播種密度對(duì)雨養(yǎng)夏玉米產(chǎn)量形成的調(diào)控效應(yīng)

王 茜，劉樹宇，劉 水，蔡學(xué)超，孫立朋

（1.天津市寶坻區(qū)潮陽街道辦事處，天津 301801；2.內(nèi)蒙古赤峰市喀喇沁旗王爺府鎮(zhèn)綜合保障和技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 赤峰 024421）

華北平原玉米產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)的31.3%左右，在保障國(guó)家糧食安全方面具有重要作用。由于周年熱量資源限制，在冬小麥-夏玉米周年種植模式中為保證冬小麥安全越冬，夏玉米收獲期會(huì)提前，籽粒灌漿不完全，粒質(zhì)量降低且含水量較高，對(duì)玉米機(jī)械收穗和機(jī)械直收籽粒造成困難，在華北平原北部地區(qū)問題更為突出。研究表明，增加種植密度可提高玉米生產(chǎn)力，堅(jiān)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。合理密植可協(xié)調(diào)作物個(gè)體與群體的關(guān)系從而影響產(chǎn)量，但密度過大會(huì)導(dǎo)致群體郁閉遮陰，單株穗粒數(shù)減少和粒質(zhì)量降低，導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低。葉片是玉米光合作用的器官，群體葉面積及葉面積指數(shù)是反映體光合能力強(qiáng)弱與物質(zhì)積累的重要指標(biāo)，葉面積指數(shù)會(huì)隨著種植密度的增加而增大，群體過大導(dǎo)致葉片早衰，玉米生育期縮短，合理密植可以優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)及葉面積系數(shù)，滿足產(chǎn)量形成需要。干物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，種植密度增加影響干物質(zhì)分配比例和產(chǎn)量的構(gòu)成要素。低密度條件下，雖然玉米單株的生長(zhǎng)狀態(tài)較好，但群體對(duì)光能的利用率較低，產(chǎn)量的增加潛力受到限制；高密度條件下，植株間存在著嚴(yán)重的競(jìng)爭(zhēng)，致使千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量和穗粒數(shù)減小，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降。玉米群體穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量構(gòu)成因素決定產(chǎn)量高低，種植密度增加，穗數(shù)增加，但穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量呈降低趨勢(shì)，不同品種在不同生態(tài)區(qū)的適宜種植密度有較大差異。因此，研究種植密度對(duì)適宜機(jī)械籽粒直收玉米品種產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)，可為華北平原北部夏玉米高產(chǎn)栽培提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2021年6—10月在天津市寶坻區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，處理因素為種植密度，分別為60 000、67 500、75 000、82 500、90 000株·hm，分 別 記 為PD1、PD2、PD3、PD4、PD5，設(shè)置重復(fù)3次。品種選用‘京農(nóng)科728’，6月20日播種，10月14日收獲，60 cm等行距播種，小區(qū)長(zhǎng)7 m，寬3.6 m，3次重復(fù)。整地時(shí)，施用600 kg·hm復(fù)合肥（N-PO-KO：25-10-16）作底肥，拔節(jié)期和抽雄期追施225 kg·hm尿素(N:46%)，開溝條施。病蟲草害防治隨大田管理措施進(jìn)行。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 葉面積指數(shù) 分別在吐絲期和收獲期，小區(qū)取代表性樣株3株，測(cè)定葉長(zhǎng)和葉寬，長(zhǎng)寬系數(shù)法計(jì)算單株葉面積和群體葉面積指數(shù)。

1.2.2 干物質(zhì)積累與分配 在吐絲期和收獲期，將測(cè)定葉面積的樣株，分解為莖鞘、葉片、苞葉、穗軸、籽粒5部分，鼓風(fēng)干燥箱105℃，殺青30 min后，烘干至恒質(zhì)量，秤取干質(zhì)量。

1.2.3 植株性狀 收獲期，小區(qū)連續(xù)調(diào)查20株，測(cè)定株高、穗位高、倒伏率和空桿率。

1.2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 收獲期，實(shí)收中間3行，5 m長(zhǎng)，測(cè)定鮮穗總質(zhì)量，選取代表性樣穗20穗，背陰處風(fēng)干后考種脫粒，測(cè)定穗長(zhǎng)、禿頂長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量，計(jì)算穗粒數(shù)，PM8188-A谷物水分測(cè)定儀測(cè)定籽粒水分，按照14%安全含水量計(jì)算百粒質(zhì)量和產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析，Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀

從表1可以看出，隨著種植密度的增加，PD2、PD3、PD4、PD5處理株高比PD1提高4.0～13.7cm，但增幅未達(dá)顯著水平。PD1處理‘京農(nóng)科728’穗位高最低，比PD3和PD5處理顯著降低10.5、12.3cm，PD2與PD5處理間差異顯著。與PD1處理相比，其他處理穗株比提高2.2%～7.7%，但密度處理間差異未達(dá)顯著水平。隨著種植密度的密度增高，試驗(yàn)條件下‘京農(nóng)科728’未發(fā)生倒伏，但空桿率顯著提高，PD1和PD2處理沒有發(fā)生空株，在PD5處理空株率最高達(dá)6.1%。

