遼東南地區(qū)玉米品種灌漿與脫水特性研究

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(丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 遼寧 丹東 118109)

玉米籽粒收獲是玉米生產(chǎn)發(fā)展的方向[1]，目前籽粒機(jī)械收獲在新疆北疆、黑龍江3～5積溫帶和內(nèi)蒙古東北部應(yīng)用較為廣泛[2]，遼寧地區(qū)特別是遼東南地區(qū)應(yīng)用程度較低。收獲時(shí)籽粒含水量高是影響玉米籽粒機(jī)械收獲的主要因素，由此帶來(lái)的籽粒破損率高、烘干成本增加等結(jié)果嚴(yán)重制約了籽粒機(jī)收的推廣與應(yīng)用[3]。生理成熟時(shí)籽粒含水量一方面由籽粒生理成熟前后籽粒的脫水速率控制[3]，品種間差異較大，早熟品種后期脫水速率較快；另一方面與生育后期環(huán)境條件密切相關(guān)，在西北等日照充足的地區(qū)籽粒降水速率較快。

玉米籽粒產(chǎn)量與籽粒灌漿特性關(guān)系密切，灌漿速率和灌漿持續(xù)時(shí)間決定最終籽粒產(chǎn)量[4]。通過(guò)選用保綠型品種增加花后植株葉片光合時(shí)間是獲得產(chǎn)量提高的重要手段之一[5]，然而保綠型品種生育期較長(zhǎng)后期籽粒脫水速率較慢，在一些光合資源不足的地區(qū)因不能延遲收獲而不能實(shí)現(xiàn)機(jī)械收獲。如何協(xié)調(diào)籽粒灌漿速率、延長(zhǎng)灌漿時(shí)間與脫水速率是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)與機(jī)械粒收的關(guān)鍵所在。遼東南地區(qū)降雨充沛，玉米吐絲開(kāi)花期連續(xù)降雨，低溫寡照時(shí)有發(fā)生，由此帶來(lái)倒伏等問(wèn)題嚴(yán)重。該地區(qū)玉米種植以稀植大穗晚熟品種為主，種植密度在30 000～45 000株/hm2時(shí)產(chǎn)量最高[6]，中早熟品種產(chǎn)量低于中晚熟品種。然而大穗型品種后期脫水速率較慢，加上該地區(qū)玉米生育后期空氣濕度大、溫度偏低，成熟期籽粒含水量高。產(chǎn)量與籽粒含水量矛盾在該地區(qū)尤為突出，限制了該地區(qū)玉米籽粒機(jī)械收獲的進(jìn)行。因此，研究遼東南地區(qū)不同生育期玉米品種籽粒灌漿特性及籽粒含水量，對(duì)探討該地區(qū)玉米籽粒機(jī)械收獲實(shí)現(xiàn)途徑具有重要意義。本試驗(yàn)選用不同熟期品種，分析其產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成、籽粒灌漿特性、脫水速率，篩選出適宜機(jī)收玉米品種籽粒特性，為實(shí)現(xiàn)該地區(qū)玉米高產(chǎn)與機(jī)械粒收提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與材料

試驗(yàn)于2016年在丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院(遼寧省鳳城市草河區(qū)， 40°28′22.66″N 124°07′6.82″E)進(jìn)行。試驗(yàn)選用12個(gè)玉米品種(品種名稱及生育期見(jiàn)表1)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，8行區(qū)，行長(zhǎng)15 m，行距0.6 m，中早熟品種丹8439、利民33種植密度為60 000株/hm2,中晚熟品種迪卡516、丹8662、橋玉8、丹8663、良玉99、新科8號(hào)、丹8653、遼單575、遼單588種植密度為52 500株/hm2，其中選擇丹8439、利民33、丹8662、丹8420、橋玉8共5個(gè)品種進(jìn)行灌漿特性分析，其他7個(gè)品種只做后期脫水速率觀察。4月30日播種，基施復(fù)合肥600 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O含量為28∶10∶12)，拔節(jié)期追施尿素(N含量為46.4%)300 kg/hm2，總施肥量為N 307 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 117 kg/hm2。氣象條件見(jiàn)圖1，5—10月總降雨量為831 mm，活動(dòng)積溫為3 471.1 ℃。

