不同種植密度條件下玉米品種間作研究進(jìn)展

章敏 鄧宇蕊 劉朝巍

摘 要 目前，玉米已成為我國種植面積最大的糧食作物，且玉米單產(chǎn)潛力位于禾谷類作物之首，其產(chǎn)量關(guān)系到我國的糧食安全。但未來我國玉米種植面積難以繼續(xù)擴大，如何在耕地面積有限這一條件下提升玉米產(chǎn)量，成為當(dāng)前研究熱點。適當(dāng)增加種植密度和合理搭配品種均能有效提高玉米產(chǎn)量，在未來耕地資源日趨緊張的形勢下，為給玉米增產(chǎn)提供一定的參考價值，從種植密度和品種2方面分析了玉米品種間作的冠層、干物質(zhì)積累與分配及產(chǎn)量變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞 玉米；密度；品種；間作；冠層；產(chǎn)量

中圖分類號：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.24.013

玉米原產(chǎn)于南美洲，栽培歷史距今約有5 000年[1]。現(xiàn)階段，我國玉米對糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率高達(dá)60%，居糧食作物之首[2]。據(jù)初步計算，到2030年，我國的糧食產(chǎn)量必須至少增加35%，才能滿足不斷增長的人口需求[3]。目前主要通過縮小地區(qū)間產(chǎn)量差距來提高產(chǎn)量[4]。

從20世紀(jì)30年代末至今，玉米產(chǎn)量大幅提升了6倍，其中種植密度的增加是貢獻(xiàn)最大的一個因素，玉米產(chǎn)量、單位面積的穗數(shù)隨種植密度的提高而增加[5-6]。與其他同科作物相比，玉米分蘗能力較低，易受密度變化的影響[7]。在資源有限的條件下，群體內(nèi)的單株之間存在競爭，密度增加后單株的生長發(fā)育受到限制，從而產(chǎn)生密度效應(yīng)[8-9]。玉米的生產(chǎn)是群體生產(chǎn)，通過合理密植能發(fā)揮群體增產(chǎn)潛能，提高資源利用效率[10]。此外，玉米與其他農(nóng)作物間作已成為一種常見的作物栽培模式[11]；對于玉米不同品種間作的研究主要集中在提高產(chǎn)量、降低倒伏率和發(fā)病率等方面[12-13]。

本文通過總結(jié)已報道的文獻(xiàn)，歸納了當(dāng)前密度調(diào)控下玉米品種間作對冠層、干物質(zhì)積累與分配及產(chǎn)量的影響，為玉米的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 種植密度和品種對玉米冠層的影響

1.1 種植密度

密度對冠層結(jié)構(gòu)影響較大[14]。隨著密度的增加，冠層透光率減小，消光系數(shù)也隨之下降，葉片形態(tài)也將受到影響[15]。葉面積指數(shù)是衡量冠層光截獲量的重要指標(biāo)之一[6]。隨著種植密度的增加，葉面積指數(shù)增加，株型變緊湊[15]。同時，增密還會使冠層中下部遮光和CO2濃度下降，限制穗位葉光合能力，最終導(dǎo)致葉片早衰[16]。

1.2 品種

不同品種玉米的株型不同，組合在一起能夠構(gòu)成各式各樣的玉米冠層[6]。通過不同玉米品種高矮間作，建立高光效的群體，使群體光合面積變大、光能利用率也明顯提高[17]。在間作群體中，群體光分布會通過影響植株下部葉片的光合作用，從而影響光能利用率[18]。不同玉米品種間作，提高了花后光合生產(chǎn)能力，促使玉米能夠長時間保持良好的冠層條件，有利于產(chǎn)量的形成，原因是間作使群體由上部平面受光變?yōu)榱Ⅲw受光，增加受光面積[19-20]。