表1 種植密度對(duì)‘京農(nóng)科728’農(nóng)藝性狀的影響

2.2 葉面積指數(shù)

從圖1可以看出，吐絲期葉面積指數(shù)隨密度增加呈逐漸增大的趨勢(shì)，PD1處理的葉面積指數(shù)為2.42，顯著低于PD2、PD3、PD4、PD5處理，PD4和PD5處理的葉面積指數(shù)顯著高于其余3個(gè)處理，在PD5達(dá)到了最大，值為4.61。成熟期葉面積指數(shù)隨種植密度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，PD3處理和PD4處理，葉面積指數(shù)最大，值為1.50和1.53，顯著高于其他3個(gè)處理；PD1處理最低，僅為1.00，顯著低于其余4個(gè)處理。

圖1 種植密度對(duì)‘京農(nóng)科728’葉面積指數(shù)的影響

2.3 干物質(zhì)積累與分配

由圖2可知，隨著種植密度的增加，夏玉米吐絲期和收獲期單株干物質(zhì)積累量呈逐漸降低的趨勢(shì)。吐絲期，PD1處理單株干物質(zhì)積累量最高為90.5 g·株，比其他4個(gè)處理提高20.0%～72.1%（＜0.05）；PD5單株干物質(zhì)積累量最低僅為52.6 g·株，顯著低于PD1、PD2、PD3、PD4處理。收獲期，PD1和PD2處理單株干物質(zhì)積累量無顯著差異，但PD1處理比PD3、PD4、PD5處理顯著提高15.2%～35.0%；PD2處理比PD4和PD5處理提高16.0%、26.4%（＜0.05），PD3比PD5單株干物質(zhì)積累量提高17.2%（＜0.05）。

圖2 種植密度對(duì)‘京農(nóng)科728’單株干物質(zhì)積累的影響

由圖3可知，吐絲期PD1群體干物質(zhì)積累量最高，為5 429 kg·hm，PD5最低，為4 733 kg·hm，PD1與PD5處理間差異達(dá)顯著水平，而與PD2、PD3、PD4差異不顯著，PD2、PD3、PD4、PD5處理間差異亦不顯著。收獲期，群體干物質(zhì)積累量隨著種植密度的增加逐漸升高，PD1群體干物質(zhì)積累量最低，為18052kg·hm，PD5最高為20 662 kg·hm，PD1處理比PD2、PD3、PD4、PD5處理降低5.1%～10.0%，與PD5處理差異達(dá)顯著水平，PD2、PD3、PD4、PD5處理間差異未達(dá)顯著水平。

圖3 種植密度對(duì)‘京農(nóng)科728’群體干物質(zhì)積累的影響

分析干物質(zhì)分配可以看出（圖2、圖3），夏玉米吐絲期干物質(zhì)分配到莖稈的比例和葉片的比例在密度處理間差異不明顯，但干物質(zhì)積累以分配在莖稈占比較高，葉片占比較低。隨著種植密度的增加，成熟期干物質(zhì)分配到莖稈比例逐漸降低，在PD2處理時(shí)達(dá)到最高值，莖稈干物質(zhì)占比為21.0%，PD4處理時(shí)最低，為17.3%；而隨著種植密度的增加，葉片干物質(zhì)比例逐漸升高，PD2處理時(shí)最低，僅為8.3%，在PD5處理時(shí)達(dá)峰值，占比11.0%；苞葉和穗軸分配的干物質(zhì)比例隨密度增加逐漸降低，PD5處理時(shí)最低僅為2.7%和5.8%，明顯低于其余4個(gè)處理；干物質(zhì)分配到籽粒的比例，即收獲指數(shù)，隨密度增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在PD1處理時(shí)最低為0.589，而在PD3處理時(shí)最高為0.624。

2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表2可知，隨著種植密度的增加，‘京農(nóng)科728’產(chǎn)量呈現(xiàn)升高后降低的趨勢(shì)，PD1處理產(chǎn)量最低，PD4處理產(chǎn)量最高；PD2產(chǎn)量比PD1增產(chǎn)9.7%（＞0.05），PD3、PD4、PD5處理分別比PD1顯著增產(chǎn)23.1%、24.8%、20.5%；PD3和PD4處理比PD2增產(chǎn)12.1%、13.7%，但PD5處理與PD2、PD3和PD4產(chǎn)量差異均未達(dá)顯著水平。

種植密度對(duì)夏玉米果穗性狀影響表明，隨著種植密度的增加，穗長(zhǎng)逐漸變短，但禿尖長(zhǎng)變長(zhǎng)。PD2處理穗長(zhǎng)最長(zhǎng)，與PD1和PD3間無顯著差異，比PD4和PD5顯著增長(zhǎng)0.6、1.3 cm；PD5處理穗長(zhǎng)最短，與PD1、PD2和PD3差異達(dá)顯著水平。PD2處理禿尖長(zhǎng)最短，比其他4個(gè)密度處理顯著縮短15.0%～24.8%；PD4處理禿尖長(zhǎng)最長(zhǎng)，與PD2、PD3和PD5處理差異達(dá)顯著水平。隨種植密度增加，夏玉米穗粗逐漸變細(xì)，但密度間差異不顯著。

