種植密度對(duì)玉米莖稈力學(xué)特性和農(nóng)藝性狀的影響

徐韶 賈德濤 韓彥龍

摘 ? 要：通過研究不同玉米品種在6.0萬株/hm2、7.5萬株/hm2、9.0萬株/hm2種植密度條件下莖稈抗倒力學(xué)特性與農(nóng)藝性狀變異規(guī)律，分析玉米莖稈力學(xué)特性與農(nóng)藝性狀的關(guān)系。結(jié)果表明：莖稈抗折斷力、外皮穿刺強(qiáng)度隨種植密度增加而減弱;品種間莖稈力學(xué)特性差異明顯;增加種植密度對(duì)穗位、莖粗影響顯著，高密度條件下穗位升高、莖稈變細(xì)，而株高受密度影響不顯著。相關(guān)分析表明：莖稈抗折斷力與株高、穗位負(fù)相關(guān)，與莖粗顯著正相關(guān);第5、6節(jié)間莖稈表皮穿刺強(qiáng)度與莖稈抗折斷力有極顯著相關(guān)性;第4、5、6節(jié)間表皮穿刺強(qiáng)度與莖粗有極顯著相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：玉米;種植密度;莖稈強(qiáng)度;農(nóng)藝性狀

機(jī)械化密植收獲已成為玉米生產(chǎn)發(fā)展的主要方向。增加種植密度，單位面積的玉米產(chǎn)量則會(huì)有所增加，但也增加了倒伏的風(fēng)險(xiǎn)。Zuber等估計(jì)，在玉米群體中，倒伏率每增加1%，則每667 m2土地大約減產(chǎn)7.2 kg。倒伏不僅影響玉米產(chǎn)量，還會(huì)降低玉米品質(zhì)，同時(shí)也給機(jī)械化收獲帶來嚴(yán)重阻礙。近年來，東北地區(qū)臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣頻繁發(fā)生，且多集中在7—8月，導(dǎo)致正處于吐絲灌漿期的玉米大面積倒伏，嚴(yán)重影響玉米生產(chǎn)[1]。因此，研究玉米莖稈抗倒伏力學(xué)機(jī)理具有重要意義。玉米抗倒伏性屬于數(shù)量性狀，由多基因控制，其遺傳基礎(chǔ)比較復(fù)雜。前人關(guān)于玉米莖稈抗倒力學(xué)性狀的研究主要從莖稈外皮穿刺強(qiáng)度、壓碎強(qiáng)度和折斷力度等多個(gè)方面進(jìn)行考察，本研究通過分析不同玉米品種莖稈抗倒力學(xué)特性與農(nóng)藝性狀在不同種植密度條件下的變異規(guī)律，探討品種莖稈力學(xué)特性與農(nóng)藝性狀的相互關(guān)系，為研究玉米的抗倒性、篩選抗倒伏玉米品種及建立密植豐產(chǎn)栽培體系提供參考依據(jù)。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年4月在遼寧省鐵嶺市銀州區(qū)鐵嶺市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田（北緯42°14′、東經(jīng)123°48′）進(jìn)行，該地區(qū)屬溫帶大陸季風(fēng)性半濕潤氣候，2018年4—9月平均氣溫20.3 ℃，降水量487.4 mm，無霜期160 d左右。試驗(yàn)地土壤為棕壤土，有機(jī)質(zhì)含量12.64 g/kg、速效鉀46.37 mg/kg、速效磷89.34 mg/kg、全氮1.07 g/kg。

1.2 ? 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

設(shè)置6.0萬株/hm2、7.5萬株/hm2、9.0萬株/hm2 3個(gè)試驗(yàn)密度。供試品種20個(gè)，分別為鄭單958、粒收1號(hào)、農(nóng)大222、農(nóng)大239、先玉335、宏途768、迪卡159、良玉199、鐵3110、錦華299、鐵研123、蘭玉16019、澤玉8911、鐵研58、翔玉998、宏碩899、玉喬700、鐵2H112、遼單588、丹玉465。小區(qū)設(shè)計(jì)為：行長(zhǎng)10 m，6行區(qū)，壟距0.6 m，小區(qū)面積36 m2。播種前一次性施用N、P、K 配比為15∶15∶15 的玉米專用復(fù)合肥，施用量為900 kg/hm2，其他田間管理如大田，需及時(shí)除草、防治病蟲害。

