行距及密度影響玉米密植潛力的干物質(zhì)累積和產(chǎn)量構(gòu)成機(jī)制*

王 玉, 趙 財(cái), 樊志龍, 茍志文, 胡發(fā)龍, 殷 文, 柴 強(qiáng)

行距及密度影響玉米密植潛力的干物質(zhì)累積和產(chǎn)量構(gòu)成機(jī)制*

王 玉, 趙 財(cái), 樊志龍, 茍志文, 胡發(fā)龍, 殷 文, 柴 強(qiáng)**

(甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 蘭州 730070)

空間布局是決定玉米密植潛力的重要因子, 但有關(guān)行距配置對(duì)不同密度玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的調(diào)控研究比較薄弱, 使得生產(chǎn)實(shí)踐中缺乏通過行距配置優(yōu)化挖掘玉米密植潛力的理論依據(jù)。2017—2018年, 在帶寬相同條件下, 研究了7∶3(L1: 寬行56 cm∶窄行24 cm)、6∶4(L2: 寬行48 cm∶窄行32 cm)、5∶5(L3: 行距配置均為40 cm)3種行距配置對(duì)5種密度(D1: 82 500株·hm-2、D2: 90 000株·hm-2、D3: 97 500株·hm-2、D4: 105 000株·hm-2、D5: 112 500株·hm-2)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響。行距配置、密度及二者的互作效應(yīng)顯著影響玉米籽粒產(chǎn)量, L1行距配置較L3增產(chǎn)5.2%~10.5%, 增幅顯著; D2、D3密度處理分別較D1密度處理增產(chǎn)6.1%~12.0%、6.5%~15.0%(<0.05), L1D3、L2D3產(chǎn)量較L3D1提高了8.3%~34.2%、4.8%~27.5%(<0.05), L1D3的增產(chǎn)效果最好, 說明寬窄行種植增強(qiáng)了玉米植株的耐密性, 提高了玉米群體的密植潛力。寬窄行結(jié)合密植有利于提高玉米的生物產(chǎn)量, 其中L1行距配置較L3提高3.0%~6.6%(<0.05), D3密度較D1密度高3.4%~8.0%(<0.05), L1D3較L3D1處理提高5.2%~15.0%(<0.05)。寬窄行種植提高玉米密植潛力的原因是: 1)提高了玉米生長(zhǎng)后期(大喇叭口期至灌漿期)的干物質(zhì)累積速率, 該時(shí)期玉米的干物質(zhì)累積速率L1行距配置較L3提高32.9%~42.0%, D3密度較D1密度高9.2%~23.9%, L1D3處理較L3D1處理高29.1%~34.3%, 增幅均顯著; 2)提高了光合產(chǎn)物向穗部的轉(zhuǎn)移, 2017年度玉米收獲指數(shù)D3密度較D1密度高6.4%, L1D3處理較L3D1處理高16.2%, 2018年無顯著差異; 3)提高了玉米的成穗數(shù)和穗粒數(shù), D3密度的成穗數(shù)較D1密度高16.0%~20.2%, L1D3較L3D1成穗數(shù)高16.9%~25.9%, L1行距配置較L2、L3穗粒數(shù)分別高3.0%~4.4%、3.9%~7.0%, 提高幅度均顯著。56 cm∶24 cm寬窄行結(jié)合密度97 500株·hm-2是綠洲灌區(qū)獲得高產(chǎn), 密植潛力充分發(fā)揮的理想種植模式。

