高密度條件下行距配置對春玉米光合特性及產(chǎn)量的影響

劉永忠，李萬星，曹晉軍，靳鯤鵬

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 谷子研究所，山西 長治 046011)

高密度條件下行距配置對春玉米光合特性及產(chǎn)量的影響

劉永忠，李萬星，曹晉軍，靳鯤鵬

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 谷子研究所，山西 長治 046011)

為探明在9.0萬株/hm2高密度種植條件下旱地春玉米最佳的株行距配置，采用隨機區(qū)組設(shè)計，12個處理(DH1.等行距40.0 cm，DH2.等行距50.0 cm，DH3.等行距60.0 cm，DH4.等行距70.0 cm，DH5.等行距80.0 cm，DH6.等行距90.0 cm，KH1.寬窄行(53.3 cm+26.7 cm)，KH2.寬窄行(66.7 cm+33.3 cm)，KH3.寬窄行(80.0 cm+40.0 cm)，KH4.寬窄行(93.3 cm+46.7 cm)，KH5.寬窄行(106.7 cm+53.3 cm)，KH6.寬窄行(120.0 cm+60.0 cm))。3次重復(fù)，研究了行距配置對鄭單958在旱地春播情況下產(chǎn)量和群體光合特性的影響。結(jié)果表明，隨著行距的縮小，穗位葉SPAD值、穗位葉凈光合速率、葉面積指數(shù)(LAI)、PAR截獲率、單株干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量均提高；其中，50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置2年平均籽粒產(chǎn)量較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均產(chǎn)量提高24.3%，除2013年DH6處理產(chǎn)量顯著高于KH6處理外，其余等行距處理和寬窄行處理之間產(chǎn)量無顯著性差異。高密度條件下山西省春玉米最佳行距配置為50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm。

玉米；高密度；行距配置；產(chǎn)量

諸多研究表明，增加密度、合理密植是今后玉米高產(chǎn)、超高產(chǎn)栽培的發(fā)展方向，密度高低是能否實現(xiàn)玉米高產(chǎn)的決定因素之一[1-4]。但隨著種植密度的不斷提高，植株之間相互遮陰，群體郁閉，通風(fēng)透光條件變差；高密度種植條件下，功能葉片葉綠素含量、光合速率也隨之降低[5-6]。

株行距配置對于調(diào)節(jié)群體結(jié)構(gòu)具有重要意義，合理的株行距可以改善冠層內(nèi)的光照、溫度、濕度和CO2等微環(huán)境，可以較好地協(xié)調(diào)微氣象因子與玉米產(chǎn)量的關(guān)系[7]。Dale[8]通過試驗研究得出，玉米在76 cm行距下比38 cm行距產(chǎn)量高；Luis等[9]在7.5萬株/hm2條件下試驗，結(jié)果表明，50 cm行距較75，100 cm行距增產(chǎn)。鄒淑芳等[10]通過對4種株行距配置比較試驗后得出，最大和最小行距產(chǎn)量較高、而中間行距產(chǎn)量最低的現(xiàn)象；楊利華等[11]研究認(rèn)為，較高密度條件下縮小行距提高了株高的整齊度和千粒質(zhì)量，有利于產(chǎn)量的提高；李猛等[12]通過研究發(fā)現(xiàn)，寬窄行不利于耐密品種鄭單958獲得高產(chǎn)；楊吉順等[13]、馬磊磊等[14]研究認(rèn)為，高密度下采用寬窄行種植方式較等行距顯著增產(chǎn)?？梢钥吹?，國內(nèi)外關(guān)于株行距配置的研究很多，得出的結(jié)論存在較大差異，但旱地春玉米在高密度條件下，如何確定合理行距配置鮮有報道。

本研究選擇鄭單958適宜當(dāng)?shù)氐?.0萬株/hm2高密度條件[15]，且設(shè)置了較多株行距處理，從葉綠素、光合速率、葉面積指數(shù)、PAR截獲率、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量等方面進行研究，以期探明高密度條件下春玉米最佳的株行距配置，為提高旱地玉米單產(chǎn)、保障國家糧食安全提供理論和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013-2014年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所試驗基地進行。試驗地為壤土，0～40 cm土層內(nèi)的有機質(zhì)含量為20.9 g/kg，全氮1.28 g/kg，堿解氮53.29 mg/kg，速效磷14.22 mg/kg，速效鉀201.33 mg/kg。2013年生育期降雨量523.7 mm，2014年生育期降雨量360.0 mm，2年生育期內(nèi)均無灌溉。

