密度對玉米穗部性狀及產(chǎn)量的影響

黨根友，李 新，，關(guān)雅靜，朱永興，羅湘寧，張文博，王兆川

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)作物研究所 寧夏永寧 750105；2.寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心，寧夏銀川 750002；3.寧夏科泰科技種業(yè)有限公司 寧夏永寧 750105)

0 引 言

【研究意義】單靠挖掘單株產(chǎn)量而達(dá)到大幅度提高玉米產(chǎn)量較困難[1]。通過增加種植密度是現(xiàn)代玉米產(chǎn)量提升的重要措施之一[2]，合理密植是獲得玉米高產(chǎn)的重要途徑[3]，增強(qiáng)玉米品種耐密性是提高產(chǎn)量潛力重要方法[4]。穗部性狀是構(gòu)成玉米產(chǎn)量直接主要因素，且玉米產(chǎn)量是各穗部性狀共同作用的結(jié)果，尤其種植密度的增加，產(chǎn)量性能的各參數(shù)對產(chǎn)量的作用效應(yīng)不同，對玉米籽粒產(chǎn)量的作用不同[5-6]。【前人研究進(jìn)展】不同品種產(chǎn)量性能參數(shù)對密度脅迫的反應(yīng)相同，不同品種適宜密度范圍也不同[7-9]，選擇適宜品種并結(jié)合品種自身特性，合理提高種植密度才能促進(jìn)玉米產(chǎn)量提高[10]。芯重、行粒數(shù)和百粒重對產(chǎn)量直接正效應(yīng)最大，禿尖長度對產(chǎn)量直接負(fù)效應(yīng)最大[11]。除了禿尖長度隨種植密度的增加而增加外，穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、單穗重和單穗粒重等穗部性狀均隨種植密度增加而降低[12]。隨種植密度的增加，單株產(chǎn)量下降，只有在適宜的種植密度下實(shí)現(xiàn)玉米群體產(chǎn)量的最大值[13-14]。【本研究切入點(diǎn)】目前國內(nèi)關(guān)于密度對多個(gè)玉米穗部性狀影響的系統(tǒng)研究報(bào)道較少，關(guān)于引黃灌區(qū)不同穗部類型春玉米品種的研究還未見報(bào)道。亟需研究密度對玉米穗部性狀及產(chǎn)量的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用4個(gè)密度分析4個(gè)不同穗部類型品種分析密度對穗部性狀及籽粒產(chǎn)量的影響，為當(dāng)前引黃灌區(qū)春玉米品種選擇與增密增產(chǎn)提供理論依據(jù)及技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試品種為長大穗玉米品種寧單41號、中穗品種寧玉51號、短小穗品種寧1530等3個(gè)類型，對照先玉335(CK)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017、2018年2年，在寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)作物研究所進(jìn)行，土壤為灌淤土。設(shè)4個(gè)密度處理(D1、D2、D3和D4)，D1處理為密度82 500株/hm2、D2處理為密度90 000株/hm2、D3處理為密度97 500株/hm2、D4處理為密度105 000 株/hm2，灌水為拔節(jié)期、大喇叭口期和揚(yáng)花水3水。2017年播種期為4月19日，收獲期為9月27日，前茬為玉米，試驗(yàn)地播前0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)15.2×103mg/kg、全氮1.18×103mg/kg、速效氮92.0 mg/kg、速效磷37.6 mg/kg、速效鉀198.0 mg/kg，生育期總降雨量為207.3 mm。2018年播期為4月24日，收獲期為9月24日，前茬為小麥，試驗(yàn)地播前0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)13.0×103mg/kg、全氮1.06×103mg/kg、速效氮77.0 mg/kg、速效磷18.1 mg/kg、速效鉀175.0 mg/kg，生育期總降雨量為188.1 mm。

4個(gè)玉米品種各設(shè)置4個(gè)密度，16個(gè)處理，3次重復(fù)，共48個(gè)小區(qū)，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積為3 m×6.7 m，等行種植，寬行60 cm。施純N 200 kg/hm2，P2O5105 kg/hm2， K2O 45 kg/hm2；其中，N、P按比例5∶5分別于拔節(jié)期追施，K2O作基肥一次性施入，于3葉期按照設(shè)置密度進(jìn)行定苗。其它田間管理措施與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)一致。

1.2.2 測定指標(biāo)

在玉米成熟時(shí)各小區(qū)處理選取中間3行代表性樣點(diǎn)，單獨(dú)編號收割脫粒曬干并稱重，玉米籽粒產(chǎn)量按14%含水量校正。另外取樣10穗考種，在室內(nèi)分別考察出籽率、籽粒深度、百粒重、穗長、穗粗、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)以及上、中、下部百粒重、單穗穗重、單穗粒重、千粒重，測定籽率和含水率，每小區(qū)收獲玉米3行(每行6.7 m)實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

