金 容 李 鐘 楊 云 周 芳 杜倫靜 李小龍 孔凡磊 袁繼超,*
密度和株行距配置對(duì)川中丘區(qū)夏玉米群體光分布及雌雄穗分化的影響
金 容1,2李 鐘2楊 云2周 芳1杜倫靜1李小龍1孔凡磊1袁繼超1,*
1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 作物生理生態(tài)及栽培四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川成都 611130;2南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 四川南充 637000
為了便于全程機(jī)械化生產(chǎn), 四川中部部分地區(qū)玉米生產(chǎn)已逐漸由套作春播轉(zhuǎn)變?yōu)閮糇飨牟?。為了明確本區(qū)域凈作夏玉米高產(chǎn)、宜機(jī)的群體結(jié)構(gòu), 采用兩因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì), 研究了種植密度和株行距配置對(duì)夏玉米群體光分布及雌雄穗分化和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明, 隨種植密度增加, 玉米有效穗數(shù)增加, 但因空稈和倒伏增加導(dǎo)致有效穗數(shù)增幅逐漸減少甚至最終降低; 密度增加使玉米葉片莖葉夾角和開(kāi)張角降低, 葉向值增加, 群體透光率明顯降低, 消光系數(shù)增大, 雌雄穗小穗分化期和小花分化期幼穗長(zhǎng)度和中部直徑、吐絲期雄穗主軸長(zhǎng)度和成對(duì)小穗數(shù)以及雌穗總小花數(shù)、吐絲小花數(shù)、受精小花數(shù)和單株果穗受精率均降低, 而退化小花數(shù)、敗育花數(shù)和花敗育率均增加, 最終導(dǎo)致玉米禿尖變長(zhǎng), 穗粒數(shù)和百粒重顯著降低。產(chǎn)量隨種植密度增加而先增后降, 以67,500株hm–2最高, 2年平均較45,000株 hm–2和90,000株hm–2密度分別顯著增加17.00%和14.03%。此外, 2年在45,000株 hm–2和67,500株hm–2密度下, 等行距均優(yōu)于相應(yīng)寬窄行, 60 cm等行距處理下玉米株型緊湊, 能改善群體受光條件, 提高玉米單株果穗受精率, 降低小花敗育率, 籽粒產(chǎn)量較高; 在2018年90,000株hm–2密度下, (110+50) cm寬窄行處理更能改善田間通風(fēng)透光條件, 促進(jìn)雌雄穗分化, 提高玉米籽粒產(chǎn)量。因此, 川中丘區(qū)夏玉米高產(chǎn)栽培應(yīng)適當(dāng)縮行增密, 宜采用67,500株hm–2密度搭配60 cm等行距種植。
密度; 株行距配置; 玉米; 葉型; 光合有效輻射; 雌雄穗; 產(chǎn)量構(gòu)成
玉米(L.)產(chǎn)量是由單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重三要素構(gòu)成, 適當(dāng)增密是提高玉米有效穗數(shù)的重要措施[1], 但隨著種植密度增加, 冠層內(nèi)通風(fēng)透光不良, 削弱了中下部葉片的光照條件[2], 導(dǎo)致玉米雌雄穗發(fā)育得不到充足的光合產(chǎn)物[3], 而合理的株行距配置可以使光能在玉米群體冠層內(nèi)的分布更加合理, 充分利用不同層次的光資源[4], 對(duì)促進(jìn)玉米穗部發(fā)育及產(chǎn)量的提高具有重要意義, 而且也有利于機(jī)械化收獲[5-6], 這是我國(guó)玉米生產(chǎn)發(fā)展的必由之路。前人對(duì)玉米穗分化與葉齡指數(shù)以及植株外部形態(tài)的關(guān)系研究較多[7-12], 關(guān)于密度對(duì)玉米雌雄穗分化的影響也有一些報(bào)道[13], 但鮮見(jiàn)株行距配置在這方面的研究, 尤其是西南地區(qū)株行距配置對(duì)玉米群體內(nèi)光分布和雌雄穗分化及其與密度的互作效應(yīng)方面。川中丘區(qū)是西南玉米主產(chǎn)區(qū)之一, 過(guò)去以套作春播為主, 為適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn), 近年在一些地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閮糇飨牟? 為了探明其適宜群體結(jié)構(gòu), 本文設(shè)置了不同密度和株行距配置的田間試驗(yàn), 研究其對(duì)玉米株葉型及群體光能分布、雌雄穗分化特性及產(chǎn)量構(gòu)成的影響, 以期為川中丘區(qū)凈作夏玉米的高產(chǎn)栽培和機(jī)械化收獲提供理論依據(jù)。
