鄭迎霞 陳 杜 魏鵬程 盧 平 楊錦越 羅上軻 葉開(kāi)梅 宋 碧,*

種植密度對(duì)貴州春玉米莖稈抗倒伏性能及籽粒產(chǎn)量的影響

鄭迎霞1陳 杜1魏鵬程1盧 平2楊錦越3羅上軻4葉開(kāi)梅1宋 碧1,*

1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 貴州貴陽(yáng) 550025;2安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院, 貴州安順 561000;3貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱糧研究所, 貴州貴陽(yáng) 550006;4余慶縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 貴州余慶 564400

為了明確密植條件下春玉米莖稈特性和產(chǎn)量的變化及其相互關(guān)系, 為貴州春玉米密植高產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。以貴州廣泛種植的玉米品種先玉1171和新中玉801為材料, 設(shè)置3.0、4.5、6.0、7.5、9.0和10.5萬(wàn)株hm–26個(gè)密度, 于2018—2019年開(kāi)展田間試驗(yàn), 研究種植密度對(duì)春玉米莖稈形態(tài)特征和力學(xué)特性、空稈率、倒伏率和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明: (1) 春玉米株高和穗位高隨密度增加先增高后降低; 增密后第3節(jié)長(zhǎng)增幅最大, 第3節(jié)單位莖長(zhǎng)干重、穿刺強(qiáng)度和抗折力, 第7節(jié)莖粗、干重和橫截面積下降幅度最大; 密度對(duì)莖稈橫截面扁率影響不顯著。品種之間比較, 先玉1171節(jié)間長(zhǎng), 第3、5節(jié)的節(jié)間干重和第3節(jié)穿刺強(qiáng)度顯著高于新中玉801, 第7節(jié)干重、節(jié)間粗、單位莖長(zhǎng)干重、節(jié)間橫截面積、橫截面扁率和抗折力顯著低于新中玉801。(2) 倒伏率和空稈率隨密度增加而增大, 增密后先玉1171倒伏率顯著高于新中玉801, 空稈率顯著低于新中玉801。(3) 產(chǎn)量隨密度增加先增加后降低, 先玉1171和新中玉801分別在9.3萬(wàn)株 hm–2和8.6萬(wàn)株 hm–2時(shí)產(chǎn)量最高。增密后先玉1171比新中玉801增產(chǎn)10.28%, 有效穗數(shù)和穗粒數(shù)更高。(4) 相關(guān)和多元回歸分析表明, 株高、穗位高與倒伏率顯著正相關(guān), 節(jié)間粗和單位莖長(zhǎng)干物質(zhì)對(duì)玉米莖稈抗折力的正向影響顯著。產(chǎn)量與莖稈性狀密切相關(guān), 株高對(duì)產(chǎn)量的正向影響最大。可見(jiàn), 不同春玉米莖稈抗倒伏性能和籽粒產(chǎn)量對(duì)密度的響應(yīng)有差異, 新中玉801增密后莖稈節(jié)間短而粗, 單位莖長(zhǎng)干重較大, 抗倒伏能力較強(qiáng)。而先玉1171由于在高密度下空稈率比新中玉801低, 有較高的有效穗數(shù)和穗粒數(shù), 因此高密度下產(chǎn)量更高。綜合考慮莖稈性狀和產(chǎn)量, 先玉1171和新中玉801在貴州適宜密度分別為9.0萬(wàn)株 hm–2和8.5萬(wàn)株 hm–2。

春玉米; 種植密度; 莖稈性狀; 抗倒伏性能; 籽粒產(chǎn)量

玉米是我國(guó)第一大糧食作物, 也是西南區(qū)重要的糧食作物。合理密植充分利用自然資源是實(shí)現(xiàn)西南玉米高產(chǎn)高效栽培的必由之路[1]。貴州作為西南重要的玉米主產(chǎn)區(qū), 玉米種植密度偏低, 自然資源利用不足, 成為制約其玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題[2-3]。增密能夠增加收獲穗數(shù), 使玉米籽粒產(chǎn)量得以提高, 但是, 當(dāng)種植密度增加到一定程度后會(huì)影響玉米的莖稈性狀和產(chǎn)量[4-6]。因此, 研究種植密度對(duì)春玉米莖稈抗倒伏性能和籽粒產(chǎn)量的影響, 對(duì)指導(dǎo)貴州春玉米實(shí)現(xiàn)密植高產(chǎn)高效栽培具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

種植密度通過(guò)影響玉米品種的株高、穗位高、節(jié)間長(zhǎng)度、莖粗、穿刺強(qiáng)度和抗折力等莖稈性狀來(lái)影響其抗倒伏特性[7-8]。增密使玉米株高和穗位高增加[9], 穗下莖節(jié)增長(zhǎng)、變細(xì), 莖粗系數(shù)和莖節(jié)干物質(zhì)積累量下降, 導(dǎo)致玉米莖稈中干物質(zhì)積累和分配發(fā)生變化, 莖稈發(fā)育質(zhì)量變差, 倒伏率增加[10-11]。同時(shí),密度也顯著影響玉米莖稈力學(xué)特性, 隨著密度的增加, 穿刺強(qiáng)度和抗折力顯著降低, 倒伏風(fēng)險(xiǎn)增加[9,12-13]。在高密度條件下, 玉米株高和穗位高較矮, 基部節(jié)間短; 節(jié)間粗大的品種, 莖稈穿刺強(qiáng)度和抗折力下降幅度小, 抗倒伏能力強(qiáng)[14-16]。

