不同種植方式下高密度玉米群體光能利用因子比較

趙 娜，黨久占，郝云風(fēng)，張玉金，李曉紅，馬 俊，顧 敏，宋劍君

（1.巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 臨河 015000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

增加種植密度是目前提高玉米單產(chǎn)的有效途徑之一，國內(nèi)外大面積的高產(chǎn)紀(jì)錄，均是在高密度栽培條件下取得的[1-3]。但要實(shí)現(xiàn)增密高產(chǎn)，如何協(xié)調(diào)增大密度后群體條件下個體與群體的關(guān)系，構(gòu)建高光效光合生產(chǎn)體系成為關(guān)鍵問題。種植方式是協(xié)調(diào)高密度條件下個體通風(fēng)透光條件和營養(yǎng)狀況并作用于產(chǎn)量的因素之一。近年來，國內(nèi)已有通過玉米一穴雙株寬窄行種植模式改善個體與群體關(guān)系、解決通風(fēng)透光、增加邊行效應(yīng)的研究報道[4-5]，但這些研究是在和單株種植現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)同等密度或密度小幅增加的條件下開展的，所用品種不屬于耐密型，密度增幅有限，增產(chǎn)增收效果不顯著。內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院與河北福路特農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司合作，針對內(nèi)蒙古河套灌區(qū)玉米單產(chǎn)已到高位瓶頸的生產(chǎn)現(xiàn)狀[6-8]，在分析總結(jié)國內(nèi)外玉米高產(chǎn)栽培研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)多年試驗(yàn)示范，成功研發(fā)了“玉米一穴雙株增密高產(chǎn)栽培技術(shù)”。經(jīng)2015—2016年在河套灌區(qū)示范推廣證明，產(chǎn)量可達(dá)16 800～186 00 kg/hm2，增產(chǎn)率達(dá)18.9%～32.6%，具有廣闊的推廣前景[9]。為了完善該技術(shù)，同時探明高密度栽培模式下耐密型玉米品種的增產(chǎn)機(jī)理，對高密度（97 500 株/hm2）一穴雙株和一穴單株種植方式下群體光能利用因子開展了比較研究。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017—2018年在巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院園子渠試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地土壤為壤土，地勢平坦，排灌方便。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分為：有機(jī)質(zhì)15.80 g/kg、全氮0.91 mg/kg、有效磷32.50 mg/kg、速效鉀140.00 mg/kg，pH值8.7。

1.2 供試材料

供試玉米品種為耐密型品種登海618 和K3564。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為耐密型品種登海618和K3564，副處理為種植方式，分別為一穴單株（大行70 cm、小行40 cm、株距19 cm）和一穴雙株（大行85 cm、小行40 cm、穴距33 cm）2 個處理，3 次重復(fù)。每小區(qū)種植5 膜10 行，小區(qū)長11 m。試驗(yàn)田全生育期澆水4 次，種肥施磷酸二銨525 kg/hm2、尿素150 kg/hm2、硫酸鉀75 kg/hm2，小喇叭口期追施尿素750 kg/hm2，其他田間管理同生產(chǎn)大田。2017年僅對產(chǎn)量性狀及葉面積指數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，2018年補(bǔ)充測定透光率、穗位葉SPAD值、穗位葉光合速率。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 透光率 采用照度計(jì)測定透光率，于大喇叭口期（7月8日）、抽穗期（8月1日）、灌漿期（8月20日）、成熟期（9月15日）分別在大行間定點(diǎn)測定頂層、穗位層和底層的光照強(qiáng)度，計(jì)算透光率。

1.4.2 葉面積指數(shù)（LAI） 分別在苗期、大喇叭口期、吐絲后5 d、吐絲后20 d、吐絲后40 d 和成熟期每小區(qū)選長勢一致的6 株，用葉面積測量儀測定葉面積。

1.4.3 SPAD值測定 分別在苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽穗期、灌漿期、成熟期，采用手持式SPAD-502 型葉綠素計(jì)測定穗位葉的葉綠素相對含量（SPAD值），每葉測定10 次，每個小區(qū)測定6 株。