四川省德陽(yáng)市中江縣新建村(30°95′N(xiāo), 104°63′E)地屬亞熱帶季風(fēng)氣候, 無(wú)霜期286 d, 玉米生育期間氣溫和降水量見(jiàn)圖1。試驗(yàn)田土壤質(zhì)地為紫色壤土, 耕層0~20 cm含有機(jī)質(zhì)21.03 g kg–1、全氮1.39 g kg–1、堿解氮21.96mg kg–1、速效磷5.83 mg kg–1、速效鉀112.68 mg kg–1, pH 7.60。
圖1 玉米生育期間氣溫和降水量
供試玉米品種為當(dāng)前生產(chǎn)上大面積應(yīng)用的半緊湊型玉米雜交種正紅6號(hào), 由四川農(nóng)大正紅生物技術(shù)有限責(zé)任公司提供。采用兩因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì), 種植密度為主區(qū), 株行距配置為副區(qū), 重復(fù)3次。2017年設(shè)2個(gè)種植密度, 即45,000株hm–2(A1)和67,500株hm–2(A2); 5種行距配置(cm+cm), 即60+60(B1)、80+40(B2)、80+80(B3)、110+50(B4)和100+100(B5)。2018年設(shè)3個(gè)種植密度, 即45,000株hm–2(A1)、67,500株hm–2(A2)和90,000株hm–2(A3); 4種行距配置(cm+cm), 即60+60(B1)、80+40(B2)、80+80(B3)和110+50(B4)。2017年于5月16日播種, 9月3日收獲, 平均小區(qū)面積為27.36 m2, 2018年于5月15日播種, 9月5日收獲, 平均小區(qū)面積為23.10 m2, 2年均為6行區(qū), 單株留苗。底施復(fù)合肥(N﹕P2O5﹕K2O=15﹕6﹕8) 750 kg hm–2; 大喇叭口期攻穗肥追施尿素(含氮量≥46%) 112.50 kg hm–2。其他栽培管理措施按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)要求進(jìn)行。
1.3.1 葉型 選取吐絲期每小區(qū)有代表性植株連續(xù)10株, 在田間用米尺測(cè)定穗三葉的葉長(zhǎng)和葉基至葉片最高點(diǎn)的距離, 用量角器測(cè)定莖葉夾角(即葉脈與莖稈向上方向的夾角)和開(kāi)張角(即自然狀態(tài)下葉枕至葉尖的連線與莖稈的夾角)[14], 并計(jì)算葉向值(LOV)。
式中,為莖葉夾角t為葉片長(zhǎng)度;s為葉基到最高點(diǎn)距離;為測(cè)定葉片數(shù)。
1.3.2 群體光分布 于吐絲期選擇晴朗無(wú)云天氣, 用LI-1400光量子儀在行間以對(duì)角線方式, 按離地面0、50、100、150、200、250 cm處分層測(cè)定冠層內(nèi)部的光合有效輻射量(, 按寬行和窄行分別測(cè)定)和冠層頂部入射光合有效輻射量(0), 計(jì)算冠層光合有效輻射透過(guò)率(PAR透過(guò)率=/0)。
1.3.3 雌雄穗分化進(jìn)程 從5片展開(kāi)葉開(kāi)始觀察雄穗的幼穗分化, 一直到抽雄期, 從8片展開(kāi)葉開(kāi)始觀察雌穗穗分化, 直到吐絲期結(jié)束, 每3 d觀察一次。用解剖針剝?nèi)∩L(zhǎng)錐, 放入FAA固定液, 4℃保存, 統(tǒng)一用OLYMPUS體視顯微鏡觀察、拍照和測(cè)量長(zhǎng)度。
1.3.4 雌雄穗分化特性 雌穗小花抽絲7~10 d (吐絲達(dá)到最大)后, 選取每處理5株生長(zhǎng)正常的典型植株, 測(cè)定每株雄穗主軸長(zhǎng)度、分枝數(shù)、成對(duì)小穗數(shù), 借助鑷子在解剖鏡下觀察每雌穗的小花總數(shù)(生長(zhǎng)錐上所有分化的小花)、吐絲小花數(shù)(花絲伸長(zhǎng)的所有小花即花絲數(shù))、受精小花數(shù)(受精后枯萎的所有小花: 以花絲基部變褐、萎蔫從子房脫落為準(zhǔn))。
未受精小花數(shù)= 吐絲小花數(shù)?受精小花數(shù)
退化小花數(shù)= 總小花數(shù)?吐絲小花數(shù)
小花敗育數(shù)= 退化小花數(shù)+未受精花數(shù)
單株果穗受精率= 受精小花數(shù)/小花總數(shù)× 100%
小花敗育率= 小花敗育數(shù)/小花總數(shù)×100%
1.3.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 收獲前統(tǒng)計(jì)各小區(qū)有效穗數(shù)、空稈率、雙穗率、倒伏率和倒折率并實(shí)收計(jì)產(chǎn), 收獲后采用平均穗重法從各小區(qū)選取20個(gè)代表性果穗考種, 考察穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、籽??傊?、百粒重以及含水率等。