行距配置; 密植潛力; 干物質(zhì)積累; 收獲指數(shù); 產(chǎn)量構(gòu)成; 玉米

玉米()是世界上最主要的糧食作物之一[1], 玉米持續(xù)增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)是保障糧食安全的關(guān)鍵, 而高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究對(duì)進(jìn)一步提升玉米單產(chǎn)具有重要推動(dòng)作用[2-3]。研究表明, 通過種植模式[4]、施肥制度[5]、耕作措施[6]、灌溉制度[7]等農(nóng)藝措施的優(yōu)化均能實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量提高, 但在不增加投入情況下這些技術(shù)的潛力已很難突破。研究發(fā)現(xiàn), 密植是進(jìn)一步提高作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本的可行途徑[8-10], 但當(dāng)密度超過一定范圍后, 會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降[9]。因此, 研發(fā)能夠弱化密植障礙因子的農(nóng)藝調(diào)控措施, 進(jìn)一步提高密植效應(yīng)是玉米增產(chǎn)的重要研究課題。研究表明, 通過選育耐密品種[11]、優(yōu)化水肥管理[12]、改變種植方式[13]等措施可以提高玉米密植潛力。其中, Coulter等[14]研究轉(zhuǎn)基因玉米的產(chǎn)量表現(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn), 玉米密度為9.4萬~9.6萬株·hm-2時(shí)產(chǎn)量可達(dá)16 100 kg·hm-2; 王楷等[15]研究指出, 種植密度范圍為7.15萬~14.45萬株·hm-2, 均能實(shí)現(xiàn)玉米15 000 kg·hm-2的產(chǎn)量, 但以10.5萬株·hm-2時(shí)的產(chǎn)量最高, 說明玉米栽培存在密度上限閾值。有關(guān)作物密植潛力的研究表明, 葉片光合特性[11,16-17]、水分利用效率[18]及與產(chǎn)量相關(guān)等指標(biāo)[19-20]可用于評(píng)價(jià)作物的密植潛力, 而產(chǎn)量是衡量密植潛力最直接且最重要的指標(biāo)。生產(chǎn)實(shí)踐中, 根據(jù)自然資源選擇適宜種植方式, 挖掘密植潛力, 揭示其耐密機(jī)理是建立資源節(jié)約型玉米高產(chǎn)技術(shù)體系的重要途徑。合理的行距配置對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成至關(guān)重要[16,21-22], 適宜行距可調(diào)控玉米群體的光合特性[21], 進(jìn)而對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生增益作用, 也可顯著影響穗粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因素[22], 說明行距配置存在不增加投入條件下提高作物密植潛力的可能性。但是, 通過行距配置的優(yōu)化是否能有效調(diào)控玉米群體對(duì)光熱資源的利用, 影響光合產(chǎn)物的形成及產(chǎn)量構(gòu)成, 進(jìn)而提高玉米群體密植潛力的研究均鮮有報(bào)道, 缺乏通過優(yōu)化空間布局提高玉米密植潛力的實(shí)踐依據(jù)。

甘肅河西走廊光熱資源豐富, 灌溉便利, 是典型的春玉米高產(chǎn)區(qū)域, 肥水節(jié)約條件下的玉米增產(chǎn)技術(shù)研發(fā)十分迫切, 為此本研究在3種行距配置5種密度水平下, 研究了玉米干物質(zhì)累積及產(chǎn)量構(gòu)成特征, 以期厘清行距配置影響玉米密植潛力的基本機(jī)理, 為該試區(qū)進(jìn)一步挖掘玉米密植潛力提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017—2018年在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)綠洲農(nóng)業(yè)科研教學(xué)基地(37°30′N, 103°5′E)進(jìn)行。該試驗(yàn)區(qū)位于河西走廊東端, 屬寒溫帶干旱氣候區(qū), 年平均降水量為156 mm, 年平均氣溫7.2 ℃; ≥0 ℃積溫為3 513.4 ℃, ≥10 ℃積溫為2 985.4 ℃; 年日照時(shí)數(shù)2 945 h, 光熱資源充足, 晝夜溫差大, 而且灌溉便利, 是我國(guó)典型的玉米高產(chǎn)區(qū)。該區(qū)玉米均采用地膜覆蓋方式種植。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(表1), 設(shè)3種行距配置, 分別是7∶3(L1, 寬行56 cm∶窄行24 cm)、6∶4 (L2, 寬行48 cm∶窄行32 cm)、5∶5(L3, 行距配置相等均為40 cm); 5個(gè)種植密度, 即82 500株·hm-2(D1)、90 000株·hm-2(D2)、97 500株·hm-2(D3)、105 000株·hm-2(D4)和112 500株·hm-2(D5)。共組成15個(gè)處理, 每個(gè)處理3次重復(fù), 小區(qū)面積為60 m2。其中, 等行距配置5∶5、密度82 500株·hm-2為該區(qū)習(xí)慣栽培模式。