玉米籽粒產(chǎn)量與種植密度在一定范圍內(nèi)呈顯著正相關(guān), 隨著種植密度的增加, 有效穗數(shù)顯著增加,穗粒數(shù)和百粒重顯著降低[17]。但當(dāng)密度過(guò)大時(shí), 植株個(gè)體發(fā)育不良, 導(dǎo)致空稈增加, 倒伏加重, 有效穗數(shù)增幅降低, 從而導(dǎo)致籽粒產(chǎn)量下降[18]。此外, 不同生態(tài)環(huán)境下, 玉米品種對(duì)密度的反應(yīng)不同, 其植株莖稈發(fā)育和籽粒產(chǎn)量存在差異[2,6]。綜上, 前人對(duì)種植密度影響玉米莖稈抗倒特性和產(chǎn)量的研究已有報(bào)道, 但西南玉米區(qū)立體生態(tài)氣候明顯, 區(qū)域內(nèi)氣候復(fù)雜多變, 針對(duì)貴州春玉米品種抗倒伏性能和產(chǎn)量對(duì)密度的響應(yīng)及其關(guān)系的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本文通過(guò)2年田間試驗(yàn), 研究密度對(duì)貴州春玉米莖稈形態(tài)特征、力學(xué)特性及產(chǎn)量的影響, 探討密度、莖稈抗倒伏性能及產(chǎn)量之間的關(guān)系, 為貴州春玉米密植高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2018—2019年, 試驗(yàn)在貴州省黔中地區(qū)安順市普定縣(26°32′N(xiāo), 105°75′E)進(jìn)行, 該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候, 年平均日照時(shí)數(shù)1164.9 h, 無(wú)霜期301 d, 玉米生育期內(nèi)降雨量和氣溫見(jiàn)圖1。試驗(yàn)地為黃壤, pH 6.01, 含有機(jī)質(zhì)15.96 g kg–1、堿解氮36.78 mg kg–1、全鉀17.53 g kg–1、速效磷14.33 mg kg–1、速效鉀136.29 mg kg–1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì), 品種為主區(qū), 選用先玉1171 (緊湊型)和新中玉801 (平展型) 2個(gè)品種。密度為副區(qū), 設(shè)置6個(gè)水平, 分別為3.0 (D1)、4.5 (D2)、6.0 (D3)、7.5 (D4)、9.0 (D5)和10.5 (D6)萬(wàn)株hm–2, 共12個(gè)處理, 3次重復(fù)。采用寬窄行種植, 寬行距0.8 m, 窄行距0.4 m, 株距依密度而定, 小區(qū)面積19.8 m2(3.6 m × 7.5 m)。基肥施用復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O = 15∶15∶15) 600 kg hm–2, 在拔節(jié)期和大喇叭口期, 尿素追肥, 用量分別為150 kg hm–2和225 kg hm–2。其他栽培管理措施同當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 莖稈形態(tài) 玉米吐絲后30 d, 每小區(qū)選擇代表性植株10株, 測(cè)量株高、穗位高, 剝?nèi)デo鞘、葉, 用直尺和游標(biāo)卡尺, 分別測(cè)定玉米莖稈地上第3、5、7節(jié)間長(zhǎng)度、節(jié)間中部長(zhǎng)軸直徑和短軸直徑, 并稱(chēng)量鮮重。然后置于烘箱105℃殺青30 min后, 于80℃烘干至恒重, 稱(chēng)量干重。計(jì)算: (1)穗位系數(shù) = 穗位高/株高; (2)節(jié)間橫截面面積(cm2) = 1/4×π×L1×L2, 其中L1為長(zhǎng)軸直徑, L2為短軸直徑; (3)橫截面扁率 = (L1-L2)/L1; (4)單位莖長(zhǎng)干重(g cm–1) = 節(jié)間干重/節(jié)間長(zhǎng)度[19]。

1.3.2 莖稈機(jī)械強(qiáng)度 玉米吐絲后30 d, 每小區(qū)選擇代表性植株10株, 剝?nèi)デo鞘和葉, 采用YYD-1型莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀(浙江托普儀器有限公司生產(chǎn))測(cè)定玉米莖稈地上第3、5、7節(jié)節(jié)間中部的穿刺強(qiáng)度和抗折力。

1.3.3 倒伏率和空稈率 在成熟期, 調(diào)查田間的倒伏和空稈情況, 測(cè)定倒伏率和空稈率。倒伏率(%) = 小區(qū)倒伏株數(shù)/小區(qū)總株數(shù)×100; 空稈率(%) = 小區(qū)空稈株數(shù)/小區(qū)總株數(shù)×100。

