遮蔭對(duì)春玉米根系發(fā)育及產(chǎn)量形成的影響

胡海軍， 吳亞男， 鄂 洋2， 蔣 琪， 高智席， 趙 君

(1.遵義師范學(xué)院， 貴州 遵義 563006； 2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)， 沈陽 100866)

東北地區(qū)是我國糧食生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)，玉米播種面積常年約為149萬hm2，在我國糧食生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位[1]。近年來，由于春玉米生育中后期陰雨天數(shù)增多，長期弱光寡照致使玉米生長發(fā)育受阻，造成禿尖現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至空稈，從而導(dǎo)致玉米產(chǎn)量大幅度降低。前人關(guān)于遮蔭對(duì)黃淮海地區(qū)玉米生長發(fā)育的研究相對(duì)較多，但對(duì)東北地區(qū)遮蔭條件下玉米根系及產(chǎn)量的研究鮮有報(bào)道[2-7]。本試驗(yàn)以丹玉402、丹玉405、沈玉21和先玉335四個(gè)主栽春玉米品種為試驗(yàn)材料，研究東北地區(qū)遮蔭條件對(duì)根系形態(tài)指標(biāo)和干重、營養(yǎng)物質(zhì)積累與分配及產(chǎn)量變化，旨在揭示弱光寡照造成玉米產(chǎn)量降低的作用機(jī)理，以期為不同玉米品種的推廣種植及高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

玉米品種：丹玉402(DY 402)、丹玉405(DY 405)、沈玉21(SY 21)和先玉335(XY 335)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。5月23日播種，9月24日收獲。單株室外盆栽，盆缽直徑33cm，高28 cm，每盆填裝15 kg草甸棕壤，施優(yōu)質(zhì)農(nóng)家肥1 000 g作基肥，尿素2.5 g、磷酸二銨4.2 g、KCl 5.4 g作種肥，拔節(jié)期追施尿素5 g。盆缽按大垅雙行排列，大垅行距66 cm，雙行行距33 cm，株距33 cm。分別于穗期(即拔節(jié)到抽雄吐絲期，ES)和花粒期(即抽雄吐絲至成熟期，GS)進(jìn)行50%遮蔭處理，以正常光照為對(duì)照(ck)，各處理的測量指標(biāo)均于8月中下旬(乳熟期)統(tǒng)一測量。

表1 不同時(shí)期、不同品種春玉米遮蔭對(duì)根系生長的影響

處理根長/cm根表面積/cm2根系直徑/cm根系體積/cm3根系干重/g遮蔭時(shí)期ck50572.82Aa15323.45Aa1.02Aa438.41Aa21.58AaES28500.90Cc6596.96Bb0.87Cc128.25Bc11.59BbGS33829.79Bb8418.91Bb0.92Bb177.49Bb17.06ABa品種DY40243512.19Aa12302.94Aa0.94Bb316.30Aa18.91ABaDY40532584.37Cc9888.23ABb0.95Aa272.34Aab14.02CbSY2138297.45Bb9228.01ABb0.93Cc211.68Ab14.81BCbXY33536144.00BCbc9033.25Bb0.92Dd191.87Ab19.23Aa

注：表中小寫字母表示0.05水平顯著差異，大寫字母表示0.01 水平差異極顯著(n=3)。下同。

1.3 調(diào)查及測定指標(biāo)

灌漿前期，每處理選取3株，將植株貼地削斷，分別取地上部和地下根系樣品。采用長寬系數(shù)法測定葉面積，而后將莖、葉、鞘、雌穗分開，于烘箱105 ℃殺青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重稱其干重，計(jì)算地上部干物質(zhì)重。根系用水漂洗，洗凈泥土后將超過3 mm 的根系全部揀出，用蒸餾水沖洗干凈，用吸水紙吸去多余水分，裝入密封袋，帶回室內(nèi)貯存于4 ℃冰箱中，用Epson Perfection V 700 型根系掃描儀測定根長、根表面積、根體積、根直徑等根系形態(tài)指標(biāo)。已測定形態(tài)指標(biāo)的根系，于100 ℃干燥箱內(nèi)殺青30 min，然后在80 ℃條件下連續(xù)烘干48 h 稱干重，計(jì)算地下部生物量。