表1 玉米行距配置和密度互作試驗(yàn)處理及其代碼

供試玉米品種為‘五谷568’, 地膜寬140 cm, 厚度為0.01 mm。各處理施純氮360 kg·hm-2, 按基肥∶大喇叭口期追肥∶灌漿期追肥=3∶5∶2分施, 施磷(P2O5)180 kg·hm-2, 全作基肥。灌溉量為405 mm, 冬儲(chǔ)灌量為120 mm, 生育期內(nèi)采用膜下滴灌5次, 分別于苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期和灌漿期灌水。2017年4月25日和2018年4月20日播種, 2017年9月17日和2018年9月23日收獲。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

植株干物質(zhì)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)1/2用于干物質(zhì)取樣, 1/2用于測(cè)產(chǎn)。取樣從苗期開始, 每隔15 d一次, 苗期到抽穗期每小區(qū)每次取樣10株, 抽穗后每小區(qū)每次取樣5株, 105 ℃下殺青2 h, 80 ℃下烘干稱重。

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。成熟后按小區(qū)收獲、計(jì)產(chǎn), 每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20株玉米進(jìn)行考種, 分別數(shù)穗粒數(shù)、百粒重。在每個(gè)測(cè)產(chǎn)小區(qū)量取一幅地膜的寬度、5 m長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)產(chǎn), 并統(tǒng)計(jì)有效穗數(shù), 脫粒稱重, 按14%含水量折合成公頃產(chǎn)量, 并結(jié)合生物產(chǎn)量計(jì)算收獲指數(shù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2016整理和匯總數(shù)據(jù), 然后在SPSS 19.0中進(jìn)行主效應(yīng)檢驗(yàn)、方差分析以及通徑分析, 獲得通徑系數(shù)和相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 行距配置對(duì)玉米密植潛力的影響

行距配置、密度以及其二者的互作效應(yīng)對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量有顯著影響(表2)。不同行距配置下, L1較傳統(tǒng)L3增產(chǎn)5.2%~10.5%(<0.05), 2017年L2較L3增產(chǎn)6.0%, L1較L2增產(chǎn)4.3%。不同密度下, D2、D3分別較D1增產(chǎn)6.1%~12.0%、6.5%~15.0%(<0.05)。D4、D5較D1籽粒產(chǎn)量下降。與L3D1相比, L1D3、L2D3處理分別增產(chǎn)8.3%~34.2%、4.8%~27.5%, L1D3處理較L2D3產(chǎn)量高3.3%~5.2%, 增產(chǎn)均顯著。說明7∶3行距配置結(jié)合密度97 500株×hm-2較傳統(tǒng)等行距種植有利于增強(qiáng)玉米群體的密植潛力。

行距配置、密度以及二者的互作效應(yīng)對(duì)玉米生物產(chǎn)量有顯著影響(表2)。不同行距配置下, L1的生物產(chǎn)量較L3提高3.0%~6.6%, 增幅顯著, L1、L2行距配置間無顯著差異; 不同密度下, D3較D1生物產(chǎn)量高3.4%~8.0%(<0.05)。L1D3處理較L3D1提高生物產(chǎn)量5.2%~15.0%(<0.05)。可見, 寬窄行L1較等行距配置L3可緩解密植條件下的不良影響, 積累更多的生物產(chǎn)量。

表2 2017年和2018年不同行距配置及密度下玉米產(chǎn)量比較

同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(<0.05)。同列不同大寫字母表示不同行距配置或不同密度平均值間差異顯著(<0.05)。**表示在<0.01水平影響顯著, *表示在<0.05水平影響顯著。Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different treatments at< 0.05. Different capital letters in the same column indicate significant differences among averages of different row spacing allocations or densities at< 0.05. ** indicates significant effect at< 0.01 level, * indicates significant effect at< 0.05 level.

