不同種植密度玉米苞葉性狀差異及其與收獲期籽粒含水率的相關(guān)性研究

尚賞，郭書(shū)亞，張艷，湯其寧，盧廣遠(yuǎn)

(商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南 商丘 476000)

玉米作為重要的糧食、經(jīng)濟(jì)和飼料三元作物，其生產(chǎn)、收獲各環(huán)節(jié)正朝著全程機(jī)械化發(fā)展，籽粒機(jī)收是未來(lái)發(fā)展的重要方向[1-3]。 收獲時(shí)的籽粒含水率是影響玉米機(jī)械粒收質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素[4-6]，隨著籽粒含水率的升高，機(jī)械粒收的破碎率也隨之升高[7，8]，對(duì)商品籽粒的品質(zhì)影響較大，也會(huì)增加后期籽粒烘干成本和籽粒儲(chǔ)存引發(fā)霉變的幾率[9-11]。 有研究表明，籽粒含水量動(dòng)態(tài)變化與穗軸、莖稈、苞葉含水量有極顯著正相關(guān)關(guān)系，收獲期籽粒含水量與穗長(zhǎng)、穗粗、粒長(zhǎng)、雄穗分支等呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與株高呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[12]。 籽粒脫水速率與苞葉、穗軸、穗柄和風(fēng)速等因素有極顯著正相關(guān)關(guān)系，與大氣濕度有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[13]。 鄧杰等[14]對(duì)35 份國(guó)外玉米材料的分析表明，收獲時(shí)籽粒含水量與軸重、百粒重和穗粗呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與穗長(zhǎng)、行粒數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。 還有研究表明，收獲期籽粒含水量與籽粒的粒型、淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與籽粒脂肪含量呈極顯著正相關(guān)[15]。

前人大量研究表明，收獲期籽粒含水率與玉米果穗性狀密切相關(guān)。 苞葉是由玉米果穗穗柄部葉鞘發(fā)育而成的變態(tài)葉，是儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，通過(guò)苞葉的光合作用還可為果穗運(yùn)輸碳水化合物，為籽粒灌漿提供合適的環(huán)境，玉米成熟后還可保護(hù)籽粒減少病害和蟲(chóng)害[16]。 前人在苞葉性狀與籽粒含水率及脫水速率關(guān)系研究方面取得很多進(jìn)展:有研究表明收獲期籽粒含水率與苞葉含水率、苞葉層數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與苞葉寬度呈顯著正相關(guān)關(guān)系[17]；苞葉長(zhǎng)度、“苞葉長(zhǎng)度/果穗長(zhǎng)度”都與生理成熟后的籽粒脫水速率呈顯著負(fù)相關(guān)[18]；去除玉米苞葉后籽粒脫水速度快，對(duì)籽粒灌漿速度有顯著影響[19，20]；對(duì)15 個(gè)自交系組配的54 個(gè)雜交組合的分析表明，苞葉和穗軸的含水量對(duì)成熟期籽粒含水量影響最大，并且籽粒含水量與容重有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[21]。 本試驗(yàn)在前人研究基礎(chǔ)上，選取豫東地區(qū)4 個(gè)主栽夏播玉米品種為材料，系統(tǒng)研究苞葉性狀在不同種植密度下的差異變化及其與收獲期籽粒含水率的相關(guān)性，以期找到影響收獲期籽粒含水率的主要苞葉性狀，為玉米苞葉性狀的育種改良和篩選適宜機(jī)械粒收的品種提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年在河南省商丘市農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)基地(薛莊:N 34°50′，E 115°64′)進(jìn)行。 試驗(yàn)點(diǎn)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，玉米生育期間(6月至10月)降雨量和氣溫見(jiàn)圖1。 生育期總降雨量626.4 mm，當(dāng)日最大降雨量115.7 mm，當(dāng)日最低平均溫度9.6℃，當(dāng)日最高平均溫度30.5℃(氣象數(shù)據(jù)由商丘市氣象局提供)。 試驗(yàn)地前茬作物為冬小麥。