收獲時(shí)，選取具有代表性玉米10株，測定籽粒產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

模型模擬及方差分析均采用DPS軟件、Excel統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮蔭對(duì)春玉米根系生長的影響

由表1可知，遮蔭處理后，玉米根系的形態(tài)指標(biāo)均呈明顯的下降趨勢，尤其是根長、根系直徑和根系體積，且穗期遮蔭處理較粒期遮處理下降幅度更為明顯；遮蔭處理后，根系表面積和根系干重也呈一定的降低趨勢，與對(duì)照相比，降低幅度分別為56.95%～45.06%和46.29%～20.95%，差異均達(dá)顯著水平。由此說明，遮蔭處理對(duì)春玉米不同生育時(shí)期根系生長的影響各不相同，且穗期玉米根系對(duì)遮蔭的反應(yīng)更為敏感。

由表1還可以看出，遮蔭條件下，不同玉米品種間根系的形態(tài)指標(biāo)無明顯的變化規(guī)律，但生長均受到不同程度的抑制作用。相同處理?xiàng)l件下，DY 402根系各個(gè)指標(biāo)受遮蔭影響相對(duì)較小，對(duì)弱光寡照的適應(yīng)性綜合表現(xiàn)強(qiáng)；XY 335根系直徑受遮蔭抑制作用明顯，但可以通過增加根長調(diào)整根系體積和根系表面積對(duì)弱光的適應(yīng)性，使得根系干重維持在較高水平，具有較好的自調(diào)能力，對(duì)弱光寡照的適應(yīng)性亦較強(qiáng)。

2.2 遮蔭對(duì)春玉米干物質(zhì)分配的影響

由圖1可以看出，遮蔭處理后，玉米莖稈所占比重呈增加的變化趨勢，鞘和葉無明顯的變化。此外，雌穗對(duì)遮蔭反應(yīng)更為敏感，且品種間存在一定差異，其干物質(zhì)分配的降低幅度為38.45%～65.06%，這說明遮蔭對(duì)玉米雌穗干物質(zhì)積累的影響更為明顯，是造成后期產(chǎn)量降低甚至是空稈現(xiàn)象的主要原因。

圖1 遮蔭對(duì)春玉米干物質(zhì)分配的影響

2.3 遮蔭對(duì)春玉米地上部分的影響

由表2可知，遮蔭處理后，玉米莖干重呈明顯的上升趨勢，最高可達(dá)74.55 g，較對(duì)照增加了23.33%，差異達(dá)極顯著水平；雌穗干重明顯降低，其變化幅度為-25.21～21.15 g，較對(duì)照降低了52.52%～43.82%，差異均達(dá)極顯著水平。穗期遮蔭處理，葉干重、葉面積和鞘干重均呈明顯下降的趨勢；粒期遮蔭處理，葉干重和葉面積則略有上升，但葉干重和鞘干重與對(duì)照均無明顯差異。不同春玉米品種對(duì)遮蔭處理的表現(xiàn)為DY 402莖稈干重、葉干重、鞘干重和葉面積均最大，而雌穗干重最低；其次為DY 405、SY 21和XY 335。由此可見，粒期遮蔭造成玉米地上部分營養(yǎng)器官生長過于旺盛，源大、流滯使得庫的最終累積量降低，雌穗干重雖高，但最終結(jié)實(shí)率較低。這說明，遮蔭在一定程度上會(huì)造成玉米徒長，籽粒中干物質(zhì)的累積效率降低，產(chǎn)量下降。