1.3.4 產(chǎn)量 成熟后, 分小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn), 根據(jù)小區(qū)產(chǎn)量計(jì)算出每公頃產(chǎn)量。每小區(qū)選取20個(gè)具有代表性果穗進(jìn)行室內(nèi)考種。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖,用DPSv7.05軟件進(jìn)行方差分析, 其中, 采用LSD法檢驗(yàn)處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對(duì)春玉米株高、穗位高和穗位系數(shù)的影響

由表1可知, 密度極顯著影響春玉米株高、穗位高和穗位系數(shù)。隨著密度的增加, 2個(gè)品種的株高和穗位高呈先增加后減小的趨勢(shì), 在D5密度下最高; 穗位系數(shù)則表現(xiàn)為先玉1171隨密度增加先升高后降低, 新中玉801隨密度增加而升高; 不同密度下先玉1171株高變異系數(shù)較小, 穗位系數(shù)變異程度較大。2年株高和穗位高均值先玉1171 (298.1 cm, 93.5 cm)極顯著高于新中玉801 (232.6 cm, 85.1 cm), 穗位系數(shù)(0.31)極顯著低于新中玉801 (0.37)。2018年2個(gè)品種平均株高和穗位高(280.7 cm, 95.3 cm)極顯著高于2019年(250.0 cm, 83.2 cm), 穗位系數(shù)差異不顯著。

2.2 種植密度對(duì)春玉米莖稈形態(tài)特征的影響

2.2.1 節(jié)間長(zhǎng)度和莖粗 由表2可知, 第3、5、7節(jié)的節(jié)間長(zhǎng)度隨著密度增大而增長(zhǎng), 莖粗隨密度的增大逐漸變細(xì)。與D1密度相比, D2~D6密度下, 節(jié)間長(zhǎng)度分別增加了3.47%~23.17%、6.76%~19.42%和5.80%~13.21%; 莖粗分別下降3.20%~25.40%、3.03%~25.98%和3.33%~27.49%, 密度對(duì)春玉米第3節(jié)節(jié)間長(zhǎng)度和第7節(jié)莖粗影響最大。2年平均節(jié)間長(zhǎng)度先玉1171極顯著高于新中玉801; 莖粗極顯著低于新中玉801; 不同密度下, 先玉1171節(jié)間長(zhǎng)度變異較小, 莖粗2018年先玉1171變異系數(shù)較小, 2019年新中玉801變異系數(shù)較小, 可見(jiàn)先玉1171節(jié)間長(zhǎng)度對(duì)密度的響應(yīng)較為遲緩, 2個(gè)品種莖粗對(duì)密度的響應(yīng)受環(huán)境影響較大。此外, 2018年2個(gè)品種第5、7節(jié)平均節(jié)間長(zhǎng)度和莖粗極顯著高于2019年; 第3節(jié)平均莖粗極顯著低于2019年, 第3節(jié)節(jié)間長(zhǎng)度2年差異不顯著。品種、密度互作顯著或極顯著影響第3、5、7莖粗; 品種、年份互作顯著或極顯著影響除第3節(jié)長(zhǎng)以外的節(jié)間長(zhǎng)與粗。表明春玉米莖稈第3節(jié)節(jié)間長(zhǎng)在不同年際間相對(duì)穩(wěn)定。

表1 種植密度對(duì)不同春玉米株高、穗位高、穗位系數(shù)的影響

同一列數(shù)字后不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異達(dá)0.05顯著水平。**表示在< 0.01水平差異顯著;*表示在< 0.05水平差異顯著, ns表示差異不顯著。D1、D2、D3、D4、D5和D6分別代表種植密度3.0×104、4.5×104、6.0×104、7.5×104、9.0×104和10.5×104株 hm–2。

Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments.**, significantly different at< 0.01;*, significantly different at< 0.05; ns, the difference was not significant. D1, D2, D3, D4, D5, and D6 represent planting densities of 3.0×104, 4.5×104, 6.0×104, 7.5×104, 9.0×104, and 10.5×104plants hm–2, respectively.

2.2.2 節(jié)間干物質(zhì)重 由表3可知, 春玉米第3、5、7節(jié)間干重和單位莖長(zhǎng)干重隨密度增大逐漸下降, 與D1密度相比, D2~D6密度下, 第3、5和7節(jié)干重分別下降11.05%~42.85%、4.35%~42.97%和8.88%~47.87%; 單位莖長(zhǎng)干重分別下降了17.61%~58.16%、11.87%~55.13%和13.58%~53.61%, 密度對(duì)第7節(jié)干重和第3節(jié)單位莖長(zhǎng)干重影響最大。不同密度下, 節(jié)間干重和單位莖長(zhǎng)干重2年均表現(xiàn)為, 先玉1171變異系數(shù)小于新中玉801, 表明先玉1171節(jié)間干重和單位莖長(zhǎng)干重對(duì)密度響應(yīng)較為遲鈍。2年平均節(jié)間干重先玉1171第3、5節(jié)極顯著高于新中玉801, 第7節(jié)干重和第3、5、7節(jié)單位莖長(zhǎng)干重顯著低于新中玉801。2018年2個(gè)品種的第3節(jié)平均節(jié)間干重和單位莖長(zhǎng)干重顯著低于2019年; 第5、7節(jié)干重和第7節(jié)單位莖長(zhǎng)干重極顯著高于2019年。

表2 種植密度對(duì)不同春玉米玉米莖稈節(jié)間長(zhǎng)、粗的影響

處理同表1。同一列數(shù)字后不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異達(dá)0.05顯著水平。**表示在< 0.01水平差異顯著;*表示在< 0.05水平差異顯著; ns表示差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values within a column followed by different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 probability level among different treatments.**: significantly different at<0.01;*: significantly different at<0.05; ns: the difference was not significant.

