河北省高產(chǎn)夏玉米的群體結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量形成特征

王　磊,萬(wàn)敬敬,杜　雄,崔彥宏,黨紅凱,李科江

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河北省作物生長(zhǎng)重點(diǎn)調(diào)控實(shí)驗(yàn)室,河北 保定　071001;2.河北省農(nóng)林科學(xué)院 旱作農(nóng)業(yè)研究所,河北 衡水　053000)

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河北省高產(chǎn)夏玉米的群體結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量形成特征

王磊1,萬(wàn)敬敬1,杜雄1,崔彥宏1,黨紅凱2,李科江2

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河北省作物生長(zhǎng)重點(diǎn)調(diào)控實(shí)驗(yàn)室,河北 保定071001;2.河北省農(nóng)林科學(xué)院 旱作農(nóng)業(yè)研究所,河北 衡水053000)

為探尋夏玉米高產(chǎn)栽培可借鑒的高效生產(chǎn)管理方法和顯著提高其產(chǎn)量,采用對(duì)比研究方法,明確了河北省夏玉米生產(chǎn)中高產(chǎn)模式和農(nóng)戶生產(chǎn)模式間群體結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量形成的差異。結(jié)果表明,高產(chǎn)模式比農(nóng)戶生產(chǎn)模式產(chǎn)量提高了21.4%,原因在于高產(chǎn)模式下82 000穗/hm2以上的有效穗數(shù)和近350 g的千粒質(zhì)量,但高產(chǎn)模式的單穗粒數(shù)不占優(yōu)勢(shì)。高產(chǎn)模式下夏玉米具有較高的穗高系數(shù),倒伏風(fēng)險(xiǎn)也隨之加大。高產(chǎn)模式吐絲期葉面積指數(shù)在6.3以上、全生育期總光合勢(shì)在300萬(wàn)(m2·d)/hm2以上,且花后光合勢(shì)占總光合勢(shì)的75%以上,吐絲后光合勢(shì)較農(nóng)戶栽培模式提高了38.4%。高產(chǎn)模式下莖葉干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移量顯著高于農(nóng)戶生產(chǎn)模式,而農(nóng)戶生產(chǎn)模式因籽粒的灌漿活躍期較短而出現(xiàn)干物質(zhì)在莖葉中的積累現(xiàn)象。收獲時(shí)高產(chǎn)模式下群體干物質(zhì)達(dá)到24 296 kg/hm2,收獲指數(shù)為54.43%。每生產(chǎn)100 kg籽粒對(duì)氮磷鉀的需求量高產(chǎn)模式下分別為1.93,1.19,1.85 kg,與農(nóng)戶生產(chǎn)模式相比,高產(chǎn)模式對(duì)鉀素和磷素的相對(duì)需求比例增高,氮素需求量則有所降低。