2.2 行距配置影響玉米密植潛力的光合產(chǎn)物累積和分配機(jī)制

2.2.1 對(duì)玉米干物質(zhì)累積速率的影響

兩個(gè)試驗(yàn)?zāi)甓葍?nèi), 玉米干物質(zhì)累積速率呈現(xiàn)相似的趨勢(shì)(圖1-圖3)。在玉米生長(zhǎng)前期, 各處理的干物質(zhì)累積速率無顯著差異。拔節(jié)期至大喇叭口期, 各處理的干物質(zhì)開始快速累積。行距配置、密度以及行距配置×密度的互作效應(yīng)對(duì)玉米的干物質(zhì)累積速率影響顯著。不同行距配置下, L1較L3干物質(zhì)累積速率降低20.1%~26.7%(<0.05); 不同密度下, D3較傳統(tǒng)密度D1高10.2%~14.2%(<0.05); L1D3、L2D3處理較L3D1干物質(zhì)累積速率分別降低9.3%~23.5%、31.5%~44.6%(<0.05)。大喇叭口期至灌漿期, 各處理的干物質(zhì)累積速率達(dá)最大, L1較L3干物質(zhì)累積速率提高32.9%~42%, D3較傳統(tǒng)密度D1干物質(zhì)累積速率高9.2%~23.9%, L1D3處理較L3D1干物質(zhì)累積速率高29.1%~34.3%, 增幅均顯著。寬窄行L1、L2處理均在出苗后90 d干物質(zhì)累積速率達(dá)到最大, 而等行距配置L3在出苗后75 d干物質(zhì)累積速率達(dá)最大, 說明寬窄行處理保持高速累積的天數(shù)長(zhǎng)于等行距配置, 更有利于干物質(zhì)的累積。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn), 在玉米生長(zhǎng)后期, 等行距配置的干物質(zhì)只在低密度(D1、D2)下保持緩慢累積, 其他密度的干物質(zhì)出現(xiàn)負(fù)累積。而寬窄行L1的干物質(zhì)在高密度下出現(xiàn)負(fù)累積, 其他密度下保持緩慢累積。說明寬窄行7∶3延緩了因密植效應(yīng)導(dǎo)致的植株衰老, 延長(zhǎng)了植株的生育期, 增強(qiáng)了玉米群體的耐密性。

圖1 2017年和2018年不同行距配置及密度下玉米干物質(zhì)累積速率動(dòng)態(tài)

圖2 2017年和2018年不同行距配置下玉米干物質(zhì)累積速率

圖3 2017年和2018年不同密度下玉米干物質(zhì)累積速率

2.2.2 對(duì)不同密度玉米收獲指數(shù)的影響

玉米收獲指數(shù)隨種植密度的增大均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)(圖4)。兩個(gè)試驗(yàn)?zāi)甓? 不同的行距配置對(duì)玉米收獲指數(shù)影響不顯著。密度及二者的互作效應(yīng)對(duì)玉米收獲指數(shù)影響顯著。2017年度, D3密度收獲指數(shù)較傳統(tǒng)密度D1高6.4%(<0.05), L1D3較L3D1提高收獲指數(shù)16.2%, 較L2D3提高5.5%。2018年各處理間收獲指數(shù)無顯著差異。因此, 中密度97 500株×hm-2有利于玉米光合產(chǎn)物向穗部的轉(zhuǎn)移。

圖4 2017年和2018年不同行距配置及密度下玉米的收獲指數(shù)

圖中不同小寫字母表示處理間在<0.05水平差異顯著。Different lowercase letters represent significant differences among treatments at< 0.05 level.