表3 種植度對(duì)不同春玉米莖稈節(jié)間干物質(zhì)的影響

處理同表1。同一列數(shù)字后不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異達(dá)0.05顯著水平。**表示在< 0.01 水平差異顯著;*表示在< 0.05 水平差異顯著; ns表示差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments.**: significantly different at<0.01;*: significantly different at<0.05; ns: the difference was not significant.

2.2.3 節(jié)間橫截面積 隨密度增大, 莖稈橫截面積逐漸降低, 且不同處理差異顯著(圖2)。與D1密度相比, D2~D6密度下莖稈橫截面積分別下降了3.65%~45.71%、4.47%~46.92%和4.57%~48.43%, 可見(jiàn)密度對(duì)第7節(jié)莖稈橫截面積影響最大。先玉1171第3、5和7節(jié)莖節(jié)橫截面積均值(2.80、2.33和1.59 cm2)極顯著低于新中玉801 (4.39、3.51和2.77 cm2)。

2.2.4 節(jié)間橫截面扁率 密度對(duì)莖稈節(jié)間橫截面扁率有一定影響, 但規(guī)律不明顯(圖2)。先玉1171第3、5、7節(jié)間橫截面扁率(0.105、0.103和0.100)顯著低于新中玉801 (0.140、0.139和0.119)。

2.3 種植密度對(duì)春玉米莖稈力學(xué)特性的影響

由表4和圖3可知, 密度對(duì)春玉米莖稈第3、5、7穿刺強(qiáng)度和抗折力影響極顯著(<0.01)。隨著密度的增大, 同一節(jié)位穿刺強(qiáng)度和抗折力逐漸降低, 與D1密度相比, D2~D6密度下莖稈第3、5、7節(jié)的穿刺強(qiáng)度分別下降了7.02%~22.98%、1.79%~20.06%和6.00%~22.87%; 抗折力分別下降了9.52%~58.30%、4.13%~56.24%和4.76%~50.12%, 可見(jiàn)密度對(duì)第3節(jié)穿刺強(qiáng)度和抗折力影響最大。不同密度下, 先玉1171第3節(jié)穿刺強(qiáng)度變異系數(shù)較小, 第5、7節(jié)的穿刺強(qiáng)度變異系數(shù)和和抗折力變異系數(shù)較大, 可見(jiàn)先玉1171第3節(jié)的穿刺強(qiáng)度對(duì)密度的響應(yīng)較遲鈍, 而第5、7節(jié)的穿刺強(qiáng)度和莖稈抗折力對(duì)密度響應(yīng)較敏感。第3節(jié)的穿刺強(qiáng)度2年均值先玉1171比新中玉801極顯著高出了9.33%, 第5、7節(jié)品種間的差異不顯著; 第3、5、7節(jié)的平均抗折力比新中玉801極顯著低了18.42%、34.14%和35.62%。2018年2品種第5節(jié)、第7節(jié)的穿刺強(qiáng)度均值顯著低于2019年; 第3、5、7節(jié)的抗折力均值極顯著高于2019年。此外, 品種、年份互作、品種和密度互作顯著影響第3節(jié)抗折力; 密度和年份互作極顯著影響第3節(jié)抗折力。由此可見(jiàn), 春玉米品種第3節(jié)的穿刺強(qiáng)度在年際間相對(duì)穩(wěn)定, 而第3節(jié)的抗折力受品種、密度、年份及其相互作用共同影響。

柱上不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。 D1、D2、D3、D4、D5和D6分別代表種植密度3.0×104、4.5×104、6.0×104、7.5×104、9.0×104和10.5×104株 hm–2。XY1171: 先玉1171; XZY801: 新中玉801。

Bars marked with different lowercase letters indicate significantly different among treatments at< 0.05. D1, D2, D3, D4, D5, and D6 represent planting densities of 3.0×104, 4.5×104, 6.0×104, 7.5×104, 9.0×104, and 10.5×104plants hm–2, respectively. XY1171: Xianyu 1171; XZY801: Xinzhongyu 801.

