不同密度夏玉米群體冠層特征與籽粒含水率的關(guān)系

喬江方，朱衛(wèi)紅，李　川，代書桃，張美微，黃　璐，?！≤?，郭國俊，劉京寶

(河南省農(nóng)業(yè)科學院 糧食作物研究所，河南 鄭州 450002)

籽粒含水率是玉米生產(chǎn)中的重要考察指標，關(guān)系到玉米的籽粒品質(zhì)[1]、機收[2]和倉儲[3]。影響籽粒含水率的因素較多，植株農(nóng)藝性狀[4-6]、籽粒品質(zhì)性狀[7-9]等與籽粒含水率變化有直接的關(guān)系，肥料[10]、濕度[11]、溫度[12]、光照[13]等環(huán)境因子也起到一定的調(diào)控作用。密植是目前玉米增產(chǎn)的主要手段[14]，隨著種植密度的增加，玉米籽粒灌漿進程受到一定程度的影響。例如，隨著密度提高，蛋白質(zhì)積累和蔗糖運轉(zhuǎn)受阻[15]、灌漿期光合物質(zhì)生產(chǎn)能力下降[16]等。籽粒灌漿過程的變化勢必影響籽粒含水量變化，較多研究表明，籽粒灌漿與籽粒含水率變化存在密切關(guān)系[12,17-18]。馮鵬等[19]研究表明，自然脫水期籽粒水分含量變化與密度存在負相關(guān)。增密影響籽粒灌漿繼而導致了籽粒含水率的變化，主要原因在于增密不僅改變了玉米植株本身農(nóng)藝性狀，同時改變了光照、濕度等玉米農(nóng)田生態(tài)小氣候[20-21]。葉面積指數(shù)(LAI)、葉傾角(MTA)等冠層參數(shù)一定程度上可以反映出玉米群體的光截獲和光分布[22]。為進一步明確密度增加后田間生態(tài)小氣候變化對籽粒含水率的影響，本研究通過對灌漿過程冠層特征和籽粒含水率的研究，旨在探明不同密度下玉米群體空間特征與籽粒脫水之間的關(guān)系，以期為玉米密植高產(chǎn)和機收籽粒提供理論參考。

1　材料和方法

1.1　試驗設(shè)計

試驗于2016年在河南省農(nóng)業(yè)科學院試驗基地(原陽)進行。試驗地為潮土，地勢平坦，排灌方便，地力均勻一致，前作小麥，土壤耕層0～30 cm有機質(zhì)含量17.25 g/kg，全氮含量0.96 g/kg，速效氮含量79.35 mg/kg，速效磷含量10.22 mg/kg、速效鉀含量94.56 mg/kg。

試驗采用品種和密度兩因素隨機區(qū)組設(shè)計，品種為先玉335和蠡玉16，為便于不同密度條件下的數(shù)據(jù)分析，每個品種分別設(shè)52 500株/hm2(D1)、67 500株/hm2(D2)、82 500株/hm2(D3)3個密度水平，共6個處理，重復3次。

施氮肥180 kg/hm2(純氮)，分基肥和大喇叭口期追肥2次(比例5∶5)施用，其中基肥為復合肥(氮磷鉀比例15∶5∶5)，追肥為尿素，在大喇叭口期追施。小區(qū)面積為5 m×3.6 m，60 cm等行距種植。6月13日播種，整個生育期保證水分供應(yīng)充足，磷鉀肥施用量為P2O5180 kg/hm2和K2O 180 kg/hm2，均做基肥施用，其他管理同一般高產(chǎn)田。

根據(jù)前期試驗結(jié)果，先玉335(8月1日)較蠡玉16(8月3日)吐絲期早2～3 d，在吐絲前選取長勢一致植株進行標記，在花絲統(tǒng)一抽出后，統(tǒng)一進行人工授粉，并標記授粉日期，以此向后第3天為灌漿開始日期。根據(jù)籽粒灌漿特征結(jié)合本研究需要，分別在籽粒建成期(R2，8月10日，)、乳熟期(R3，8月28日)和完熟期(R6， 9月29日)3個籽粒關(guān)鍵發(fā)育期進行取樣和冠層分析及其他生理指標測定。