1.2 試驗材料

供試品種為鄭單958，密度為9.0萬株/hm2。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，12個處理： DH1.等行距40.0 cm，DH2.等行距50.0 cm，DH3.等行距60.0 cm， DH4.等行距70.0 cm，DH5.等行距80.0 cm，DH6.等行距90.0 cm， KH1.寬窄行(53.3 cm+26.7 cm)，KH2.寬窄行(66.7 cm+33.3 cm)，KH3.寬窄行(80.0 cm+40.0 cm)，KH4.寬窄行(93.3 cm+46.7 cm)，KH5.寬窄行(106.7 cm+53.3 cm)，KH6.寬窄行(120.0 cm+60.0 cm)。每處理寬8.0 m，行長5.5 m。3次重復(fù)。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 穗位葉葉綠素含量 采用SPAD-502型葉綠素測定儀(Konica Minolta，日本)分別于開花期、灌漿期、乳熟期、蠟熟期、完熟期測定穗位葉SPAD值，每處理測定5 株，取其均值作為各處理SPAD值。

1.4.2 穗位葉凈光合速率 用CIRAS-2便攜式光合測定系統(tǒng)分別于開花期、灌漿期、乳熟期、蠟熟期、完熟期的晴天10：00-12：00時進行測定。光強、CO2濃度和葉溫分別控制在1 200 μmol/(m2·s)，400 μmol/mol 和30 ℃。每次選取5個葉片，選擇健康葉片中部的相同部位測定，結(jié)果取平均值。

1.4.3 葉面積指數(shù)(LAI)于苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期、成熟期進行測定，測定時選擇生長發(fā)育一致、葉片無病斑和破損的植株，重復(fù) 3次。

LAI=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積；單葉葉面積=長×寬×0.75。

1.4.4 PAR截獲率 于灌漿期選擇晴天無云天氣，于 9：00-11：00采用 SunScan冠層分析儀(Delta，UK)進行測定。在行間按對角線方式，寬窄行分別測定，其結(jié)果取平均值。分 2 層測量，即下層(地面30 cm)和穗位葉層(穗位葉及其上下葉)。

1.4.5 干物質(zhì)積累量于苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期、成熟期，選擇生長發(fā)育一致、葉片無病斑和破損的植株，測定地上部干物重，測定方法為將樣品在烘箱內(nèi) 105 ℃殺青 60 min，再經(jīng) 85 ℃烘干至恒重，稱重，重復(fù) 3次。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗結(jié)果采用SPSS軟件進行方差分析和顯著性差異比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同株行距配置對穗位葉葉綠素SPAD值的影響

由圖1，2可知，穗位葉葉綠素SPAD值隨著生育期的推進呈現(xiàn)單峰曲線變化，均在灌漿期達(dá)到最大值，完熟期達(dá)到最小值。不同等行距配置和寬窄行配置對葉綠素SPAD值的影響表現(xiàn)出相同規(guī)律，隨著種植行距的減小葉綠素SPAD值逐漸增加。在完熟期40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均SPAD值達(dá)到34.5，50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均SPAD值為33.9，分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均SPAD值高19.0%和17.1%。由此可見，隨著行距的增加，葉綠素SPAD值在灌漿后期的下降尤為明顯，較小的行距配置更有利于穗位葉葉綠素的保持和積累。