高產(chǎn)夏玉米;群體結(jié)構(gòu);產(chǎn)量形成;河北省

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,世界糧食的持續(xù)短缺成為未來(lái)幾十年需要解決的重大問(wèn)題[1-2]。面對(duì)我國(guó)人口不斷增加,耕作面積日趨減少的基本國(guó)情[3],作為我國(guó)種植面積和產(chǎn)量最大的作物,玉米的持續(xù)增產(chǎn)是保障我國(guó)糧食安全的關(guān)鍵[4],依賴單產(chǎn)的進(jìn)一步提高業(yè)已成為解決我國(guó)“少耕地,多人口”問(wèn)題的重要出路。葉面積和干物質(zhì)積累是決定作物產(chǎn)量的重要指標(biāo)[5-7]。多年來(lái),眾多學(xué)者圍繞玉米冠層結(jié)構(gòu)、光合特性和干物質(zhì)積累開(kāi)展了大量研究[8-11],認(rèn)為葉面積指數(shù)大且功能期長(zhǎng),群體內(nèi)光分布合理,葉片光合速率高,并且擁有較多生物量是夏玉米獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)[12]。但前人對(duì)夏玉米高產(chǎn)機(jī)制的研究多以同一品種設(shè)置不同的管理栽培模式或不同品種在相同的管理栽培模式下進(jìn)行對(duì)比,針對(duì)在不同的管理栽培模式下的夏玉米群體產(chǎn)量形成特征鮮有研究。從2004年起,國(guó)家開(kāi)始實(shí)施以糧食豐產(chǎn)科技工程為代表的主要糧食作物高產(chǎn)研究、樣板創(chuàng)建和技術(shù)推廣,自此在國(guó)家支持下,河北省的夏玉米超高產(chǎn)產(chǎn)量不斷被刷新,實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)的區(qū)域也從原來(lái)的山前平原區(qū)擴(kuò)展到低平原區(qū),而且年度間也具有了較為穩(wěn)定的重現(xiàn)性。雖然河北省夏玉米的平均單產(chǎn)或普通農(nóng)戶的產(chǎn)量也在不斷提高,但其產(chǎn)量較科研項(xiàng)目的攻關(guān)高產(chǎn)還有不小差距。如何更好地大面積、區(qū)域化的提高我省夏玉米產(chǎn)量水平,縮小農(nóng)戶生產(chǎn)田和高產(chǎn)攻關(guān)田之間的產(chǎn)量差距,研究明確12 000 kg/hm2以上超高產(chǎn)夏玉米的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和群、個(gè)體發(fā)育特征,以及實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)所需的生產(chǎn)條件具有重要意義。因此,本試驗(yàn)以試驗(yàn)區(qū)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶種植模式為對(duì)照,以高產(chǎn)栽培模式為基礎(chǔ),探索不同玉米群體和產(chǎn)量之間的差異性,以期為夏玉米的高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和可供借鑒的思路。

1　材料和方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在河北省農(nóng)林科學(xué)院深州旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)地為黏壤質(zhì)潮土,土壤0～20 cm耕層含有機(jī)質(zhì)14.95 g/kg、堿解氮96.3 mg/kg、速效磷20.9 mg/kg、速效鉀123.1 mg/kg,土壤容重1.41 g/cm3。試驗(yàn)設(shè)置高產(chǎn)栽培模式(High-yield planting mode,簡(jiǎn)稱HYPM)和普通農(nóng)戶種植模式(Farmers′ practice mode,簡(jiǎn)稱FPM)2個(gè)處理,高產(chǎn)栽培模式以鄭單958為試材,嚴(yán)格按照“夏玉米12 000～12 750 kg/hm2栽培技術(shù)規(guī)程(DB13/T2054-2014)”種植和管理,種植密度為85 500株/hm2,行距60 cm,種植面積1 000 m2,從中選擇3個(gè)面積150 m2的區(qū)域作為試驗(yàn)小區(qū)和重復(fù)。普通栽培模式調(diào)查試驗(yàn)站所在地(衡水市深州護(hù)駕遲鎮(zhèn)護(hù)駕遲村)的農(nóng)戶生產(chǎn)田,該村整建制種植的品種為先玉335,種植密度為55 500株/hm2,行距60 cm,該村對(duì)河北省平原區(qū)的夏玉米生產(chǎn)具有較好的代表性。高產(chǎn)田施肥量按 N 360 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 225 kg/hm2,磷鉀肥和30%氮肥作為底肥,50%氮肥在大口期追施,20%氮肥吐絲期追施。普通農(nóng)戶生產(chǎn)田在播種時(shí)一次性施入750 kg/hm2的復(fù)合肥(N-P2O5-K2O= 16-16-16)。2種種植模式均在6月13日播種,并灌溉蒙頭水75 mm,10月1日收獲,高產(chǎn)田于7月28日和8月25日補(bǔ)充灌溉,灌溉量為75 mm；農(nóng)戶生產(chǎn)田于8月15日補(bǔ)充灌溉,灌溉量為90 mm。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1葉面積分別在苗期(V3)、拔節(jié)期(V7)、大口期(V12)、吐絲期(S)、吐絲后15 d(AS15)、吐絲后30 d(AS30)、吐絲后45 d(AS45)和收獲期(H)采用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)定葉面積。

