四川春玉米生理成熟后穗下莖稈倒折的影響因素

趙波，吳雅薇，李小龍，袁繼超，孔凡磊

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川 成都 611130)

玉米機械化籽粒直收是中國玉米機械化收獲的發(fā)展方向[1-4]。機械化粒收要求收獲時籽粒含水率降至28%或者25%以下[5-6]，且玉米植株在生理成熟后具有一定的田間站稈能力。研究[2-3]表明，若要達到機械粒收適宜的籽粒含水率，玉米植株在生理成熟后田間需站稈2～4 周。在玉米生理成熟后田間站稈期間，莖稈含水率下降，自身干物質(zhì)量降低，節(jié)間機械強度降低，抗折斷能力下降，如遭受自然天氣的影響，玉米的倒伏率會顯著提高[7-9]，且易遭受病蟲危害，引起品質(zhì)、產(chǎn)量下降[10]，降低機械粒收作業(yè)效率和實際生產(chǎn)效益[11-12]。目前，中國對玉米倒伏倒折特性的研究主要集中于生理成熟前[13-16]，而對生理成熟后的研究較少。本研究中，通過分析四川大面積推廣春玉米品種在生理成熟后穗下莖稈倒折率、含水率、干物質(zhì)、機械強度的動態(tài)變化規(guī)律，旨在明確春玉米生理成熟后穗下莖稈倒折的主要影響因素，為選育適宜機械粒收的春玉米品種和推廣粒收技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為四川生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的主推品種正紅6 號(由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)正紅生物技術(shù)有限責(zé)任公司提供)、仲玉3 號(由四川省南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供)、先玉1171(由鐵嶺先鋒種子研究有限公司提供)、成單30(由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供)，4個品種的生育期相近。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2018 年在四川省德陽市中江縣合興鄉(xiāng)(31°03′N, 104°68′E)進行。大區(qū)帶狀種植。每個品種種植3 帶(帶間距1.2 m，帶長75 m)，每帶種植3行(行距60 cm)，種植密度為60 000 株/hm2。4 月8日播種。田間管理同當?shù)貙嶋H生產(chǎn)。

1.3 測定項目及方法

觀測各品種的生育進程，記錄各品種的生理成熟日期(以乳線消失、黑色層完全形成作為判定依據(jù))。于生理成熟期(R6)、生理成熟后7 d(R6-7)、13 d(R6-13)、19 d(R6-19)、25 d(R6-25)、31 d(R6-31)，調(diào)查各品種田間穗下莖稈倒折情況，測定玉米莖稈基部第3、5、7 節(jié)間的機械強度(壓折強度和穿刺強度)、穗下莖稈的含水率和干質(zhì)量。

1.3.1 田間穗下莖稈倒折率的測定

各時期在田間固定的區(qū)域(每個品種1 帶3 行，長20 m)調(diào)查玉米的總株數(shù)(Ws)、穗下倒折株數(shù)(Wi)、具體各節(jié)位倒折株數(shù)(We)。3 次重復(fù)。按以下公式計算穗下莖稈倒折率(Zi)和各節(jié)位的倒折比例(Ze)。

1.3.2 穗下莖稈機械強度的測定

各時期選具代表性植株15 株(每5 株為1 個重復(fù)，共3 個重復(fù))，參考薛軍等[9]、勾玲等[16]、ROBERTSON 等[17]的方法，采用玉米莖稈強度測定儀(AWOS-SL04，石家莊艾沃士科技有限公司生產(chǎn))，將直徑1 mm 的針頭沿垂直于莖稈的方向緩慢插入第3、5、7 節(jié)間莖稈，記錄穿透莖稈表皮時儀器所顯示的最大值，即莖稈的穿刺強度；用三點彎曲法測定莖稈第3、5、7 節(jié)間剛被折斷時儀器所顯示的最大值，即莖稈的壓折強度。

1.3.3 穗下莖稈含水率、干質(zhì)量的測定

將已完成莖稈機械強度測定的玉米植株樣品的莖稈分為穗上莖稈和穗下莖稈，稱量穗下莖稈的鮮質(zhì)量(WF)，在烘箱中85 ℃烘干至恒重，稱取干質(zhì)量(W)，計算含水率(C)。