圖1 2016年玉米生育期氣象條件

1.2 測(cè)定指標(biāo)

1) 籽粒灌漿速率。

在吐絲前每區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)一致植株100株進(jìn)行人工套袋，散粉后人工授粉，以此日期作為灌漿起始日期。選取中早熟品種丹玉8439、利民33，中晚熟品種丹8420、丹8662、橋玉8，取果穗中部的籽粒100粒，用排水法測(cè)量籽粒體積，并紀(jì)錄籽粒鮮重，之后在80 ℃烘箱中烘干至恒重，稱量籽粒干重。授粉后第7天至成熟每7天測(cè)定1次。

灌漿速率(g/d)=(后一次取樣百粒干重-前一次取樣百粒干重)/取樣間隔。

應(yīng)用 Logistic 方程對(duì)籽粒灌漿過(guò)程進(jìn)行擬合，并計(jì)算導(dǎo)出相應(yīng)灌漿特征參數(shù)，對(duì)籽粒灌漿進(jìn)行生長(zhǎng)分析。Logistic 方程W=A/(1+B-ct)中，t為開(kāi)花后天數(shù)(開(kāi)花日計(jì)t0=0)；W為花后百粒重(開(kāi)花日粒重計(jì)W0)；A為理論最大百粒重；B、C為形狀參數(shù)，由方程一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)推導(dǎo)出灌漿參數(shù)。

圖2 不同玉米品種花后籽粒干重與灌漿速率變化

2) 籽粒脫水速率。

采用烘干法測(cè)定，每小區(qū)選3個(gè)重復(fù)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量由吐絲后35天進(jìn)行，每7天進(jìn)行1次，至10月26日結(jié)束。

籽粒含水率計(jì)算公式為：

含水率(%)=(鮮重-干重)/鮮重×100%。

3) 產(chǎn)量測(cè)定方法。

于9月30日進(jìn)行收獲，實(shí)收每小區(qū)中間2行，產(chǎn)量按14%含水量計(jì)算，每小區(qū)按平均質(zhì)量取樣方法選取20穗進(jìn)行室內(nèi)考種。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖用Microsoft Excel 2010，方差分析用軟件SPSS 18進(jìn)行。

2 結(jié) 果

2.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

由表1可見(jiàn)，中晚熟品種丹8662產(chǎn)量最高，為9 445.1 kg/hm2，中早熟品種利民33產(chǎn)量最低，為7 528.9 kg/hm2。將品種按生育期分成中早熟與中晚熟得出：中晚熟品種產(chǎn)量顯著高于中早熟品種，主要由于中晚熟品種百粒重顯著高于中早熟品種，不同熟期品種穗粒數(shù)差異不顯著。

2.2 粒重與灌漿速率

由圖2 A可知，灌漿前期中早熟品種丹8439與利民33粒重略低于中晚熟品種丹8662、丹8420與橋玉8；灌漿中期各品種粒重差異較小；灌漿中后期早熟品種顯著降低于中晚熟品種，同一熟期內(nèi)各品種粒重也有差異，中晚熟品種表現(xiàn)為丹8662>丹8420>橋玉8，中早熟品種則表現(xiàn)為利民33>丹8439。由圖2 A可見(jiàn)，粒重差異主要表現(xiàn)在灌漿中后期。

由圖2 B可知，各品種灌漿速率均呈單峰曲線變化，中早熟品種最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間略早于中晚熟品種，且最大灌漿速率較高，但灌漿中后期速度下降快，灌漿結(jié)束時(shí)間早。