2.4 種植密度對(duì)不同春玉米田間倒伏率和空稈率的影響

由表5和圖4可知, 春玉米倒伏率受品種、密度、年份及其的相互關(guān)系共同影響, 密度和品種極顯著影響空稈率。隨著密度的增加, 先玉1171的倒伏率極顯著高于新中玉801, 空稈率極顯著低于新中玉801, 2年趨勢(shì)相同, 2018年2個(gè)品種倒伏率極顯著高于2019年。

2.5 種植密度對(duì)春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

密度極顯著影響春玉米產(chǎn)量(表6和表7)。隨密度增加產(chǎn)量先上升后下降, 兩者呈二次曲線關(guān)系。通過(guò)回歸方程求出先玉1171在密度為9.3萬(wàn)株 hm–2時(shí)產(chǎn)量最高, 達(dá)12,331.4 kg hm–2; 新中玉801在密度為8.6萬(wàn)株 hm–2時(shí)產(chǎn)量最高, 達(dá)11,063.6 kg hm–2。2年平均產(chǎn)量先玉1171 (10,847.8 kg hm–2)比新中玉801 (10,158.0 kg hm–2)高6.36%, 高密度下比新中玉801增產(chǎn)10.28%, 差異達(dá)極顯著水平, 表明增密后先玉1171增產(chǎn)幅度更大。

隨著密度的增加, 有效穗數(shù)極顯著增加, 穗粒數(shù)和百粒重極顯著降低, 但2個(gè)品種變化程度不同。密度每增加1.0萬(wàn)株hm–2, 先玉1171和新中玉801有效穗數(shù)分別增加7069.1穗和5448.1穗, 穗粒數(shù)和百粒重分別下降14.2粒、25.4粒和0.7 g、0.8 g。在高密度下, 先玉1171有效穗數(shù)、穗粒數(shù)(82,013.6穗, 660.6粒)比新中玉801 (71,105.7穗, 538.7粒)顯著高出13.30%、18.45%, 而百粒重(30.3 g)顯著低于新中玉801 (34.6 g) 12.51%。以上分析表明, 在高度下先玉1171有效穗數(shù)和穗粒數(shù)較多, 增密后有效穗數(shù)增加幅度較新中玉801高, 穗粒數(shù)和百粒重下降幅度較新中玉801低, 高密度下趨于穩(wěn)定, 因而能夠獲得高產(chǎn)。

表4 不同春玉米莖稈穿刺強(qiáng)度、抗折力方差分析

**表示在< 0.01水平差異顯著; *表示在< 0.05水平差異顯著; ns表示差異不顯著。

**: significantly different at<0.01; *: significantly different at<0.05; ns: not significant differences.

縮寫(xiě)同圖2。Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

表5 不同春玉米品種倒伏率和空稈率方差分析

**表示在<0.01水平差異顯著; *表示在<0.05水平差異顯著; ns表示差異不顯著。

** indicatessignificantly different at<0.01; * indicates significantly different at<0.05; ns: not significant differences.

2.6 莖稈形態(tài)、力學(xué)特性與倒伏率、產(chǎn)量之間的關(guān)系

由表8可知, 倒伏率與株高、穗位高和節(jié)間長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān), 與節(jié)間粗、單位莖長(zhǎng)干重、節(jié)間橫截面積、橫截面扁率、穿刺強(qiáng)度極顯著負(fù)相關(guān), 與抗折力顯著負(fù)相關(guān)。其中與穗位高(0.88**)相關(guān)性最大。莖稈形態(tài)與力學(xué)特性的相關(guān)表現(xiàn)為抗折力與節(jié)間長(zhǎng)極顯著負(fù)相關(guān), 穿刺強(qiáng)度、抗折力與節(jié)間粗、節(jié)間干重、單位莖長(zhǎng)干重和節(jié)間橫截面積呈極顯著正相關(guān), 其中除節(jié)間干重外, 抗折力與莖稈形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)均大于穿刺強(qiáng)度, 說(shuō)明抗折力與莖稈形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)性更大, 能更好的反映春玉米的抗倒伏性能。

產(chǎn)量與株高、穗位高、節(jié)間長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān), 與除橫截面扁率的其他莖稈性狀極顯著負(fù)相關(guān), 其中與穗位高(0.77**)正相關(guān)系數(shù)最大?？梢?jiàn), 玉米莖稈性狀與產(chǎn)量密切相關(guān), 在高密植情況下, 春玉米具有較高的穗位有利于群體獲得高產(chǎn), 協(xié)調(diào)高密條件下群體產(chǎn)量與莖稈性狀間的矛盾關(guān)系, 保障春玉米密植高產(chǎn)抗倒的關(guān)鍵。

分別以倒伏率(1)和產(chǎn)量(2)為自變量, 以與其顯著相關(guān)的各項(xiàng)莖稈形態(tài)、力學(xué)指標(biāo)為因變量, 進(jìn)行逐步回歸分析, 得到最優(yōu)回歸方程。1= 10.32+0.061-0.569(2=0.9520**)。可見(jiàn), 株高(1)對(duì)倒伏率的正向影響最大, 穿刺強(qiáng)度(9)對(duì)倒伏率的負(fù)向影響最大, 二者之間對(duì)倒伏率的影響達(dá)極顯著水平。2= 7557.63+104.663-164.369(2= 0.9247**)?？梢?jiàn), 穗位高(2)對(duì)產(chǎn)量的正向影響最大, 穿刺強(qiáng)度(9)對(duì)產(chǎn)量的負(fù)向影響最大。以抗折力(3)為因變量, 以各莖稈形態(tài)指標(biāo)為自變量, 進(jìn)行逐步回歸分析, 得到最優(yōu)回歸方程。3=-339.59+ 28.032+301.304(2=0.9896**)?？梢?jiàn), 節(jié)間粗(2)和單位莖長(zhǎng)干重(4)對(duì)抗折力的正向影響較大, 可作為評(píng)價(jià)玉米莖稈抗倒伏能力的重要指標(biāo)。