1.2.2干物質(zhì)在測(cè)量葉面積的同時(shí)收取植株地上部干物質(zhì),將樣品在烘箱中105 ℃殺青30 min,然后在80 ℃條件下烘干至恒重時(shí)稱重。在吐絲期和收獲期將植株器官拆分為葉片、莖鞘(包括莖稈、葉鞘和雄穗)、苞葉&穗軸和籽粒(不包括吐絲期)等四部分。干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量=吐絲期營(yíng)養(yǎng)器官干物重-收獲時(shí)營(yíng)養(yǎng)器官干物重。

1.2.3穗位葉光合參數(shù)的測(cè)定吐絲后每隔15 d選擇晴天的上午10:00-11:00用CI-340PS便攜式光合測(cè)定儀對(duì)標(biāo)記植株測(cè)定穗位葉的光合速率。

1.2.4產(chǎn)量及植株性狀的調(diào)查收獲每小區(qū)中間未受到任何取樣破壞的6行15 m長(zhǎng)區(qū)域的果穗,同時(shí)測(cè)量株高和穗位高,并計(jì)數(shù)玉米株數(shù)和穗數(shù),折合單位面積有效穗數(shù)。每個(gè)處理從收獲果穗中隨機(jī)選取20果穗進(jìn)行考種。待全部果穗曬干后進(jìn)行脫粒,測(cè)定含水量并按14%商品含水量折合單位面積產(chǎn)量,同時(shí)測(cè)定千粒質(zhì)量。

1.2.5籽粒灌漿的測(cè)定吐絲期每小區(qū)選擇生長(zhǎng)大小一致果穗掛牌標(biāo)記植株,在標(biāo)記植株中每7 d選取5個(gè)果穗,脫粒并混合均勻后取100籽粒烘干至恒重后測(cè)定百粒質(zhì)量。以開(kāi)花后天數(shù)(t)為自變量,測(cè)得的百粒質(zhì)量為因變量(y),用Logistic方程y=K/(1+ae-bt)擬合不同處理的籽粒灌漿特征。1.2.6氮、磷、鉀的測(cè)定玉米樣品消煮定容后,氮、磷使用德國(guó)產(chǎn)連續(xù)流動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)定,鉀采用火焰光度法測(cè)定。養(yǎng)分在某器官中的積累量(kg/hm2)=某器官養(yǎng)分含量×干物重×種植密度;營(yíng)養(yǎng)器官的養(yǎng)分轉(zhuǎn)移量(kg/hm2)=吐絲期營(yíng)養(yǎng)器官養(yǎng)分積累量-收獲期營(yíng)養(yǎng)器官養(yǎng)分積累量;

營(yíng)養(yǎng)器官中養(yǎng)分對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率=營(yíng)養(yǎng)器官中養(yǎng)分轉(zhuǎn)移量/收獲期籽粒養(yǎng)分積累量×100%。

1.3數(shù)據(jù)處理及分析

用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖;用SAS 8.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1產(chǎn)量及植株性狀2.1.1產(chǎn)量及其構(gòu)成因素從表1可以看出,高產(chǎn)種植模式的產(chǎn)量顯著高出農(nóng)戶種植模式21.4%。從產(chǎn)量構(gòu)成來(lái)看,高產(chǎn)種植模式的有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量均顯著高于農(nóng)戶種植模式,分別提高了48.3%和12.2 g,但穗粒數(shù)顯著降低,較農(nóng)戶種植模式減少了21.7%。說(shuō)明有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量的提高是高產(chǎn)種植模式獲得目標(biāo)產(chǎn)量的主要原因。高產(chǎn)種植模式的最大灌漿速率較農(nóng)戶種植模式降低,但是線性增長(zhǎng)期和灌漿活躍期延長(zhǎng)(表2),最終結(jié)果是千粒質(zhì)量顯著提高。

表1　兩種種植模式下的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

注:不同字母表示2種種植模式在0.05水平上差異顯著。表3-8,圖1-3同。

Note:Different letters within a column are significantly different at 0.05 level.The same as Tab.3-8,Fig.1-3.

