擴(kuò)行縮株種植對春玉米吐絲期光合特性及產(chǎn)量的影響

韓鎂琪，張玉芹，楊恒山，邰繼承，李赫

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼028043；2.內(nèi)蒙古飼用作物工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古 通遼028043）

玉米作為我國第一大糧食作物，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和糧食安全中占據(jù)了重要地位［1-2］.內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國玉米的主產(chǎn)省區(qū)之一，西遼河平原地處于世界玉米生產(chǎn)“黃金帶”，是內(nèi)蒙古自治區(qū)的玉米主產(chǎn)區(qū)，是我國為數(shù)不多的井灌區(qū).玉米作為優(yōu)勢作物，種植面積大，單產(chǎn)水平高，是內(nèi)蒙古自治區(qū)最重要的糧食生產(chǎn)基地［3］.

玉米是C4植物，是喜光的高產(chǎn)作物，玉米光合生產(chǎn)及物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)分配特點(diǎn)與玉米群體的冠層結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，增加種植密度和合理的群體冠層結(jié)構(gòu)是進(jìn)一步增加玉米產(chǎn)量的主要途徑［4-6］，但也可能因通風(fēng)透光條件差、影響群體光合生產(chǎn)而導(dǎo)致倒伏與早衰現(xiàn)象.吐絲期是玉米生長發(fā)育的關(guān)鍵時期，此時期影響玉米植株生長、葉綠素含量、光合作用的變化［7-9］，還會影響玉米籽粒產(chǎn)量形成［10］.通過改善種植方式來實現(xiàn)玉米單位面積產(chǎn)量的擴(kuò)增成為目前重要種植方式［11-12］，合理的株行距配置可在很大程度上改變這種現(xiàn)象，玉米的寬行輕簡種植模式主要是以擴(kuò)行縮株種植模式為核心內(nèi)容，提高整個群體的光能利用率和光能轉(zhuǎn)化率，有利于產(chǎn)量的形成.本試驗以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植模式（60 cm等行距）為對照，選用農(nóng)華101和偉科702為試驗材料，研究擴(kuò)行距、縮株距種植模式對春玉米吐絲期光合特性及產(chǎn)量的影響，為進(jìn)一步探究西遼河平原灌區(qū)春玉米高效生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2015—2016年在內(nèi)蒙古民族大學(xué)試驗農(nóng)場進(jìn)行，播前耕層土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀和全氮分別為16.09 g·kg-1、40.43 mg·kg-1、11.43 mg·kg-1、121.22 mg·kg-1和1.06 g·kg-1.試驗以常規(guī)種植為對照（CK：行距60 cm），擴(kuò)行縮株種植模式（KS：行距100 cm）為處理，種植密度均為7.5×104株·hm-2，小區(qū)面積30 m2，3次重復(fù).2015—2016年分別于4月30日、5月1日播種，9月26日和9月27日收獲.各處理栽培管理措施一致，基肥為磷酸二銨150 kg·hm-2，硫酸鉀90 kg·hm-2，小喇叭口期1次追施尿素320 kg·hm-2.在生育期內(nèi)共澆水4次，鏟、耥各3次.

1.2 測定項目與方法

1.2.1 葉面積指數(shù)

于吐絲期測定，各小區(qū)取代表性植株3株，按照下列公式計算.

單葉葉面積=長×寬×系數(shù)（未展開葉片系數(shù)為0.5，展開葉片系數(shù)為0.75）

1.2.2 冠層透光率

于吐絲期用SunScan分別測定冠層上部（雄穗上方）、頂層（穗上第4葉）、穗位層（穗位葉）和冠層底部（距地面20 cm）的PAR（光合有效輻射），每測定點(diǎn)樣方5 m2，按下式求得各層透光率.

1.2.3 凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率

吐絲期10：00—12：00，用Li-6400型光合系統(tǒng)測定穗位葉，每小區(qū)測定5株.

1.2.4 冠層光合能力

測其Pn（凈光合速率）和LA（I葉面積指數(shù)），根據(jù)以下公式計算冠層光合能力.

冠層透光能力=Pn×LAI

1.2.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

各小區(qū)測產(chǎn)面積24 m2，按平均穗重選取10穗進(jìn)行人工脫粒，測出籽率和含水率，折算為14%含水量的產(chǎn)量.再分別取10穗風(fēng)干后考種，以測定穗粒數(shù)和千粒重.

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel和SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 擴(kuò)行縮株種植模式下春玉米葉面積指數(shù)

在吐絲期不同層位的葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為棒三葉下＞棒三葉＞棒三葉上.2個品種的葉面積指數(shù)棒三葉上除2015年農(nóng)華101外，均表現(xiàn)為KS＞CK；棒三葉均表現(xiàn)為KS＞CK，2015年，KS較對照高4.22%（農(nóng)華101）、7.02%（偉科702），2016年較對照高1.92%（農(nóng)華101）、2.68%（偉科702）；棒三葉下表現(xiàn)為KS＜CK；整株農(nóng)華101表現(xiàn)為KS＜CK、偉科702表現(xiàn)為KS＞CK.葉面積指數(shù)方面，棒三葉上除2015年偉科702＞農(nóng)華101外，其余均表現(xiàn)為農(nóng)華101＞偉科702，棒三葉、棒三葉下除2016年棒三葉農(nóng)華101＞偉科702外，其余均表現(xiàn)為農(nóng)華101＜偉科702（表1），說明農(nóng)華101各個層位的葉面積指數(shù)分布均勻，而偉科702的葉面積指數(shù)分布不均勻，會影響葉片的光合作用.