出籽率(%)=籽?？傊?果穗總重的比值×100；

籽粒深度(cm)=(穗粗-軸粗)/2；

百粒重(g)=小區(qū)籽粒中隨機(jī)5個(gè)百粒重的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并用DPS7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 密度對不同品種玉米穗部性狀的影響

研究表明，隨著種植密度增加，各玉米品種的穗部性狀呈現(xiàn)不同的變化趨勢。其中，穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、粒深、單穗穗重、單穗粒重、出籽率、百粒重(穗上、中、下部)隨著密度增加都呈下降趨勢，而禿尖長度隨密度增加呈增加趨勢。種植密度的增加，使得個(gè)體間對光、熱、水、肥競爭增加，影響個(gè)體生長直接或間接導(dǎo)致穗部發(fā)育結(jié)實(shí)受影響，最終影響產(chǎn)量。隨著密度的增加，不同品種玉米的平均變異系數(shù)禿尖長度最大，其次為穗上部的百粒重、行粒數(shù)，然后為穗中部百粒重、穗下部百粒重、籽粒深度、單株粒重、穗長、單株穗重，穗行數(shù)、穗粗、出籽率平均變異系數(shù)最小，密度的變化對不同品種玉米穗行數(shù)、穗粗、出籽率影響最小。其中不同穗部百粒重表現(xiàn)為穗下部>穗中部>穗上部，且穗上部百粒重明顯低于穗中部、穗下部；隨著密度的增加，不同穗部百粒重都呈下降趨勢，穗上部百粒重變化幅度大于穗中部、穗下部，穗的頂端(上部)籽粒受密度影響最明顯，這主要與同化物向籽粒不同部位的供應(yīng)差異有關(guān)，直接影響穗部的結(jié)實(shí)率。圖1

隨著密度的增加，品種之間行粒數(shù)表現(xiàn)為先玉335、寧單41號明顯高于寧1530、寧玉51號，尤其在密度大于97 500株/hm2時(shí)先玉335、寧單41號的行粒數(shù)大幅降低，增加密度對行粒數(shù)降低幅度表現(xiàn)為長穗品種玉米顯著高于中短穗品種，尤其密度在97 500株/hm2以上時(shí)更為明顯；玉米穗部性狀直接影響產(chǎn)量，不同品種間的差異導(dǎo)致產(chǎn)量的差異，但品種產(chǎn)量的差異可以通過密度進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，通過增密試驗(yàn)產(chǎn)量差異有一定減小，并且發(fā)揮品種特有優(yōu)勢，寧玉51號、寧1530屬于中小穗品種，但增密對關(guān)鍵穗部性狀指標(biāo)降幅明顯低于大穗品種，通過密植減少與大穗的差異。圖2

圖1 不同密度下玉米穗部性狀變化Fig.1 Changes of ear characters under different density and different varieties of spring maize

2.2 密度對不同品種玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

研究表明，種植密度對產(chǎn)量構(gòu)成因素影響明顯，隨著種植密度增加，增加了有效穗數(shù)，而穗粒數(shù)和千粒重明顯降低；隨著密度的增加，產(chǎn)量的增加說明有效穗數(shù)的增加效應(yīng)大于穗粒數(shù)、千粒重的減小效應(yīng)。增密增加了穗數(shù)，降低了的穗粒數(shù)且表現(xiàn)在行粒數(shù)和穗行數(shù)綜合降低，從以上穗部性狀分析表明，增加密度行粒數(shù)變異系數(shù)大于穗行數(shù)，增密行粒數(shù)對穗粒數(shù)降低效應(yīng)大于穗行數(shù)，是穗粒數(shù)降低的主要因子，且行粒數(shù)降低幅度在密度為97 500 株/hm2以上時(shí)長穗品種玉米高于中短穗品種更為明顯，而增密下千粒重降低的最主要因子為穗上部百粒重的降低，其次才為穗中部、穗下部百粒重；增加密度下有效穗增加，行粒數(shù)、穗上部百粒重降低成為了產(chǎn)量構(gòu)成變化的主要因素而影響產(chǎn)量。

提高種植密度可以增加產(chǎn)量，而不同品種春玉米產(chǎn)量對高密度處理響應(yīng)不同，尤其在行粒數(shù)和穗上部百粒重增密反應(yīng)，其中行粒數(shù)表現(xiàn)為先玉335、寧單41號明顯高于寧1530、寧玉51號，尤其在密度大于97 500 株/hm2時(shí)先玉335、寧單41號的行粒數(shù)大幅降低，寧單41號、先玉335在密度97 500 株/hm2出現(xiàn)產(chǎn)量下降，而寧玉51號、寧1530的產(chǎn)量表現(xiàn)為隨著密度的增加而增加，表明增密還有增產(chǎn)的潛力可能。適當(dāng)提高種植密度可以增加春玉米產(chǎn)量，不同品種對密度的耐受性不同，其中寧玉51號、寧1530在105 000 株/hm2密度下產(chǎn)量最高，先玉335、寧單41號在97 500 株/hm2密度下產(chǎn)量最高，一定范圍的增密對中小穗玉米產(chǎn)量增加潛力高于大長穗玉米。圖3