采用Microsoft Excel 2010和Graph Pad Prism 5.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖, DPS 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, LSD法進(jìn)行多重比較, 圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。
從圖2可以看出, 隨葉位上升, 葉片葉向值呈下降趨勢(shì), 莖葉夾角呈先增后降趨勢(shì), 而開(kāi)張角則呈增加趨勢(shì)。隨種植密度增加, 葉向值增大, 莖葉夾角和開(kāi)張角變小, 2017年A2密度較A1密度穗三葉平均葉向值增加10.50%, 莖葉夾角和平均開(kāi)張角分別減小10.39%和5.54%; 2018年A3密度較A1、A2密度穗三葉平均葉向值分別增加13.53%、6.96%, 莖葉夾角和平均開(kāi)張角分別減小17.49%、5.59%和26.37%、23.02%, 說(shuō)明密度增加后植株能在一定程度上自動(dòng)調(diào)節(jié)葉片著生角度, 株型變緊湊。同一密度下, 平均行距增大, 穗三葉莖葉夾角和開(kāi)張角均增加(2017年A1B4穗上葉和2018年A1B4穗位葉開(kāi)張角減小), 葉向值均減小, 說(shuō)明行距的增大使葉片生長(zhǎng)空間相對(duì)加大, 變得較為舒展。等行距處理較相應(yīng)寬窄行處理, 總體來(lái)說(shuō)穗三葉葉向值呈降低趨勢(shì), 莖葉夾角和開(kāi)張角呈增加趨勢(shì), 但在A1和A2密度下穗位葉的葉向值和開(kāi)張角處理間差異不顯著。
隨測(cè)定高度的增加, 玉米群體內(nèi)的透光率逐漸增大(圖3)。密度增加, 群體內(nèi)透光率降低, 盡管密度增加植株能在一定程度上通過(guò)調(diào)節(jié)葉片生長(zhǎng)角度來(lái)改善透光率, 但其調(diào)節(jié)程度遠(yuǎn)不及密度增加對(duì)透光率的影響, 因此密度增加群體內(nèi)透光率仍呈現(xiàn)明顯降低的趨勢(shì), 尤其是中部透光率。2017年A2密度各層次平均透光率較A1密度減少22.49%; 2018年A3密度平均透光率較A1、A2密度分別減少40.38%和21.93%。同一密度下, 平均行距增大, 群體內(nèi)透光率均增加, 均在B4-寬行處理下有最大透光率, 其次為B5-等行距處理。寬窄行處理中寬行和窄行的透光率差異較大, 表現(xiàn)為寬行>相應(yīng)等行>窄行。2017年整體透光率高于2018年, 主要是因?yàn)?018年光照整體較弱。
圖2 密度和株行距配置對(duì)玉米葉片著生狀態(tài)的影響
柱上不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(< 0.05); A1、A2和A3代表種植密度分別為45,000、67,500和90,000株 hm–2; B1、B2、B3、B4和B5代表行距配置分別為(60+60)、(80+40)、(80+80)、(110+50)和(100+100) cm; Above、Ear和Under分別代表穗上第1葉、穗位葉和穗下第1葉。
Different lowercase letters above the column indicate significant difference at the 0.05 probability level among treatments; A1, A2, and A3 represent planting densities of 45,000, 67,500,and 90,000 plants hm–2, respectively; B1, B2, B3, B4, and B5 represent row spacings of (60+60), (80+40), (80+80), (110+50), and (100+100) cm, respectively; Above, ear, and under represent 1st leaf above the ear, ear leaf, and 1st leaf under the ear, respectively.
圖3 密度和株行距配置對(duì)玉米群體透光率的影響
A1、A2和A3代表種植密度分別為45,000、67,500和90,000株 hm–2; B2-narrow、B4-narrow、B1-equal、B3-equal、B2-wide、B4-wide和B5-equal分別代表40、50、60、80、80、110和100 cm的行距。
A1, A2, and A3 represent planting densities of 45,000, 67,500,and 90,000 plants hm–2, respectively; B2-narrow, B4-narrow, B1-equal, B3-equal, B2-wide, B4-wide, and B5-equal represent row spacings of 40, 50, 60, 80, 80, 110, and 100 cm, respectively.