1.2　測定項目及方法

籽粒含水率測定：每處理選取吐絲前已標記的長勢一致植株3株。取果穗籽粒各300粒，稱鮮質(zhì)量(FW)，在75 ℃下烘干至恒質(zhì)量測定籽粒干質(zhì)量(DW)，用于計算籽粒含水率。

采用Li-2200(Li-cor company，USA)測定玉米冠層特性，主要分析LAI、無截取散射(DIFN)和平均MTA指標變化。

運用SPAD-502葉綠素計測定葉片葉綠素含量(SPAD值)，葉綠素含量和光合特性測定部位相同，均為穗位葉片距離葉尖部位1/3處。

2　結(jié)果與分析

2.1　密度對夏玉米群體冠層特征參數(shù)的影響

不同基因型夏玉米品種在籽粒建成期、乳熟期和完熟期葉面積指數(shù)存在較大差異，蠡玉16穗位葉面積指數(shù)較先玉335三個時期分別高0.88%、10.59%、26.72%，且隨著灌漿進程呈遞增趨勢。而基部葉面積指數(shù)分別高14.27%、11.30%、10.92%，呈遞減趨勢，表明同一密度處理下蠡玉16群體大于先玉335，且隨著灌漿進程，穗位層葉面指數(shù)下降速度大于蠡玉16。葉面積指數(shù)2個品種不同密度處理之間的變化趨勢一致，均隨著密度增大葉面積指數(shù)呈上升趨勢。無截取散射為冠層中散射光線占總有效輻射的比例，先玉335品種無截取散射高于蠡玉16，穗位層3個灌漿時期先玉335較蠡玉16品種無截取散射分別高7.02%、32.31%、47.62%，基部分別高42.86%、78.57%、33.33%。密度效應(yīng)不同品種間表現(xiàn)一致，無截取散射隨著種植密度增加呈下降趨勢。葉傾角主要反映了植株葉片形態(tài)，先玉335葉傾角明顯高于蠡玉16，所有處理葉傾角平均值先玉335高6.62°，葉傾角主要受基因型控制，不同灌漿時期和不同密度處理對葉傾角的影響沒有一致的規(guī)律(表1)。

2.2　密度對不同灌漿期玉米葉片葉綠素含量的影響

蠡玉16灌漿過程葉片葉綠素含量整體高于先玉335(4.83%)，且在灌漿乳熟期和完熟期仍保持較高的葉綠素含量。2個品種灌漿過程葉綠素含量變化趨勢不同。先玉335在籽粒建成期后葉綠素含量呈下降趨勢，而蠡玉16在乳熟期葉綠素含量達到最大。密度對葉綠素含量影響較大，先玉335三個灌漿時期隨著密度增加葉綠素含量呈下降趨勢，而蠡玉16在籽粒建成期隨著密度增加葉綠素含量呈上升趨勢，隨后與先玉335變化趨勢一致(圖1)。

表1　不同密度對玉米冠層參數(shù)的影響

注：不同小寫字母表示處理間呈0.05顯著水平，下同。

圖1　不同密度對玉米葉綠素含量的影響

2.3　密度對玉米群體籽粒含水率的影響

蠡玉16籽粒含水率整體高于先玉335，籽粒建成期、乳熟期和完熟期3個密度處理平均值蠡玉16分別高于先玉335 3.97、5.93、2.47個百分點，蠡玉16與先玉335在不同密度處理下籽粒含水率達到顯著水平。密度對籽粒含水率影響不同品種間變化規(guī)律不同，先玉335在67 500株/hm2處理條件下籽粒含水率最高，且3個灌漿時期規(guī)律性一致，而蠡玉16在完熟期(R6)低密度(52 500株/hm2)條件下籽粒含水率最低，而其他2個灌漿時期與先玉335規(guī)律一致，也是在67 500株/hm2處理條件下籽粒含水率最高(表2)。