1.3 ? 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 ? 莖稈力學(xué)特性測(cè)定

玉米莖稈抗折斷力測(cè)定：在玉米灌漿期，于田間選取正常生長(zhǎng)、長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，以穗位處為著力點(diǎn)，用YYD-1型莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀（浙江托普儀器有限公司生產(chǎn)）水平均勻推動(dòng)玉米植株，記錄莖稈折斷或倒伏最大力（N）值為玉米莖稈抗折斷力，每個(gè)處理連續(xù)測(cè)定3株。

莖稈外皮穿刺強(qiáng)度測(cè)定：選取正常生長(zhǎng)、長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，剝?nèi)ト~片和葉鞘，取植株地上部第3、4、5、6節(jié)，利用測(cè)定平臺(tái)與YYD-1型測(cè)定儀連接，將橫斷面積為0.01 cm2的測(cè)頭沿莖稈節(jié)間中部垂直于莖稈方向勻速緩慢插入，讀取穿透莖稈表皮的最大值，連續(xù)測(cè)定3株。

1.3.2 ? 農(nóng)藝性狀測(cè)量

每個(gè)小區(qū)選取正常生長(zhǎng)植株測(cè)定株高、穗位高，連續(xù)測(cè)定10株;同時(shí)用游標(biāo)卡尺測(cè)定玉米地上部1節(jié)莖稈扁平面直徑為莖粗值，連續(xù)測(cè)定10株。

1.4 ? 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用IBM SPSS Statistics 20統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差和相關(guān)分析，用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 莖稈力學(xué)特性與農(nóng)藝性狀對(duì)種植密度的反應(yīng)

通過方差分析種植密度對(duì)玉米品種的莖稈力學(xué)特性和農(nóng)藝性狀的影響作用，如表1、表2所示。結(jié)果表明：品種、種植密度以及種植密度與品種的交互對(duì)玉米莖稈抗折斷力和第3、4、5、6節(jié)間外皮穿刺強(qiáng)度的影響均達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。說明不同品種間莖稈強(qiáng)度有著較大差異，而種植密度對(duì)玉米莖稈強(qiáng)度影響顯著，對(duì)供試品種株高的影響差異不顯著（P=0.270>0.01），對(duì)穗位、莖粗的影響差異極顯著（P<0.01）。比較各品種在3種密度下的株高、穗位、莖粗平均值，各品種的株高無明顯變化。9.0萬株/hm2密度下穗位顯著高于6.0萬株/hm2、7.5萬株/hm2密度條件下穗位;6.0萬株/hm2、7.5萬株/hm2密度條件下品種的莖粗細(xì)于9.0萬株/hm2密度條件下品種莖粗，且具有顯著差異。說明增密對(duì)品種株高無顯著影響，但可以使穗位增高，莖粗變細(xì)。

在6.0萬株/hm2種植密度下，供試品種莖稈平均抗折斷力以及第3、4、5、6節(jié)間的平均穿刺強(qiáng)度最大，隨種植密度增加均顯著減少;各品種莖稈抗折斷力及第4、5、6節(jié)間穿刺強(qiáng)度在3種密度條件下均有顯著差異;第3節(jié)穿刺強(qiáng)度在6.0萬株/hm2與7.5萬株/hm2和9.0萬株/hm2差異顯著，7.5萬株/hm2和9.0萬株/hm2種植密度條件下差異不顯著。

2.2 ? 品種間莖稈力學(xué)特征的比較

2.2.1 ? 莖稈抗折斷力比較

比較不同密度條件下各品種莖稈抗折斷力的平均值，各品種之間莖稈抗折斷力差異較大（圖1），變化幅度為17.28～35.26 N，其中粒收1號(hào)與遼單588的莖稈抗折斷力顯著高于其他品種。莖稈抗折斷力從大到小排列為：粒收1號(hào)>遼單588>錦華299>丹玉465>玉喬700>鐵研58>鐵2H112>澤玉8911>蘭玉1601>翔玉998>宏碩899>迪卡159>鐵3110>鐵研123>農(nóng)大222>先玉335>宏途768 >良玉199>農(nóng)大239>鄭單958。

2.2.2 ? 莖稈表皮穿刺強(qiáng)度

圖2所示可知，3種種植密度條件下供試品種莖稈第3、4、5、6節(jié)間的表皮穿刺強(qiáng)度的平均值、各品種的穿刺強(qiáng)度隨節(jié)間變化各不相同，品種間存在明顯差異。分析比較各節(jié)間莖稈表皮穿刺強(qiáng)度，第5節(jié)變化幅度最大，變幅為80.07～52.97 N/0.01 cm2，平均值為64.37 N/0.01 cm2;變幅其次的是第3節(jié)，變化范圍為80.98～57.90 N/0.01 cm2，平均值為67.88 N/0.01 cm2;第4節(jié)的變幅為78.56～59.48 N/0.01 cm2，平均值為66.04 N/0.01 cm2;第6節(jié)變幅為75.92～55.22 N/0.01 cm2，平均值為61.93 N/0.01 cm2。比較節(jié)間莖稈表皮穿刺強(qiáng)度均值，從大到小排列為：品種的地上部莖稈表皮第3節(jié)>第4節(jié)>第5節(jié)>第6節(jié)。供試品種中，粒收1號(hào)各節(jié)間的莖稈穿刺強(qiáng)度均顯著高于其他品種。

