薛 軍 王 群 李璐璐 張萬旭 謝瑞芝 王克如 明 博 侯 鵬 李少昆,*

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玉米生理成熟后倒伏變化及其影響因素

薛 軍1王 群2李璐璐1張萬旭2謝瑞芝1王克如1明 博1侯 鵬1李少昆1,*

1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/ 農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081;2石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 新疆石河子 832000

針對機(jī)械粒收玉米生理成熟后田間站稈脫水期間的倒伏問題, 本研究通過多點(diǎn)試驗(yàn)調(diào)查夏玉米和春玉米生理成熟后倒伏發(fā)生類型和規(guī)律, 分析影響玉米生理成熟后倒伏發(fā)生的關(guān)鍵因素。結(jié)果表明, 玉米生理成熟后, 莖折率升高是倒伏增加的主要原因; 莖折率隨抗折力降低而升高, 抗折斷力降低至14.3 N時, 莖折率超過5%; 植株重心高度逐漸降低, 莖稈基部第3節(jié)間穿刺強(qiáng)度(RPS)、第4節(jié)間壓碎強(qiáng)度(CS)、第5節(jié)間彎曲強(qiáng)度(BS)均逐漸降低, 基部節(jié)間單位長度干重(DWUL)和含水率也逐漸降低; 莖稈抗折斷力與RPS、CS、BS、DWUL和含水率均呈極顯著正相關(guān), RPS、CS和BS均與DWUL和含水率呈極顯著正相關(guān)。本研究表明, 玉米生理成熟后植株自然衰老導(dǎo)致的莖稈干物質(zhì)降低和水分含量下降, 是莖稈機(jī)械強(qiáng)度降低、莖折率增加的主要原因。因此應(yīng)適期收獲, 避免田間站稈時間過長引起倒伏率增加導(dǎo)致的收獲產(chǎn)量損失。

玉米; 倒伏; 生理成熟; 莖稈強(qiáng)度; 干重; 含水率

倒伏是玉米生產(chǎn)中的常見現(xiàn)象。在玉米整個生育期均可發(fā)生倒伏, 生理成熟前的倒伏影響籽粒灌漿速率, 降低產(chǎn)量[1]; 生理成熟后倒伏則會增加機(jī)械粒收過程中的落穗數(shù)量, 降低籽粒品質(zhì), 加大收獲難度和收獲效率, 生產(chǎn)效益明顯降低[2-4]。直接收粒是我國玉米機(jī)械收獲的發(fā)展方向[5]。與傳統(tǒng)人工收獲和機(jī)械穗收不同, 機(jī)械粒收要求玉米籽粒含水量控制在27%以下[6-7], 生理成熟后一般田間站稈脫水2~4周才能達(dá)到收粒要求[8-9]。在田間站稈脫水階段, 玉米雌穗重達(dá)到最大, 莖稈衰老導(dǎo)致自身物質(zhì)和水分變化, 受大風(fēng)、降雨、莖腐病等影響造成倒伏[10-11]。Allen等[12]觀測表明, 玉米在田間站稈脫水過程中, 當(dāng)籽粒含水量從25%將至15%時, 倒伏率增加42%。Nolte等[13]研究表明, 在美國俄亥俄州10月15日之后, 每推遲1周, 莖折率增加5%, 并且1/3莖折植株會落穗。本研究團(tuán)隊(duì)曾對大田調(diào)查的381組樣本數(shù)據(jù)分析表明, 玉米機(jī)械粒收落穗量與倒伏率呈極顯著正相關(guān), 符合線性關(guān)系。國家標(biāo)準(zhǔn)“玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件” (GB/T-21962-2008)中規(guī)定機(jī)械粒收的條件為田間植株倒伏率低于5%[14]。以往我國玉米收獲以人工和機(jī)械穗收為主, 關(guān)于倒伏問題的研究多集中在玉米莖稈前期發(fā)育過程或生理成熟之前的某一個階段[15-19], 對生育后期和生理成熟后莖稈衰老及倒伏研究較少。本研究旨在分析玉米生理成熟后倒伏發(fā)生類型及規(guī)律, 探討影響玉米生理成熟后倒伏的關(guān)鍵因素, 對實(shí)施玉米籽粒收獲抗倒品種的選育和最佳粒收時期的確定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)綜合試驗(yàn)站, 新疆奇臺總場108團(tuán)、二分場和三分場進(jìn)行。各試驗(yàn)點(diǎn)參試品種見表1, 均采用大區(qū)種植。在新鄉(xiāng)試驗(yàn)站, 種植行距為60 cm, 行長為100 m, 每個品種不少于10行, 種植面積不少于600 m2, 種植密度均為67 500株 hm–2, 6月17日至18日播種。在奇臺總場108團(tuán)、二分場和三分場, 每個品種播種面積不低于667 m2, 4月中下旬至5月上旬播種, 種植密度為105 000株 hm–2, 寬窄行栽培, 寬行距70 cm, 窄行距40 cm。對4個試驗(yàn)點(diǎn)均參照當(dāng)?shù)卮筇锕芾?。在生理成熟后分期調(diào)查玉米田間倒伏和莖稈質(zhì)量。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