圖1 玉米生育期間降雨量和日平均溫度

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，種植密度為主區(qū)，玉米品種為副區(qū)。 試驗(yàn)設(shè)置3 個(gè)種植密度，分別為6.0萬(wàn)株/hm2、7.5 萬(wàn)株/hm2和9.0 萬(wàn)株/hm2，分別記作D1、D2 和D3；選取4 個(gè)豫東地區(qū)主栽夏播玉米品種鄭單958、先玉335、聯(lián)創(chuàng)808 和裕豐303，表中記作ZD958、XY335、LC808 和YF303，其生育期為100～106 d。 隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3 次。

等行距播種，行距60 cm，株距依種植密度而定。 5 行區(qū)，行長(zhǎng)6 m。 6月8 日統(tǒng)一播種，9月27 日統(tǒng)一收獲。 其它田間管理措施與大田生產(chǎn)相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

每小區(qū)收取中間兩行帶有玉米穗柄及完整苞葉的果穗，每個(gè)品種選取3 株整齊一致果穗，每個(gè)密度處理重復(fù)3 次，依次進(jìn)行苞葉松緊度、苞葉層數(shù)、苞葉長(zhǎng)、苞葉寬、苞葉鮮重、苞葉干重和果穗長(zhǎng)、籽粒含水率測(cè)定。 具體測(cè)定和計(jì)算方法如下:

1.3.1 苞葉松緊度 選取有完整苞葉果穗，用軟尺圍繞果穗中部測(cè)量蓬松狀態(tài)下最外層苞葉的最大長(zhǎng)度，記為L(zhǎng)1，之后測(cè)其軟尺拉緊狀態(tài)下的長(zhǎng)度，記為L(zhǎng)2，苞葉松緊度＝L1/L2。

1.3.2 苞葉層數(shù)、苞葉長(zhǎng)及苞葉寬 采用從外向內(nèi)逐層計(jì)數(shù)的方法查數(shù)果穗苞葉層數(shù)。 將每層苞葉平鋪，用直尺測(cè)量苞葉長(zhǎng)度，在苞葉1/2 處測(cè)量苞葉寬度。 每重復(fù)測(cè)量3 個(gè)果穗，取其平均值。

1.3.3 苞葉鮮重、苞葉干重和苞葉含水率 將每穗所有層數(shù)苞葉在電子秤上稱(chēng)重，取其平均值記作苞葉鮮重，然后放在烘箱中105℃殺青30 min，再80℃烘干至恒重稱(chēng)重，取其平均值記作苞葉干重。 苞葉含水率(%)＝(苞葉鮮重-苞葉干重)/苞葉鮮重×100 。

1.3.4 苞葉包裹度 用直尺測(cè)量果穗長(zhǎng)。 苞葉包裹度＝穗長(zhǎng)/苞葉長(zhǎng)。

1.3.5 收獲期籽粒含水率 果穗脫粒后使用谷物水分測(cè)量?jī)x(LDS-1G)測(cè)其水分含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和作圖，DPS 7.5 軟件進(jìn)行多重比較和方差分析，LSD 法進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗(yàn)，SPSS 23軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，其結(jié)果用Person 相關(guān)系數(shù)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植密度下4 個(gè)玉米品種苞葉性狀差異分析

2.1.1 苞葉長(zhǎng)和苞葉寬分析 通過(guò)對(duì)不同種植密度下4 個(gè)玉米品種苞葉長(zhǎng)和苞葉寬的多重比較和方差分析(表1)可以看出，隨著種植密度增加，苞葉長(zhǎng)逐漸減小，D1 密度下苞葉最長(zhǎng)，均值為24.01 cm，D2 和D3 密度下苞葉長(zhǎng)均值較D1 分別降低4.8%和12.3%。 不同品種間比較，先玉335苞葉長(zhǎng)最短，均值為21.15 cm，極顯著低于其它品種；裕豐303 苞葉最長(zhǎng)，均值為23.82 cm，極顯著高于先玉335 和聯(lián)創(chuàng)808，與鄭單958 之間差異不顯著。 種植密度、品種間對(duì)苞葉長(zhǎng)的影響均達(dá)到極顯著水平，但種植密度與品種互作對(duì)苞葉長(zhǎng)的影響不顯著。