消光系數(shù)()反映群體冠層光照強(qiáng)度的衰減程度,值越大, 光照衰減越多, 下部葉片受光越少[15]。由表1可知, 消光系數(shù)與群體內(nèi)透光率表現(xiàn)相反, 密度增加, 玉米冠層消光系數(shù)變大, 2017年A2密度平均消光系數(shù)較A1密度增加22.86%, 2018年A3密度較A2和A1密度分別增加46.58%和28.92%。同一密度下, 平均行距增大, 等行距和寬窄行處理消光系數(shù)均減小, 且窄行>相應(yīng)等行距>寬行。2017年窄行平均消光系數(shù)較相應(yīng)等行距和寬行分別大39.60%和136.36% (A1)、30.73%和81.40% (A2); 2018年窄行平均消光系數(shù)較相應(yīng)等行距和寬行分別大15.54%和46.15% (A1)、7.83%和15.48% (A2)、6.60%和11.88% (A3)。
回歸分析表明, 消光系數(shù)與種植密度(1, 株 hm–2)和行距(2, cm)呈極顯著線性相關(guān), 回歸方程為= 0.0083+7.29×10–81?62.5×10–52(2= 0.7871**,= 32), 在相同行距下, 密度每增加10,000株hm–2,增加0.000729; 在相同密度下, 行距每增加10 cm,值降低0.00063。
2.3.1 對(duì)分化進(jìn)程和形態(tài)的影響 由表2、圖4和圖5可知, 在不同種植密度和株行距配置下, 各處理玉米雌穗和雄穗進(jìn)入小穗分化期和小花分化期的進(jìn)度差異不顯著, 但雄性幼穗進(jìn)入小穗分化期較雌性幼穗早9 d左右。密度增加, 玉米雌雄穗幼穗長(zhǎng)度和中部直徑均降低, 由A1密度增加到A2密度時(shí), 2個(gè)時(shí)期平均, 雌穗幼穗長(zhǎng)度和中部直徑分別降低25.23%和4.32%, 雄穗幼穗則分別降低15.86%和14.00%。不同的株行距配置對(duì)玉米雌雄穗幼穗小穗分化期的長(zhǎng)度和中部直徑影響較小, 但對(duì)小花分化期幼穗的大小影響較大, 尤其是幼穗長(zhǎng)度, 平均行距增加, 雌雄穗幼穗長(zhǎng)度總體呈降低趨勢(shì), 等行距處理幼穗長(zhǎng)度均大于相應(yīng)寬窄行處理(雄穗A1B3處理除外)。
**表示在0.01水平上差異顯著; A1、A2和A3代表種植密度分別為45,000、67,500和90,000株 hm–2; B1-等、B2-寬、B2-窄、B3-等、B4-寬、B4-窄和B5-等分別代表60、80、40、80、110、50和100 cm的行距;和0分別代表冠層內(nèi)部的光合有效輻射量和冠層頂部入射光合有效輻射量;為測(cè)定高度;為方程中的斜率值即消光系數(shù);為常數(shù)。
**represents significantly different at the 0.01 probability level; A1, A2, and A3 represent the densities of 45,000, 67,500, and 90,000 plants hm–2, respectively; B1-equal, B2-wide, B2-narrow, B3-equal, B4-wide, B4-narrow, and B5-equal represent the row spacings of 60, 80, 40, 80, 110, 50, and 100 cm, respectively.and0represent the photosynthetically active radiation amount inside the canopy and the incident photosynthetically active radiation amount at the top of the canopy respectively;is the measured height;is the slope value in the equation, that is, the extinction coefficient;is a constant.
表2 密度和株行距配置對(duì)玉米雌雄穗幼穗分化的影響
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A1、A2和A3代表種植密度分別為45,000、67,500和90,000株 hm–2; B1、B2、B3、B4和B5代表株行距配置分別為(60+60)、(80+40)、(80+80)、(110+50)和(100+100) cm。
A1, A2, and A3 represent the densities of 45,000, 67,500, and 90,000 plants hm–2, respectively; B1, B2, B3, B4, and B5 represent the row spacings of (60+60), (80+40), (80+80), (110+50), and (100+100) cm, respectively.
(圖4)
a1~a5分別代表小穗分化期(6月29日)的A1B1~A1B5; b1~b5分別代表小穗分化期(6月29日)的A2B1~A2B5; c1~c5分別代表小花分化期(7月7日)的A1B1~A1B5; d1~d5分別代表小花分化期(7月7日)的A2B1~A2B5。
a1–a5represent A1B1–A1B5 at spikelet differentiation stage (June 29) respectively; b1–b5represent A2B1–A2B5 at spikelet differentiation stage (June 29) respectively; c1–c5represent A1B1–A1B5 at floret differentiation stage (July 7) respectively; d1–d5represent A2B1–A2B5 at floret differentiation stage (July 7) respectively.
