夏玉米穗部性狀對(duì)種植密度的響應(yīng)研究

劉興舟，李 猛，陳瑞佶，付 華，馬桂美，周言虎，張 建

（宿州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，安徽宿州 234000）

0 引言

玉米是谷類作物中潛力最大的作物[1]，近年來，依靠增加種植密度，發(fā)揮群體生產(chǎn)潛力是獲得高產(chǎn)的重要措施之一，協(xié)調(diào)群體效應(yīng)與個(gè)體效應(yīng)，挖掘個(gè)體潛能均需要明確不同玉米品種果穗性狀對(duì)密度的響應(yīng)程度，在合理密植條件下，協(xié)調(diào)玉米各穗部性狀之間的關(guān)系[2-5]。但前人研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量隨種植密度呈先增后減的趨勢，這是由于隨著密度的增加，穗長、穗粗、行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重等逐漸減小，禿尖長、株高和穗位高逐漸增加[6-7,9-10]，不同類型夏玉米品種隨密度的增加產(chǎn)量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，產(chǎn)量與密度呈拋物線關(guān)系[11-14]。在種植方式、栽培管理一致的高密度條件下，增加單株玉米產(chǎn)量是限制高產(chǎn)的主要因素，前人研究多數(shù)集中在單一玉米品種種植密度對(duì)產(chǎn)量主要構(gòu)成因素的影響，對(duì)于高產(chǎn)狀態(tài)下夏玉米果穗性狀對(duì)密度的響應(yīng)研究報(bào)道較少，本研究基于高產(chǎn)栽培條件下，為研究夏玉米果穗性狀對(duì)不同密度的響應(yīng)程度及對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成的影響關(guān)系，果穗各性狀間的協(xié)調(diào)關(guān)系，進(jìn)行高產(chǎn)玉米新品種高產(chǎn)潛力挖掘和配套栽培措施，從而為高水肥條件下黃淮海地區(qū)玉米高產(chǎn)理論及制定合理的水肥調(diào)控措施提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2017 在宿州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心開展，試驗(yàn)點(diǎn)經(jīng)緯度及光熱資源信息見表1。

1.2 試驗(yàn)材料

選用安徽省高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆新品種‘弘大216’、‘墾豐101’作為試驗(yàn)品種‘，弘大216’種子由安徽弘大種業(yè)科技有限公司提供‘，墾豐101’種子由墾豐長江種業(yè)提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

裂區(qū)設(shè)計(jì)，密度為主區(qū)，品種為副區(qū)，每7500株/hm2為一個(gè)單位，密度區(qū)間45000～82500 株/hm2，分別用D1～D6表示，品種分別用A1表示‘弘大216’，A2表示‘墾豐101’，3 次重復(fù)，行長6.67 m，行寬0.6 m，10 行區(qū)，兩側(cè)設(shè)置保護(hù)行，按夏玉米國家區(qū)域試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)管理。

1.4 調(diào)查項(xiàng)目及計(jì)產(chǎn)方式

每個(gè)品種計(jì)產(chǎn)行均選取非邊6 行全部收獲計(jì)產(chǎn)，在計(jì)產(chǎn)行外的非邊行隨機(jī)取20 個(gè)果穗，進(jìn)行室內(nèi)考種，測定各果穗性狀，用PM-8188A型谷物水分測定儀測定各處理籽粒含水率，重復(fù)3次，取其平均值。在室內(nèi)考種對(duì)其穗長、禿頂長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、出籽率、千粒重進(jìn)行了調(diào)查和記錄。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2003 和SPSS statistics 19 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量與果穗性狀的相關(guān)分析

