遼寧不同生態(tài)區(qū)行距配置對玉米形態(tài)、光合指標及產量的影響

郝巧艷,張敏敏,朱 敏,王宏偉,李鳳海

(沈陽農業(yè)大學特種玉米研究所,遼寧 沈陽 110866)

玉米(ZeamaysL.)是我國第一大糧食作物,也是遼寧省種植面積最大的作物。目前,我國的玉米產量占糧食總產量30%以上,玉米生產對保障國家糧食安全具有重要作用,構建高產高效的栽培技術是玉米生產中永恒不變的主題[1]。通過合理密植協調個體與群體關系,構建合理的群體結構是實現玉米高產穩(wěn)產的重要途徑。行距配置對于調節(jié)群體結構具有重要作用[2]。

近年來,許多學者對玉米合理株行距配置進行了研究,但結論并不完全一致。以往研究發(fā)現,窄行距可以通過增加株距,減少株間擁擠,從而減少單株之間的競爭,讓作物更好的利用可利用的光、水和養(yǎng)分資源[3,4]。萇建峰等以鄭單958、先玉335 和512-4 3 個不同株高類型的玉米雜交種為材料,設置2 個種植密度(60 000 株hm2和75 000 株hm2),研究了5 種行距配置方式(50 cm、60 cm、70 cm、80 cm 等行距和80 cm+40 cm 寬窄行)結果發(fā)現,不同品種和密度下60 cm 等行距能夠較好地協調冠層微氣象因子與玉米產量的關系,葉片分布適宜,冠層光能分布合理,獲得最高產量的頻率最高[5]。劉永忠等在9.0萬株/hm2高密度種植條件下研究了行距配置對鄭單958產量和群體光合特性的影響,探究出山西省春玉米最佳行距配置為50.0 cm+50.0 cm 和66.7 cm+33.3 cm[6]。衛(wèi)曉軼等以玉米新品種新單38 為材料,研究5 種不同行距對其農藝性狀和產量的影響,結果發(fā)現與其余行距配置相比,0.6 m 等行距種植下穗位高較低,產量最高[7]。童有才等研究發(fā)現弘大8 號在種植密度較大的條件下實行寬窄行種植可增產,寬行80 cm 窄行40 cm 的產量最高[8]。究其結論不同可能是由于所選用品種和氣候條件的不同。所以在種植密度一定的情況下,如何更好地發(fā)揮玉米個體與群體的潛力、獲得高產,仍是當前需要研究的主要課題[9]。

作物生產是一個種群過程,而非個體表現,要獲得高產穩(wěn)產,就必須使個體、群體和環(huán)境相協調達到最優(yōu)化[9]。田間行距配置方式能夠通過調節(jié)冠層結構和資源利用影響作物產量的形成[5]。葉片是作物進行光合作用的主要器官。在光合作用驅動的作物生長模型中,葉面積指數(LAI)不僅決定了作物光合作用器官的面積,而且還影響光在作物冠層種的分布,理想的LAI 是培養(yǎng)作物合理的群體結構和提高產量的基礎[10]。而光合作用是產量形成的基礎,作物的干物質95%以上來源于光合作用[11]。玉米葉片光合速率與作物產量之間呈正相關[12～15]。

本課題針對遼寧省玉米生產中種植行距多年調研發(fā)現,遼寧省不同生態(tài)區(qū)及及同一生態(tài)區(qū)玉米種植行距不統(tǒng)一,行距從45～65 cm,不適應機械化統(tǒng)一作業(yè),從“十二五”開始,針對遼寧不同生態(tài)區(qū)玉米種植行距開展研究,得出較一致的結果,50 cm 行距在不同生態(tài)區(qū)都表現產量較高。因此2020 年繼續(xù)進行試驗驗證。試驗以良玉99 為材料,在同一密度下,3 個生態(tài)區(qū)下研究不同行距配置對玉米形態(tài)、光合指標和產量的影響,為遼寧省春玉米高產群體構建提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為半緊湊型玉米品種良玉99。