在河南新鄉(xiāng)試驗(yàn)站, 分別于10月27日、11月10日、11月25日和12月6日調(diào)查各品種的倒伏率, 于10月21日、11月1日、11月10日、11月21日、12月2日和12月12日在田間隨機(jī)選取各品種5株樣品, 測定玉米莖稈抗折斷力、基部節(jié)間力學(xué)強(qiáng)度、干物質(zhì)積累量和含水率。在新疆奇臺總場3個試驗(yàn)點(diǎn), 田間未發(fā)生倒伏, 分別于10月9日、10月29日和11月10日測定莖稈質(zhì)量。

表1 供試品種

1.2.1 田間倒伏 在田間隨機(jī)選取長度為10 m, 寬度為4行的樣區(qū)調(diào)查玉米總株數(shù)、根倒和莖折株數(shù), 3次重復(fù)。

根倒率(%) = 根倒數(shù)/總株數(shù)′100

莖折率(%) = 莖折數(shù)/總株數(shù)′100

總倒伏率 = 根倒率+莖折率

其中, 玉米穗下節(jié)間發(fā)生折斷的為莖折; 穗下節(jié)間未發(fā)生折斷, 植株偏離垂直方向45°以上的為根倒[14]。

1.2.2 莖稈抗折斷力 田間自然生長狀態(tài)下, 用YYD-1型莖稈強(qiáng)度測定儀(浙江托普儀器有限公司, 中國杭州)在穗位節(jié)垂直于莖稈方向?qū)⒅仓晖茢? 測定莖稈被推斷時的最大力學(xué)值即莖稈抗折斷力, 記錄玉米發(fā)生倒折的節(jié)間。

1.2.3 重心高度 選取5株長勢一致有代表性植株, 將植株沿地面水平截下并橫放(帶穗、葉和鞘), 用食指水平托起, 使其保持平衡不傾斜, 平衡時手指所在位置距離莖稈基部的距離為重心高度。

1.2.4 莖稈基部節(jié)間強(qiáng)度 參考勾玲等[19]的方法, 用莖稈強(qiáng)度測定儀將一定橫斷面積 (如1 mm2)的測頭, 在第3節(jié)間中部短軸面垂直于莖稈方向勻速緩慢插入, 讀取穿透莖稈表皮的最大值, 即穿刺強(qiáng)度(RPS); 用直徑為1 cm2的探頭測定第4節(jié)間恰好被壓碎時的最大值, 即壓碎強(qiáng)度(CS)。同時, 將第5節(jié)間兩端固定, 采用三點(diǎn)彎曲法測定第5節(jié)間被折斷時的最大力學(xué)值, 即彎曲強(qiáng)度(BS)[20]。

1.2.5 節(jié)間干物質(zhì)積累和含水率 截取上述測定的第3、第4、第5節(jié)間樣品, 用直尺測定節(jié)間長度, 稱鮮重, 置烘箱105℃下殺青30 min, 80℃下烘干至恒重, 稱重。

節(jié)間單位長度干重(g cm–1)=節(jié)間干重(g)/節(jié)間長度(cm),

含水率(%) = (節(jié)間鮮重—節(jié)間干重)/節(jié)間鮮重′100

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù), SPSS 17.0 軟件檢驗(yàn)差異顯著性和相關(guān)性分析, SigmaPlot 10.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米品種生理成熟后倒伏率變化

玉米生理成熟后總倒伏率、根倒率和莖折率均呈逐漸增加趨勢(表2)。以國標(biāo)GB/T-21962-2008[14]中規(guī)定的機(jī)械粒收條件為標(biāo)準(zhǔn), 10月27日、11月10日、11月25日和12月6日調(diào)查總倒伏率低于5%的品種數(shù)分別為22個、16個、8個和5個。28個參試品種莖折率占總倒伏率的比例隨田間站稈晾曬時間的延長呈逐漸上升趨勢, 分別為4.8%、10.5%、32.5%和43.4%, 說明生理成熟后倒伏的增加主要是莖折率提高所致。

不同玉米品種之間倒伏差異顯著, 12月6日總倒伏率最高的品種為中科玉505, 達(dá)90.1%; 最低的為澤玉8911, 未發(fā)生倒伏(表2)。根倒率較高的品種為中科玉505、農(nóng)華5號、聯(lián)創(chuàng)808和聯(lián)創(chuàng)825, 12月6日均達(dá)到50%以上; 其次為裕豐303, 為30.9%; 其余23個品種根倒率均在10%以下。12月6日莖折率最高的品種為新單68, 為50.6%; 其次為中科玉505, 為45.2%; 利單295和北斗309的莖折率均超過20%, 遼單575、豫單9953和吉單66的莖折率均超過15%。

