蘭 嵐，周玉姝，晏小鳳，朱英華，武德傳 ，王成雨

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，安徽 合肥 230036)

玉米是全球第一大糧食作物，合理密植是玉米增產(chǎn)的主要栽培措施之一[1-2]。過高的種植密度則可導(dǎo)致田間通風(fēng)透光條件變差，對玉米個體發(fā)育產(chǎn)生不良影響，不利于玉米的光合作用以及光合產(chǎn)物由源向庫的轉(zhuǎn)運(yùn)，降低產(chǎn)量[3]。特別是隨著種植密度的增加，玉米莖稈變細(xì)，作為衡量玉米抗倒性主要指標(biāo)的基部第3 節(jié)間機(jī)械強(qiáng)度變劣，易造成倒伏，影響玉米收獲機(jī)的作業(yè)性能，造成產(chǎn)量損失和品質(zhì)變劣[4-5]。已有研究表明：收獲期籽粒含水量高是玉米籽粒破壞率和雜質(zhì)率高的主要原因，而籽粒破壞率和雜質(zhì)率是評價玉米是否適宜機(jī)收的主要性質(zhì)指標(biāo)[6]。收獲期籽粒含水量和品種關(guān)系密切，宜機(jī)收品種通常具有脫水速率快和收獲期籽粒含水量較低的特點(diǎn)[7]。除品種特性外，種植密度亦可對玉米籽粒含水量造成影響。夏來坤等[8]研究認(rèn)為：隨種植密度增加，玉米籽粒含水量有降低的趨勢；而王榮煥等[9]則認(rèn)為：隨著種植密度的增加，玉米籽粒脫水速率降低，含水量增加。可見，前人對于種植密度和玉米籽粒脫水特性關(guān)系的認(rèn)識并不統(tǒng)一，因而進(jìn)一步明確種植密度對玉米籽粒脫水特性的影響十分必要。

盡管前人關(guān)于種植密度對玉米生產(chǎn)影響的報道很多，但不同玉米品種在不同生態(tài)區(qū)適宜的種植密度存在很大差異[10-11]。皖北平原在歷史上以小麥—大豆復(fù)種為主，近年來，受玉米種植經(jīng)濟(jì)效益高于大豆的影響，夏玉米逐漸成為該區(qū)種植面積最大和產(chǎn)量最高的秋季糧食作物。關(guān)于該區(qū)玉米機(jī)收條件下適宜種植密度的報道相對較少，而該區(qū)一年兩熟的種植制度帶來的熱量限制又對如何通過品種選擇滿足機(jī)收條件提出了要求，因此，本研究以種植密度可以影響玉米籽粒脫水和抗倒性為切入點(diǎn)，在2 個生長季的大田試驗(yàn)中測定3 個種植密度下4 個夏玉米品種的莖稈抗倒特性、籽粒含水量和產(chǎn)量，調(diào)查其倒伏率和達(dá)到籽粒機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)的時間，綜合評價種植密度與基因型互作對夏玉米機(jī)收性狀的影響，旨在為該區(qū)夏玉米籽粒機(jī)械化收獲提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2017 年和2019 年在安徽省宿州市埇橋區(qū)灰古鎮(zhèn)付湖新村進(jìn)行，試驗(yàn)點(diǎn)土壤類型為砂姜黑土，供試材料為鄭單958 (Z)、粒收1 號(L)、新單68 (X)和創(chuàng)玉107 (C)等4 個在該地區(qū)廣泛種植的夏玉米品種，其中鄭單958 為該區(qū)域種植面積最大的品種，粒收1 號為最近審定的國審品種，新單68 和創(chuàng)玉107 為審定的機(jī)收品種，上述品種均適合在該區(qū)域種植。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)設(shè)置60 000 株/hm2(D1)、75 000 株/hm2(D2)和90 000 株/hm2(D3) 3 個種植密度，副區(qū)為4 個品種，共12 個處理，3 次重復(fù)。小區(qū)面積為66 m2，每處理種植10 行，等行距種植，行距60 cm。

