開花期玉米莖稈的力學(xué)特征，進(jìn)而提高抗莖倒伏能力。

田間生產(chǎn)中，適宜行向的確定與試驗地點所在緯度有關(guān)，緯度不同的地方其適宜的行向可能存在差異[22]。因此在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩項l件確定適宜的行向。本試驗所在位置為吉林省長春市，由于寬窄行的種植方式的穗高系數(shù)小于均勻壟，若以此為前提，則采用南偏西20°的行向?qū)μ岣叩诙偷诹o節(jié)壓碎強(qiáng)度較為有利。

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Effects of Row Orientation and Planting Pattern on Traits Associated with Stem Lodging in Maize

LIU Shengqun1, LIU Tiedong2, SONG Fengbin1, WANG Yang1, QI Xiaoning1, ZHU Xiancan1

(1.NortheastInstituteofGeographyandAgroecology,CAS,Changchun130102,China; 2.CollegeofCropSciences，F(xiàn)ujianAgricultureandForestryUniversity，F(xiàn)uzhou350002，China)

Stem traits of maize decided stem lodging resistance. Whether the row orientation and planting pattern affects the stem strains associated with stem lodging was not clear. The experiment with planting pattern of wide-narrow row (80 cm + 40 cm) and uniform row (65 cm, CK) in North-South (NS), East-West (EW) and South by West 20 degree (SW) orientation was conducted in field. Stem traits associated with stem lodging were measured. The results showed that cob position height coefficient under wide-narrow row was significantly decreased. Row orientation influenced stalk crushing strength at the second internode, water content at the second, fourth and sixth internodes and stem diameter coefficient at the fourth internode. The interaction between row orientation and planting pattern affected stalk crushing strength at the second and sixth internodes, fresh weight/length, and stem diameter coefficient at the fourth internode. Therefore, suitable row orientation and planting pattern could affect some stem traits associated with stem lodging in Dehui City, Jilin province corn planting area.

row orientation; maize; wide-narrow row; stem lodging

10.11689/j.issn.2095-2961.2016.03.005

2095-2961(2016)03-0159-07

2016-04-12；

2016-05-19.

吉林省自然科學(xué)基金項目(20130101108JC)；國家自然科學(xué)基金項目(31000690)；吉林省科技發(fā)展計劃項目(20140101155JC).

及

簡介：劉勝群(1976-)，女，吉林四平人，副研究員，主要從事作物生理與栽培研究.

S513

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