2 個(gè)品種18 個(gè)處理實(shí)收單產(chǎn)7395.50～9816.78 kg/hm2，田間性狀統(tǒng)計(jì)見表2，對(duì)‘弘大216’產(chǎn)量(Y1)與種植密度(X1)、穗行數(shù)(X2)、行粒數(shù)(X3)、千粒重(X4)進(jìn)行多元回歸，方程為Y1=8182.842-0.024X1-1289.863X2-287.444X3+88.483X4(R2=0.816)。對(duì)‘墾豐101’產(chǎn)量(Y2)與種植密度(X1)、穗行數(shù)(X2)、行粒數(shù)(X3)、千粒重(X4)進(jìn)行多元回歸，方程為Y2=50282.427-0.088X1-138.713X2-1064.153X3-9.298X4(R2=0.886)。

表1 測點(diǎn)經(jīng)緯度及光熱情況

表2 考種數(shù)據(jù)表

由表3 可見，不同玉米品種產(chǎn)量與穗部性狀相關(guān)性有所不同，緊湊型玉米品種‘弘大216’對(duì)產(chǎn)量的主要作用是穗行數(shù)＞行粒數(shù)＞密度＞穗長＞禿尖長＞出籽率＞千粒重。半緊湊型玉米品種‘墾豐101’對(duì)產(chǎn)量的主要作用是行粒數(shù)＞千粒重＞禿尖長＞穗長=穗粗＞密度＞穗行數(shù)＞出籽率。

由表4 可見，不同品種，行粒數(shù)、穗長、千粒重、禿尖長和密度均與產(chǎn)量呈二次函數(shù)關(guān)系，且呈顯著相關(guān)；出籽率與產(chǎn)量均呈線性關(guān)系，相關(guān)性不顯著；穗行數(shù)在高密度品種中與產(chǎn)量呈二次函數(shù)關(guān)系，顯著相關(guān)，但在低密度品種中相關(guān)性不顯著；穗粗在低密度品種中與產(chǎn)量呈二次函數(shù)關(guān)系，顯著相關(guān)，但在高密度品種中相關(guān)性不顯著。其相關(guān)關(guān)系也反映出不同類型玉米品種各穗部性狀對(duì)密度響應(yīng)的差別。

2.2 產(chǎn)量與種植密度的關(guān)系

在密度區(qū)間范圍內(nèi)，最高單產(chǎn)的處理為67500株/hm2處理。從產(chǎn)量與密度的相關(guān)分析可以看出，‘弘大216’單位面積產(chǎn)量隨密度增加呈先增后減的拋物線趨勢，品種‘墾豐101’隨密度增加產(chǎn)量增加幅度較快，到達(dá)最宜密度后繼續(xù)增密產(chǎn)量減幅較小，這可能與該品種穗行數(shù)比較穩(wěn)定，密度增加產(chǎn)生的增益和千粒重、行粒數(shù)下降產(chǎn)生的減益接近有關(guān)。

‘弘大216’擬合方程為Y產(chǎn)量=-8172.326+0.523X密度-3.817E-6X密度2(R2=0.932**)，根據(jù)擬合方程，其最大產(chǎn)量為9742.9 kg/hm2，此時(shí)密度為68509 株/hm2，這與試驗(yàn)中67500株/hm2處理產(chǎn)量相近（圖2）。

‘墾豐101’擬合方程為Y產(chǎn)量=-7778.023+0.520X密度-3.851E-6X密度2(R2=0.844**)，根據(jù)擬合方程，其最大產(chǎn)量為9775.9 kg/hm2，此時(shí)密度為67515 株/hm2，這與試驗(yàn)中67500株/hm2處理產(chǎn)量接近（圖3）。