采用氮肥作為試驗(yàn)用肥，1/2 作為基肥施用，剩余1/2 于大喇叭口期追施，氮肥用量為240 kg/hm2。2017 年播種日期為6 月14 日，收獲日期為10 月14 日；2019 年播種日期為6 月19 日，收獲日期為10 月15 日。其他管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锕芾硭健?/p>

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 單位面積穗數(shù)調(diào)查

在玉米生理成熟期，調(diào)查每個小區(qū)的實(shí)際穗數(shù)并用以折算單位面積穗數(shù)。

1.2.2 抗倒伏性狀和倒伏率調(diào)查

在散粉期采用YYD-1B 莖稈強(qiáng)度測定儀測定莖稈的穿刺強(qiáng)度和抗彎折力，每個小區(qū)測定連續(xù)的10 株，重復(fù)3 次；于收獲期調(diào)查玉米田間倒伏率。倒伏率=小區(qū)玉米倒伏株數(shù)/小區(qū)玉米總株數(shù)×100%。

1.2.3 達(dá)到籽粒機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)時間的計算

達(dá)到籽粒機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)時間是指從播種到籽粒含水量降至28%的天數(shù)。如果在收獲期內(nèi)籽粒含水量未降低到28%，則將達(dá)到籽粒機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)的時間計為(n+1) d，n指從播種到收獲的時間。

1.2.4 籽粒含水量

在玉米生理成熟后，每天在各小區(qū)取3 穗用PM8188 籽粒水分測定儀測定籽粒含水率，記為收獲時的籽粒含水率，重復(fù)測定9 次，直至收獲。

1.2.5 考種與測產(chǎn)

在每個小區(qū)中間雙行取連續(xù)的30 株穗進(jìn)行考種測產(chǎn)，記錄每穗的穗粒數(shù)；脫粒風(fēng)干(水分含量為14%)后隨機(jī)挑選1 000 粒玉米籽粒，稱量，記為千粒質(zhì)量，重復(fù)3 次，折算產(chǎn)量。

1.2.6 宜機(jī)收綜合性狀評價

采用信息熵權(quán)法[12]確定倒伏率、籽粒含水率、籽粒含水率＜28%所需時間以及產(chǎn)量等各評價指標(biāo)的客觀權(quán)重，并進(jìn)行綜合評價。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Origin 2017 作圖；采用SPSS 26.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對夏玉米抗倒伏特性的影響

由表1 可知：隨著種植密度的增加，夏玉米莖稈的穿刺強(qiáng)度和抗彎折力顯著降低，倒伏率則顯著升高。當(dāng)種植密度由D1 增加至D2 時，倒伏率增幅為0.97%；當(dāng)種植密度繼續(xù)增加至D3時，倒伏率增幅為11.43%，大于D1～D2 的增幅。4 個品種間穿刺強(qiáng)度由大到小依次為粒收1 號、新單68、鄭單958 和創(chuàng)玉107，品種間均存在顯著差異；抗彎折力以粒收1 號最高，且顯著高于新單68，新單68 顯著高于鄭單958 和創(chuàng)玉107，鄭單958 和創(chuàng)玉107 之間差異不顯著；倒伏率從大到小依次為創(chuàng)玉107、鄭單958、新單68 和粒收1 號，且品種間差異顯著。

表1 種植密度對夏玉米抗倒伏特性的影響Tab.1 Effects of planting density on the lodging resistance of summer maize

由表1 還可知：從品種與種植密度互作來看，穿刺強(qiáng)度以LD1 和 LD2 最高，二者間差異不顯著，但均顯著高于其他處理；CD3 穿刺強(qiáng)度最小，且顯著低于其他處理?？箯澱哿σ訪D1 最高，與LD2 沒有顯著差異，但顯著高于其他處理；ZD3 和CD3 無顯著差異，但二者顯著低于除ZD2 和CD2 外的其他處理。不同處理的倒伏率為1.77%～36.40%，倒伏率滿足GB/T 21962—2020[13]的處理有ZD1、LD1、XD1、ZD2、LD2和XD2。