1.3.4 穗下莖稈倒折模型的建立

為進一步明確四川春玉米生理成熟后穗下莖稈倒折的規(guī)律，以生理成熟后天數(shù)(t)為自變量，穗下莖稈倒折率(Zi)為因變量，建立兩者間回歸關(guān)系模型。通過觀察穗下莖稈倒折率與天數(shù)的散點圖分布形態(tài)，選用Logistic 模型進行回歸分析，模型形式如下。

式中：a、b、k為模型參數(shù)。根據(jù)決定系數(shù)R2來評價模型擬合度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2013 進行數(shù)據(jù)處理；采用SPSS Statistics 17.0 進行統(tǒng)計分析；運用Origin 9.0 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 春玉米生理成熟后穗下莖稈倒折情況

從圖1 可以看出，4 個參試品種生理成熟后穗下莖稈倒折率隨生理成熟后的時間延長呈逐漸增加的趨勢，且參試品種間差異明顯。采用Logistic模型擬合建立各參試品種生理成熟后穗下莖稈倒折率與生理成熟后天數(shù)的回歸關(guān)系(表1)，擬合度R2為0.963 8～0.991 2。以穗下倒折率＜5%(GB/T 21962—2008[18])為標準，計算出參試品種正紅6 號、 仲玉3 號、先玉1171、成單30 分別于生理成熟后2.6、17.9、14.6、19.3 d (參試品種平均為9.8 d)前收獲可滿足機收倒伏要求。

圖1 春玉米生理成熟后的穗下莖稈倒折率 Fig.1 Under ear stalk lodging rate of spring maize after physiological maturity

表1 Logistic 模型擬合參數(shù)及結(jié)果 Table 1 Logistic model fitting parameters and results

由表2 可知，玉米穗下莖稈倒折在不同節(jié)位均有可能發(fā)生，主要集中在地上第3、5、7 節(jié)，第3、5、7 節(jié)平均倒折比例分別為37.98%、28.42%和15.77%。參試品種穗下莖稈倒折發(fā)生節(jié)位存在差異，正紅6 號、成單30 主要為第3、5 節(jié)，仲玉3號主要為第5、7 節(jié)，先玉1171 主要為第3 節(jié)。

表2 玉米穗下莖稈不同節(jié)間倒折比例 Table 2 The percentage of inverted internodes of stalk under ear in maize %

2.2 春玉米生理成熟后穗下莖稈含水率、干質(zhì)量和機械強度的變化

參試品種生理成熟后穗下莖稈的含水率和干質(zhì)量呈逐漸降低的趨勢(表3)。方差分析結(jié)果表明：品種、時期以及品種和時期的互作效應(yīng)對穗下莖稈含水率的影響顯著；品種和時期對穗下莖稈干質(zhì)量 的影響顯著，但是兩者的互作效應(yīng)對干質(zhì)量無顯著性影響。生理成熟后1 個月參試品種穗下莖稈含水率由73.35%～83.79%降至26.90%～44.64%，穗下莖稈干質(zhì)量由107.93～145.14 g 降至86.79～122.24 g；在生理成熟后13 d，參試品種穗下莖稈含水率為48.60%～75.05%，干質(zhì)量為96.17～136.03 g；先玉1171 在6 個時期的含水率均最低，且在前5 個時期與其余品種的差異達顯著水平。成單30 在前4 個時期中的相鄰時期間含水率差異均不顯著，說明該品種在生理成熟后莖稈失水進程較緩。生理成熟后各時期參試品種穗下莖稈干質(zhì)量從大到小依次為成單30、仲玉3 號、先玉1171、正紅6 號。

表3 春玉米生理成熟后穗下莖稈含水率和干質(zhì)量 Table 3 Moisture content and dry weight of stalk under ear after physiological maturity of spring maize

從圖2 可以看出，隨著節(jié)位的上升，莖稈節(jié)間機械強度逐漸降低。生理成熟7 d 后，穗下莖稈機械強度隨時間的延長呈逐漸降低的趨勢；生理成熟后各時期參試品種間穗下莖稈機械強度均存在一定的差異，隨著時期的延遲，品種間差異逐漸縮??；生理成熟后13 d，參試品種莖稈第3 節(jié)壓折強度為106.28～180.23 N，穿刺強度為28.32 ～43.68 N。

圖2 春玉米生理成熟后穗下莖稈的機械強度 Fig.2 Mechanical strength of stalk under ear after physiological maturity of spring maize