表2 不同玉米品種生理成熟后倒伏率

（續(xù)表2）

品種Cultivar總倒伏率Total lodging rate (%)莖折率Stalk lodging rate (%)根倒率Root lodging rate (%) Oct. 27Nov. 10Nov. 25Dec. 6Oct. 27Nov. 10Nov. 25Dec. 6Oct. 27Nov. 10Nov. 25Dec. 6 聯(lián)創(chuàng)825 Lianchuang 82547.863.171.171.1000047.863.171.171.1 利單295 Lidan 2951.93.418.324.40.61.915.521.61.31.52.82.8 LA 5051.02.65.311.401.53.95.21.01.01.46.3 北斗309 Beidou 3098.211.932.633.51.74.523.924.76.47.48.88.8 豫單9953 Yudan 99533.53.57.525.7002.117.33.53.55.48.5 新單58 Xindan 584.66.110.620.80.40.54.014.24.35.66.66.6 新單65 Xindan 65001.011.5001.06.20005.3 新單68 Xindan 6800.72.550.600.72.550.60000 農(nóng)華5號 Nonghua 574.674.880.980.90.30.50.80.874.374.380.180.1 農(nóng)華816 Nonghua 8167.07.618.020.60.81.411.713.76.26.26.26.9 迪卡517 Dika 5170.41.07.78.20.41.07.78.20000 迪卡653 Dika 6530.40.42.92.9002.52.50.40.40.40.4 陜單636 Shaandan 6360.74.26.322.20.70.91.416.903.35.05.2 陜單650 Shaandan 6503.84.510.212.100.34.96.73.84.25.35.3 澤玉501 Zeyu 5010.81.72.94.50.60.82.03.60.20.90.90.9 澤玉8911 Zeyu 8911000000000000 吉單66 Jidan 662.43.815.016.52.12.413.615.10.41.41.41.4 東單913 Dongdan 9131.42.75.58.7002.55.71.42.73.03.0 金通152 Jintong 1522.25.651.754.901.643.745.22.24.08.09.6 中科玉505 Zhongkeyu 50572.383.884.490.130.40.86.272.083.483.683.9 平均值A(chǔ)verage9.7 b13.0 ab21.8 ab27.1 a0.5 c1.4 c7.1 b11.8 a9.3 a11.7 a14.7 a15.3 a 最大值 Maximum74.683.884.490.12.111.343.750.674.383.483.683.9 最小值 Minimum000000000000 變異系數(shù)CV (%)210.4174.9123.898.4130.1159.3132.8103.3221.4197.6184.6176.4

數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同取樣期0.05水平下的差異顯著。

Values followed by differentlowercase letters are significantly different amongsampling dates at the 0.05 probability level.

2.2 莖稈抗折斷力變化及對倒伏的影響

玉米生理成熟后莖稈抗折斷力逐漸降低。新鄉(xiāng)試點(diǎn)28個供試品種抗折斷力在10月21日至11月21日之間差異顯著, 11月21日與12月2日之間、12月2日與12月12日之間差異未達(dá)到顯著水平(圖1-A)。奇臺總場3個試驗(yàn)點(diǎn)參試品種的莖稈抗折斷力在生理成熟后也呈逐漸降低趨勢, 其中108團(tuán)和三分場試點(diǎn)在11月10日顯著低于10月9日, 二分場的莖折抗折斷力在3個取樣期的差異未達(dá)到顯著水平(圖1-B)。

由表3可知, 莖折發(fā)生在地上部第3節(jié)間的植株占總折斷植株的比例最高, 其次為第4節(jié)間, 莖折發(fā)生在第2、第3、第4、第5節(jié)間的比例在新鄉(xiāng)和奇臺分別為93.9%和90.4%。說明玉米植株莖折主要發(fā)生在莖稈基部節(jié)間。

2.3 重心高度變化及對莖稈抗折斷力的影響

在新鄉(xiāng)夏玉米生理成熟后, 重心高度逐漸降低, 11月21日重心高度顯著低于10月21日(圖3)。說明玉米生理成熟后植株重心高度變化并不是影響莖稈抗折斷力降低和倒伏增加主要因素。