圖1 等行距對穗位葉葉綠素值的影響

圖2 寬窄行對穗位葉葉綠素值的影響

2.2 不同株行距配置對穗位葉光合速率的影響

由圖3，4可知，玉米穗位葉凈光合速率隨著生育期的推進呈現(xiàn)單峰曲線變化，均在灌漿期達(dá)到最大值，完熟期達(dá)到最小值，不同等行距和寬窄行配置下的凈光合速率均表現(xiàn)為隨著行距的減小而增大。在灌漿期40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的穗位葉平均凈光合速率達(dá)到31.41 μmol/(m2·s)，50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均凈光合速率達(dá)30.13 μmol/(m2·s)，分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均凈光合速率提高11.1%和6.6%。在完熟期，40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的穗位葉平均凈光合速率與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均凈光合速率分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均凈光合速率提高34.3%和34.9%。由此可見，在高密度條件下，隨著行距的增加穗位葉凈光合速率在灌漿后期的下降尤為明顯，較小的行距配置更有利于穗位葉光合速率高值持續(xù)期的延長，更有利于為玉米籽粒灌漿提供充足的光合產(chǎn)物。

圖3 等行距對穗位葉凈光合速率的影響

圖4 寬窄行對穗位葉凈光合速率的影響

2.3 不同株行距配置對葉面積指數(shù)的影響

由圖5，6可知，群體葉面積指數(shù)(LAI)隨著生育進程的推進呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，即隨著生育時期的推移呈現(xiàn)單峰曲線變化，灌漿期達(dá)到高峰，之后開始下降。等行距配置和寬窄行配置對葉面積指數(shù)的影響表現(xiàn)出相同規(guī)律，拔節(jié)期后隨著行距的縮小LAI隨之增加，在開花期40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均LAI與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均LAI分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm的平均LAI增加29.5%和24.3%。拔節(jié)期后行距較小的處理(40.0，50.0，60.0 cm)中，平均行距相同的寬窄行配置LAI要高于等行距配置；行距較大的處理(70.0，80.0，90.0 cm)中，平均行距相同的等行距配置LAI要高于寬窄行配置。由此可見，平均行距40.0 cm及50.0 cm的行距配置，更有利于在高密度條件下提高葉面積指數(shù)，從而有利于光合源的擴大。

圖5 等行距配置對玉米葉面積指數(shù)的影響

圖6 寬窄行距配置對玉米葉面積指數(shù)的影響

2.4 不同株行距配置對光截獲的影響

由圖7，8可知，隨著行距的減小穗位葉層PAR截獲率、冠層PAR總截獲率隨之增加。其中，40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均總截獲與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm增加12.5%和11.2%；穗位葉層平均截獲率分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm提高22.2%和21.3%。當(dāng)平均行距為40.0，50.0，60.0 cm時，等行距和寬窄行配置的PAR截獲率相差很小；但平均行距為70.0，80.0，90.0 cm時，等行距配置的總截獲率較寬窄行配置高1.3%～3.0%；穗位葉層截獲率較寬窄行配置高3.1%～3.7%。由此可見，高密度種植條件下大行距處理的漏光損失嚴(yán)重，在穗位葉層表現(xiàn)尤為明顯。

圖7 等行距對玉米灌漿期PAR截獲率的影響

圖8 寬窄行對玉米灌漿期PAR截獲率的影響

2.5 不同株行距配置對干物質(zhì)積累的影響

由圖9，10可知，隨著生育進程的推進單株干物質(zhì)積累均表現(xiàn)為先慢后快的增長趨勢，不同等行距配置和寬窄行配置的單株干物質(zhì)積累在苗期無明顯變化規(guī)律，在拔節(jié)期后隨著行距的減小單株干物質(zhì)積累增加。在成熟期40 cm+40 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均單株干物質(zhì)量與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均干物質(zhì)分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm增加

圖10 寬窄行配置對玉米單株干物質(zhì)積累的影響

37.2%和37.4%。在成熟期行距較大的處理(80.0，90.0 cm)中，平均行距相同的等行距配置單株干物質(zhì)積累要高于寬窄行配置。由此可見，在高密度條件下，平均行距40.0，50.0 cm的行距配置，更有利于干物質(zhì)的積累。