1.2 試驗設計

本試驗于2020 年在遼寧省的海城市、黑山縣以及鐵嶺縣3 個生態(tài)區(qū)進行。試驗設置等行距50 cm+50 cm、60 cm+60 cm 和寬窄行30 cm+70 cm、40 cm+80 cm 4 種行距配置處理,60 cm+60 cm 為對照,種植密度為67 500 株/hm2。田間采用隨機區(qū)組排布,8 行區(qū),行長8m,重復3 次。正常田間管理。

1.3 測定項目及方法

1.3.1形態(tài)指標

葉面積指數:每個處理選取連續(xù)的有代表性的5 株植株進行掛牌標記,分別在拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期和成熟期測量葉長和葉寬,采用長寬系數法計算單株葉面積指數,全展葉葉面積=葉長×葉寬×0.75,非全展葉葉面積=葉長×葉寬×0.5(其中0.75 和0.5 為矯正系數)。

葉面積指數(LAI)=單株葉面積×單位土地面積內的株數/單位土地面積

葉向值:在灌漿期用直尺和電子量角器測定所標記的5 株植株棒三葉的葉長、莖葉夾角和葉垂距,計算葉向值。

1.3.2光合指標

每個處理隨機選取有代表性的3 株,在灌漿期晴朗的上午(9:00～11:00)使用LI-6800 光合儀測定植株穗位葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間二氧化碳濃度(Ci)、氣孔導度(Gs)。

1.3.3田間小氣候

在灌漿期,使用HOBO-MX1102 型CO2濃度測定儀測定各處理小區(qū)群體內穗位處、穗位上50 cm、穗位下50 cm 3 個層面處的CO2濃度。使用LP-50 型冠層儀分別測定各處理小區(qū)群體內雄穗上方、穗位處、穗位上50 cm、穗位下50 cm 4 個層面處的光合有效輻射(PAR),計算透光率。每個層面測3 點求平均值。每個處理共3 次重復,計算時取平均值。

1.3.4產量

玉米成熟后,選取小區(qū)中間四行進行收獲測產,在小區(qū)內選擇大小均勻具有代表性10 個果穗進行室內人工脫粒,測量粒重以及含水量,并按照14%標準含水量折算成產量。

1.4 數據處理與分析

取3 次重復小區(qū)測定的平均值,利用Microsoft Excel 2016 軟件進行數據處理和繪圖,DPS 6.50 軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同生態(tài)區(qū)行距配置對玉米產量的影響

對不同行距處理產量分析可知(圖1),良玉99 在3個生態(tài)區(qū)50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 處理的產量均顯著高于60 cm+60 cm 和40 cm+80 cm 行距處理。遼西生態(tài)區(qū),30 cm+70 cm 和50 cm+50 cm 處理群體產量分別為13 396.00 kg/hm2和13 266.80 kg/hm2,高于60 cm+60 cm 處理產量5.47%和4.45%;遼南生態(tài)區(qū),50 cm+50 cm 行距處理產量最高,為13 082.55 kg/hm2,與30 cm+70 cm 無顯著差異,比60 cm+60 cm 和40 cm+80 cm 處理分別增產7.86%和4.90%,差異顯著;遼北生態(tài)區(qū),產量最高的處理是30 cm+70 cm,為12 468.05 kg/hm2與50 cm+50 cm 行距處理無顯著差異,比60 cm+60 cm 和40 cm+80 cm 行距處理分別增產4.27%和3.35%,達到顯著水平。