圖1 玉米生理成熟后莖稈抗折斷力變化

Fig. 1 Changes in stalk breaking force of maize after physiological maturity

圖A為新鄉(xiāng)夏玉米, 圖B為奇臺春玉米。箱線圖(圖A)中箱體部分代表50%樣本的分布區(qū)域, 即四分位區(qū)間(IQR)。兩端線為Tukey法判定的合理觀測樣本邊界。箱體中實(shí)線為樣本中位數(shù), 虛線為樣本均值, 空心點(diǎn)表示異常值。圖B中數(shù)據(jù)為同一樣點(diǎn)、不同取樣期所有參試品種的均值。圖中不同小寫字母分別表示同一樣點(diǎn)不同取樣期在0.05水平下的差異顯著。

Fig. A shows the summer maize in Xinxiang, Fig. B show the spring maize in Qitai. The main box called IQR contains fifty percent samples in Box-whisker Plot (Fig. B). The two sidelines mean the reasonable sample border in Tukey method. The solid line in box positions the median sample. The hidden line stands for the average. The circle stands for the outlier. Values is the average for all cultivars in same sampling location and different sampling dates in Fig. B. Values within the same sampling location followed by different lowercase letters are significantly different at< 0.05.

表3 玉米莖稈不同節(jié)間折斷比例

圖2 玉米莖稈力學(xué)強(qiáng)度與莖折率之間的關(guān)系

**表示0.01水平上相關(guān)顯著。

** Correlation is significant at the 0.01 probability level.

圖3 玉米生理成熟后重心高度變化

圖中不同小寫字母分別表示不同取樣期在0.05水平下的差異顯著。

Height of gravity center indexed with different lowercase letters are significantly different at< 0.05.

2.4 莖稈基部節(jié)間力學(xué)強(qiáng)度的變化

玉米生理成熟后, 莖稈基部第3節(jié)間穿刺強(qiáng)度(rind penetration strength, RPS)、第4節(jié)間壓碎強(qiáng)度(crushing strength, CS)及第5節(jié)間彎曲強(qiáng)度(bending strength, BS)均逐漸降低(圖4)。新鄉(xiāng)夏玉米試點(diǎn)6次測定結(jié)果顯示, 10月21日至11月21日差異顯著, 12月2日和12月12日之間差異未達(dá)到顯著水平; 第4節(jié)間CS在10月21日顯著高于其他幾個測定日期, 12月2日和12月12日顯著低于其他日期; 第5節(jié)間BS在11月11日之前顯著高于11月21日之后。奇臺3個試驗(yàn)點(diǎn)的春玉米莖稈基部力學(xué)強(qiáng)度在10月9日至11月10日之間也總體呈逐漸降低趨勢。

圖4 玉米生理成熟后莖稈基部節(jié)間力學(xué)強(qiáng)度的變化

圖A、C、E為河南新鄉(xiāng)夏玉米, 圖B、D、F為新疆奇臺春玉米; RPS: 穿刺強(qiáng)度; CS: 壓碎強(qiáng)度; BS: 彎曲強(qiáng)度。圖中不同小寫字母分別表示同一樣點(diǎn)不同取樣期在0.05水平下的差異顯著。

Fig. A, Fig. C, and Fig. E show summer maize in Xinxiang, Henan. Fig. B, Fig. D, and Fig. F show spring maize in Qitai, Xinjiang. RPS is rind penetration strength, CS is crushing strength, and BS is bending strength. Values within the same sampling location indexed with different lowercase letters are significantly different at< 0.05.

2.5 莖稈基部節(jié)間干物質(zhì)的變化

新鄉(xiāng)夏玉米試點(diǎn)28個供試玉米品種生理成熟后莖稈基部第3、第4、第5節(jié)間單位長度干重(dryweight per unit length, DWUL)逐漸降低(圖5)。奇臺3個試驗(yàn)點(diǎn)的春玉米莖稈基部節(jié)間DWUL在10月9日至11月10日之間也總體呈逐漸降低趨勢。

2.6 莖稈基部節(jié)間含水率的變化

玉米生理成熟后莖稈基部節(jié)間含水率呈逐漸降低趨勢(圖6)。28個供試品種第3節(jié)間含水率在10月21日至11月21日之間無顯著差異, 第4、第5節(jié)間在10月21日至11月11日之間無顯著差異, 11月11日取樣前新鄉(xiāng)試驗(yàn)點(diǎn)有降雨發(fā)生, 節(jié)間含水率略高于11月1日, 11月21日之后, 莖稈含水率顯著降低。奇臺3個試驗(yàn)點(diǎn)的春玉米莖稈基部節(jié)間含水率在10月9日至11月10日之間逐漸降低, 差異達(dá)到顯著水平。

圖5 玉米生理成熟后莖稈基部節(jié)間干物質(zhì)變化

圖A、C、E為河南新鄉(xiāng)夏玉米, 圖B、D、F為新疆奇臺春玉米; DWUL, 單位長度干重。圖中不同小寫字母分別表示同一樣點(diǎn)不同取樣期在0.05水平下的差異顯著。

Fig. A, Fig. C, and Fig E show summer maize in Xinxiang, Henan. Fig. B, Fig. D, and Fig. F show spring maize in Qitai, Xinjiang. DWUL is dry weight per unit length. Values within the same sampling location indexed with different lowercase letters are significantly different at<0.05.