2.3 行距配置影響玉米密植潛力的產(chǎn)量構(gòu)成機(jī)制

2.3.1 對(duì)不同密度玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

密度、行距配置和密度的互作效應(yīng)對(duì)穗數(shù)、穗粒數(shù)的影響顯著(表3)。行距配置對(duì)兩個(gè)年度的玉米穗數(shù)、百粒重均影響不顯著, 密度及二者的互作效應(yīng)2017年對(duì)玉米百粒重影響不顯著, 2018年影響顯著(<0.05)。玉米穗數(shù)隨著種植密度的增大均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。不同密度下, D3成穗數(shù)較D1增大16.0%~20.2%(<0.05)。可見, 密植顯著增大了玉米群體的穗數(shù)。L1D3、L2D3分別較L3D1成穗數(shù)高16.9%~25.9%、15.0%~24.3%(<0.05)。說明密度對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素中穗數(shù)影響較大, 行距配置與密度的互作效應(yīng)優(yōu)化了密植效應(yīng)。

兩年數(shù)據(jù)顯示, 玉米穗粒數(shù)隨種植密度的增大呈下降的趨勢(shì)。不同行距配置下, L1較L2、L3分別高3.0%~4.4%、3.9%~7.0%, 增幅顯著(<0.05)。說明行距配置L1的配置使得玉米群體在較高密度下獲得較大穗粒數(shù), 密植潛力強(qiáng)于等行距配置。不同密度下, 2018年D3千粒重較D1提高3.7% (< 0.05)?？梢? 行距配置主要影響穗粒數(shù), 而密度主要影響穗數(shù), 二者的互作效應(yīng)優(yōu)化了玉米產(chǎn)量構(gòu)成三要素。

表3 2017年和2018年不同行距配置及密度下玉米產(chǎn)量構(gòu)成

續(xù)表3

同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(<0.05)。同列不同大寫字母表示不同行距配置或不同密度平均值間差異顯著(<0.05)。**表示在<0.01水平影響顯著, *表示在<0.05水平影響顯著, NS表示不顯著。Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different treatments at< 0.05. Different capital letters in the same column indicate significant differences among averages of different row spacing allocations or densities at< 0.05. ** indicates significant effect at< 0.01 level; * indicates significant effect at< 0.05 level; NS indicates non-significant difference.

2.3.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)籽粒產(chǎn)量的直接和間接效應(yīng)

如表4所示, 玉米籽粒產(chǎn)量與穗粒數(shù)、千粒重均呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 與穗數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量的影響順序?yàn)樗肓?shù)>穗數(shù)>千粒重。間接通徑分析表明, 千粒重通過穗粒數(shù)表現(xiàn)出對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大(0.492), 說明產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響通過穗數(shù)、穗粒數(shù)的直接作用和千粒重對(duì)穗粒數(shù)的間接作用實(shí)現(xiàn)的。因此, 7∶3行距配置結(jié)合密度97 500株·hm-2主要通過提高單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)來提高籽粒產(chǎn)量。

表4 不同行距配置及密度下玉米籽粒產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)系數(shù)和通徑系數(shù)