圖5 玉米雄穗小穗分化和小花分化期形態(tài)特征
a1~a5分別代表小穗分化期(6月20日)的A1B1~A1B5; b1~b5分別代表小穗分化期(6月20日)的A2B1~A2B5; c1~c5分別代表小花分化期(6月26日)的A1B1~A1B5; d1~d5分別代表小花分化期(6月26日)的A2B1~A2B5。
a1–a5represent A1B1–A1B5 of the spikelet differentiation stage (June 20) respectively; b1–b5represent A2B1–A2B5 at spikelet differentiation stage (June 20) respectively; c1–c5represent A1B1–A1B5 at floret differentiation stage (June 26) respectively; d1–d5represent A2B1–A2B5 at floret differentiation stage (June 26) respectively.
2.3.2 對(duì)分化特性的影響 由表3可知, 密度和株行距配置對(duì)玉米雄穗主軸長(zhǎng)度和成對(duì)小穗數(shù)有著顯著或極顯著影響, 密度和株行距配置互作效應(yīng)對(duì)2018年主軸長(zhǎng)度存在顯著影響。密度增加, 兩年雄穗主軸長(zhǎng)度和成對(duì)小穗數(shù)均降低, 其中2017年A2密度雄穗平均主軸長(zhǎng)度和成對(duì)小穗數(shù)較A1密度分別降低 5.86%和1.02%, 2018年A3密度較A1密度分別降低4.73%和15.83%, 較A2密度分別降低2.22%和9.01%。A1和A2密度下, 平均行距增大, 雄穗主軸長(zhǎng)度和成對(duì)小穗數(shù)有降低趨勢(shì), 寬窄行與其相應(yīng)等行距相比, 雄穗主軸長(zhǎng)度和成對(duì)小穗數(shù)也有降低趨勢(shì), 但在A3密度平均行距為80 cm時(shí)則相反。
表3 密度和株行距配置對(duì)玉米雄穗特性的影響
同列標(biāo)以不同小寫(xiě)字母的值在處理間差異顯著(< 0.05), 同列標(biāo)以不同大寫(xiě)字母的值在處理間差異極顯著(< 0.01);*、**分別表示0.05和0.01水平上差異顯著。處理同表2。
Values within the same column followed by different small letters are significantly different at the 0.05 probability level among treatments, and those by different capital letters at the 0.01 probability level.*and**: significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. Treatments described as in Table 2.
由表4可知, 密度和株行距配置對(duì)玉米雌穗各分化發(fā)育指標(biāo)均有顯著或極顯著影響, 二者互作效應(yīng)對(duì)2018年正常受精小花數(shù)、退化小花數(shù)、敗育花數(shù)、花敗育率和單株果穗受精率的影響均達(dá)極顯著水平。密度增加, 雌穗總小花數(shù)、吐絲小花數(shù)、正常受精小花數(shù)和單株果穗受精率均降低, 退化小花數(shù)、敗育花數(shù)和小花敗育率均增加, 其中2017年A2密度較A1密度正常受精小花數(shù)和單株果穗受精率分別降低6.89%和2.45%, 敗育小花數(shù)和敗育率分別增加23.45%和26.24%; 2018年A3密度正常受精小花數(shù)和單株果穗受精率較A1密度分別降低13.80%和6.09%, 較A2密度分別降低6.52%和1.79%, 而敗育小花數(shù)和敗育率較A1密度分別增加31.16%和40.30%, 較A2密度分別增加8.70%和12.74%。A1和A2密度下, 平均行距增大, 退化小花數(shù)、敗育花數(shù)和花敗育率總體呈增加趨勢(shì), 正常受精小花數(shù)和單株果穗受精率總體呈降低趨勢(shì); 2018年A3密度下, 平均行距增大, 正常受精小花數(shù)增加, 小花敗育率降低, 但處理間差異不顯著。等行距處理較相應(yīng)寬窄行處理, A1和A2密度下單株果穗受精率均增加(2018年A2B3降低), 而A3密度下B4 (寬窄行)較B3 (相應(yīng)等行距)略微增加??芍? 密度增加, 增加了小花敗育率, 降低了單株果穗受精率, 但搭配適宜株行距配置能夠在一定程度上緩解這效應(yīng)。
由表5可知, 隨密度增加, 玉米穗長(zhǎng)、穗粗、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重降低, 禿尖長(zhǎng)增加, 果穗性狀變劣; 有效穗數(shù)隨種植密度增加而增加, 但由于空稈和倒伏也較大幅度增加, 導(dǎo)致其增幅逐漸降低, 最終有效穗數(shù)也降低, 尤其是2018年(降水多、光照弱)行距較窄的B1和B2處理, 導(dǎo)致最終的玉米籽粒產(chǎn)量隨密度增加而先增后降, 以A2密度最高, 2017年A2密度較A1密度籽粒產(chǎn)量平均增加18.51%, 2018年A2密度較A1和A3密度則分別增加15.58%和15.98%。株行距配置對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成也有一定影響, 適宜的田間配置方式有利于改善穗部性狀, 防止倒伏, 增加有效穗數(shù)而增產(chǎn), 總體而言, 在A1、A2密度下等行距產(chǎn)量高于寬窄行, 以60 cm等行距(B1)產(chǎn)量最高, 而A3密度下則以(110+50) cm寬窄行(B4)處理產(chǎn)量最大, 但仍低于A2B1處理。
2.5.1 玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系 產(chǎn)量與有效穗數(shù)關(guān)系最為密切, 呈極顯著正相關(guān)(= 0.70**,= 66), 玉米行粒數(shù)(1)、穗粒數(shù)(2)和百粒重(3)均與產(chǎn)量呈極顯著二次函數(shù)關(guān)系。
= ?24136.0956+1933.03721?28.806912(2= 0.7756**)