表1 不同種植密度下4 個(gè)玉米品種的苞葉長(zhǎng)和苞葉寬

隨著種植密度增加，苞葉寬逐漸減小，D1 密度下苞葉寬最寬，均值為13.51 cm，D2 和D3 密度下苞葉寬均值較D1 分別降低10.9%和16.6%。不同品種間比較，裕豐303 苞葉最寬，顯著高于其它品種，均值為13.17 cm；先玉335 苞葉寬最小，極顯著低于其它品種，均值為11.24 cm。 種植密度、品種間、密度與品種互作對(duì)苞葉寬的影響均達(dá)到極顯著水平。

2.1.2 苞葉鮮重和苞葉干重分析 不同密度下4個(gè)玉米品種苞葉鮮重、干重的多重比較和方差分析結(jié)果(表2)得知，隨著種植密度增加，苞葉鮮重和干重的變化趨勢(shì)一致，都呈逐漸減少趨勢(shì)，D1密度下苞葉鮮重、干重最重，均值分別為16.96 g和13.98 g，D2 和D3 密度下苞葉鮮重、干重較D1分別降低8.8%、21.3%和4.6%、15.7%。 不同品種間比較，裕豐303 苞葉鮮重、干重最重，極顯著高于其它品種，分別為20.35 g 和17.16 g；鄭單958 苞葉鮮重、干重最低，極顯著低于其它品種，分別為10.45 g 和8.87 g。 苞葉鮮重、干重的方差分析結(jié)果表明，密度、品種間、密度與品種互作對(duì)苞葉鮮重、干重的影響均達(dá)到極顯著水平。

表2 不同種植密度下4 個(gè)玉米品種的苞葉鮮重和苞葉干重

2.1.3 苞葉層數(shù)和苞葉含水率分析 由表3 可知，隨著種植密度增加，苞葉層數(shù)逐漸減少，各品種D1 密度下苞葉層數(shù)最多，均值為10.28 層，D2和D3 密度下分別減少為9.64 層和8.72 層。 不同品種間比較，裕豐303 苞葉層數(shù)最多，極顯著高于其它品種，為10.59 層；鄭單958 苞葉層數(shù)最少，為8.82 層，極顯著低于裕豐303 和聯(lián)創(chuàng)808，與先玉335 差異不顯著。 方差分析結(jié)果表明，密度、品種間對(duì)苞葉層數(shù)影響達(dá)到極顯著，但密度與品種互作對(duì)其影響不顯著。

通過(guò)不同種植密度下4 個(gè)玉米品種苞葉含水率的多重比較和方差分析結(jié)果(表3)可以看出，苞葉含水率隨密度增加而降低，各品種D1 密度下最高，均值為17.37%，D2 和D3 密度較D1 密度下苞葉含水率均值降低3.68 個(gè)、5.71 個(gè)百分點(diǎn)。不同品種間比較，裕豐303 苞葉含水率最高，極顯著高于先玉335 和聯(lián)創(chuàng)808，與鄭單958 差異不顯著；先玉335 苞葉含水率最低，顯著低于其它品種。 密度、品種間對(duì)苞葉含水率的影響均達(dá)到極顯著水平，但密度與品種互作對(duì)其影響不顯著。

表3 不同種植密度下4 個(gè)玉米品種的苞葉層數(shù)和苞葉含水率

2.1.4 苞葉包裹度和苞葉松緊度分析 苞葉包裹度是果穗被苞葉長(zhǎng)度包裹程度的衡量，苞葉松緊度是苞葉在蓬松狀態(tài)與緊致?tīng)顟B(tài)下圍繞果穗最外層苞葉的最大長(zhǎng)度比值之比較，這兩個(gè)指標(biāo)均對(duì)果穗通風(fēng)和脫水產(chǎn)生一定影響。 通過(guò)對(duì)不同種植密度下4 個(gè)玉米品種苞葉包裹度和苞葉松緊度的多重比較和方差分析結(jié)果(表4)可以看出，隨著密度增加，苞葉包裹度均值先是略有降低再略有升高，但不同密度處理下差異不明顯。 苞葉松緊度隨密度降低而增高，D1 密度下均值最小，為1.06，D2、D3 密度下均值較D1 增高0.94%和3.77%。不同品種間比較，鄭單958 苞葉包裹度均值極顯著低于其它品種；裕豐303 苞葉松緊度均值顯著低于先玉335 和聯(lián)創(chuàng)808，與鄭單958 差異不顯著。 品種對(duì)苞葉包裹度的影響達(dá)到極顯著水平，但密度、密度與品種互作對(duì)其影響不顯著。 密度、品種對(duì)苞葉松緊度的影響均達(dá)到極顯著水平，但密度與品種互作對(duì)其影響不顯著。