表1 產(chǎn)量構(gòu)成

序號(hào)品種名 生育期(d)產(chǎn)量(kg/hm2)穗粒數(shù)百粒重(g)1丹84391227785.0541.729.32利民331257528.9606.831.03丹84201309215.0645.738.64迪卡5161298828.9608.834.75丹86621309445.1621.438.26橋玉81308393.0683.737.77丹86631308033.6572.938.78良玉991309048.3638.133.09新科8號(hào)1309333.6571.834.710丹86531318811.1555.340.111遼單5751318637.9583.041.612遼單5881318655.3572.742.6中早熟123.57656.9b574.3a30.1b中晚熟130.18840.2a605.3a38.0a

注:中早熟品種包括丹8439、利民33，其它品種為中晚熟品種。

由表2可看出，各品種灌漿特性，與中晚熟品種丹8662、丹8420和橋玉8相比，早熟品種丹8439與利民33灌漿活躍期短，平均灌漿速率(Vmean)略低，積累起始勢(shì)高(R0)，灌漿速率最大時(shí)間(Tmax)出現(xiàn)早，最大灌漿速率(Rmax)無(wú)差異。灌漿過(guò)程分為漸增期、快增期與緩增期，從不同階段來(lái)看，中早熟品種各階段持續(xù)時(shí)間均少于中晚熟品種，且各階段灌漿速率無(wú)明顯差異。比較各中晚熟品種灌漿特征參數(shù)發(fā)現(xiàn)，橋玉8較丹8662與丹8420灌漿活躍期分別少1.8，1.4 d。

表2 不同熟期品種灌漿特征參數(shù)

丹8439利民33丹8662丹8420橋玉8最大灌漿速率Rmax=(CMmax)(1-Mmax/A)1.21.31.21.21.2積累起始勢(shì)R0=C0.20.20.10.10.1灌漿活躍期(大約完成總積累量的90%)P=6/C34.634.448.247.846.4平均灌漿速率Vmean=M3/t30.50.50.60.60.6灌漿速率達(dá)到99%時(shí)為有效灌漿期t351.752.667.368.264.8灌漿漸增期持續(xù)時(shí)間T1=t1-t017.618.619.821.019.0灌漿漸增期平均灌漿速率v1=m1/T10.30.30.40.40.4灌漿快增期持續(xù)時(shí)間T2=t2-t115.215.121.221.020.4灌漿快增期平均灌漿速率v2=m2/T21.11.11.11.11.0灌漿緩增期持續(xù)時(shí)間T3=t3-t218.918.826.326.125.4灌漿緩增期平均灌漿速率v3=m3/T30.30.30.30.30.3灌漿速率最大時(shí)間Tmax=ln B/C25.226.230.431.529.2

圖4 花后籽粒含水量動(dòng)態(tài)

2.3 籽粒體積

由圖3可見(jiàn)，灌漿前期籽粒體積增加迅速，灌漿中期增長(zhǎng)緩慢，至灌漿末期有不同程度下降。中早熟品種丹8439、利民33與中晚熟品種丹8662、丹8420、橋玉8籽粒體積在灌漿前期相差較小，灌漿中后期相差較大，中早熟品種籽粒體積顯著低于中晚熟品種。中早熟品種籽粒體積達(dá)到最大時(shí)間較中晚熟品種提前。

2.4 籽粒含水量

由圖4可以看出，吐絲至灌漿中期籽粒含水量下降迅速，灌漿中期后相對(duì)平緩，生理成熟后下降緩慢。在生理成熟前，丹8439籽粒脫水速率最快，利民33與橋玉8脫水較慢，丹8662在吐絲至灌漿中期籽粒含水量下降迅速，丹8420在灌漿后期籽粒含水量下降迅速。生理成熟后各品種籽粒含水量下降程度相似，至10月26日觀測(cè)結(jié)束時(shí)，各品種籽粒含水量為20.4%～26.3%，其中中早熟品種丹8439、利民33分別為20.4%、21.1%。中晚熟品種籽粒含水量低于25%的有丹8662、丹8420、橋玉8、丹8653、丹8663、新科8號(hào)、迪卡516，為20.4%～25%，高于25%的有遼單575、遼單588、良玉99，為25.6%～26.3%。由此可見(jiàn)，中早熟品種生理成熟后籽粒脫水與中晚熟品種相差較小。