2.7 相關(guān)性分析

相關(guān)分析(表4)表明, 玉米莖稈抗折斷力與基部第3節(jié)間RPS、第4節(jié)間CS及第5節(jié)間BS均呈顯著正相關(guān), 抗折斷力也與基部第3、第4、第5節(jié)間的平均DWUL和含水率呈顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)最高的為BS和DWUL, 分別為0.7373和0.7356。莖稈基部節(jié)間DWUL、含水率均與RPS、CS和BS呈顯著相關(guān), 其中相關(guān)系數(shù)較高的為BS和DWUL及含水率。

圖6 玉米生理成熟后莖稈基部節(jié)間含水率變化

圖A、C、E為河南新鄉(xiāng)夏玉米, 圖B、D、F為新疆奇臺春玉米。圖中不同小寫字母分別表示同一樣點(diǎn)不同取樣期在0.05水平下的差異顯著。

Fig. A, Fig. C, and Fig E show summer maize in Xinxiang, Henan. Fig. B, Fig. D, and Fig. F show spring maize in Qitai, Xinjiang.

Values within the same sampling location indexed with different lowercase letters are significantly different at< 0.05.

表4 玉米生理成熟后莖稈抗折斷力、基部節(jié)間力學(xué)強(qiáng)度、干物質(zhì)積累及含水率相關(guān)性分析

與抗折斷力的相關(guān)分析, 單位長度干重和含水率數(shù)值為第3、第4、第5節(jié)間的平均值,= 222,**表示0.01水平上相關(guān)顯著。

The values of dry weight per unit length and moisture content are the average of the third, fourth and fifth internodes, which were correlated with breaking force.= 222,**correlation is significant at the 0.01 probability level.

3 討論

3.1 莖折率提高是玉米生理成熟后倒伏增加的主要原因

玉米倒伏是由外力作用引發(fā)的根或莖稈倒折現(xiàn)象。吐絲之前, 玉米根系未發(fā)育成熟, 固著能力較弱, 遇暴雨加大風(fēng)天氣, 根倒發(fā)生嚴(yán)重; 吐絲至成熟期, 玉米根系發(fā)育成熟, 莖稈中的物質(zhì)向穗部運(yùn)輸, 使莖稈質(zhì)量下降, 雌穗重量不斷增加, 提高了植株的重心高度, 玉米以莖折為主, 且多發(fā)生在穗下基部節(jié)間[18]。本研究表明, 玉米生理成熟后倒伏逐漸增加, 從10月21日至12月6日, 黃淮海夏玉米區(qū)28個參試品種的總倒伏率均值由9.7%提高至27.1%, 莖折率由0.5%提高至11.8%, 根倒率由9.3%提高至15.3%, 莖折率占總倒伏率的比例由4.8%提高至43.4%, 由此說明生理成熟后倒伏率的提高主要是因?yàn)榍o折率增加所致。

3.2 玉米生理成熟后基部節(jié)間強(qiáng)度下降是影響莖折率上升的重要因素

玉米莖折發(fā)生與植株形態(tài)和莖稈強(qiáng)度有關(guān)。前人研究表明, 玉米基部節(jié)間較長的植株具有較高的穗位和重心高度, 倒伏風(fēng)險大; 相反, 基部節(jié)間較短且粗壯的植株具有較強(qiáng)的抗倒伏能力[21]。莖稈力學(xué)強(qiáng)度, 如莖稈外皮穿刺強(qiáng)度、壓碎強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均與田間倒伏率呈顯著負(fù)相關(guān)[15-19]。莖稈抗折斷力是綜合了植株形態(tài)和莖稈力學(xué)強(qiáng)度來評價植株抗倒伏能力的綜合指標(biāo)[22]。本研究結(jié)果表明, 玉米生理成熟后莖折率隨莖稈抗折力降低而升高, 當(dāng)抗折斷力低于14.3 N時, 莖折率高于國家機(jī)械粒收標(biāo)準(zhǔn)倒伏率低于5%的規(guī)定。進(jìn)一步分析影響玉米莖稈抗折斷力降低的因素可知, 在形態(tài)方面, 生理成熟后玉米株高、穗位高、節(jié)間長度、直徑不會發(fā)生變化, 僅重心高度發(fā)生變化, 而生理成熟后植株受含水率降低、植株養(yǎng)分轉(zhuǎn)移、上部葉片脫落、穗上部分折斷等因素影響, 重心高度逐漸降低, 說明植株形態(tài)方面的變化不是影響抗折斷力下降和莖折率提高的主要因素; 莖稈力學(xué)強(qiáng)度方面, 生理成熟后基部第3節(jié)間RPS、第4節(jié)間CS和第5節(jié)間BS均逐漸降低, 相關(guān)分析也表明, 莖稈抗折斷力與基部節(jié)間RPS、CS和BS均呈顯著正相關(guān)。由此說明, 生理成熟后玉米莖稈基部節(jié)間強(qiáng)度降低使抗折斷力下降, 導(dǎo)致莖折率上升。