表2 不同時(shí)期、不同品種春玉米遮蔭對(duì)地上部分的影響

處理莖干重/g雌穗干重/g葉干重/g鞘干重/g葉面積/cm2遮蔭時(shí)期ck60.45bB48.27aA50.86aA26.18aA8204.24aABES70.06aAB23.06bB43.60bB20.40bB7194.82bBGS74.55aA27.12bB51.27aA25.05aA8669.05aA品種DY40275.35aA22.20cC55.20aA26.59aA8541.70aADY40568.98bAB25.12cBC49.02bB23.07bBC8058.15bABSY2166.70bcB36.33bAB43.06cC21.40dC7740.63bBXY33562.39cB47.62aA47.03bBC24.45bB7750.34bB

表3 不同時(shí)期、不同品種春玉米遮蔭對(duì)產(chǎn)量的影響

處理產(chǎn)量/(kg·hm-2)ⅠⅡⅢ均值比ck±/%DY402ck9622.1010389.929412.379808.13aAES8339.748270.037913.068174.27bB16.66GS6175.086765.416486.746475.74cC33.98DY405ck9527.809935.159760.839741.26aAES5805.196484.955823.526037.89bB38.02GS5425.346289.246326.536013.70bB38.27SY21ck12428.0112916.9212447.8012597.58aAES10125.2110123.769509.979919.65bB21.26GS8073.418464.017631.088056.17cC36.05XY335ck10150.8711336.9010975.3010821.02aAES7800.318054.617076.787643.90bB29.36GS8019.987831.138039.807963.64bB26.41

2.4 遮蔭處理對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響

由表3可知，遮蔭處理后，不同品種春玉米的產(chǎn)量均呈明顯下降的變化趨勢。穗期遮蔭處理，玉米產(chǎn)量降低幅度16.66%～38.02%，不同品種玉米產(chǎn)量表現(xiàn)出的強(qiáng)弱順序?yàn)椋篨Y 402>SY 21>XY 335>DY 405；粒期遮蔭處理，玉米產(chǎn)量降低幅度26.41%～38.27%，不同品種玉米產(chǎn)量表現(xiàn)出的強(qiáng)弱順序?yàn)椋篨Y 335>XY 402>SY 21>DY 405。整體而言，粒期遮蔭處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響較穗期更為明顯，但XY 335和DY 405對(duì)不同生育時(shí)期的遮蔭處理未表現(xiàn)出明顯的產(chǎn)量差異，其中DY 405的產(chǎn)量降幅最大。由此可以看出，就產(chǎn)量而言，XY 335對(duì)弱光寡照表現(xiàn)出較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性，DY 405對(duì)弱光寡照的反應(yīng)最為敏感。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，不同時(shí)期的遮蔭處理對(duì)玉米根系形態(tài)指標(biāo)的影響均呈現(xiàn)一定下降趨勢，且穗期較粒期對(duì)遮蔭反應(yīng)更為明顯。遮蔭對(duì)玉米根系的影響因品種不同而略有差異，其中DY 402根系受遮蔭影響相對(duì)較小，但地下部分生長過于旺盛，影響了地上干物質(zhì)的積累與產(chǎn)量形成，進(jìn)而造成產(chǎn)量的下降。

玉米產(chǎn)量的形成是“源庫流”整體協(xié)調(diào)的結(jié)果。研究結(jié)果表明，遮蔭處理?xiàng)l件下，SY 21和XY 335均能維持較大的葉干重，利于葉片進(jìn)行光合作用與干物質(zhì)的積累，從而保持較高的產(chǎn)量，但SY 21前期營養(yǎng)物質(zhì)積累過多，致使莖葉徒長，地下根系過于龐大，自我調(diào)節(jié)能力較差，進(jìn)而影響了后期營養(yǎng)物質(zhì)向生殖器官的轉(zhuǎn)移，致使玉米雌雄穗花期不遇，籽粒不能受精，結(jié)實(shí)率降低，減產(chǎn)幅度較大。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)因時(shí)因地，選擇適應(yīng)本地區(qū)溫光資源的品種，使品種潛力發(fā)揮最大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。