2.3 種植密度對(duì)玉米果穗性狀的影響

相關(guān)分析表明行粒數(shù)、禿尖長、千粒重受密度影響較大，通過曲線回歸來定量分析不同種植密度處理下，玉米穗部性狀的變化趨勢。有研究表明，春玉米行粒數(shù)、穗長與密度呈二次函數(shù)關(guān)系，千粒重與密度呈線性關(guān)系，均呈顯著相關(guān)[1]。由表5 可見，不同品種，行粒數(shù)、穗長、穗粗、千粒重、禿尖長均與密度呈二次函數(shù)關(guān)系，且呈顯著相關(guān)；出籽率與密度呈二次函數(shù)關(guān)系，相關(guān)性不明顯；穗行數(shù)在高密度品種中與產(chǎn)量呈二次函數(shù)關(guān)系，顯著相關(guān)，但在低密度品種中相關(guān)性不顯著。其相關(guān)關(guān)系也反映出不同類型玉米品種各穗部性狀對(duì)密度響應(yīng)的差別。在緊湊型品種‘弘大216’最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的D4密度條件下，根據(jù)其最優(yōu)擬合方程解得最佳行粒數(shù)28.7，穗行數(shù)14.4，穗長為15.0 cm，千粒重為337.8 g。半緊湊型品種‘墾豐101’最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的D3密度條件下，根據(jù)其最優(yōu)擬合方程解得最佳行粒數(shù)28.0，穗長為15.4 cm，千粒重為385.9 g，穗粗為5.3 cm。

表3 玉米果穗性狀與產(chǎn)量的相關(guān)分析

表4 產(chǎn)量與各品種果穗性狀擬合方程

2.3.1 不同種植密度下穗行數(shù)變化情況 從圖2 可看出，緊湊型品種‘弘大216’穗行數(shù)與種植密度呈二次曲線關(guān)系，呈極顯著負(fù)相關(guān)，半緊湊型品種‘墾豐101’穗行數(shù)受種植密度影響較小，無相關(guān)關(guān)系。不同類型玉米品種在黃淮海區(qū)南片穗行數(shù)對(duì)密度響應(yīng)不一致，‘弘大216’穗行數(shù)對(duì)密度較為敏感，生產(chǎn)上的水肥調(diào)控對(duì)穗行數(shù)變化有關(guān)[8]，因此水肥調(diào)控是‘弘大216’增密增產(chǎn)的可能途徑。

2.3.2 不同種植密度下行粒數(shù)、穗長、禿尖長變化情況由圖3～5 可見，隨密度增加2 個(gè)品種的行粒數(shù)與穗長都呈下降趨勢，禿尖長呈增大趨勢。行粒數(shù)與穗長對(duì)密度的響應(yīng)趨勢基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了穗長與行粒數(shù)顯著相關(guān)，穗長和行粒數(shù)下降和增大的趨勢不同與兩個(gè)品種的特性有關(guān)，‘墾豐101’增密后穗行數(shù)無明顯變化，穗長和行粒數(shù)下降較慢，這可能是其達(dá)最宜密度后繼續(xù)增密產(chǎn)量減幅較小的主要原因。對(duì)于配套高效栽培技術(shù)措施提供了數(shù)據(jù)支撐和可能的高產(chǎn)栽培技術(shù)途徑。

2.3.3 不同種植密度下千粒重變化趨勢 由圖6可見，2個(gè)品種千粒重均與密度呈二次函數(shù)關(guān)系，顯著負(fù)相關(guān)，‘墾豐101’的千粒重明顯高于‘弘大216’，且隨密度增加，千粒重下降幅度較低，千粒重隨密度增加降低幅度低是‘墾豐101’品種增密后增產(chǎn)顯著的主要原因之一，根據(jù)密度與千粒重的擬合方程，2個(gè)品種在密度區(qū)間內(nèi)的最大值分別為347 g和417 g，與實(shí)際處理351 g和421 g接近。

表5 不同密度處理下各品種果穗性狀擬合方程

3 討論

影響玉米高產(chǎn)的2大主要因素是品種選擇和配套栽培技術(shù)措施，而種植密度是這兩者重要的研究內(nèi)容之一。筆者對(duì)緊湊型玉米品種‘弘大216’、半緊湊型玉米品種‘墾豐101’在皖北地區(qū)的研究結(jié)果表明，不同類型夏玉米品種隨密度的增加產(chǎn)量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，產(chǎn)量與密度呈拋物線關(guān)系，與前人研究結(jié)果一致[15-17]。