表2　兩種種植模式下的籽粒灌漿特征

2.1.2植株性狀由表3可以看出,農(nóng)戶種植模式較高產(chǎn)模式的穗粗差異并不顯著,穗長(zhǎng)、行數(shù)和行粒數(shù)均顯著提高,這也是農(nóng)戶模式穗粒數(shù)顯著提高的原因。農(nóng)戶模式的穗高系數(shù)顯著低于高產(chǎn)模式,較低的穗高系數(shù)說(shuō)明穗上節(jié)間相對(duì)拉長(zhǎng)程度較高,更有利于建立高光效的光合生產(chǎn)系統(tǒng),促進(jìn)穗位葉光合產(chǎn)物的形成,使得單穗產(chǎn)量得到提高,也進(jìn)而說(shuō)明高產(chǎn)模式下增加穗數(shù)是產(chǎn)量顯著提高的主要原因,但也因較高的穗高系數(shù),倒伏的風(fēng)險(xiǎn)隨之加大。

表3　兩種種植模式下的夏玉米植株性狀和穗部性狀

2.2葉面積指數(shù)變化及光合勢(shì)

由圖1可知,2個(gè)種植模式的葉面積指數(shù)(LAI)隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)不斷增大,均在吐絲期達(dá)到最大值,高產(chǎn)模式和農(nóng)戶模式的LAI分別為6.3和4.3。吐絲后,高產(chǎn)模式的LAI一直處于高值狀態(tài),吐絲到吐絲后45 d的LAI一直高于5;農(nóng)戶種植模式的LAI吐絲后則一直處于較低狀態(tài)(4.3>LAI>3.4)。從群體光合勢(shì)來(lái)看(圖2),吐絲后2種模式的光合勢(shì)均占總光合勢(shì)的75%左右,高產(chǎn)模式下總光合勢(shì)為414×104(m2·d)/hm2,較農(nóng)戶種植模式提高了38.4%。

2.3干物質(zhì)動(dòng)態(tài)

2.3.1地上部干物質(zhì)的變化由圖3可以看出,干物質(zhì)積累隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)而不斷增加,收獲期達(dá)到最大值。在吐絲期2個(gè)種植模式的單株干物質(zhì)積累量差異不大,吐絲后農(nóng)戶種植模式的單株干物重快速增加,顯著高于高產(chǎn)模式,至收獲期農(nóng)戶種植模式的單株干物重為386 g/株,較高產(chǎn)模式增加了35.9%。2個(gè)種植模式下,群體干物質(zhì)積累在大口期差異并不顯著,大口期以后,高產(chǎn)模式的群體干物質(zhì)積累顯著高于農(nóng)戶種植模式,收獲時(shí)高產(chǎn)模式下群體干物質(zhì)達(dá)到24 296 kg/hm2,較農(nóng)戶模式提高了13.0%。

圖1　兩種種植模式下的葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)變化

圖2　兩種種植模式下的群體光合勢(shì)比較

圖3　兩種種植模式下不同時(shí)期的夏玉米干物質(zhì)積累比較

2.3.2地上部干物質(zhì)的分配和轉(zhuǎn)移從表4可以看出,成熟期2個(gè)種植模式的單株地上部干物質(zhì)在不同器官中的分配量和比例依次為籽粒>莖鞘>葉>苞葉&穗軸。高產(chǎn)模式的籽粒比例即經(jīng)濟(jì)系數(shù)為54.43%,顯著高于農(nóng)戶模式將近5個(gè)百分點(diǎn),而營(yíng)養(yǎng)器官所占比例兩者差異不顯著,但農(nóng)戶模式條件下單株各個(gè)器官的生物積累量均顯著高于高產(chǎn)模式,這則是農(nóng)戶模式較低的種植密度導(dǎo)致的結(jié)果。