圖1 不同生態(tài)區(qū)行距配置處理對玉米產量的影響

2.2 不同生態(tài)區(qū)行距配置對玉米葉面積指數的影響

由圖2 可知,隨著生育時期的推進,各個行距處理LAI 均呈現先增加后逐漸降低的單峰變化趨勢,抽雄吐絲期達到最大值。遼西生態(tài)區(qū),50 cm+50 cm 行距處理在生育后期LAI 表現出較高水平,與60 cm+60 cm 相比差異顯著;遼南生態(tài)區(qū),與前者相似,60 cm+60 cm 行距處理的LAI 表現出較低水平,而30 cm+70 cm 和40 cm+80 cm 不均勻行距處理LAI 較高,尤其40 cm+80 cm,顯著高于60 cm+60 cm;遼北生態(tài)區(qū),大喇叭口期30 cm+70 cm 和40 cm+80 cm 不均勻行距配置處理LAI 顯著高于等行距處理,抽雄吐絲期40 cm+80 cm 行距處理LAI 顯著高于其它處理。綜上所述,50 cm+50 cm、30 cm+70 cm 和40 cm+80 cm 能有效延緩玉米葉片衰老,延長生育后期光合作用時間,60 cm+60 cm 行距處理的LAI 最低。

圖2 不同生態(tài)區(qū)行距配置處理對玉米葉面積指數的影響

2.3 不同生態(tài)區(qū)行距配置對玉米葉向值的影響

試驗結果顯示(圖3),在遼西生態(tài)區(qū),不同行距配置處理下葉向值表現為50 cm+50 cm>60 cm+60 cm>30 cm+70 cm>40 cm+80 cm,50 cm+50 cm 比40 cm+80 cm 行 距處理高10.67%,差異顯著;遼南生態(tài)區(qū),表現為50 cm+50 cm>60 cm+60 cm>40 cm+80 cm>30 cm+70 cm,各處理間無顯著差異;遼北生態(tài)區(qū),30 cm+70 cm 處理葉向值最大,但與50 cm+50 cm 行距處理差異不顯著,比40 cm+80 cm 和60 cm+60 cm 行距處理分別高8.36%、20.10%,差異顯著。

圖3 不同生態(tài)區(qū)行距配置處理對玉米葉向值的影響

2.4 不同生態(tài)區(qū)行距配置對玉米光合指標的影響

由表1 可以看出,不同行距配置處理玉米穗位葉光合指標之間存在明顯差異。其中,凈光合速率和胞間CO2濃度在3 個生態(tài)區(qū)均表現為50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距處理間無顯著差異,顯著高于60 cm+60 cm;3個生態(tài)區(qū)下50 cm+50 cm 的凈光合速率和胞間CO2濃度平均比60 cm+60 cm 行距處理分別高25.43%、13.10%;另外,60 cm+60 cm 行距處理的氣孔導度最低,平均比30 cm+70 cm 低7.14%,50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 無顯著差異;蒸騰速率在4 個處理間差異不顯著。說明50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距處理有利于葉片進行光合作用,提高群體的光合性能。

表1 不同生態(tài)區(qū)行距配置對玉米光合指標的影響

2.5 不同生態(tài)區(qū)行距配置對玉米田間CO2 濃度的影響

在一定程度上,提高群體內CO2濃度可促進光合作用,有利于增產。由圖4 分析表明,隨著空間位置的下降,田間CO2濃度逐漸降低。遼西生態(tài)區(qū)30 cm+70 cm行距配置處理穗上層和穗下層的CO2濃度顯著高于60 cm+60 cm 行距處理。遼南生態(tài)區(qū)表現為30 cm+70 cm>40 cm+80 cm>50 cm+50 cm>60 cm+60 cm,穗位層30 cm+70 cm 行距配置處理的CO2濃度比60 cm+60 cm 高6.13%,差異顯著;遼北生態(tài)區(qū)表現為50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距配置處理高于60 cm+60 cm 和40 cm+80 cm,穗位層50 cm+50 cm 比60 cm+60 cm 高5.66%,差異顯著。