表4 不同種植密度下4 個(gè)玉米品種的苞葉包裹度和苞葉松緊度

2.2 種植密度對(duì)收獲期籽粒含水率的影響

由圖2 可知，隨著密度增加，收獲期玉米籽粒含水率逐漸減小，D1 密度下籽粒含水率均值最高，為33.56%，D2、D3 較D1 分別減少1.78 個(gè)、2.17個(gè)百分點(diǎn)，D1 與D2、D3 密度下籽粒含水率均值差異顯著，D2 與D3 間差異不顯著。

圖2 不同種植密度對(duì)收獲期籽粒含水率的影響

D1 密度下4 個(gè)品種收獲期籽粒含水率有差異顯著，裕豐303、ZD958 顯著高于其它2 個(gè)品種；D2、D3 密度下先玉335 收獲期籽粒含水率顯著低于其它3 個(gè)品種，其它3 個(gè)品種間差異不顯著。 3 個(gè)密度下裕豐303 收獲期籽粒含水率均值最高，先玉335 均值最低。

2.3 苞葉性狀與收獲時(shí)籽粒含水率的相關(guān)分析

收獲時(shí)籽粒含水率是影響玉米機(jī)械粒收質(zhì)量的一個(gè)重要因素，與果穗發(fā)育狀況和苞葉性狀有密切關(guān)系[6，22]。 由表5 可以看出，收獲時(shí)籽粒含水率與苞葉長(zhǎng)、苞葉寬、苞葉層數(shù)、苞葉鮮重和苞葉含水率呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.768、0.845、0.594、0.473 和0.935；與苞葉干重呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.409；與苞葉松緊度呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.678；與苞葉包裹度呈負(fù)相關(guān)，但不顯著。 苞葉性狀與籽粒含水率的相關(guān)程度為苞葉含水率＞苞葉寬＞苞葉長(zhǎng)＞苞葉松緊度＞苞葉層數(shù)＞苞葉鮮重＞苞葉干重，即與收獲期籽粒含水率相關(guān)性最大的是苞葉含水率，所以機(jī)械粒收時(shí)應(yīng)著重考慮苞葉含水率對(duì)收獲質(zhì)量的影響。

表5 苞葉性狀與收獲時(shí)籽粒含水率的相關(guān)性

3 討論與結(jié)論

3.1 種植密度對(duì)苞葉性狀的影響

增密種植技術(shù)是玉米增產(chǎn)的重要途徑之一[23]。 王榮煥等[24]研究表明種植密度和播期對(duì)不同玉米品種機(jī)收時(shí)籽粒含水率的影響不同。 張順風(fēng)等[17]研究表明種植密度對(duì)不同品種干物質(zhì)積累和苞葉性狀有顯著影響。 本研究結(jié)果表明，除密度對(duì)苞葉包裹度的影響未達(dá)到顯著水平外，其它苞葉性狀在密度、品種間的差異均達(dá)到極顯著水平。 種植密度由D1 增加到D3，苞葉長(zhǎng)、苞葉寬均值分別降低12.3%和16.6%，苞葉層數(shù)均值由10.28 層降低到8.72 層，苞葉鮮重、干重均值分別降低21.3%和15.7%，苞葉含水率均值降低5.71個(gè)百分點(diǎn)，本研究結(jié)果與張順風(fēng)等[17]在研究苞葉長(zhǎng)、苞葉寬、苞葉層數(shù)、苞葉質(zhì)量對(duì)密度響應(yīng)的變化趨勢(shì)結(jié)果一致。 李璐璐等[18]研究表明“苞葉長(zhǎng)度/果穗長(zhǎng)度”指標(biāo)與生理成熟后籽粒脫水速率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，苞葉較短更有利于籽粒生理成熟后期脫水。 本研究中，苞葉包裹度是穗長(zhǎng)與苞葉長(zhǎng)的比值，結(jié)果表明密度對(duì)苞葉包裹度的影響不顯著，但品種對(duì)苞葉包裹度的影響極顯著，說(shuō)明所選品種自身的包裹度差異不同，育種過(guò)程中可通過(guò)苞葉長(zhǎng)度的性狀改良降低收獲期籽粒含水率。 密度對(duì)苞葉松緊度有極顯著影響，密度由D1 增加到D3，苞葉松緊度呈上升趨勢(shì)，表明合理密植有利于苞葉蓬松，對(duì)籽粒脫水有一定的促進(jìn)作用。