表4　兩種種植模式下夏玉米成熟期干物質(zhì)的分配比較

由于種植條件的不同,吐絲后干物質(zhì)的積累量與轉(zhuǎn)移出現(xiàn)變化(表5)。農(nóng)戶模式的種植密度較低,但吐絲后總的干物質(zhì)積累量較高產(chǎn)模式有所增加,但差異不顯著。從營(yíng)養(yǎng)器官的干物重來(lái)看,高產(chǎn)種植模式的莖鞘和葉片收獲時(shí)的干物重較吐絲期減少,表明有干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移,而收獲期農(nóng)戶模式的莖鞘和葉片的干物重較吐絲期增加;2種種植模式下收獲期苞葉&穗軸的干物重較吐絲期增加,但增加量高產(chǎn)模式比農(nóng)戶模式減少了33.6%。由于農(nóng)戶模式籽粒的灌漿活躍期較短,不能充分利用葉片生產(chǎn)的光合產(chǎn)物,可能是造成吐絲后干物質(zhì)繼續(xù)在營(yíng)養(yǎng)器官中積累的原因。吐絲后干物質(zhì)積累量和營(yíng)養(yǎng)器官中干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移量及效率也是造成最終產(chǎn)量差異的重要因素。

表5　兩種種植模式下吐絲后各器官的干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)移

2.4光合特性

如表6所示,在吐絲期2個(gè)種植模式的凈光合速率差異不顯著,但高產(chǎn)模式的冠層光合能力顯著高于農(nóng)戶模式32.3%;吐絲后15 d,高產(chǎn)模式的凈光合速率和冠層光合能力均較農(nóng)戶模式顯著提高了37.5%和90.8%;吐絲后30 d,2個(gè)種植模式的凈光合速率差異不再顯著,但高產(chǎn)模式的冠層光合能力提高了48.1%;吐絲后45 d,高產(chǎn)栽培模式下的凈光合速率顯著降低,冠層光合能力較農(nóng)戶種植模式也未顯著提高。表明在吐絲后45 d內(nèi)擁有較強(qiáng)的冠層光合能力是獲得高產(chǎn)的重要原因。

2.5氮、磷、鉀的積累

2.5.1吐絲前后氮、磷、鉀養(yǎng)分的累積由表7可以看出,吐絲前高產(chǎn)模式的群體營(yíng)養(yǎng)元素積累量均顯著高于農(nóng)戶模式,氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量分別提高了55.5%,66.9%,80.6%;吐絲后高產(chǎn)模式的氮素和鉀素的積累量較農(nóng)戶模式顯著降低了39.1%,44.6%,磷素積累量則顯著增加了22.3%。從吐絲前后養(yǎng)分的分配比例來(lái)看,2個(gè)種植模式鉀素的積累主要在吐絲期前吸收積累,磷素則在吐絲后吸收積累,對(duì)于氮素2種模式的表現(xiàn)不同,高產(chǎn)模式主要在吐絲前吸收積累,農(nóng)戶模式則在吐絲后吸收積累量所占比例較大。因此,要想獲得高產(chǎn),生育前期要保證充足的氮肥和鉀肥,這有利于促進(jìn)地上部光合產(chǎn)物的積累,生育后期要保證充足的氮肥和磷肥,有利于滿足籽粒充實(shí)過(guò)程中所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