圖4 不同生態(tài)區(qū)行距配置處理對玉米田間CO2 濃度的影響

2.6 不同生態(tài)區(qū)行距配置對玉米冠層透光率的影響

由表2 可知,不同行距配置處理群體間透光率存在顯著差異。在行內,50 cm+50 cm 行距配置處理在穗位處的透光率比60 cm+60 cm 高66.35%,差異顯著,在穗下部60 cm+60 cm 處理的透光率較低。在行間,30 cm+70 cm 行距配置處理在穗位處的透光率較高,遼北生態(tài)區(qū)50 cm+50 cm 處理穗下部透光率比60 cm+60 cm 高3.1倍,說明60 cm+60 cm 行距配置處理不利于群體冠層透光,而50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 配置處理葉片分布有利于群體透光。

3 結論與討論

在密度一定情況下,窄行距能夠通過增加群體冠層光能截獲提高產量[16]。本研究結果表明,在遼寧省3 個生態(tài)區(qū),75 000 株/hm2的密度下,與常規(guī)60 cm+60 cm 種植行距相比較,50 cm+50 cm 窄行距與30 cm+70 cm 寬窄行距配置處理下能獲得較高的籽粒產量。良玉99 在遼寧3 個生態(tài)區(qū)玉米群體CO2濃度、凈光合速率、冠層透光率和產量表現均一致,60 cm+60 cm 行距處理下穗位處CO2濃度均表現較低水平,60 cm+60 cm 行距處理下玉米的凈光合速率表現顯著低于50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm,冠層透光率與凈光合速率表現一致,60 cm+60 cm處理的透光率最低,最終產量也表現為50 cm+50 cm 與30 cm+70 cm 行距處理較高。

隨著行距配置的變化,玉米群體葉面積指數、葉向值、光合指標和冠層透光率發(fā)生變化。本試驗結果表明在3 個生態(tài)區(qū)50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距配置處理的凈光合速率、胞間CO2濃度和氣孔導度均高于其它兩個處理。葉面積指數(LAI)是判斷玉米產量及生長情況的一個主要指標,也是衡量植物光合面積的重要指標[17]。本試驗中,50 cm+60 cm 在3 個生態(tài)區(qū)LAI 均較低,在生育后期葉面積指數上,遼西生態(tài)區(qū)在50 cm+50 cm 處理LAI 較高,遼南生態(tài)區(qū)30 cm+70 cm 和40 cm+80 cm 不均勻行距配置處理LAI 較高,遼北生態(tài)區(qū)各處理間無顯著差異。葉向值是玉米群體結構的主要參數,改善株型等冠層結構特征能增加光的有效截獲,增強群體光合能力。唐建華等認為,隨著密度的增加不同耐密性玉米品種葉向值增大葉傾角、冠層透光率降低。本研究中40 cm+80 cm 的葉向值在3 個生態(tài)區(qū)均表現出較低水平,而50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 處理表現值較高[18]。在行內,50 cm+50 cm 行距配置處理在穗位處的透光率顯著高于60 cm+60 cm。在行間,30 cm+70 cm 行距配置處理在穗位處的透光率較高,遼北生態(tài)區(qū)50 cm+50 cm 處理穗下部透光率比60 cm+60 cm 高3.1 倍。結果與葉向值相吻合,表明群體透光率與植株葉向值密切相關。由此可知,50 cm+50 cm 和30 cm+70 cm 行距處理下群體LAI 較高,植株上部葉片表現更加直立,群體葉片分布較為合理,灌漿期透光率增加,促進光合作用、有機物合成和產量形成。葉面積指數和葉向值表現出的微小不同猜想可能與各個生態(tài)區(qū)的氣候存在微小差異有關,還有待后續(xù)試驗的進一步驗證。

綜上所述,本試驗初步確定遼寧省3 個生態(tài)區(qū)春玉米最適宜的行距配置,良玉99 在等行距50 cm+50 cm 和寬窄行30 cm+70 cm 配置下群體對資源的利用率較高,能夠獲得較高的籽粒產量。