2.2 種植密度對夏玉米達(dá)到籽粒機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)所需時間的影響

由圖1 可知：2017 年和2019 年玉米籽粒含水率降至28%所需時間均隨種植密度的增加而顯著縮短。品種間相比較，2017 年和2019 年新單68 籽粒含水率降至28%的時間均顯著短于其他品種。處理間相比較，2017 年和2019 年籽粒含水率降至28%的時間均以XD3 最短，且與XD2 無顯著差異；2017 年LD1 在收獲前籽粒含水率未降至28%以下；2019 年ZD1、LD1、CD1、ZD2 和LD2 則在收獲前籽粒含水率仍高于28%。

圖1 種植密度對2017 年(a)和2019 年(b)夏玉米收獲時籽粒含水率到達(dá)28%所需時間的影響Fig.1 Effects of planting density on the time required for maize grain moisture content to reach 28%

2.3 種植密度對夏玉米收獲時籽粒含水率的影響

由圖2 可知：2 個生長季收獲時籽粒含水量均隨種植密度的增加而顯著降低。品種間相比較，2 個年度均以新單68 收獲時籽粒含水量最低，且顯著低于其他3 個品種。從品種與種植密度互作來看，2 個生長季均以XD3 收獲時籽粒含水率最低，且顯著低于其他處理；LD1 收獲時籽粒含水率最高，且顯著高于其他處理。2017 年，除LD1 收獲時籽粒含水率未降至28%外，其他處理均降至28%以下；籽粒含水量降至25%以下的有XD1、XD2 和XD3；2019 年，收獲時籽粒含水率未降至28%的處理有ZD1、ZD2、LD1和LD2 和CD1；籽粒含水量降至25%以下的有XD2 和XD3。

圖2 種植密度對2017 年(a)和2019 年(b)夏玉米收獲時籽粒含水率的影響Fig.2 Effects of planting densities and on the maize grain moisture content at harvest

2.4 種植密度對夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2 可知：隨著種植密度的增加，單位面積穗數(shù)顯著增加，D3 顯著高于D2，D2 顯著高于D1；穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的變化規(guī)律與單位面積穗數(shù)相反；產(chǎn)量以D2 最高，且顯著高于D1，但與D3 差異不顯著。品種間相比較，單位面積穗數(shù)差異不顯著；新單68 的穗粒數(shù)顯著高于其他處理，粒收1 號的穗粒數(shù)與鄭單958 差異不顯著但顯著高于創(chuàng)玉107；千粒質(zhì)量以新單68 最高，且與鄭單958 和粒收1 號差異不顯著，但三者均顯著高于創(chuàng)玉107；粒收1 號的產(chǎn)量顯著高于創(chuàng)玉107，但兩者與鄭單958 和新單68 的差異均不顯著。

由表2 還可知：從品種與種植密度互作來看，同一種植密度下各品種的單位面積穗數(shù)差異均不顯著，同一品種的單位面積穗數(shù)隨種植密度增加而顯著增加；XD1 的穗粒數(shù)顯著高于其他處理，CD3 的穗粒數(shù)最低但與ZD3 無顯著差異；LD1 的千粒質(zhì)量顯著高于除XD1 外的其他處理，CD3 的千粒質(zhì)量最低但與ZD3、CD2 和LD3 的差異均不顯著；產(chǎn)量以LD2 和XD2 最高。

表2 種植密度對夏玉米產(chǎn)量及構(gòu)成的影響Tab.2 Effects of planting density on yield and components of summer maize