2.3 ? 莖稈力學(xué)特征與農(nóng)藝性狀相關(guān)分析

對(duì)供試品種的莖稈抗折力、表皮穿刺強(qiáng)度與農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果如表3所示：品種莖稈抗折斷力與株高、穗位呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著;與第3、4節(jié)穿刺強(qiáng)度呈正相關(guān)，相關(guān)性不顯著;與品種的莖粗呈顯著正相關(guān)（r=0.254）、與第5節(jié)、第6節(jié)莖稈表皮穿刺強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，第5節(jié)間穿刺強(qiáng)度相關(guān)系數(shù)最高（r=0.480）。

第3、4、5、6節(jié)莖稈表皮穿刺強(qiáng)度與株高、穗位相關(guān)性不顯著，第3節(jié)與莖粗呈正相關(guān)性，但不顯著;第4節(jié)、第5節(jié)和第6節(jié)穿刺強(qiáng)度與莖粗呈極顯著正相關(guān)。相關(guān)分析結(jié)果表明，玉米品種的莖粗、穗位對(duì)莖稈力學(xué)特性影響顯著，株高對(duì)莖稈力學(xué)特性無顯著影響。

3 ? 結(jié)論與討論

相關(guān)研究表明：玉米莖稈強(qiáng)度是衡量玉米抗倒性的主要標(biāo)準(zhǔn)，莖稈抗折斷力、莖稈表皮穿刺強(qiáng)度是反映莖稈強(qiáng)度的重要力學(xué)指標(biāo)。本試驗(yàn)通過研究不同密度條件下不同玉米品種莖稈抗折斷力、表皮穿刺強(qiáng)度的反應(yīng)變化發(fā)現(xiàn)：隨著種植密度增加，品種莖稈抗折斷力、表皮穿刺強(qiáng)度減弱，不同品種之間的莖稈力學(xué)特性差異明顯，而且對(duì)增密的反應(yīng)不同。說明種植密度對(duì)玉米莖稈強(qiáng)度影響顯著，但品種本身的遺傳特性也是決定玉米莖稈強(qiáng)度的重要因子。

增加種植密度對(duì)穗位莖粗影響顯著，在高密度條件下（9.0萬株/hm2），穗位顯著升高、莖稈顯著變細(xì)，而株高無顯著變化，受增加種植密度影響不大。對(duì)莖稈力學(xué)特性與農(nóng)藝性狀相關(guān)分析結(jié)果表明：莖稈抗折斷力與穗位呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，受玉米植株莖粗顯著影響;第5、6節(jié)間莖稈表皮穿刺強(qiáng)度與莖稈抗折斷力有極顯著相關(guān)性;第4、5、6節(jié)間表皮穿刺強(qiáng)度受莖粗影響極顯著。因此，在選擇耐密抗倒伏玉米品種時(shí)應(yīng)注重穗位、莖粗農(nóng)藝性狀的選擇。

玉米倒伏原因復(fù)雜多樣，受外界環(huán)境、栽培措施、病蟲害以及品種遺傳特性等因素影響，育種和栽培學(xué)家通過遺傳改良、栽培措施調(diào)控等技術(shù)方法，不斷改善玉米品種的抗倒伏能力，力求解決玉米倒伏所帶來的產(chǎn)量損失和機(jī)收障礙，加快玉米產(chǎn)業(yè)進(jìn)程。由于玉米莖稈強(qiáng)度受多基因控制，在選擇抗倒伏玉米品種時(shí)應(yīng)因地制宜，從品種選擇、環(huán)境條件、栽培措施、種植管理等多個(gè)方面，綜合考慮農(nóng)作物生長(zhǎng)形態(tài)和生理指標(biāo)，合理密植，保證優(yōu)良玉米品種的生產(chǎn)潛力得到充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 房海悅，李毅丹，曲文麗，等.玉米倒伏影響因素及其QTL定位研究進(jìn)展[J].東北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，41（5）：42-45.