圖2 密度區(qū)間玉米穗部性狀的變異系數(shù)Fig.2 Coefficient of variation of ear traits in maize in the tested density region

圖3 密度對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Fig.3 Changes of grain yield and its components under different density and different varieties of spring maize

3 討 論

密度對穗長、穗粗、禿尖度、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重等穗部性狀具有顯著影響，隨著種植密度的增加禿尖長増大，而穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、單穗粒重等穗部性狀呈不同程度的下降[15，16，17]。密度處理下的穗部性狀變化幅度呈現(xiàn)了高稈品種大于中稈、中稈品種大于矮稈的變化規(guī)律[18]。研究結(jié)果與前人研究基本一致，不同品種玉米穗部性狀變化幅度禿尖長度最大，增密禿尖長度均增加，其它11個(gè)穗部性狀指標(biāo)隨密度增加而降低，隨著密度的增加，不同品種玉米的平均變異幅度禿尖長度最大，其次為穗上部的百粒重、行粒數(shù)，然后為穗中部百粒重、穗下部百粒重、籽粒深度、單株粒重、穗長、單株穗重，穗行數(shù)、穗粗、出籽率平均變異系數(shù)最小；隨著密度的增加，不同穗部百粒重都呈下降趨勢，穗上部百粒重變化幅度大于穗中部、穗下部，表明穗的頂端(上部)籽粒受密度影響最明顯，這主要與同化物向籽粒不同部位的供應(yīng)差異有關(guān)，直接影響穗部的結(jié)實(shí)率。寧玉51號、寧1530屬于中小穗品種，但增密對關(guān)鍵穗部性狀指標(biāo)降幅明顯低于大穗品種，從而通過密植減少與大穗的差異。

隨種植密度增加，單位面積穗數(shù)呈增加趨勢，穗粒數(shù)和千粒重呈下降趨勢[19-20]。增強(qiáng)玉米品種耐密性是提高產(chǎn)量潛力重要方法[21]，同時(shí)適合的種植密度使每個(gè)品種達(dá)到最高產(chǎn)量[22-24]。寧夏灌溉超高產(chǎn)玉米品種產(chǎn)量水平的適宜種植密度底限應(yīng)在105 000株/hm2，増加種植密度來增加收獲果穗數(shù)是超高產(chǎn)栽培的基本要求[15]。研究與前人研究結(jié)果一致，隨著種植密度增加，有效穗數(shù)顯著增加，而穗粒數(shù)和千粒重明顯降低，穗粒數(shù)、千粒重降低對產(chǎn)量影響都較大；適當(dāng)提高種植密度可以增加玉米產(chǎn)量，同時(shí)不同品種玉米對密度的適應(yīng)性不同，其中寧玉51號、寧1530在105 000株/hm2密度下產(chǎn)量最高，先玉335、寧單41號在97 500株/hm2密度下產(chǎn)量最高，一定范圍的增密對中小穗玉米產(chǎn)量增加潛力高于大長穗玉米。試驗(yàn)僅為1個(gè)點(diǎn)2年的田間數(shù)據(jù)，對于試驗(yàn)的內(nèi)在規(guī)律及作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

隨著密度的增加，4個(gè)品種禿尖長度均增加，其它11個(gè)穗部性狀指標(biāo)隨密度增加而降低；隨著密度的增加，不同品種玉米的平均變異幅度禿尖長度最大，其次為穗上部的百粒重、行粒數(shù)，然后為穗中部百粒重、穗下部百粒重、籽粒深度、單株粒重、穗長、單株穗重，穗行數(shù)、穗粗、出籽率平均變異系數(shù)最小。不同穗部百粒重表現(xiàn)為穗下部>穗中部>穗上部，且穗上部百粒重明顯低于穗中部、穗下部；隨著密度的增加，不同穗部百粒重都呈下降趨勢，穗上部百粒重變化幅度大于穗中部、穗下部，表明穗的頂端(上部)籽粒受密度影響最明顯，從而影響穗部的結(jié)實(shí)率。

隨著密度的增加，4個(gè)品種玉米平均穗粒數(shù)、平均千粒重降低，種植密度對產(chǎn)量構(gòu)成因素有顯著影響，其中有效穗數(shù)隨種植密度增大而顯著增加，而穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量則隨種植密度增大而降低。提高種植密度可以增加春玉米產(chǎn)量，而不同品種春玉米產(chǎn)量對高密度處理響應(yīng)不同，密度增加后玉米產(chǎn)量增幅不大，甚至出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象。其中寧單41號、先玉335在密度97 500株/hm2出現(xiàn)產(chǎn)量下降，而寧玉51號、寧1530的產(chǎn)量表現(xiàn)為隨著密度的增加而增加。