2.5 種植密度對夏玉米宜機(jī)收特性影響的綜合評價

由表3 可知：在種植密度水平上，宜機(jī)收性狀綜合評價以D2 最好，D1 次之，D3 最差，且D2 宜機(jī)收性狀綜合評價值顯著高于D3，但D1 與D2、D3 的差異均不顯著。就品種而言，新單68 的宜機(jī)收性狀綜合評價最好，且其值顯著高于其他品種。從品種與密度互作來看，以XD2 最好，且其值顯著高于其他處理；CD3 宜機(jī)收性狀綜合評價值最低，且顯著低于其他處理。

表3 種植密度對夏玉米機(jī)收性狀特性影響的綜合評價Tab.3 Comprehensive evaluation of the effect of planting density on the mechanical harvesting traits of summer maize

3 討論

倒伏是導(dǎo)致玉米產(chǎn)量降低和缺乏穩(wěn)定性的重要原因，其在田間的發(fā)生既取決于品種特性和環(huán)境因素，又受種植密度、種植方式、施肥種類和水平等栽培措施的影響。倒伏的發(fā)生不僅造成玉米產(chǎn)量降低，且不利于玉米機(jī)械化收獲，因此，倒伏增加了玉米的種植成本并降低了種植經(jīng)濟(jì)效益[14]?；康? 節(jié)間是玉米抗倒能力的最重要表征部位，本研究表明：玉米基部第3 節(jié)間的穿刺強(qiáng)度和莖稈的抗彎折力均隨種植密度的增加而顯著降低，倒伏率顯著增加，這與任佰朝等[11]的研究結(jié)果一致，即：種植密度增加導(dǎo)致玉米莖稈皮層和維管束內(nèi)部厚壁細(xì)胞厚度變薄或維管束數(shù)量減少，是玉米抗倒性能下降和倒伏率上升的主要原因。本研究發(fā)現(xiàn)：種植密度由75 000 株/hm2(D2)增加至90 000 株/hm2(D3)比由60 000 株/hm2(D1)增加至D2 大幅度增加了玉米倒伏的風(fēng)險；粒收1 號(L)的倒伏率最低，鄭單958 (Z)次之，再次為新單68 (X)，創(chuàng)玉107 (C)的倒伏率最高，ZD2、LD2 和XD2 的倒伏率＜5%，說明在種植密度為75 000 株/hm2時，通過抗倒品種的選擇可以滿足玉米籽粒機(jī)收對于倒伏指標(biāo)的要求[15]。

夏玉米收獲時的籽粒含水率會影響籽粒收獲質(zhì)量、收獲成本和倉儲安全等一系列問題[16]，是影響夏玉米機(jī)收的重要因素之一。研究表明：玉米籽粒的破碎強(qiáng)度和穗軸的彎曲強(qiáng)度與籽粒含水量呈負(fù)相關(guān)，因此，較高的籽粒含水率會導(dǎo)致雜質(zhì)率和破碎率過高，制約玉米的機(jī)械粒收[17-19]。籽粒含水率在15%～25%時可以獲得較好的機(jī)收效果，然而，黃淮海地區(qū)實(shí)行一年兩熟的種植制度，熱量不足導(dǎo)致該區(qū)玉米收獲時籽粒含水率難以降低至25%以下。本研究也發(fā)現(xiàn)：僅2017 年的LD1、LD2 和LD3 以及2019 年的LD2 和LD3等少數(shù)幾個處理可降低至25%以下，因而有學(xué)者認(rèn)為可以把＜28%作為該區(qū)玉米籽粒機(jī)收的含水率標(biāo)準(zhǔn)[20]。本研究表明：2017 年除LD1 收獲時籽粒含水率＞28%外，其他處理均＜28%；2019 年收獲時籽粒含水率＞28%處理有ZD1、ZD2、LD1、LD2 和CD1，其他處理均＜28%，可見，在適當(dāng)增加種植密度的同時通過選擇收獲時籽粒含水量低的品種使收獲時玉米籽粒含水量降低至28%以下在技術(shù)上難度不大。本研究表明：收獲時玉米籽粒含水量隨種植密度的增加而顯著降低，其原因可能是隨著種植密度的增加，植株衰老加劇，籽粒脫水速率加快，含水率降低；亦或隨著種植密度的增加，種皮厚度存在變薄的可能性，種皮厚度又與收獲時的含水率呈正相關(guān)等[21]；但王榮煥[9]等認(rèn)為玉米籽粒含水率隨種植密度的增加而提高，這與本研究的結(jié)論相反，因而密度影響收獲時玉米籽粒含水率變化的生理機(jī)制值得進(jìn)一步研究。