3 討論

種植密度顯著影響玉米莖稈特性, 隨密度增加, 玉米株高和穗位高先升高后降低[16], 穗位系數(shù)和節(jié)間長(zhǎng)逐漸增大[20-21], 節(jié)間粗、節(jié)間干重和單位莖長(zhǎng)干重、莖稈力學(xué)強(qiáng)度顯著降低[22-23]。谷利敏等[9]研究發(fā)現(xiàn)增密后基部3~7節(jié)間增長(zhǎng)、變細(xì), 莖粗系數(shù)、穿刺強(qiáng)度、抗折力、壓碎強(qiáng)度顯著降低。徐田軍等[24]研究認(rèn)為隨密度增大第1~6節(jié)莖稈增長(zhǎng), 第3~5節(jié)穿刺強(qiáng)度和抗折力逐漸下降, 不同節(jié)位第3節(jié)>第4節(jié)>第5節(jié)。本研究結(jié)果表明, 增密后春玉米株高、穗位高先升高后降低, 穗位系數(shù)逐漸增大; 第3節(jié)長(zhǎng)增幅最大, 第3節(jié)單位莖長(zhǎng)干重、穿刺強(qiáng)度和抗折力下降幅度最大; 第7節(jié)莖粗、干重和橫截面積下降幅度最大, 但密度對(duì)莖稈橫截面扁率的影響不顯著。這表明密度增大后玉米群體對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)激烈, 植株個(gè)體發(fā)育變差, 莖稈細(xì)長(zhǎng), 導(dǎo)致玉米莖稈力學(xué)特性顯著下降。曹慶軍[25]研究認(rèn)為株高、穗位高等指標(biāo)對(duì)密度的響應(yīng)與不同品種抗倒性相關(guān)。勾玲等[26]研究發(fā)現(xiàn)耐密抗倒品種穿刺強(qiáng)度隨密度增加變異幅度較小。鄧妍等[5]研究認(rèn)為, 耐密品種莖稈性狀、抗倒力學(xué)性狀對(duì)密度反應(yīng)不敏感。本研究中2個(gè)品種相比, 先玉1171株高對(duì)密度的響應(yīng)較遲鈍, 而穗位系數(shù)對(duì)密度響應(yīng)較敏感, 原因在于新中玉801節(jié)間長(zhǎng)對(duì)密度的響應(yīng)比先玉1171敏感, 隨密度增加幅度更快; 節(jié)間干重、單位莖長(zhǎng)干重和第3節(jié)穿刺強(qiáng)度也表現(xiàn)出先玉1171對(duì)密度的響應(yīng)較遲緩, 但第5、7節(jié)穿刺強(qiáng)度和莖稈抗折力對(duì)密度的響應(yīng)較敏感。可見(jiàn)不同品種莖稈形態(tài)和力學(xué)特性對(duì)密度的響應(yīng)有所差異, 莖稈形態(tài)和力學(xué)特性對(duì)密度的響應(yīng)并不同步。在評(píng)價(jià)品種耐密性和抗倒性時(shí)應(yīng)選擇對(duì)其影響最主要的因素。此外, 本研究還發(fā)現(xiàn), 年份也顯著影響春玉米株高、穗位高、節(jié)間粗、節(jié)間干重和抗折力, 這說(shuō)明環(huán)境氣候條件對(duì)春玉米的莖稈性狀影響也較大, 在生產(chǎn)中應(yīng)充分根據(jù)不同地區(qū)的氣候差異進(jìn)行合理密植。

縮寫(xiě)同圖2。Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

表6 種植密度對(duì)不同春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

處理同表1。同一列數(shù)字后不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異達(dá)0.05顯著水平。**表示在< 0.01水平差異顯著; *表示在< 0.05水平差異顯著; ns 表示差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments. **: significantly different at<0.01; *: significantly different at<0.05; ns: not significant differences.