**表示在<0.01水平下顯著相關(guān)。** indicates significant correlation at< 0.01.

3 討論

有研究表明, 玉米種植密度與單產(chǎn)呈拋物線關(guān)系, 隨著種植密度的增大, 產(chǎn)量增加, 超過一定的密度范圍, 產(chǎn)量降低[15]。這與本研究結(jié)果一致, 在相同行距配置下, 產(chǎn)量隨密度增加而增大, 超過密度閾值, 產(chǎn)量下降。原因是密植效應(yīng)強(qiáng)化了玉米群體內(nèi)單株間的相互競(jìng)爭(zhēng)[23], 但通過密植使群體功能的增益大于個(gè)體生產(chǎn)性能的降低[24], 也就是說通過增加株數(shù)來補(bǔ)償下降的單株產(chǎn)量[25], 從而獲得高產(chǎn)。但當(dāng)密度超過一定范圍后, 導(dǎo)致中下部葉片的受光條件不良, 營(yíng)養(yǎng)狀況變差, 植株容易早衰、倒伏等, 影響了密植潛力的充分發(fā)揮[16]。也有研究表明, 適當(dāng)縮小行距配置, 減少葉片和根系的相互遮光和交叉, 可最大程度地利用土壤的養(yǎng)分和水分, 從而獲得高產(chǎn)[26]。本研究發(fā)現(xiàn), 行距配置的優(yōu)化使得玉米密植潛力得以充分發(fā)揮, 可能是因?yàn)楹侠淼男芯嗯渲幂^好地協(xié)調(diào)密植條件下玉米群體的通風(fēng)受光條件[26],有效調(diào)節(jié)了地上部與地下部的競(jìng)爭(zhēng), 緩解了高密度對(duì)群體生長(zhǎng)發(fā)育的不利影響[27], 有效增強(qiáng)了玉米群體的密植潛力。本試驗(yàn)中行距配置和密度的交互效應(yīng)對(duì)產(chǎn)量的影響顯著, 行距配置7∶3的增產(chǎn)潛力較行距配置6∶4、5∶5分別高3.5%~6.7%、5.2%~10.5%, 說明合理的行距配置可增強(qiáng)玉米植株的耐密性。而萇建峰等[28]、楊利華等[26]研究認(rèn)為, 等行距配置較寬窄行可獲得較高的籽粒產(chǎn)量, 與本研究結(jié)果不一致, 原因是試驗(yàn)設(shè)置了40 cm、50 cm、60 cm、70 cm等行距配置及40 cm+80 cm大小壟種植方式, 與本研究的種植方式不同, 也可能是因?yàn)樵囼?yàn)品種及種植密度等的不同所致。

干物質(zhì)累積是玉米產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ), 而干物質(zhì)累積速率可衡量干物質(zhì)累積的快慢。有研究認(rèn)為, 寬窄行栽培的干物質(zhì)累積速率明顯高于等行距配置栽培[21]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 等行距配置栽培在生長(zhǎng)發(fā)育前期干物質(zhì)累積速率高于寬窄行栽培, 但生長(zhǎng)后期寬窄行栽培要優(yōu)于等行距配置栽培, 這主要是由于合理的寬窄行配置弱化了玉米群體內(nèi)單株間競(jìng)爭(zhēng)[29], 顯著影響了土壤養(yǎng)分環(huán)境, 有利于地上部植株對(duì)氮素的吸收[8]。密植的群體優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了單株干物質(zhì)積累量的減少, 進(jìn)而獲得高產(chǎn)[17]。這與本研究結(jié)果一致, 隨著玉米種植密度的增大, 株數(shù)的增多, 干物質(zhì)累積量顯著增大, 而玉米密植潛力在一定密度范圍內(nèi)隨著密度的增大而增大, 超過這個(gè)密度, 密植潛力就會(huì)下降?？赡苁且?yàn)楦呙芏认掠衩讍沃觊g競(jìng)爭(zhēng)激烈, 加之通風(fēng)條件不好, 玉米生長(zhǎng)發(fā)育不良。此外, 密植條件下的弱光環(huán)境會(huì)加劇玉米葉片衰老, 降低凈光合速率, 縮短了花后功能葉的光合期[17,30]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 寬窄行栽培較等行距配置栽培玉米最大干物質(zhì)累積速率的天數(shù)推遲15 d, 高密度下透光性差, 使得玉米葉片提前衰老, 而行距配置改變了玉米群體的受光條件, 構(gòu)建了良好的冠層結(jié)構(gòu)[21], 可顯著減小穗上位葉夾角, 提高玉米光合能力[29], 有利于密植潛力的充分發(fā)揮。