2.6 不同株行距配置對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

由表1可知，籽粒產(chǎn)量隨種植行距的縮小而增加，2年的試驗結(jié)果相似，其中，40 cm+40 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的2年平均產(chǎn)量與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的2年平均產(chǎn)量分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm增加29.5%和24.3%，說明在高密度條件下，減小種植行距是獲得高產(chǎn)的有效途徑。行距較小的處理(40.0，50.0 cm)產(chǎn)量顯著高于行距較大的處理(80.0，90.0 cm)，平均行距相同的處理中，除2013年DH6處理產(chǎn)量顯著高于KH6處理外，其余寬窄行配置和等行距配置之間產(chǎn)量無顯著性差異。對本試驗條件下產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素進行相關(guān)性分析表明，產(chǎn)量與穗粒數(shù)、實收穗數(shù)、百粒質(zhì)量均呈極顯著正相關(guān)(2013年相關(guān)系數(shù)分別為：r=0.919﹡﹡，r=0.903﹡﹡，r=0.750﹡﹡；2014年相關(guān)系數(shù)分別為：r=0.895﹡﹡，r=0.936﹡﹡，r=0.918﹡﹡)，產(chǎn)量與禿尖間呈極顯著負(fù)相關(guān)(2013年相關(guān)系數(shù)為：r=-0.915﹡﹡；2014年相關(guān)系數(shù)為：r=-0.901﹡﹡)。因此，高密度條件下小行距增產(chǎn)的主要原因是由于穗粒數(shù)、實收穗數(shù)、百粒質(zhì)量的顯著提高及禿尖的顯著降低。

表1 不同株行距配置對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

注：同一性狀的數(shù)值標(biāo)以不同小寫字母表示不同行距配置處理在P﹤0.05水平上差異顯著(LSD法數(shù)據(jù)統(tǒng)計)。

Note：Values within a column followed by different letters are significantly different atP﹤0.05(as determined by LSD).

3 討論

穗位葉是籽粒產(chǎn)量的主要來源，葉綠素是葉片進行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，穗位葉片葉綠素含量是衡量玉米光合能力強弱的指標(biāo)，其與光合速率呈正相關(guān)。本研究結(jié)果表明，隨著行距的增加穗位葉SPAD值在灌漿后期的下降尤為明顯，較小的行距配置更有利于穗位葉葉綠素的保持和積累。光合作用是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，作物的干物質(zhì)95%以上來源于光合作用。玉米穗位葉凈光合速率隨密度的增大而降低[16]，玉米葉片光合速率與作物產(chǎn)量之間呈正相關(guān)[17]，尤其在高密度栽培中，表現(xiàn)得更為突出。董樹亭等[18]研究認(rèn)為，延長灌漿期的群體光合速率高值持續(xù)期是玉米高產(chǎn)的潛力所在。本研究結(jié)果表明，在高密度條件下，平均行距40.0，50.0 cm處理的穗位葉凈光合速率較高，隨著行距的增加穗位葉凈光合速率在灌漿后期的下降明顯，較小的行距配置有利于穗位葉光合速率高值持續(xù)期的延長，更有利于為玉米籽粒灌漿提供充足的光合產(chǎn)物。

葉面積指數(shù)(LAI)是衡量玉米產(chǎn)量及生長發(fā)育狀況的一個重要指標(biāo)，適宜的葉面積指數(shù)有利于提高光能利用率，葉面積穩(wěn)定期持續(xù)時間較長，波動小，衰亡時間短，葉面積下降比較緩慢，有利于提高玉米光能利用效率和籽粒產(chǎn)量[19]。沈秀瑛等[20]研究指出，玉米群體對太陽有效輻射的截獲在一定范圍內(nèi)與LAI呈正相關(guān)。本研究結(jié)果表明，40.0 cm及50.0 cm的平均行距配置，有利于在高密度條件下提高葉面積指數(shù)，從而有利于光合源的擴大。玉米冠層內(nèi)光合有效輻射(PAR)直接影響冠層內(nèi)葉片的光合作用，進而影響玉米凈第一生產(chǎn)力或作物產(chǎn)量的準(zhǔn)確評估[21]。本研究結(jié)果表明，較小的行距處理冠層PAR總截獲率和穗位層PAR截獲率比大行距處理高，在高密度種植條件下，大行距處理的漏光損失嚴(yán)重，在穗位葉層表現(xiàn)尤為明顯。