圖3 不同熟期品種籽粒體積變化

3 討論與結(jié)論

灌漿特性是影響玉米產(chǎn)量的重要因素之一，灌漿活躍期的長(zhǎng)短及灌漿強(qiáng)度的高低共同決定了玉米粒重與產(chǎn)量[7]。前人對(duì)于不同熟期玉米品種灌漿特性研究發(fā)現(xiàn)，不同熟期玉米品種灌漿特性存在明顯差異。王曉慧等發(fā)現(xiàn)，中早熟品種最大灌漿速率(Rmax)顯著高于其它熟期品種，而灌漿活躍期顯著低于其他熟期品種[8]。本試驗(yàn)中，中早熟品種丹8439與利民33灌漿活躍期較中晚熟品種低，但最大灌漿速率(Rmax)與中晚熟品種無(wú)顯著差異。造成這一結(jié)果可能與最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)環(huán)境條件不同有關(guān)，研究表明，灌漿期弱光脅迫會(huì)造成最大灌漿速率的降低[9]，中早熟品種丹8439與利民33達(dá)到最大灌漿速率時(shí)正值7月下旬，2016年7月下旬試驗(yàn)地點(diǎn)降雨量為262.2 mm，日照時(shí)數(shù)僅為18.9 h，而中晚熟品種達(dá)最大灌漿速率時(shí)正值8月上旬，降雨量與日照時(shí)數(shù)分別為27.1 mm和81.2 h。粒重的差異主要是由灌漿過(guò)程不同引起的[10]，本試驗(yàn)中，中早熟品種最大灌漿速率與中晚熟品種無(wú)顯著差異但灌漿持續(xù)期短，因此粒重較低，產(chǎn)量低于中晚熟品種。

遼東南地區(qū)7月下旬降雨量大，常遇陰雨寡照天氣，玉米品種以晚熟類型為主，種植密度為36 000～45 000株/hm2。晚熟品種通過(guò)延長(zhǎng)灌漿活躍期能夠提高產(chǎn)量，在東北地區(qū)具有產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)[8]，但同時(shí)也存在生理成熟時(shí)籽粒含水量高的問(wèn)題，這與機(jī)械化粒收品種要求不符。玉米品種提高籽粒的灌漿速率和延長(zhǎng)灌漿時(shí)間勢(shì)必與脫水速率建立某種動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系才能保證培育的品種既優(yōu)質(zhì)又高產(chǎn)且適宜機(jī)械收獲[11]。

本試驗(yàn)中，對(duì)生理成熟后籽粒含水量進(jìn)行了觀察，至10月26日，中早熟品種丹8439、利民33籽粒含水率分別為20.4%、21.1%，中晚熟品種為20.4%～26.3%。宋衛(wèi)堂等研究認(rèn)為，籽粒含水率 22%～24%時(shí)為玉米脫粒質(zhì)量最佳時(shí)期[12]，通過(guò)延遲收獲并不會(huì)造成粒重下降而減產(chǎn)[13-15]。在本地區(qū)10月20日左右，大部分品種能夠滿足機(jī)械化收獲籽粒水分要求，由此可以通過(guò)延遲收獲來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量與籽粒含水量的平衡。

由此可以得出，在遼東南地區(qū)中早熟品種后期籽粒脫水速率快，但花后灌漿持續(xù)期短，產(chǎn)量降低嚴(yán)重，不利于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)；中晚熟品種灌漿持續(xù)期長(zhǎng)，但成熟時(shí)籽粒含水量高不利于機(jī)收，通過(guò)選擇立稈性能好的中晚熟品種延遲收獲能夠?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)與機(jī)械粒收。機(jī)收籽粒質(zhì)量不僅與籽粒含水量有關(guān)，還與籽粒破損性等密切相關(guān)，在今后的研究中，應(yīng)注重籽粒機(jī)收質(zhì)量的篩選，為遼東南地區(qū)實(shí)現(xiàn)玉米粒收提供支撐。