收獲指數(shù)是植株莖葉等營(yíng)養(yǎng)器官積累的養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)能力的體現(xiàn)[31]。高密度種植下, 雖然積累了較大的生物量, 但密度過高, 超過了玉米植株耐密的閾值, 影響了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn), 使得籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量的比值減小, 收獲指數(shù)降低[31]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), D3密度收獲指數(shù)較傳統(tǒng)密度D1高6.4%, 中密度97 500株×hm-2有利于玉米干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。

行距配置與密度顯著影響成熟期玉米群體的產(chǎn)量構(gòu)成[31]。隨著種植密度的增加, 玉米產(chǎn)量增大, 但各產(chǎn)量構(gòu)成因素降低[16]。張勝愛等[22]研究發(fā)現(xiàn), 寬行距配置有利于穗粒數(shù)的增加這與本研究結(jié)果一致, 寬窄行較等行距配置顯著增大了穗粒數(shù), 使之提高3.9%~7.0%。但隨著密度的增大, 穗數(shù)不斷增大, 但穗粒數(shù)和百粒重呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。行距配置可補(bǔ)償一定密度范圍內(nèi)密度增加、穗粒數(shù)和百粒重的下降趨勢(shì)。但密度過高, 行距配置亦不能起到明顯的效果, 所以, 要充分發(fā)揮玉米密植潛力, 不能單純地追求高穗數(shù), 要在保證一定穗數(shù)的情況下, 強(qiáng)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成三要素的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié)論

寬窄行配置較等行距種植具有顯著提高玉米密植性的潛力。7∶3行距配置在密度97 500株×hm-2時(shí)籽粒產(chǎn)量最高, 較5∶5行距配置、密度82 500株×hm-2籽粒產(chǎn)量高8.3%~34.2%, 生物產(chǎn)量高5.2%~ 15.0%。7∶3行距配置結(jié)合密度97 500株×hm-2顯著增大了玉米大喇叭口期至灌漿期的干物質(zhì)累積速率,提高了收獲指數(shù), 較5∶5行距配置、密度82 500株×hm-2處理干物質(zhì)累積速率增加29.1%~ 34.3%, 收獲指數(shù)提高16.2%(2017年); 7∶3行距配置結(jié)合密度97 500株×hm-2顯著影響了玉米穗數(shù)和穗粒數(shù), 調(diào)控了產(chǎn)量構(gòu)成, 較5∶5行距配置結(jié)合密度82 500株×hm-2處理提高成穗數(shù)16.9%~25.9%, 7∶3行距配置較5∶5提高穗粒數(shù)3.9%~7.0%。因此, 56 cm∶24 cm寬窄行結(jié)合密度97 500株×hm-2模式通過影響光合產(chǎn)物積累與分配以及產(chǎn)量構(gòu)成, 能提高玉米群體的密植生產(chǎn)潛力。

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Characteristics ofdry matter accumulation and yield formation of dense planting maize in different row spacings*