緊湊型玉米品種‘弘大216’在高密度壓力下隨密度增加產(chǎn)量降幅較大，這可能與皖北地區(qū)散粉期易發(fā)高溫?zé)岷?，影響穗行?shù)與行粒數(shù)。本研究表明其在高溫?zé)岷Νh(huán)境下不適宜過高密度種植。

前人研究表明增加群體密度是玉米提高單產(chǎn)的有效措施之一[18]，但盲目提高密度同樣對(duì)產(chǎn)量具有負(fù)面影響，本研究所選取的代表品種均是皖北地區(qū)具有較大推廣面積的品種，對(duì)其果穗性狀對(duì)密度響應(yīng)的研究，對(duì)于選取品種進(jìn)一步的高產(chǎn)創(chuàng)建和合理密植具有指導(dǎo)意義，并提供數(shù)據(jù)支撐。

隨密度增加，品種本身產(chǎn)量對(duì)增產(chǎn)幅度的影響逐漸變大。為了進(jìn)一步了解夏玉米的產(chǎn)量構(gòu)成，于是對(duì)穗部性狀與產(chǎn)量之間進(jìn)行相關(guān)性分析，2 個(gè)品種行粒數(shù)、穗長均和產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)，禿尖長與產(chǎn)量呈顯著相關(guān)；緊湊型玉米品種‘弘大216’穗行數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)，但半緊湊玉米品種‘墾豐101’穗行數(shù)與產(chǎn)量相關(guān)性不顯著；半緊湊玉米品種‘墾豐101’千粒重與產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)，緊湊型玉米品種‘弘大216’千粒重與產(chǎn)量相關(guān)性不顯著，兩品種在高密度下果穗性狀變化趨勢不完全一致。根據(jù)作物生長發(fā)育規(guī)律，采取相應(yīng)的農(nóng)藝措施，減少群體的各種不良性狀的發(fā)生是高密度下增產(chǎn)的重要途徑。玉米增密增產(chǎn)主要依靠群體效應(yīng)，一定數(shù)量的群體是獲得高產(chǎn)的必要保證，在低密度條件下，群體的增加效應(yīng)大于個(gè)體的減小效應(yīng)，產(chǎn)量會(huì)因?yàn)楫€穗數(shù)的增加而增加，但在高密度條件下，雖然株數(shù)增加，但群體的增加效應(yīng)要小于穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、禿尖長和穗粗的減小效應(yīng)，玉米產(chǎn)量下降。

因皖北地區(qū)氣候多變，本實(shí)驗(yàn)期間高溫?zé)岷︻l發(fā)，多地區(qū)年際間偏差較大，下一步計(jì)劃開展多地區(qū)多點(diǎn)對(duì)玉米穗部性狀及群體光合和透光效應(yīng)進(jìn)行研究。

4 討論

隨著密度的升高，夏玉米群體的果穗性狀響應(yīng)程度不一，植株果穗的穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、穗粗、千粒重是逐漸降低的，而禿尖長是逐漸增加的[19-20]。這必會(huì)導(dǎo)致群體產(chǎn)量下降。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過對(duì)關(guān)鍵生育期及肥水管理，采取適當(dāng)栽培措施，擴(kuò)大群體生產(chǎn)能力。明確單株生產(chǎn)力和群體生產(chǎn)力的關(guān)系來探究高產(chǎn)夏玉米源庫特征及其數(shù)量因子，揭示不同密度對(duì)玉米源庫的影響及玉米產(chǎn)量構(gòu)成的調(diào)控規(guī)律將是下一步玉米增產(chǎn)的有效途徑。

緊湊型玉米品種‘弘大216’在較高密度下通過肥水調(diào)控來提高穗行數(shù)和行粒數(shù)，從而發(fā)揮群體生產(chǎn)潛力而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，最佳種植密度為68509 株/hm2。半緊湊玉米品種‘墾豐101’可在較低種植密度下通過充分發(fā)揮單株生產(chǎn)潛力達(dá)到高產(chǎn)，在較高密度下通過降低空桿率繼續(xù)保持較高的產(chǎn)量，最佳種植密度為67514株/hm2。