表2　不同密度對玉米籽粒含水率的影響

2.4　玉米冠層特征參數(shù)與籽粒含水率的相關(guān)性分析

對本研究中測定的穗位層和基部冠層參數(shù)LAI、DIFN和平均MTA與籽粒含水率進行相關(guān)分析(表3)，結(jié)果表明，穗位層和基部冠層無截取散射與葉面積指數(shù)呈極顯著負相關(guān)；葉傾角與葉面積指數(shù)呈負相關(guān)，其中基部冠層無截取散射和葉面積指數(shù)達到極顯著水平；而平均葉傾角與無截取散射呈正相關(guān)，其中基部冠層達到極顯著水平。即反映出葉面積指數(shù)越大無截取散射越小，平均葉傾角越大無截取散射越大。

籽粒含水率與葉面積指數(shù)呈正相關(guān)，其中與基部葉面積指數(shù)達到極顯著正相關(guān)(r=0.634**)；籽粒含水率與無截取散射呈負相關(guān)，其中與基部無截取散射達到極顯著負相關(guān)(r=-0.631**)；籽粒含水率與穗位平均葉傾角呈正相關(guān)，與基部平均葉傾角達到極顯著負相關(guān)(r=-0.711**)。

表3　冠層特征參數(shù)與籽粒含水率相關(guān)分析

注：相關(guān)系數(shù)臨界值，r0.05=0.468，r0.01=0.590。*、*分別表示在0.01、0.05水平相關(guān)性極顯著、顯著。

3　結(jié)論與討論

3.1　不同密度不同株型夏玉米冠層特征的基因型差異

關(guān)于不同密度處理對玉米冠層特征的研究較多，有研究發(fā)現(xiàn)，合理密度種植有利于形成較好的群體冠層結(jié)構(gòu)，有利于延緩衰老，增強光合作用能力，同時可以提高穗位層的透光率[23-24]，本研究結(jié)果表明，同一密度處理條件下不同株型玉米冠層特征存在較大的差異，蠡玉16群體大于先玉335，進一步分析表明，隨著灌漿進程，先玉335穗位層葉面指數(shù)下降速度大于蠡玉16。密度增加無截取散射呈遞減趨勢，即密度增加群體小氣候光合有效輻射(PAR)截獲增加[24-25]。先玉335穗位層和基部冠層無截取散射均高于蠡玉16。不同品種間密度效應(yīng)表現(xiàn)一致，無截取散射隨著種植密度增加呈下降趨勢。先玉335和蠡玉16屬于緊湊和半緊湊型玉米均具有較高的葉面積指數(shù)和光能截獲量，這與前人研究結(jié)果[26-27]一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，2個品種冠層葉片葉綠素含量變化存在差異，先玉335葉綠素含量籽粒建成期至完熟期呈下降趨勢，而蠡玉16葉綠素含量峰值出現(xiàn)在乳熟期，先玉335后期葉片衰老較快可能也是后期葉面積指數(shù)降低的原因。

3.2　玉米冠層空間無截取散射與籽粒含水率的關(guān)系

葉面積指數(shù)一定程度上反映了夏玉米群體的大小，無截取散射是指群體中未被冠層葉面PAR截獲的比例，一定程度上可以反映群體的通風透光能力[23]，玉米籽粒含水率的降低即籽粒脫水與群體空間的通風透光能力存在一定的關(guān)系，對此前人開展了研究[13,22]。本研究結(jié)果表明，葉面積指數(shù)越大無截取散射越小(r=-0.971**)，即增加密度葉面積指數(shù)增加，無截取散射減小，平均葉傾角越大無截取散射越大(r=0.712**)，存在基因型差異，先玉335平均葉傾角大于蠡玉16，無截取散射表現(xiàn)出同樣規(guī)律。無截取散射越大，有利于玉米田通風透光，籽粒含水率下降較快(r=-0.631**)，因此，玉米生產(chǎn)中合理密植有利于籽粒脫水。

冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)存在明顯的基因型差異，同密度處理條件下，蠡玉16群體大于先玉335(葉面積指數(shù)較大)，先玉335平均葉傾角和無截取散射均大于蠡玉16。籽粒含水率與冠層特征參數(shù)存在密切關(guān)系，與基部葉面積指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與基部無截取散射和平均葉傾角均呈極顯著負相關(guān)，先玉335后期無截取散射上升較快，玉米田群體內(nèi)部通風透光能力提高也是該類型品種籽粒含水率下降較快的原因之一。