2.5.2氮、磷、鉀養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移與100 kg籽粒吸收量

由表8可以看出,2種模式下籽粒中積累的氮素差異不顯著,高產(chǎn)模式的營(yíng)養(yǎng)器官中氮素積累量顯著高于農(nóng)戶模式。且在吐絲后,均有氮素從營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒中轉(zhuǎn)移,高產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)運(yùn)量較農(nóng)戶田高出了50 kg/hm2左右,氮素轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)率較農(nóng)戶模式大幅提高,達(dá)到了45%以上。籽粒中的磷素和鉀素均表現(xiàn)為高產(chǎn)模式顯著高于農(nóng)戶模式,且高產(chǎn)模式營(yíng)養(yǎng)器官中的磷素和鉀素向籽粒中轉(zhuǎn)移,農(nóng)戶模式的磷素和鉀素繼續(xù)在營(yíng)養(yǎng)器官中積累。從每生產(chǎn)100 kg籽粒對(duì)氮磷鉀的需求量來(lái)看,高產(chǎn)模式分別為1.93,1.19,1.85 kg,農(nóng)戶模式則為2.27,1.07,1.49 kg,這也表明高產(chǎn)模式對(duì)鉀素和磷素的相對(duì)需求比例增高,氮素則有所降低。

表6　兩種種植模式下夏玉米的凈光合速率和冠層光合能力

表7　兩種種植模式下吐絲前后夏玉米群體氮、磷、鉀的積累量及比例

表8　氮、磷、鉀養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移與100 kg籽粒吸收量

3　討論與結(jié)論

在我國(guó)“人口數(shù)量不斷增長(zhǎng),耕地面積剛性減少”的雙重壓力下,依賴單產(chǎn)的進(jìn)一步提高成為我國(guó)未來(lái)糧食安全的保障。實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)是農(nóng)業(yè)科研和生產(chǎn)中永恒的課題,同時(shí)發(fā)展超高產(chǎn)也是保障我國(guó)糧食安全的基本途徑,高產(chǎn)記錄是產(chǎn)量持續(xù)提升的前提,也能為將來(lái)糧食的大面積高產(chǎn)提供有效途徑[13]。玉米高產(chǎn)記錄的典型示范表明,在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)玉米要獲得高產(chǎn),必須提高種植密度[13-15]，本試驗(yàn)的結(jié)果同樣證明了這一點(diǎn)。產(chǎn)量是穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量三者共同決定的結(jié)果,曹國(guó)軍等[16]研究表明,低產(chǎn)條件下穗粒數(shù)是決定產(chǎn)量的主要因素,高產(chǎn)和超高產(chǎn)條件下穗數(shù)是產(chǎn)量的決定性因素。本試驗(yàn)顯示,農(nóng)戶模式的穗粒數(shù)顯著高于高產(chǎn)模式,但高產(chǎn)模式的有效穗數(shù)較農(nóng)戶模式提高了48.3%,使得最終產(chǎn)量提高了21.4%。

葉片是玉米制造和輸出光合同化產(chǎn)物的主要器官,因此,玉米的最終產(chǎn)量取決于葉片對(duì)于光照資源的吸收和轉(zhuǎn)化。黃振喜等[17]研究表明,產(chǎn)量在15 000 kg/hm2以上的夏玉米葉面積指數(shù)和葉片的凈光合速率高值持續(xù)期長(zhǎng)且灌漿期凈光合速率較強(qiáng)。劉偉等[18]研究認(rèn)為在高密度栽培條件下,雖然減少了單株葉面積,但有效地?cái)U(kuò)大了群體葉面積,為玉米高產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的“源”基礎(chǔ)。張玉芹等[5]研究表明，吐絲后較高的群體光合勢(shì)和冠層光合能力是玉米高產(chǎn)的重要原因。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),高產(chǎn)栽培模式下LAI在吐絲后一直處于高值狀態(tài),吐絲期到吐絲后45 d的LAI一直高于5,而普通農(nóng)戶模式則處于低水平狀態(tài)(4.3>LAI>3.4);群體光合勢(shì)較農(nóng)戶模式提高了38.4%。吐絲后高產(chǎn)種植模式的冠層光合能力顯著高于普通農(nóng)戶種植模式。群體LAI和冠層光合能力的提高是超高產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)的主要原因。