1.4.4 光合速率（Pn） 分別在苗期、大喇叭口期、抽穗期、灌漿期和成熟期，利用Li-6400 便攜式光合作用測定系統(tǒng)（Li-Cor，USA），設(shè)定人工光源光強(qiáng)為1 000 μmol/（m2·s），晴天于9：30—12：00 在各小區(qū)的中間行，選取6 株生育進(jìn)程一致、照光均勻的健康植株穗位葉，循環(huán)測定光合速率。

1.4.5 測產(chǎn)與考種 取中間6 行實(shí)收測產(chǎn)。在中間行連續(xù)取20 穗，自然風(fēng)干后考種。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0 軟件進(jìn)行方差分析和顯著性差異比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米植株田間透光率的影響

由表1 可知，2種種植方式的田間透光率在生育前期差異不大，到中后期表現(xiàn)為一穴雙株的穗位層和底部透光率均高于一穴單株，一穴單株對太陽輻射的截獲率較高，但其群體冠層內(nèi)部蔭蔽，中下部透光率低。一穴雙株通過改變?nèi)后w結(jié)構(gòu)，行株距加寬，增加了冠層的通風(fēng)透光，中下部透光率高。品種間表現(xiàn)為K3564 的透光率高于登海618，這是品種株型和上部葉片大小差所致。

表1 不同處理對春玉米透光率的影響（2018年） 單位：%

2.2 不同處理對玉米葉面積指數(shù)（LAI）的影響

由表2 可知，各處理葉面積指數(shù)（LAI）呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，且均在吐絲后20 d 達(dá)到最大值。一穴單株種植表現(xiàn)為前期葉面積指數(shù)增長快，后期衰減快，不利于構(gòu)建合理冠層；一穴雙株種植葉面積指數(shù)變化呈現(xiàn)中穩(wěn)后慢（即綠葉持續(xù)期長、后期衰減慢）趨勢，在生育后期，一穴雙株種植仍保持較高的葉面積指數(shù)。2017年吐絲后20 d 至吐絲后40 d，登海618在一穴單株和一穴雙株處理的LAI 分別下降25%、19%，K3564 分別下降24%、21%；吐絲后40 d 至成熟期登海618 一穴單株和一穴雙株處理LAI 分別下降14%、12%，K3564 分別下降19%、15%，2018年試驗(yàn)結(jié)果趨勢與2017年基本一致。高密度栽培條件下一穴雙株種植方式能有效減緩后期葉片衰亡，延長葉片綠葉期，這也是一穴雙株種植方式行株距較寬，通風(fēng)透光條件好，光、肥、水資源利用效率高的原因。

表2 不同處理對玉米LAI 的影響

2.3 不同處理對穗位葉SPAD值的影響

由圖1 可知，一穴雙株玉米穗位葉的SPAD值高于一穴單株，登海618 高于K3564。在抽穗期，一穴雙株SPAD值下降速率高于一穴單株，這種變化與葉面積指數(shù)變化趨勢一致，這可能是一穴雙株方式增加了田間透光，減緩了葉片因“光饑餓”而造成早衰的結(jié)果，也因此延長了葉片光合作用時間，提高了光合效率。

2.4 不同處理對穗位葉光合速率的影響

由圖2 可知，各處理穗位葉凈光合速率隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，這種變化與LAI 和SPAD值變化趨勢一致。各處理凈光合速率均在抽穗期達(dá)到最大，登海618 凈光合速率高于K3564，一穴雙株種植高于一穴單株。在抽穗期，登海618、K3564 一穴雙株種植分別比一穴單株高出6.8%、4.8%。這表明高密度條件下，種植方式對穗位葉凈光合速率影響較大。一穴雙株種植方式通過改變?nèi)后w結(jié)構(gòu)，明顯改善冠層、中層光環(huán)境，從而提高穗位葉凈光合速率。

2.5 不同處理對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

由表3 可知，登海618 產(chǎn)量高于K3564，2 個品種一穴雙株種植方式產(chǎn)量均顯著高于一穴單株，2017年、2018年登海618 較一穴單株分別增產(chǎn)13.9%、18.5%；2017年、2018年K3564 一穴雙株種植方式較一穴單株分別增產(chǎn)11.7%、10.6%。2 個品種一穴雙株處理禿尖低于一穴單株，而穗長、行粒數(shù)、百粒重高于一穴單株。