表7 種植密度與春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素回歸關(guān)系

**表示在< 0.01水平上顯著。**: significant difference at< 0.01.

表8 莖稈形態(tài)、力學(xué)特性與倒伏率、產(chǎn)量之間的相關(guān)性分析

**表示在< 0.01水平上顯著,*表示在< 0.05水平上顯著。

**: significant difference at< 0.01;*: significant difference at< 0.05.

玉米莖稈形態(tài)、力學(xué)特性與莖稈抗倒性能具有高度的相關(guān)性, 能夠反映玉米品種抗倒伏能力的差異[27-29]。任佰朝等[21]研究認(rèn)為隨密度增大, 莖稈穿刺強(qiáng)度顯著下降, 矮稈品種下降幅度較小能夠保持較好的抗倒伏能力。許瑩瑩等[30]研究表明抗倒性強(qiáng)的玉米品種具有莖稈較粗、株高和穗位高較矮、節(jié)間長(zhǎng)度較短等特點(diǎn), 其中莖粗在不同抗倒性玉米品種中差異顯著。本研究中新中玉801兩年平均株高、穗位高、節(jié)間長(zhǎng)顯著低于先玉1171, 節(jié)間粗、單位莖長(zhǎng)干重、節(jié)間橫截面積、橫截面扁率和抗折力顯著高于先玉1171, 因而增密后倒伏率顯著低于先玉1171, 抗倒伏能力更強(qiáng)。Ma等[23]指出倒伏率與穗位高呈極顯著正相關(guān)。馬曉軍等[31]的研究表明, 倒伏率與節(jié)間直徑、干重、單位莖長(zhǎng)干重, 第3~5節(jié)穿刺強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān), 與節(jié)間長(zhǎng)度呈顯著正相關(guān)。劉曉林等[32]研究表明莖稈抗倒力學(xué)特性與節(jié)間粗、節(jié)間干重和單位莖長(zhǎng)干重呈顯著或極顯著正相關(guān), 而與株高、節(jié)間長(zhǎng)和莖節(jié)長(zhǎng)粗比呈負(fù)相關(guān)或極顯著負(fù)相關(guān)。本研究通過(guò)相關(guān)分析表明, 倒伏率與株高、穗位高、節(jié)間長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān), 與節(jié)間粗、單位莖長(zhǎng)干重、節(jié)間橫截面積、橫截面扁率、穿刺強(qiáng)度極顯著負(fù)相關(guān), 與抗折力顯著負(fù)相關(guān), 其中與穗位高(0.88**)相關(guān)性最大, 說(shuō)明先玉1171倒伏率高于新中玉801是因?yàn)樗胛桓?。逐步分析表? 株高是引起倒伏的重要原因。此外, 抗折力與莖稈形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)性更大, 節(jié)間粗和單位莖長(zhǎng)干物質(zhì)對(duì)抗折力的正向影響最大。這表明種植密度通過(guò)影響玉米莖稈形態(tài)特性和干物質(zhì)分配進(jìn)而影響莖稈抗倒性能, 導(dǎo)致高密下玉米抗倒伏能力下降, 株高、穗位高是引起玉米莖稈抗倒伏能力變化的重要指標(biāo), 節(jié)間粗、單位莖長(zhǎng)干重可作為鑒定品種抗倒性差異的重要指標(biāo)。同時(shí)倒伏增大也會(huì)造成玉米減產(chǎn), 產(chǎn)量損失程度與倒伏發(fā)生程度及發(fā)生時(shí)期有很大關(guān)系, 開(kāi)花后至灌漿期這段時(shí)間發(fā)生倒伏對(duì)玉米產(chǎn)量的影響較大[33]。曹慶軍[25]研究表明, 倒伏率每增加1%, 玉米產(chǎn)量損失平均增加34.17 kg hm–2。本研究中先玉1171在增密后其倒伏率顯著高于新中玉801, 但是, 隨著密度的增加, 增產(chǎn)幅度和產(chǎn)量都比新中玉801高。分析原因可能主要是在本試驗(yàn)條件下, 玉米灌漿結(jié)實(shí)期均未發(fā)生倒伏, 倒伏主要發(fā)生在結(jié)實(shí)后期, 因而對(duì)最終產(chǎn)量影響不大。新中玉801在增密后的空稈率顯著高于先玉1171, 使得高密度下有效穗數(shù)顯著低于先玉1171, 導(dǎo)致產(chǎn)量比先玉1171低。

增加種植密度是玉米增產(chǎn)的主要措施之一。玉米要獲得高產(chǎn), 必須要構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu), 協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素間的矛盾[34]。在適宜密度下, 增密能提高單位面積穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量, 當(dāng)種植密度過(guò)大時(shí)穗粒數(shù)和粒重的下降程度遠(yuǎn)大于單位面積穗數(shù)的增加, 產(chǎn)量開(kāi)始下降[35]。柏延文等[36]研究發(fā)現(xiàn)隨密度增加, 產(chǎn)量構(gòu)成因素中穗粒數(shù)、百粒重下降幅度較小的品種在高密度下產(chǎn)量更高。本研究中, 先玉1171比新中玉801更耐密高產(chǎn), 高密度下比新中玉801增產(chǎn)10.28%, 在高密下先玉1171有效穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著高于新中玉801, 百粒重顯著低于新中玉801。這表明, 先玉1171密植高產(chǎn)的主要原因是增密后有效穗數(shù)和穗粒數(shù)較大, 因而能夠獲得高產(chǎn)。產(chǎn)量也與莖稈形態(tài)和力學(xué)特性密切相關(guān)[29]。任佰朝等[21]研究認(rèn)為, 矮稈品種隨密度增加增產(chǎn)幅度更高。劉曉林等[32]研究認(rèn)為, 單株產(chǎn)量與節(jié)間長(zhǎng)和節(jié)間長(zhǎng)粗比呈顯著負(fù)相關(guān), 與節(jié)間粗、節(jié)間干重、單位莖長(zhǎng)干物質(zhì)和莖稈穿刺強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn), 產(chǎn)量與株高、穗位高和節(jié)間長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān), 與節(jié)間粗、節(jié)間干重、單位莖長(zhǎng)干物質(zhì)、節(jié)間橫截面積、節(jié)間鮮密度、穿刺強(qiáng)度和抗折力極顯著負(fù)相關(guān)。這可能與本研究所選用的品種及生態(tài)條件不同有關(guān)。