玉米籽粒產(chǎn)量受到生育期內(nèi)干物質(zhì)的積累分配和吐絲后營(yíng)養(yǎng)器官的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移的影響[19-22]。閻翠萍等[20]研究表明春玉米干物質(zhì)在各器官的分配隨生長(zhǎng)中心的轉(zhuǎn)移而變化，散粉前干物質(zhì)主要集中在莖葉中，散粉后果穗成為光合產(chǎn)物的分配中心，各營(yíng)養(yǎng)器官的干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)移。連艷鮮等[23]研究認(rèn)為高產(chǎn)玉米吐絲后的干物質(zhì)積累要占總干物重的60%以上，經(jīng)濟(jì)系數(shù)超過(guò)53%。產(chǎn)量在15 000 kg/hm2以上的夏玉米花后干物質(zhì)積累量達(dá)到了總生物量的72%以上[17]，一定程度上說(shuō)明了生殖生長(zhǎng)時(shí)期干物質(zhì)積累得越多，籽粒產(chǎn)量也就越高。本試驗(yàn)研究表明，高產(chǎn)栽培模式下的單株干物重在吐絲后明顯低于農(nóng)戶模式，但群體總干物重在大口期以后高于農(nóng)戶模式。高產(chǎn)模式的經(jīng)濟(jì)系數(shù)較農(nóng)戶生產(chǎn)提高了4.7個(gè)百分點(diǎn)。吐絲后，高產(chǎn)種植模式的莖鞘和葉片中的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移，而農(nóng)戶模式的莖鞘和葉片干物質(zhì)繼續(xù)積累，2種模式的苞葉&穗軸干物重較吐絲其均增加，但高產(chǎn)模式的增加量較農(nóng)戶模式減少了33.6%。綜合來(lái)看，高產(chǎn)模式下吐絲后營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)向生殖器官的轉(zhuǎn)移并具有較高的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。農(nóng)戶模式吐絲后的干物質(zhì)一部分儲(chǔ)存在營(yíng)養(yǎng)器官中，且經(jīng)濟(jì)系數(shù)較低，產(chǎn)量也隨之變低。在高產(chǎn)栽培模式下，如何通過(guò)改進(jìn)栽培或育種的方法，增加高產(chǎn)群體吐絲后干物質(zhì)積累以及提高向籽粒的轉(zhuǎn)移效率，從而進(jìn)一步提高產(chǎn)量，需要進(jìn)一步的探討和研究。

本研究同時(shí)表明，由于農(nóng)戶模式籽粒灌漿活躍期較短，不能充分利用葉片生產(chǎn)的光合同化產(chǎn)物，出現(xiàn)吐絲后干物質(zhì)繼續(xù)在營(yíng)養(yǎng)器官中積累的現(xiàn)象，而且因河北省地處華北平原北端的地理區(qū)位所決定的冬小麥-夏玉米一年兩熟的熱量資源劣勢(shì)，結(jié)合當(dāng)前玉米主要作為飼料的利用途徑，變夏玉米“糧用”為“飼用”，通過(guò)農(nóng)牧結(jié)合實(shí)現(xiàn)玉米整株利用，變國(guó)家“糧食”安全為“食物”安全戰(zhàn)略，使玉米的糧食產(chǎn)量轉(zhuǎn)換為食物產(chǎn)量，更具資源與經(jīng)濟(jì)學(xué)意義。而畜牧業(yè)產(chǎn)生的大量有機(jī)糞便可以繼而投入農(nóng)田，回補(bǔ)土壤養(yǎng)分，又能減少化學(xué)肥料的使用，改善土壤條件。如何讓玉米在糧食生產(chǎn)中占據(jù)越來(lái)越重要的地位，協(xié)調(diào)好農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)之間的關(guān)系，從而建立起循環(huán)農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，也需要我們的深入研究，也可視為夏玉米高產(chǎn)和高效利用的另外形式。