= ?26200.8807+122.61642?0.10910322(2= 0.7518**)
= ?75892.1060+6616.22203?130.087832(2= 0.7467**)
由方程可知, 玉米產(chǎn)量隨各指標(biāo)的升高而呈拋物線變化, 行粒數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重均不是越多越好, 在行粒數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重為33.55粒、561.9粒、25.53 g時(shí)產(chǎn)量最高, 因?yàn)樗肓?shù)和千粒重受有效穗數(shù)影響比較大, 二者呈極顯著負(fù)相關(guān), 有效穗數(shù)過(guò)低時(shí)雖然穗粒數(shù)和千粒重高, 但產(chǎn)量不高, 有效穗數(shù)過(guò)多致穗粒數(shù)、千粒重過(guò)低, 產(chǎn)量也不高。密度增加, 顯著增加了玉米有效穗數(shù), 但過(guò)密會(huì)導(dǎo)致穗粒數(shù)大幅降低而減產(chǎn), 而合理密植利于緩和個(gè)體與群體間的矛盾, 有利于單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重的協(xié)調(diào)發(fā)展, 使三者乘積達(dá)到最大, 因此在一定穗數(shù)基礎(chǔ)上培育大穗, 增加單位面積的總粒數(shù), 擴(kuò)大庫(kù)容量具有重要意義。
2.5.2 產(chǎn)量性狀與雌雄分化特性及光分布的關(guān)系
由表6可知, 小穗分化期和小花分化期雌雄穗幼穗長(zhǎng)度均與玉米穗長(zhǎng)、穗粗、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重正相關(guān), 而與禿尖長(zhǎng)負(fù)相關(guān), 且均達(dá)顯著或極顯著水平, 同時(shí)兩時(shí)期雌雄幼穗中部直徑均與玉米穗長(zhǎng)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重呈正相關(guān), 表明早期雌雄穗幼穗長(zhǎng)度的分化狀態(tài)與玉米穗部性狀關(guān)系更為密切。吐絲期雌穗小花總數(shù)、吐絲小花數(shù)、受精小花數(shù)和單株果穗受精率分別與穗長(zhǎng)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和穗位層透光率呈顯著或極顯著正相關(guān), 而與禿尖長(zhǎng)和消光系數(shù)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)(單株果穗受精率與消光系數(shù)相關(guān)不顯著), 雌穗小花敗育率表現(xiàn)則相反; 雄穗成對(duì)小穗數(shù)與玉米穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和穗粒數(shù)以及穗位層透光率均呈極顯著正相關(guān), 而與消光系數(shù)顯著負(fù)相關(guān), 表明隨著生育時(shí)期的推進(jìn), 植株內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)增大, 雌雄穗分化受光照條件影響差異逐漸顯現(xiàn), 因此通過(guò)合理密植和適宜株行距配置等措施, 適當(dāng)降低消光系數(shù), 增加穗位層透光率, 改善田間通風(fēng)透光條件, 有利于促進(jìn)玉米雌雄穗分化發(fā)育, 從而增加玉米行粒數(shù)和穗粒數(shù), 減小禿尖長(zhǎng)度。
回歸分析表明, 玉米的產(chǎn)量()與消光系數(shù)(, 寬窄行處理用其寬行和窄行的平均值)呈二次凸函數(shù)關(guān)系, 回歸方程為= 850.7+1544500.4? 85979565.32(2= 0.298*), 在消光系數(shù)為0.009左右時(shí)產(chǎn)量最高; 消光系數(shù)過(guò)大, 田間通風(fēng)透光變差, 果穗分化發(fā)育不良, 穗粒數(shù)少, 產(chǎn)量不高; 消光系數(shù)過(guò)小, 田間漏光多, 不利于增加光合物質(zhì)積累, 也不利于高產(chǎn)。
合理密植可以增加有效穗數(shù)而提高玉米產(chǎn)量, 但種植密度過(guò)大則會(huì)影響玉米的幼穗分化, 小花總數(shù)、吐絲小花數(shù)、受精小花數(shù)減少, 敗育小花和未受精小花數(shù)增加, 導(dǎo)致穗實(shí)粒數(shù)降低而減產(chǎn)[13], 本文得到了類(lèi)似結(jié)果, 本試驗(yàn)條件下的適宜種植密度為67,500株 hm–2, 低于李春奇等[13]和孟佳佳等[16]在北方玉米區(qū)的研究結(jié)果, 這可能與本試驗(yàn)區(qū)弱光條件有關(guān)。相關(guān)分析表明, 玉米雌穗的吐絲小花數(shù)、受精小花數(shù)、單株果穗受精率和雄穗成對(duì)小穗數(shù)與穗位層透光率呈顯著或極顯著正相關(guān), 與其消光系數(shù)顯著負(fù)相關(guān), 表明田間通風(fēng)透光條件是影響玉米雌雄穗分化的重要因素。玉米種植密度增加, 植株雖然能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)葉片生長(zhǎng)角度, 使葉向值增大, 莖葉夾角和開(kāi)張角變小, 從而在一定程度上改善田間透光條件, 但其調(diào)節(jié)程度遠(yuǎn)不及密度增加對(duì)透光率的影響, 導(dǎo)致群體透光率降低, 消光系數(shù)增加, 這是高密度降低玉米穗粒數(shù)的重要生態(tài)機(jī)制。密度過(guò)大還可能因內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)激烈, 使植株個(gè)體發(fā)育不良, 導(dǎo)致空稈增加、倒伏加重而降低有效穗數(shù), 這在多雨、寡日的2018年的90,000株 hm–2超高密度下表現(xiàn)尤其突出。