干物質(zhì)是籽粒產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，產(chǎn)量和干物質(zhì)量呈正相關(guān)，在一定范圍內(nèi)，籽粒產(chǎn)量隨干物質(zhì)量的增加而提高[22]。提高干物質(zhì)的生產(chǎn)能力，是提高玉米籽粒產(chǎn)量的根本途徑[23]。本研究結(jié)果表明，在高密度條件下，玉米整個生長發(fā)育過程中，40.0，50.0 cm的平均行距配置，有效地調(diào)節(jié)了植株個體與群體間的矛盾，有利于干物質(zhì)的積累。在密度增加的情況下，適當(dāng)縮小行距，是國內(nèi)外高產(chǎn)玉米的發(fā)展趨勢。在美國，隨著密度的增加種植行距已由20世紀(jì)50年代的102 cm減小到76 cm[24]；據(jù)研究，行距由100 cm縮小到76 cm，產(chǎn)量增長5%～10%[25]；對于玉米，合理的行距是株距的1.5～2.0倍[26]。張勝愛等[27]、張曉麗等[28]研究表明，適度增加密度可以提高產(chǎn)量，隨行距的擴大產(chǎn)量有降低的趨勢，高密度條件下通過縮小行距可使產(chǎn)量構(gòu)成因素實現(xiàn)最佳配置，從而獲得較高產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，行距較小的處理(40.0，50.0 cm)產(chǎn)量顯著高于行距較大的處理(80.0，90.0 cm)，平均行距40.0，50.0 cm的處理之間無顯著性差異，平均行距相同的處理中，寬窄行配置和等行距配置之間產(chǎn)量無顯著差異。過寬的行距導(dǎo)致產(chǎn)量降低的原因是多方面的，如對雜草的抑制作用減弱、高蒸發(fā)率、光截獲率下降，種植行內(nèi)株距過小，導(dǎo)致株間競爭激烈等。試驗表明，高密度下，平均行距40.0 cm的處理產(chǎn)量最高，但在具體的實施中，40.0 cm處理的等行距和寬窄行配置由于行間比較狹窄，追肥、管理等很不方便。因此，推薦在高密度(9萬株/hm2)玉米的實際生產(chǎn)中，采用50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置。

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Effects of Row Spacing on Photosynthetic Characteristics and Yield of Spring Maize under High Density

LIU Yongzhong，LI Wanxing，CAO Jinjun ，JIN Kunpeng

(Institute of Millet，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Changzhi 046011，China)

With the high-density of 90 000 plants/ha，the effects of row spacing on spring maize were studied.The experiment was conducted with random block design.There were 12 treatments in the test: DH1.40.0 cm+40.0 cm，DH2.50.0 cm+50.0 cm，DH3.60.0 cm+60.0 cm，DH4.70.0 cm+70.0 cm，DH5.80.0 cm+80.0 cm，DH6.90.0 cm+90.0 cm，KH1.The wide-narrow spacing 53.3 cm+26.7 cm，KH2.66.7 cm+33.3 cm，KH3.80.0 cm+40.0 cm，KH4.93.3 cm+46.7 cm，KH5.106.7 cm+53.3 cm，KH6.120.0 cm+60.0 cm.All treatments were repeated three times.The effects of row spacing on grain yield and photosynthetic characteristics were studied in this article.The results showed that with the reducing of row spacing，SPAD of ear leaf，Pn of ear leaf，LAI，as well as PAR capture ratio of corn and dry matter accumulation of corn and grain yield increased accordantly.The 50.0 cm+50.0 cm and 66.7 cm+33.3 cm treatments two years average grain yield increased by 24.3% than the treatments of 90.0 cm+90.0 cm and 120.0 cm+60.0 cm.There was no significant difference between row spacing and wide-narrow spacing except DH6 and KH6 in 2013. The results indicated that 50.0 cm + 50.0 cm and 66.7 cm + 33.3 cm was the best row spacing at higher plant density spring maize in Shanxi.

Maize； High planting density； Row spacing； Yield

2017-03-07

山西省重點研發(fā)計劃(指南)項目(201603D221035-3)；山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重點項目(YZD1503)

劉永忠(1964-)，男，山西長治人，研究員，碩士，主要從事玉米栽培研究及推廣工作。

S513.01;S513.04

A

1000-7091(2017)03-0111-07

10.7668/hbnxb.2017.03.017