高產(chǎn)模式產(chǎn)量比農(nóng)戶模式產(chǎn)量提高了21.4%,原因在于高產(chǎn)模式的82 000穗/hm2以上的有效穗數(shù)和近350 g的千粒質(zhì)量,而高產(chǎn)模式的穗粒數(shù)不占優(yōu)勢(shì)。高產(chǎn)模式下夏玉米具有較高的穗高系數(shù),倒伏風(fēng)險(xiǎn)也隨之加大。高產(chǎn)模式吐絲期葉面積指數(shù)在6.3以上,全生育期總光合勢(shì)在300萬(wàn)(m2·d)/hm2以上,且花后光合勢(shì)占總量的75%以上,吐絲后光合勢(shì)較普通栽培模式提高了38.4%。高產(chǎn)模式下莖葉干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移量顯著高于農(nóng)戶模式,而農(nóng)戶模式因籽粒的灌漿活躍期較短而出現(xiàn)干物質(zhì)在莖葉中積累。收獲時(shí)高產(chǎn)模式下群體干物質(zhì)達(dá)到24 296 kg/hm2,收獲指數(shù)54.43%。從每生產(chǎn)100 kg籽粒對(duì)氮磷鉀的需求量來(lái)看,高產(chǎn)模式分別為1.93,1.19,1.85 kg,與農(nóng)戶種植模式相比,高產(chǎn)模式下對(duì)鉀素和磷素的需求比例相對(duì)增高,氮素需求量則有所降低。

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Population Structure and Yield Formation of High-yield Summer Maize in Hebei Province

WANG Lei1,WAN Jingjing1,DU Xiong1,CUI Yanhong1,DANG Hongkai2,LI Kejiang2

(1.College of Agronomy,Agricultural University of Hebei,Hebei Key Laboratory of Crop Growth Regulation,Baoding071001,China;2.Institute of Dryland Farming,Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences,Hengshui053000,China)

In order to find out a referential efficient summer maize planting process and increase its grain yield effectively,with a comparative analysis method the difference of population structure and yield formation between high-yield mode of summer maize production and farmers′ practice was cleared in Hebei Province.The results indicated that compared with farmers′ practice,the output of high-yield mode increased by 21.4%,which resulted from more than 82 000 ears per ha and nearly 350 g of 1000-grain weight.In high-yield mode,due to the higher ear height index of summer maize the risk of lodging increased.The leaf area index (LAI) at silking stage was above 6.3,total leaf area duration in the whole growing period was more than 3 million (m2·d)/ha in high-yield production mode,more than 75% of which was in post-anthesis.After silking,the leaf area duration increased by 38.4% compared with farmers′ practice.In high-yield mode,the dry matter transferred from stem and leaf to grain was significantly higher than farmers′ practice in which dry matter accumulated in stem and leaf because the active period of grain filling was shorter.In high-yield production mode,the dry matter of population was up to 24 296 kg/ha at harvest and the harvest index achieved 54.43%.In the demand of N,P,K,for each 100 kg grain production,in high-yield production mode was 1.93,1.19,1.85 kg,respectively.Compared with the farmers′ practice,the demand of potassium and phosphorus relatively increased,while nitrogen demand decreased slightly in high-yield mode.

High-yield summer maize;Population structure;Yield formation;Hebei Province

2016-04-13

河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(14226401D);河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系玉米創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)基金項(xiàng)目(HBCT2013020203;HBCT2013020204);糧食豐產(chǎn)科技工程(2011BAD16B08;2012BAD04B06;2013BAD07B05);國(guó)家公益性行業(yè)專項(xiàng)(201203100)

王磊(1988-),男,河北邯鄲人,碩士,主要從事作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生理生態(tài)研究。

杜雄(1979-),男,河北定州人,副教授,博士,碩士生導(dǎo)師,主要從事農(nóng)業(yè)資源高效利用研究。

S513.01

A

1000-7091(2016)04-0177-07

10.7668/hbnxb.2016.04.028