WANG Yu, ZHAO Cai, FAN Zhilong, GOU Zhiwen, HU Falong, YIN Wen, CHAI Qiang**

(Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science / Faculty of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Spatial layout is crucial to determine the dense planting potential of maize. However, the influence of row spacing allocation on maize yield and its components with different planting densities is unclear. This uncertainty leads to a lack of a theoretical basis of the utilization of the dense planting potential of maize by optimizing the allocation of row spacing. From 2017 to 2018, with the same bandwidth, this study investigated how three row spacing allocation treatments — ratios of wide to narrow rows spacing of 7∶3 (L1: 56 cm∶24cm), 6∶4 (L2: 48 cm∶32 cm), and 5∶5 (L3: 40 cm∶40 cm) — affected maize yield and its components under five planting densities (D1: 82 500 plants×hm-2; D2: 90 000 plants×hm-2; D3: 97 500 plants×hm-2; D4: 105 000 plants×hm-2; and D5: 112 500 plants×hm-2). Row spacing allocation, density, and their interactions significantly affected grain yield. Compared to L3 row spacing allocation, L1 increased significantly grain yield by 5.2%-10.5%. Compared to D1 density, D2 and D3 increased grain yield by 6.1%-12.0% and 6.5%-15.0%, respectively (< 0.05). Compared with L3D1 treatment, L1D3 and L2D3 increased grain yield by 8.3%-34.2% and 4.8%-27.5%, respectively (< 0.05). Compared with L2D3, the regulatory effect of L1D3 was more prominent. The findings indicated that wide-narrow rows spacing allocation could enhance the tolerance of maize plants in higher planting density and increase the dense planting potential of maize. Wide-narrow rows spacing allocation combined with dense planting were beneficial to increase biomass. L1 row spacing allocation significantly increased biomass by 3.0%-6.6% (< 0.05) compared to L3 treatment. Compared to D1 density, D3 significantly increased biomass by 3.4%-8.0% (< 0.05). Compared with L3D1 treatment, L1D3 significantly increased biomass by 5.2%-15.0% (< 0.05). There were three possible reasons for wide-narrow rows spacing allocation increased dense planting potential of maize. Firstly, dry matter accumulation rate of maize was significantly increased from the large bell mouth stage to the filling stage, as evidenced by the 32.9%-42.0% increase of dry matter accumulation rate with L1 row spacing allocation compared to L3 row spacing allocation, the 9.2%-23.9% increase of dry matter accumulation rate with D3 density compared to D1 density, and by the 29.1%-34.3% increase of dry matter accumulation rate with the treatment of L1D3 compared to L3D1. Secondly, there was an increased transformation of photosynthetic product to ear. Compared with the traditional density D1, D3 density increased harvest index by 6.4% in 2017, compared with L3D1, L1D3 increased harvest index by 16.2% in 2017, and there was no significant difference in 2018. Thirdly, a significantly effective ear and kernel number was observed, with a 16.0%-20.2% increase of ear number with D3 density compared to D1 density, 16.9%-25.9% increase of ear number with L1D3 compared to L3D1, 3.0%-4.4%; and 3.9%-7.0% increase of kernel number with L1 row spacing allocation compared to L2 and L3 row spacing allocation, respectively. The wide-narrow rows spacing allocaton of 56 cm∶24 cm combined with planting density of 97 500 plants×hm-2is an ideal planting mode for high yield and high dense planting potential in the Oasis Irrigation District.

Row spacing allocation; Dense planting potential; Dry matter accumulation; Harvest index; Yield components; Maize

, E-mail: chaiq@gsau.edu.cn

Dec. 5, 2019;

S341

10.13930/j.cnki.cjea.190852

王玉, 趙財(cái), 樊志龍, 茍志文, 胡發(fā)龍, 殷文, 柴強(qiáng). 行距及密度影響玉米密植潛力的干物質(zhì)累積和產(chǎn)量構(gòu)成機(jī)制[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2020, 28(5): 652-661

WANG Y, ZHAO C, FAN Z L, GOU Z W, HU F L, YIN W, CHAI Q. Characteristics of dry matter accumulation and yield formation of dense planting maize in different row spacings[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020,28(5): 652-661

* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31771738)和國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503125-3)資助

柴強(qiáng), 主要從事多熟種植、循環(huán)農(nóng)業(yè)、保護(hù)性耕作技術(shù)與理論研究。E-mail: chaiq@gsau.edu.cn

王玉, 主要研究方向?yàn)楹档嘏c綠洲農(nóng)作制。E-mail: wangyu12080509@163.com

2019-12-05

2020-02-24

* This study was financially supported by the National Natural Science Foundation of China (31771738) and the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of China (201503125-3).

Feb. 24, 2020