3.3 玉米生理成熟后莖稈衰老使莖稈力學(xué)強(qiáng)度降低

玉米莖稈中碳水化合物和水分是莖稈強(qiáng)度形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。前人研究表明, 玉米莖稈DWUL與力學(xué)強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)[14,18], 抽雄后莖稈髓部含水量與力學(xué)強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)[23]。生理成熟后植株迅速衰老, 根系活性迅速下降和對水分、營養(yǎng)物質(zhì)吸收能力降低, 葉片衰老, 蒸騰作用和光合能力顯著下降, 加之籽粒庫對莖稈中可溶性碳水化合物的拉力和莖稈自身的呼吸消耗, 使莖稈中碳水化合物和水分含量下降。Chen等[24]研究表明, 在我國吉林從8月30日至9月30日, 玉米莖稈總碳水化合物降低31%~42%, 含水率由77%~79%降低至52%~56%。玉米莖稈碳水化合物分解和水分含量下降導(dǎo)致細(xì)胞萎縮, 細(xì)胞壁降解變薄, 細(xì)胞之間縫隙加大, 韌性降低, 脆性增加, 機(jī)械強(qiáng)度降低。本研究結(jié)果表明, 新鄉(xiāng)試驗(yàn)站28個參試品種從10月21日至12月12日基部第3、第4、第5節(jié)間單位長度干重均值降低25.3%, 含水率均值降低47.9%, 第3節(jié)間RPS降低33.2%, 第4節(jié)間CS降低30.2%, 第5節(jié)間BS降低33.5%, 相關(guān)分析也表明, 節(jié)間單位長度干重和含水率均與基部節(jié)間力學(xué)強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)。由此說明, 生理成熟后玉米迅速衰老導(dǎo)致的莖稈中碳水化合物降低和莖稈失水使力學(xué)強(qiáng)度降低, 造成莖折率顯著提高。

3.4 田間站稈能力是衡量玉米品種是否適合機(jī)械粒收的重要因素

本研究在新鄉(xiāng)試驗(yàn)站對28個參試品種莖折率測試結(jié)果顯示, 10月27日莖折率變幅為0~2.1%, 抗折斷力變幅為13.3~43.4 N; 12月6日莖折率變幅為0~50.6%, 抗折斷力變幅為5.7~15.9 N。說明不同玉米品種在生理成熟后莖稈抗折斷力下降和莖折率提高的幅度差異較大。品種之間除了玉米莖稈基部節(jié)間力學(xué)強(qiáng)度差異外, 可能與品種的穗位高和重心高度有關(guān)。此外, 后期莖腐病發(fā)生和種植區(qū)氣象因素也是影響玉米倒伏發(fā)生的重要因素[25-27], 需做進(jìn)一步研究?？傊? 在適宜機(jī)械粒收品種篩選過程中, 除了與機(jī)械粒收質(zhì)量有關(guān)的含水率、破碎率、雜質(zhì)率等機(jī)收質(zhì)量指標(biāo)外, 生理成熟后的田間站稈能力也應(yīng)作為衡量玉米品種是否適合機(jī)械粒收的重要因素。

4 結(jié)論

玉米生理成熟后植株衰老使莖稈基部節(jié)間干物質(zhì)和水分含量減少, 導(dǎo)致基部節(jié)間機(jī)械力學(xué)強(qiáng)度和莖稈抗折斷力下降, 當(dāng)莖稈抗折斷力降低至14.3 N時, 莖折率≥5%; 不同品種之間莖稈質(zhì)量下降幅度和莖折率差異顯著; 適期收獲, 可以有效避免因?yàn)檎径挄r間過長引起的倒伏。

[1] 李樹巖, 馬瑋, 彭記永, 陳忠民. 大喇叭口及灌漿期倒伏對夏玉米產(chǎn)量損失的研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48: 3952–3964 Li S Y, Ma W, Peng J Y, Chen Z M. Study on yield loss of summer maize due to lodging at the big flare stage and grain filling stage., 2015, 48: 3952–3964 (in Chinese with English abstract)

[2] Pellerin S, Trendel R, Duparque A. Relationship between morphological characteristics and lodging susceptibility of maize (L.)., 1990, 10: 439–446

[3] Elmore R W, Ferguson R B. Mid-season stalk breakage in corn: Hybrid and environmental factors., 1999, 12: 293–299