2 種植密度和品種對玉米干物質(zhì)積累與分配的影響

2.1 種植密度

我國玉米單產(chǎn)水平進(jìn)一步提升的關(guān)鍵是選育高產(chǎn)耐密新品種[21]。近年來，隨著緊湊型玉米品種的選育及推廣，玉米品種的耐密性顯著提高。光合作用是植株干物質(zhì)積累的重要來源，莖葉夾角則會影響植株的受光環(huán)境，最終影響光能利用效率和干物質(zhì)積累量[18]。因此，在高密度條件下需要植株保持最佳幾何角度和葉片方向，提高光合效率及光能利用率，從而提高作物產(chǎn)量。

2.2 品種

想要獲得高產(chǎn)，品種選擇是關(guān)鍵。在玉米高產(chǎn)潛力突破的過程中，品種的更新起到了重要的作用[21]。玉米的理想株型最早由Donald提出，他認(rèn)為其耐密性的提高與品種競爭能力的降低有關(guān)，作物個體間相互競爭有限的資源，在排除雜草干擾的前提下，個體競爭能力的提高必然以犧牲其他個體利益為代價[22-23]。不同玉米品種間作可以增加干物質(zhì)積累量[17]。玉米分為緊湊型、半緊湊型、平展型3種[24]。緊湊型玉米株型緊湊，能夠在生育后期維持較高的光合葉面積，促進(jìn)干物質(zhì)積累，提高籽粒灌漿速率[14]。

3 種植密度和品種對玉米產(chǎn)量的影響

3.1 種植密度

密度是決定玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的重要因素之一。根據(jù)品種特性確定種植密度非常有必要，且倒伏率、空稈率和發(fā)病率均隨密度增加變化明顯[25-26]。群體可通過密度調(diào)節(jié)來影響玉米的產(chǎn)量構(gòu)成[27]。一定范圍內(nèi)，隨著密度增加，低密度品種產(chǎn)量降低，中密品種和高密品種產(chǎn)量增加、單位面積穗數(shù)增加、穗粒數(shù)和百粒重降低[6，15，28]。還有研究發(fā)現(xiàn)，隨著密度增加，穗粒數(shù)顯著減少[10，29]。適當(dāng)?shù)拿芏仍黾邮沟糜衩字晷妥兙o湊，穗位層能夠接受更多光能，積累更多的同化物，保證玉米穩(wěn)產(chǎn)[15]。吐絲期是玉米粒數(shù)形成的關(guān)鍵時期，而種植密度對籽粒形成亦有影響[30]。

3.2 品種

同種作物間作比單作增產(chǎn)，在小麥、水稻、玉米上均有報道[30-32]。人們對于不同品種間作能夠增產(chǎn)已達(dá)普遍共識[33]。不同基因型玉米通過構(gòu)建生態(tài)位互補的作物群體來提高作物群體抗逆性及資源的利用效率，最終實現(xiàn)作物群體的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[19]。株型互補的玉米間作有利于提高土地當(dāng)量比[34]。玉米是雌雄同株異花授粉，當(dāng)代雜種優(yōu)勢明顯，利用玉米品種間的雜種優(yōu)勢也可獲得增產(chǎn)[35-36]；反之，區(qū)域內(nèi)的品種結(jié)構(gòu)相對單一仍然是我國玉米育種的主要障礙[37]。從理論上講，品種越豐富則群體的遺傳基礎(chǔ)就越復(fù)雜，穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性就越好[20]。

4 不同種植密度條件下玉米間作研究的展望

相關(guān)研究表明，玉米間作可以增產(chǎn)，合理的間作形成復(fù)合群體可協(xié)調(diào)作物間的競爭與互補關(guān)系。目前對玉米品種間競爭與冠層光分布已有初步探究，但對于不同密度條件下玉米不同品種間作所導(dǎo)致的冠層和干物質(zhì)積累分配差異的競爭互補機制還缺乏系統(tǒng)報道[38]。在此基礎(chǔ)上，明確不同密度下玉米間作的冠層資源利用對于未來增密條件下，選擇、選育更優(yōu)群體結(jié)構(gòu)的玉米品種及進(jìn)一步提高玉米產(chǎn)量具有重要的理論意義。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）