表1 不同處理下春玉米葉面積指數(shù)Tab.1 Spring maize leaf area index under different treatments

2.2 擴(kuò)行縮株種植模式下春玉米冠層光合能力

2個品種的不同處理下春玉米冠層光合能力除2015年農(nóng)華101穗位上外，均表現(xiàn)為KS＞CK；在2015年2個品種穗位上與農(nóng)華101穗位下未達(dá)顯著水平，而2個品種穗位層與偉科702穗位下均達(dá)顯著水平；在2016年農(nóng)華101穗位上、穗位層和穗位下未達(dá)到顯著水平，而偉科702穗位上、穗位層與穗位下均達(dá)顯著水平；2個品種在吐絲期穗位上和穗位除2015年穗位（KS）外，其他均表現(xiàn)為農(nóng)華101＞偉科702（表2），說明農(nóng)華101較偉科702的各層葉片的光合能力分布均勻，能保持較高的光合能力.

表2 不同處理下春玉米冠層光合能力Tab.2 Canopy photosynthetic capacity of spring maize under different treatments

2.3 擴(kuò)行縮株種植模式下春玉米冠層透光率

不同種植模式下冠層透光率均表現(xiàn)為穗位上＞穗位層＞穗位下.2個時期各層位不同處理透光率均表現(xiàn)為KS＞CK，2年間穗位上和穗位層均達(dá)顯著水平，穗位下未達(dá)顯著水平；2015年，穗位上和穗位層KS較CK分別高11.59%、26.30%（農(nóng)華101）、11.44%、26.90%（偉科702），2016年較CK高11.64%、25.80%（農(nóng)華101）、9.78%、26.17%（偉科702）；2年間在擴(kuò)行縮株種植模式下各層位透光率均表現(xiàn)為農(nóng)華101＞偉科702（表3），這有利于葉片的光合作用.

表3 不同處理下春玉米冠層透光率Tab.3 Canopy transmittance rate of spring maize under different treatments

2.4 擴(kuò)行縮株種植模式下春玉米不同部位的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率

不同種植模式下春玉米不同葉位葉片的凈光合速率除2015年偉科702穗位層和農(nóng)華101穗位下與2016年穗位層和穗位下差異達(dá)顯著水平外，其他部位差異不顯著；氣孔導(dǎo)度2015年和2016年偉科702穗位上差異顯著，其他穗位上與穗位層無顯著差異，穗位下達(dá)顯著水平；蒸騰速率除2015年農(nóng)華101穗位及2016年偉科702穗位上差異不顯著外，其余葉位差異達(dá)顯著水平；擴(kuò)行縮株種植模式下除2016年2個品種的凈光合速率表現(xiàn)為偉科702＞農(nóng)華101外，其他表現(xiàn)為農(nóng)華101＞偉科702（表4）.

表4 不同處理下春玉米不同部位的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率Tab.4 Net photosynthetic rate，stomatal conductance and transpiration rate of different parts of spring maize under different treatments

2.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成

擴(kuò)行縮株的種植模式下2個品種間有效穗數(shù)差異均不顯著；穗粒數(shù)2015年KS顯著高于CK，2016年農(nóng)華101差異顯著，偉科702差異不顯著；千粒重2015年農(nóng)華101的KS顯著高于CK，其他均差異不顯著；2個品種的產(chǎn)量有顯著性提高，且均表現(xiàn)為KS農(nóng)華101＞KS偉科702（表5）.

表5 不同處理下春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.5 Yield and its components of spring maize under different treatments

3 討論與結(jié)論

葉片光合作用是增加作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)，葉片光合作用有利于促進(jìn)干物質(zhì)的積累從而提高產(chǎn)量，合理的種植模式有助于提高作物對自然資源的利用效率，通過調(diào)整植物的種植模式來發(fā)揮玉米的高產(chǎn)潛力在很大程度上取決于冠層光截獲能力，可以有效提高玉米產(chǎn)量［13-14］.合理的種植模式是在玉米種植密度確定的情況下需要首先解決的問題，其主要包括播種的株距、行距等，從而影響地上及地下不同層位的生態(tài)供應(yīng)［15-16］.本研究中，KS種植模式行距由傳統(tǒng)60 cm擴(kuò)增為100 cm，邊行優(yōu)勢明顯，且通風(fēng)透光較好，有利于葉片光合作用，進(jìn)而提高光能利用率［17］.馬國勝等［18］研究證明，采用適宜寬窄行種植的玉米具有明顯的冠層特性優(yōu)勢，可提高光能利用效率，增加冠層透光率.劉欣芳等［19］研究表明，玉米在高密度下，寬窄行較普通種植，可提高干物質(zhì)積累量和葉面積指數(shù)，具有增產(chǎn)效應(yīng).本研究中，在吐絲期KS種植模式下2個玉米品種的葉面積指數(shù)、冠層透光率、冠層光合能力大多表現(xiàn)為KS>CK.從不同品種對種植模式的反應(yīng)來看，葉面積指數(shù)棒三葉上除2015年偉科702＞農(nóng)華101外，其他均為農(nóng)華101＞偉科702，棒三葉、棒三葉下除2016年棒三葉農(nóng)華101＞偉科702外，其他均為農(nóng)華101＜偉科702；冠層透光率為KS模式下農(nóng)華101＞偉科702，這與品種特性有關(guān)；2個品種2年產(chǎn)量均為KS＞CK，除2016年農(nóng)華101穗粒數(shù)外，穗粒數(shù)和千粒重均有所增加，KS種植的群體結(jié)構(gòu)與個體功能的協(xié)同增益更有利于產(chǎn)量潛力的發(fā)揮.