[4] 黃璐, 喬江方, 劉京寶, 夏來坤, 朱衛(wèi)紅, 李川, 周慶偉. 夏玉米不同密植群體抗倒性及機(jī)收指標(biāo)探討. 華北農(nóng)學(xué)報, 2015, 30(2): 198–201 Huang L, Qiao J F, Liu J B, Xia L K, Zhu W H, Li C, Zhou Q W. Research on the relationship between maize lodging resistance and grain mechanically harvesting qualities in different planting density., 2015, 30(2): 198–201 (in Chinese with English abstract)

[5] 李少昆, 王克如, 謝瑞芝, 侯鵬, 明博, 楊小霞, 韓冬升, 王玉華. 實(shí)施密植高產(chǎn)機(jī)械化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效協(xié)同. 作物雜志, 2016, (4): 1–6 Li S K, Wang K R, Xie R Z, Hou P, Ming B, Yang X X, Han D S, Wang Y H. Implementing higher population and full mechanization technologies to achieve high yield and high efficiency in maize production., 2016, (4): 1–6 (in Chinese with English abstract)

[6] 謝瑞芝, 雷曉鵬, 王克如, 郭銀巧, 柴宗文, 侯鵬, 李少昆. 黃淮海夏玉米子粒機(jī)械收獲研究初報. 作物雜志, 2014, (2): 76–79 Xie R Z, Lei X P, Wang K R, Guo Y Q, Chai Z W, Hou P, Li S K. Research on corn mechanically harvesting grain quality in Huanghuaihai plain., 2014, (2): 76–79 (in Chinese with English abstract)

[7] 李璐璐, 謝瑞芝, 王克如, 明博, 侯鵬, 李少昆. 黃淮海夏玉米生理成熟期子粒含水率研究. 作物雜志, 2017, (2): 88–92 Li L L, Xie R Z, Wang K R, Ming B, Hou P, Li S K. Kernel moisture content of summer maize at physiological maturity stage in Huanghuaihai region., 2017, (2): 88–92 (in Chinese with English abstract)

[8] 李少昆.玉米機(jī)械粒收質(zhì)量影響因素及粒收技術(shù)發(fā)展方向. 石河子大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2017, 35: 265–272 Li S K. Factors affecting the quality of maize grain mechanical harvest and the development trend of grain harvest technology.(Nat Sci), 2017, 35: 265–272 (in Chinese with English abstract)

[9] 王克如, 李少昆. 玉米機(jī)械粒收破碎率研究進(jìn)展. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50: 2018–2026 Wang K R, Li S K. Progresses in research on grain broken rate by mechanical grain harvesting., 2017, 50: 2018–2026 (in Chinese with English abstract)

[10] Bruns H A, Abbas H K. Effects of harvest date on maize in the humid sub-tropical Mid-South USA., 2004, 49(1): 1–7

[11] Thomison P R, Mullen R W, Lipps P E, Doerge T, Geyer A B. Corn response to harvest date as affected by plant population and hybrid., 2011, 103: 1765–1772

[12] Alien R R, Musick J T, Hollingsworth L D. Topping corn and delaying harvest for field drying., 1982, 5: 1529–1532

[13] Nolte B H, Byg D M, Gill W E. Timely field operations for corn and soybeans in Ohio. The Ohio State University Cooperative Extension Service Bulletin 605, March, 1976

[14] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件: GB/T 21962-2008 General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China; China National Standardization Management Committee. Technical Requirements for Maize Combine Harvester: GB/T 21962–2008 (in Chinese with English abstract)

[15] Xue J, Gou L, Zhao Y, Yao M, Yao H, Tian J, Zhang W F. Effects of light intensity within the canopy on maize lodging., 2016, 188: 133–141

[16] Xue J, Zhao Y, Gou L, Shi Z, Yao M, Zhang W. How high plant density of maize affects basal internode development and strength formation., 2016, 56: 3295–3306

[17] Xue J, Gou L, Shi Z G, Zhao Y S, Zhang W F. Effect of leaf removal on photosynthetically active radiation distribution in maize canopy and stalk strength.2017, 16: 85–96

[18] Xue J, Xie R Z, Zhang W F, Wang K R, Hou P, Ming B, Gou L, Li S K. Research progress on reduced lodging of high-yield and -density maize., 2017, 16: 2717–2725

[19] 勾玲, 黃建軍, 張賓, 李濤, 孫銳, 趙明. 群體密度對玉米莖稈抗倒力學(xué)和農(nóng)藝性狀的影響. 作物學(xué)報, 2007, 33: 1688–1695 Gou L, Huang J J, Zhang B, Li T, Sun R, Zhao M. Effects of population density on stalk lodging resistant mechanism and agronomic characteristics of maize., 2007, 33: 1688–1695 (in Chinese with English abstract)