3.2 苞葉性狀與收獲期籽粒含水率的關(guān)系

苞葉性狀與籽粒含水率密切相關(guān)。 張林等[22]研究表明收獲期籽粒含水率與苞葉長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與苞葉片數(shù)呈正相關(guān)，但不顯著。 閆淑琴等[25]研究表明玉米自然脫水速率與苞葉長(zhǎng)、寬、面積呈顯著負(fù)相關(guān)。 張文杰等[26]研究表明不同取樣時(shí)間、不同品種間籽粒含水量有極顯著差異。 盧道文等[27]研究表明苞葉含水量與籽粒含水量呈極顯著正相關(guān)，與籽粒脫水速率呈極顯著負(fù)相關(guān)。 與前人研究苞葉性狀指標(biāo)相比，本試驗(yàn)增加苞葉包裹度和苞葉松緊度2 個(gè)指標(biāo)，能夠較為系統(tǒng)地表征玉米苞葉性狀，較為全面地分析苞葉性狀與收獲期籽粒含水率的關(guān)系。 本研究結(jié)果表明，收獲期籽粒含水率與苞葉長(zhǎng)、苞葉寬、苞葉層數(shù)、苞葉含水率呈極顯著正相關(guān)，這與前人研究苞葉性狀對(duì)收獲期含水率的正負(fù)相關(guān)性結(jié)果一致，但個(gè)別苞葉性狀與收獲期籽粒含水率的顯著性有差別，但總的相關(guān)性方向一致[17，22，27]。 在這8 個(gè)苞葉性狀指標(biāo)中，只有苞葉包裹度和苞葉松緊度與收獲時(shí)籽粒含水率呈負(fù)相關(guān)，其中松緊度與籽粒含水率呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明苞葉松緊度越大，苞葉越蓬松，越有利于籽粒田間脫水，收獲時(shí)籽粒含水率越小。

3.3 種植密度與收獲期籽粒含水率

我國(guó)的玉米育種方向主要以產(chǎn)量為主，但隨著機(jī)械粒收技術(shù)的發(fā)展，如何提高機(jī)械粒收質(zhì)量成為育種發(fā)展的重要方向之一。 籽粒破碎率高是機(jī)械粒收技術(shù)應(yīng)用推廣面臨的主要問(wèn)題，而破碎率與收獲時(shí)的籽粒含水率呈極顯著正相關(guān)[4，6]。有研究表明，機(jī)收時(shí)籽粒含水率在15.47% ～24.78%之間破碎率可達(dá)到低于5%的機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)[28]。 本試驗(yàn)所選4 個(gè)玉米品種，種植密度由D1 增加到D3，收獲期籽粒含水率降低2.17 個(gè)百分點(diǎn)。 王兵等[29]研究表明，收獲期籽粒含水率隨密度增加而增加，本研究結(jié)果與之相反，可能與所選品種和環(huán)境因素有關(guān)，也可能與選擇的收獲日期距生理成熟期的長(zhǎng)短不同有關(guān)。 本研究結(jié)果表明，密度對(duì)收獲期籽粒含水率的影響達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，收獲期籽粒含水率雖略有所降低，但最低均值為31.4%，并不能滿(mǎn)足機(jī)收質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。 孔凡磊等[30]研究表明，在四川春玉米收獲比傳統(tǒng)收獲時(shí)間推遲10～15 d，籽粒含水率降低，可達(dá)到機(jī)械粒收標(biāo)準(zhǔn)。 本研究認(rèn)為，可以在合理密植的同時(shí)推遲收獲時(shí)間，并可考慮選擇苞葉含水率較低、苞葉長(zhǎng)較短、苞葉寬較小、苞葉層數(shù)較少、苞葉松緊度較大的品種來(lái)降低收獲期籽粒含水率，提高玉米機(jī)械粒收質(zhì)量。