4 結(jié)論

不同春玉米莖稈抗倒伏性能和籽粒產(chǎn)量對(duì)密度的響應(yīng)不同。新中玉801增密后莖稈節(jié)間短而粗, 單位莖長(zhǎng)干重較大, 抗倒伏能力較強(qiáng)。而先玉1171由于在高密度下空稈率比新中玉801低, 有較高的有效穗數(shù)和穗粒數(shù), 因此高密度下籽粒產(chǎn)量更高。綜合考慮莖稈性狀和產(chǎn)量, 先玉1171和新中玉801在貴州適宜密度分別為9.0萬(wàn)株 hm–2和8.5萬(wàn)株 hm–2。

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Effects of planting density on lodging resistance and grain yield of spring maize stalks in Guizhou province

ZHENG Ying-Xia1, CHEN Du1, WEI Peng-Cheng1, LU Ping2, YANG Jin-Yue3, LUO Shang-Ke4, YE Kai-Mei1, and SONG Bi1,*

1College of Agriculture, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China;2Anshun Academy of Agricultural Sciences, Anshun 561000, Guizhou, China;3Dry Food Research Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006, Guizhou, China;4Yuqing County Agriculture and Rural Bureau, Yuqing 564400, Guizhou, China

The objective of this study was to clarify the changes of spring maize stalk characteristics and yield and their relationship under the dense planting conditions, and it provides theoretical basis and practical guidance for high yield of spring maize dense planting in Guizhou province. The field experiments were carried out to study the effect of planting density on spring maize stalk morphology and mechanical properties, empty stalk rate, lodging rate and grain yield using Guizhou's widely planted maize variety Xianyu 1171 and Xinzhongyu 801 with six density 3×104, 4.5×104, 6.0×104, 7.5×104, 9.0×104, 10.5×104plants hm–2from 2018 to 2019. The results were as follows: (1) Plant height and ear height of spring maize increased first and then decreased with the increase in density; the third node length increased the most after densification, the third node's dry weight per stem length, puncture strength and flexural strength, the seventh nodal thickness, dry weight and cross-sectional area decreased the most; the density had no significant effect on the flatness of the cross-sectional area of the stem. Compared with the varieties, Xianyu 1171 internode length, the 3rd and 5th internode dry weight and the 3rd node puncture strength were significantly higher than Xinzhongyu 801. The 7th node dry weight, internode thickness, dry weight per stem length, the cross-sectional area, cross-sectional flatness and flexural strength of internodes were significantly lower than that of Xinzhongyu 801. (2) Lodging rate and empty shot rate increased with the increase in density. After densification, the lodging rate of Xianyu 1171 was significantly higher than that of Xinzhongyu 801, and the rate of empty shot was significantly lower than that of Xinzhongyu 801. (3) The yield increased first and then decreased with the increase in density. Xianyu 1171 and Xinzhongyu 801 had the highest yields at 93,000 plants hm–2and 86,000 plants hm–2, respectively. After densification, the yield of Xianyu 1171 was higher 10.28% than that of Xinzhongyu 801, and the number of effective panicles and grains per panicle were higher. (4) Correlation and multiple regression analysis showed that plant height, ear height and lodging rate were significantly positively correlated, and internode thickness and dry matter per stalk length had a significant positive effect on corn stalk bending resistance. The yield was closely related to stalk traits, and plant height had the greatest positive effect on yield. It can be seen that the lodging resistance and grain yield of different spring maize stalks were different in response to density. After the densification of Xinzhongyu 801, the internodes of the stalks were short and thick, the dry weight per stalk length was larger, and the lodging resistance ability was stronger. Because Xianyu 1171 had a lower empty stem rate than Xinzhongyu 801 under high density, it had a higher effective ear number and grain number per ear, the yield was higher under high density. Considering the culm traits and yield, the suitable density of Xianyu 1171 and Xinzhongyu 801 in Guizhou were 90,000 plants hm–2and 85,000 plants hm–2, respectively.

spring maize; planting density; stalk trait; lodging resistance; grain yield

10.3724/SP.J.1006.2021.03044

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300307), 國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201503127), 貴州省特色糧油作物栽培與生理生態(tài)研究科技創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)(黔科合平臺(tái)人才項(xiàng)目[2019]5613號(hào)), 貴州省高層次創(chuàng)新型人才“百”層次人才項(xiàng)目(黔科合平臺(tái)人才[2018]5632號(hào))和貴州省生物學(xué)一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(GNYL[2017]009)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300307), the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201503127), the Guizhou Province Characteristic Grain and Oil Crops Cultivation and Physiological and Ecological Research Technological Innovation Talent Team (Qiankehe Platform Talent [2019]5613), the Guizhou Province High-level Innovative Talents “Hundred” Level Talent Project (Qiankehe Platform Talent [2018]5632), and the Guizhou Province Biology First-class Discipline Construction Project (GNYL[2017]009).

宋碧, E-mail: sb6264@126.com

E-mail: 1534570966@qq.com

2020-07-13;

2020-10-14;

2020-10-29.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20201029.1413.002.html