分析種植密度對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響可以看出（表2），種植密度對(duì)夏玉米穗行數(shù)的影響未達(dá)顯著差異水平；隨著種植密度的增加，行粒數(shù)呈減少趨勢(shì)，PD5處理最少，為29.3粒，比PD1和PD3處理顯著減少10.6%、9.0%；百粒質(zhì)量隨著種植密度的增加而逐漸降低，PD1和PD2處理最大，為35.6～35.7g，比PD4與PD5處理顯著提高9.9%～10.2%、14.5%～14.8%。

表2 種植密度對(duì)‘京農(nóng)科728’產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

3 結(jié)論與討論

玉米作為高產(chǎn)作物，種植密度的增加是實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)的重要途徑之一。李登海等研究表明，實(shí)現(xiàn)夏玉米產(chǎn)量15 000 kg·hm以上的密度要在75 000株·hm以上。陳國(guó)平等總結(jié)了我國(guó)塊超高產(chǎn)夏玉米（≥15 000 kg·hm）創(chuàng)建過程，并指出提高單位面積產(chǎn)量主要依靠增加種植密度即穗數(shù)，同時(shí)增加或穩(wěn)定穗粒質(zhì)量。2021年我國(guó)玉米高產(chǎn)紀(jì)錄的種植密度突破10 000株·hm。玉米農(nóng)藝性狀受種植密度影響，品種間表現(xiàn)具有差異性，玉米株高隨種植密度的增加而增加。本研究表明，‘京農(nóng)科728’株高和穗位高在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)隨種植密度的增加呈升高的趨勢(shì)，但沒有倒伏，75 000株·hm以上出現(xiàn)空桿，主要原因在于種植密度過高，導(dǎo)致個(gè)體植株缺乏營(yíng)養(yǎng)，穗部發(fā)育不良而空桿。

葉面積指數(shù)是反映玉米群體光合能力的重要指標(biāo)，適宜的葉面積指數(shù)能充分利用光能，進(jìn)行光合作用，積累干物質(zhì)，形成產(chǎn)量，葉面積指數(shù)隨著種植密度的增大而增大。本研究中，吐絲期葉面積指數(shù)隨種植密度的增加呈逐漸增大趨勢(shì)，且在最高密度處葉面積指數(shù)最大，但收獲期中高密度（75 000株·hm、82 500株·hm）葉面積指數(shù)最大，這說明增加種植密度加快了葉片衰老。研究表明，在一定范圍內(nèi)，干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，提高玉米干物質(zhì)積累能力是提高籽粒產(chǎn)量的有效途徑。在本研究范圍內(nèi)，隨著種植密度的增加，夏玉米吐絲期和收獲期單株干物質(zhì)積累量呈逐漸降低的趨勢(shì)，但收獲期群體干物質(zhì)積累量隨著種植密度的增加而逐漸升高。夏玉米吐絲期，干物質(zhì)主要分配到莖稈；收獲期，隨密度增加干物質(zhì)分配到莖稈、穗軸和苞葉比例逐漸降低，但分配到葉片的比例提高。這說明高密條件下，玉米提高葉片物質(zhì)積累，保持光合能力，促進(jìn)產(chǎn)量形成，提高了籽粒種的物質(zhì)分配比例，在中高密度下（75 000株·hm、82 500株·hm）收獲指數(shù)最高，馮尚宗等研究結(jié)果也印證了本研究。

玉米產(chǎn)量高低決定于產(chǎn)量構(gòu)成因素，與穗部性狀具有相關(guān)性。大量研究表明，玉米果穗穗行數(shù)、禿尖長(zhǎng)、百粒質(zhì)量與種植密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而穗粒質(zhì)量、穗長(zhǎng)和行粒數(shù)與種植密度呈正相關(guān)關(guān)系；隨著種植密度的增加，單位面積穗數(shù)增加，但穗粒數(shù)和粒質(zhì)量則降低，籽粒產(chǎn)量與密度呈拋物線關(guān)系。本研究表明，隨著種植密度的增加，玉米果穗長(zhǎng)逐漸變短，但禿尖長(zhǎng)變長(zhǎng)，穗粗變細(xì)，與已有研究基本一致；在本研究范圍內(nèi)，種植密度對(duì)穗行數(shù)影響不顯著，且行粒數(shù)和百粒質(zhì)量隨著種植密度的增加而減少或降低，與李炳昊等的研究結(jié)果基本一致。在本研究密度范圍內(nèi)，‘京農(nóng)科728’產(chǎn)量呈先升高后降低趨勢(shì)，試驗(yàn)范圍內(nèi)中高密度（75 000～82 500株·hm）產(chǎn)量最高，產(chǎn)量在11 000 kg·hm以上。

綜之，在華北平原北部地區(qū)，選用適宜籽粒機(jī)收玉米品種，通過增加種植密度至75000～82500株·hm，提高葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量，優(yōu)化穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒質(zhì)量，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量穩(wěn)定在11 000 kg·hm以上。