[20] Robertson D, Smith S, Gardunia B, Cook D. An improved method for accurate phenotyping of corn stalk strength.2014, 54: 2038–2044

[21] Novacek M J, Mason S C, Galusha T D, Yaseen M. Twin rows minimally impact irrigated maize yield, morphology, and lodging., 2013, 105: 268–276

[22] 邊大紅, 劉夢星, 牛海峰, 魏鐘博, 杜雄, 崔彥宏. 施氮時期對黃淮海平原夏玉米莖稈發(fā)育及倒伏的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50: 2294–2304 Bian D H, Liu M X, Niu H F, Wei Z B, Du X, Cui Y H. Effects of nitrogen application times on stem traits and lodging of summer maize (L) in the Huang-Huai-Hai Plain., 2017, 50: 2294–2304 (in Chinese with English abstract)

[23] Anderson B, White D. Evaluation of methods for identification of corn genotypes with stalk rot and lodging resistance., 1994, 78: 590–593

[24] Chen Y, Chen J, Zhang Y, Zhou D. Effect of harvest date on shearing force of maize stems., 2007, 111: 33–44

[25] Yu C, Saravanakumar K, Xia H, Gao J, Fu K, Sun J, Dou K, Jie C. Occurrence and virulence ofspp. associated with stalk rot of maize in North-East China., 2017, 98: 1–8

[26] 王亮, 豐光, 李妍妍, 景希強(qiáng), 黃長玲. 玉米倒伏與植株農(nóng)藝性狀和病蟲害發(fā)生關(guān)系的研究. 作物雜志, 2016, (2): 83–88 Wang L, Feng G, Li Y Y, Jing X Q, Huang C L. Relationship between maize lodging resistance and agronomic traits, plant diseases, and insect pests., 2016, (2): 83–88 (in Chinese with English abstract)

[27] 楊揚(yáng), 楊建宇, 李紹明, 張曉東, 朱德海, 劉哲, 米春橋, 肖開能. 玉米倒伏脅迫影響因子的空間回歸分析. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2011, 27(6): 244–249Yang Y, Yang J Y, Li S M, Zhang X D, Zhu D H, Liu Z, Mi C Q, Xiao K N. Spatial regression analysis on influence factors of maize lodging stress., 2011, 27(6): 244–249 (in Chinese with English abstract)

Changes of Maize Lodging after Physiological Maturity and Its Influencing Factors

XUE Jun1, WANG Qun2, LI Lu-Lu1, ZHANG Wan-Xu2, XIE Rui-Zhi1, WANG Ke-Ru1, MING Bo1, HOU Peng1, and LI Shao-Kun1,*

1Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China;2College of Agronomy, Shihezi University, Shihezi 832000, Xinjiang, China

In view of the lodging problem during grain dehydration after physiological maturity in maize mechanical grain harvest, multi-sites experiments were conducted to investigate the lodging type and law and their influencing factors in summer maize and spring maize after physiological maturity. The increase of stalk lodging rate was the major reason for total lodging rate increase after physiological maturity. The stalk lodging rate increased as breaking force decreased. The stalk lodging rate was more than 5% when breaking force decreased to 14.3 N. All of height of gravity center, rind penetration strength (RPS) of the third internode, crushing strength (CS) of the fourth internode, and bending strength (BS) of the fifth internode gradually decreased after physiological maturity. Both dry weight per unit length (DWUL) and moisture content of the basal internode also gradually decreased. Stalk breaking force was significantly positively correlated with RPS, CS, BS, DWUL, and moisture content of the basal internode. RPS, CS, BS were significantly positively correlated with DWUL and moisture content. This study showed that naturalsenescence of maize after physiological maturity decreases the dry matter and moisture content, resulting in the decrease of stalk mechanical strength, and the increase of stalk lodging. The ability of stalk continuous standing after physiological maturity should be used as one of the important indices to measure which maize cultivar is fit for mechanical grain harvest. Harvesting at optimal time could prevent lodging after physiological maturity and reduce grain loss in mechanical grain harvest.

maize; lodging; physiological maturity; stalk strength; dry weight; moisture content

2018-02-06;

2018-07-20;

2018-08-03.

10.3724/SP.J.1006.2018.01782

通信作者(Corresponding author): 李少昆, E-mail: lishaokun@caas.cn, Tel: 010-82108891

E-mail: xuejun5519@126.com, Tel: 010-82108595

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300110, 2016YFD0300101), 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31371575), 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-02-25)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300110, 2016YFD0300101), the National Natural Science Foundation of China (31371575), the China Agriculture Research System (CARS-02-25), and the Agricultural Science and Technology Innovation Project of Chinese Academy of Agricultural Sciences.

URL:http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180802.1630.004.html