3 討論與結(jié)論

3.1 光能利用因子

研究表明，不同品種和種植方式下，透光率有隨密度增加而減小的趨勢[8]。本研究結(jié)果表明，密度增加后，可通過種植方式提高中下部的透光率。一穴雙株種植抽穗期、灌漿期和成熟期的穗位層和底部透光率均高于單株種植。這與徐建明等[10]研究認(rèn)為高密度下雙株栽培增加了群體中層葉片的透光率、改善了群體通風(fēng)透光條件的結(jié)果一致。衛(wèi)麗等[11]研究認(rèn)為雙株種植不利于冠層對光的截獲，但可以使中下層光照條件得到改善，更有利于玉米植株生長，在高密度栽培中具有重要意義。本研究結(jié)果表明，2 個品種不同時期一穴雙株LAI 均高于一穴單株，一穴雙株均比一穴單株處理后期LAI 下降速度慢，一穴雙株種植后期仍保持較大葉面積，這是一穴雙株高產(chǎn)的主要因素。這與周躍東等[7]、曹洋[12]研究發(fā)現(xiàn)超高產(chǎn)玉米葉面積指數(shù)呈現(xiàn)前期上升時較快，中期穩(wěn)定、后期下降平穩(wěn)的結(jié)果基本一致。同一生育時期，登海618 穗位葉SPAD值高于K3564，2 個品種一穴雙株種植的SPAD值明顯高于一穴單株種植，在抽穗期一穴雙株SPAD值下降速率低于一穴單株。本研究結(jié)果表明，各處理凈光合速率均在抽穗期達(dá)到最大，各生育時期登海618 均高于K3564，2 個品種一穴雙株均高于一穴單株；在抽穗期，登海618、K3564 一穴雙株種植分別比一穴單株高出6.8%、4.8%。有研究表明，玉米葉片光合速率與作物產(chǎn)量呈正相關(guān)，尤其是在高密度栽培中，表現(xiàn)得更突出[13-14]。邵揚(yáng)[15]研究認(rèn)為，一穴雙株種植比一穴單株種植群體光合速率高，穗位葉凈光合速率也高于一穴單株，原因可能是一穴雙株種植改變了個體在群體中的分布狀態(tài)，增加了群體通風(fēng)透光，從而使中下部葉片光合作用效率提高。胡昌浩等[16]、羅瑤年等[17]也得出了相似的研究結(jié)果，在高密度條件下，不同種植方式對穗位葉凈光合速率影響較大。

表3 不同處理對春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀

本研究結(jié)果表明，高密度條件下，2 個品種一穴雙株種植方式的產(chǎn)量顯著高于一穴單株，穗長、行粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量性狀高于一穴單株，這與近年來內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院在河套灌區(qū)示范和推廣的玉米一穴雙株增密高產(chǎn)栽培技術(shù)的結(jié)果一致。趙殿忱等[18]有類似的研究結(jié)果。衛(wèi)麗等[19]、劉武仁等[20]研究認(rèn)為，在高密度條件下，寬窄行雙株能有效協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的關(guān)系，達(dá)到高產(chǎn)。這與張中東等[21]研究認(rèn)為一穴雙株留苗雖然明顯改善了群體冠層透光性，降低了倒伏率，但植株生產(chǎn)能力降低，最終減產(chǎn)的結(jié)果有差異。

增加種植密度雖然可以增加單位面積收獲穗數(shù)及葉面積指數(shù)、增加玉米產(chǎn)量，但會導(dǎo)致群體內(nèi)受光較差。盡管高密度栽培群體表現(xiàn)出一定的自我調(diào)節(jié)能力，即改變?nèi)后w穗位葉及其以上部位葉片的受光姿態(tài)，但是這種調(diào)節(jié)是有限的，解決這一問題的關(guān)鍵是通過一穴雙株種植方式的改變，改善群體冠層結(jié)構(gòu)，優(yōu)化中下部冠層葉片的光照條件，提高其光合性能及干物質(zhì)生產(chǎn)能力，延長葉片生育期，提高光能利用效率，使冠層微環(huán)境與大氣環(huán)境的能量交換效率得到提高，這樣既保證了群體的數(shù)量，又平衡了群體內(nèi)個體植株之間對光溫等生態(tài)資源的競爭。因此，高密度栽培條件下，一穴雙株種植方式有效調(diào)節(jié)群體光能利用因子，從而使產(chǎn)量達(dá)到最佳。