種植密度決定群體的大小, 而株行距配置方式則決定群體的均勻性[17-18]。改變植株在田間的分布, 可以使冠層內(nèi)光分布更加均勻[19], 從而促進(jìn)玉米雌雄穗分化, 最終提高玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成。楊吉順等[20]在山東的研究表明, 在67,500株 hm–2密度下, 60 cm等行距與各寬窄行處理(平均行距為60 cm)的產(chǎn)量差異不顯著, 但在90,000株 hm–2和112,500株 hm–2密度下, (80+40) cm行距處理能夠增加穗位葉層的光合有效輻射, 從而提高籽粒產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明, 在45,000株 hm–2和67,500株 hm–2密度下, 寬窄行(110+50) cm中寬行群體透光率增大, 存在較多的漏光損失, (80+40) cm中窄行透光率過(guò)小, 植株間光能和養(yǎng)分資源競(jìng)爭(zhēng)加劇, 不利于產(chǎn)量的提高, 而60 cm等行距處理下葉型相對(duì)較緊湊, 群體內(nèi)受光較均勻, 幼穗分化發(fā)育較好, 吐絲和受精小花數(shù)多、敗育小花數(shù)和敗育率低, 因而穗粒數(shù)多, 籽粒產(chǎn)量最高。但在2018年的90,000株 hm–2超高密度下, (110+50) cm寬窄行處理的寬行通風(fēng)透光條件更好, 促進(jìn)了雌雄穗分化發(fā)育, 進(jìn)而優(yōu)化玉米穗部性狀, 并降低倒伏, 增加有效穗而提高玉米籽粒產(chǎn)量。表明在中、高密度(45,000株 hm–2和67,500株 hm–2)條件下適宜60 cm等行距栽培, 但在超高密植(90,000株 hm–2)條件下則應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大行距, (110+50) cm寬窄行種植, 以改善田間通風(fēng)透光條件。這一結(jié)果與楊吉順等[20]在北方玉米區(qū)的研究結(jié)果不盡一致,這與本區(qū)弱光條件和所用品種不同有關(guān), 因此玉米的株行距配置要因種植密度、當(dāng)?shù)毓庹盏壬鷳B(tài)條件和品種特性而異。正紅6號(hào)是本區(qū)主推品種, 株高適中, 株型半緊湊, 耐密性較強(qiáng), 應(yīng)用面積大, 具有較高的代表性, 研究結(jié)果對(duì)指導(dǎo)本區(qū)域的玉米生產(chǎn)有重要參考、實(shí)用價(jià)值。
消光系數(shù)反映作物群體內(nèi)的光分布狀態(tài), 消光系數(shù)高, 群體內(nèi)光衰減嚴(yán)重, 透光條件差, 消光系數(shù)低, 群體內(nèi)透光條件好, 但可能漏光增多[21]。本試驗(yàn)表明, 玉米產(chǎn)量與消光系數(shù)呈二次凸函數(shù)關(guān)系, 消光系數(shù)過(guò)高、過(guò)低均不利于高產(chǎn), 在本試驗(yàn)條件下消光系數(shù)為0.009左右時(shí)較適宜。適宜種植密度和株行距配置可以通過(guò)建立適宜的消光系數(shù), 改善田間透光條件而提高玉米產(chǎn)量。
適宜密度和株行距配置能夠優(yōu)化株型結(jié)構(gòu), 使群體光分布更加均勻合理, 消光系數(shù)適宜, 從而促進(jìn)玉米雌雄穗分化發(fā)育, 提高單株果穗受精率, 降低小花敗育率, 優(yōu)化玉米穗部性狀, 協(xié)調(diào)有效穗數(shù)和穗粒數(shù)矛盾, 從而提高玉米產(chǎn)量。玉米產(chǎn)量隨密度增加而先增后降, 以67,500株hm–2產(chǎn)量較高; 在45,000株 hm–2和67,500株hm–2密度下以60 cm等行距、在90,000株hm–2密度下以(110+50) cm寬窄行產(chǎn)量較高。建議川中丘區(qū)采用67,500株hm–2密度搭配(60+60) cm等行距栽培, 不僅產(chǎn)量高, 而且也比較適合大多數(shù)收獲機(jī)對(duì)行收獲。
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Effects of density and row spacing on population light distribution and male and female spike differentiation of summer maize in hilly area of central Sichuan
JIN Rong1,2, LI Zhong2, YANG Yun2, ZHOU Fang1, DU Lun-Jing1, LI Xiao-Long1, KONG Fan-Lei1, and YUAN Ji-Chao1,*
1College Agronomy of Sichuan Agricultural University / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology and Cultivation of Sichuan Province, Chengdu 611130, Sichuan, China;2Nanchong Academy of Agricultural Sciences, Nanchong 637000, Sichuan, China
In order to facilitate mechanical production, the corn production in parts of central Sichuan has gradually changed from the intercropping spring planting to the net summer planting. In order to clarify the population structure of the net summer maize for high yield and suitable for mechanization in the region, the effects of density and row spacing on population light distribution and male and female spike differentiation of summer maize were studied with two-factor splitting test design. With the increase of planting density, the maize effective panicle increased, with a gradually decreased increase range, and