2.3 穗下莖稈含水率、干質(zhì)量、機械強度對倒折率的影響

相關(guān)性分析結(jié)果(表4) 表明，穗下莖稈倒折率與穗下莖稈含水率、干質(zhì)量、壓折強度、穿刺強度均呈極顯著負相關(guān)，其中與壓折強度的相關(guān)系數(shù)最高，為-0.71。穗下莖稈含水率、干質(zhì)量、壓折強度、穿刺強度4 個指標間均呈極顯著正相關(guān)，其中穿刺強度與壓折強度的相關(guān)系數(shù)最大。

表4 春玉米生理成熟后穗下莖稈倒折率、含水率、干質(zhì)量、機械強度的相關(guān)系數(shù) Table 4 Correlation index of stalk lodging rate, moisture content, dry weight and mechanical strength under ear of spring maize after physiological maturity

將本年度參試品種穗下莖稈含水率、干質(zhì)量、第3 節(jié)機械強度與穗下莖稈倒折率進行數(shù)學(xué)關(guān)系擬合(數(shù)據(jù)采用所有參試品種各指標的平均值)，結(jié)果(圖3)表明，穗下莖稈含水率、干質(zhì)量、第3 節(jié)壓折強度、第3 節(jié)穿刺強度與穗下莖稈倒折率均呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。

圖3 穗下莖稈含水率、干質(zhì)量、機械強度與倒折率的關(guān)系 Fig.3 The relationship between moisture content, dry weight, mechanical strength and lodging rate of stalk under ear

3 結(jié)論與討論

玉米倒伏分為根倒和莖折。根倒多發(fā)生在吐絲期之前，而吐絲期后(特別是生理成熟期后)以莖折為主，且集中發(fā)生在穗位以下的節(jié)間[15,19-21]。玉米莖稈倒折受植株農(nóng)藝性狀和莖稈機械強度的影響[9]。玉米莖稈的機械強度與抗倒伏、倒折能力呈顯著或極顯著正相關(guān)[14,22-23]。玉米莖稈的單位長度干質(zhì)量、莖稈髓部含水量與機械強度呈顯著正相關(guān)[15,24]。玉米生理成熟后植株逐漸進入衰老階段，玉米莖稈的 含水率逐漸降低[9]，干物質(zhì)量因自身呼吸消耗而降低。本研究結(jié)果表明，參試品種生理成熟后1 個月穗下莖稈含水率由73.35%～83.79%降至26.90%～ 44.64%，穗下莖稈干質(zhì)量由107.93～145.14 g 降至86.79～122.24 g。相關(guān)分析表明，生理成熟后穗下莖稈機械強度與穗下莖稈倒折率呈極顯著負相關(guān)；莖稈第3 節(jié)壓折、穿刺強度與穗下莖稈倒折率的關(guān)系符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系，擬合的方程F檢驗均達到極顯著水平；穗下莖稈含水率、干質(zhì)量與機械強度呈極顯著正相關(guān)。綜合分析，四川春玉米生理成熟后莖稈含水率、干質(zhì)量下降，導(dǎo)致莖稈機械強度降低，造成穗下莖稈倒折率增加。

四川春玉米生育后期的高溫會加速植株的衰老，加快莖稈脫水，降低莖稈機械強度，提高倒折率，嚴重影響機械粒收。同時，春玉米生育后期因受多雨的影響，莖腐病的發(fā)病率提高[25]。本研究結(jié)果顯示，正紅6 號、仲玉3 號、先玉1171、成單30 在試驗?zāi)攴莘謩e于生理成熟后2.6、17.9、14.6、19.3 d 穗下莖稈倒折率達5%；在生理成熟后13 d，參試品種穗下莖稈含水率48.60%～75.05%，干質(zhì)量為96.17～136.03 g，莖稈第3 節(jié)壓折強度為106.28～ 180.23 N，穿刺強度為28.32 ～43.68 N?？梢姡煌贩N在生理成熟后穗下莖稈倒折率、含水率、干質(zhì)量、機械強度差異較大。本研究的參試品種中，仲玉3 號、先玉1171、成單30 在試驗?zāi)攴莼灸軡M足生理成熟后2～4 周站稈脫水，同時又能保證較低的倒折率，其中以成單30 的田間站稈能力最強，說明通過合理的品種選擇，可以有效緩解四川春玉米生理成熟后的田間倒折問題。