finally decreased due to the increase of empty stalk and lodging. With the density increased, the angle between stem and leaf and the opening angle decreased, the leaf orientation value increased, the group transmittance decreased significantly, the extinction coefficient increased, and the spike length and middle diameter of the male and female spikes at the panicle differentiation and floret differentiation stages, the tasselspindle length and pairs spikelet number at the silking stage, as well as the total small flower number, the silking floret number, the fertilized floret number and the fertilization rate per plant decreased, while the degraded floret number, the abortive flower number and the abortion rate increased, which eventually led maize bald ear tip become longer, the grain number per panicle and 100-grain weight decreased significantly. With the increase of planting density, the yield increased first and then decreased, with the highest yield under 67,500 plants hm–2. For the average yield of two years, the treatment of 67,500 plants hm–2had a significant increase of 17.00% and 14.03% compared with the treatments of 45,000 and 90,000 plants hm–2, respectively. In addition, under the density of 45,000 and 67,500 plants hm–2for two years, the equal row spacing was better than the corresponding wide and narrow rows, and the maize plant type was compact in 60 cm row spacing treatment, which improved group light conditions and fertilization rate per plant, reduced small flower abortion rate, and increased maize yield. Under the density of 90,000 plants hm–2in 2018, (110+50) cm wide and narrow treatment improved the ventilation and light transmission conditions in the field, promoted the differentiation of female and male ears, and increased the maize yield. Therefore, the high-yield cultivation of summer maize in the central Sichuan area should be performed by properly reducing row spacing and increasing plant density, which are suggested as (60+60) cm and 67,500 plants hm–2respectively.
density; row spacing; maize; leaf type; photosynthetically active radiation; male and female spike; yield composition
2019-06-12;
2019-09-26;
2019-10-14.
10.3724/SP.J.1006.2020.93034
袁繼超, E-mail: yuanjichao5@163.com
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本研究由國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(20150312705), 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(玉米密植機(jī)收)(2016YFD0300307)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(資源高效模式)(2016YFD0300209)資助。
This study was supported by the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (20150312705), the National Key Research and Developing Program of China (Dense Planting and Machine Harvesting) (2016YFD0300307), and the National Key Research and Developing Program (China-Resource Efficient Mode) (2016YFD0300209).
URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20191014.1343.006.html