2017 年和2019 年2 個玉米生長季籽粒含水率降至28%所需的時間均以XD3 最短，且XD3與XD2 差異不顯著，因而通過適當(dāng)增加種植密度并且選擇脫水速率快的品種可以縮短玉米籽粒含水率降至28%的時間，在滿足黃淮海玉米籽粒機(jī)收質(zhì)量的同時增加了播期的靈活性。本研究發(fā)現(xiàn)：盡管大部分處理收獲時玉米籽粒含水率能夠降至28%以下，但仍未達(dá)到最佳收獲籽粒含水率(15%～25%)的要求。該區(qū)域位于黃淮海平原南部，與黃淮海平原的其他區(qū)域相比熱量資源豐富，具備進(jìn)一步降低玉米收獲時籽粒含水量的可能性[20]，因此，在適當(dāng)密植且選擇脫水速率快的玉米品種的同時，盡可能早播將有助于增加皖北平原玉米收獲時籽粒含水率降至15%～25%的概率。2017 年收獲前籽粒含水率低于28%的處理數(shù)量多于2019 年，而2017 年玉米播種期比2019年播期早5 d，這也充分說明早播的重要性。

前人研究發(fā)現(xiàn)：在一定范圍內(nèi)，夏玉米產(chǎn)量隨種植密度的增加而增加，但超過一定范圍后產(chǎn)量開始下降[4]，這可能是隨著種植密度的增加，光照和養(yǎng)分供應(yīng)不足，穗數(shù)的增加不足以彌補(bǔ)單株產(chǎn)量的減少[22]。同時，隨著種植密度的增加，倒伏程度加大也會造成減產(chǎn)，因此，選擇適宜的種植密度是玉米高產(chǎn)的重要原因。受地區(qū)之間光熱等資源差異的影響，不同玉米品種響應(yīng)最高產(chǎn)量的適宜種植密度在不同玉米生態(tài)區(qū)存在很大差異。程雅婷等[10]報道了在新疆奇臺縣刷新全國玉米高產(chǎn)紀(jì)錄的播種密度為135 000 株/hm2；多數(shù)學(xué)者認(rèn)為黃淮海平原的適宜種植密度為60 000 株/hm2[5,11]。本研究表明：皖北平原玉米適宜的種植密度可以由目前的60 000 株/hm2增加至75 000 株/hm2，從而進(jìn)一步提高玉米產(chǎn)量。

玉米的宜機(jī)收特性除受品種、環(huán)境和栽培措施的影響外，還存在多個評價指標(biāo)，因此，建立客觀的宜機(jī)收評價方法十分重要。本研究以倒伏率、玉米籽粒含水率降至28%的時間、收獲時籽粒含水率和產(chǎn)量作為宜機(jī)收特性的評價指標(biāo)，并采用信息熵權(quán)法確定各評價指標(biāo)的客觀權(quán)重，結(jié)果表明：在種植密度水平上，宜機(jī)收性狀綜合評價以D2 最好；就品種而言，新單68 宜機(jī)收性狀綜合評價最好；種植密度與品種間的互作以XD2宜機(jī)收性狀綜合評價最好。事實(shí)上，XD2 的倒伏率、收獲時籽粒含水率均優(yōu)于其他處理，籽粒含水率降至28%所需時間能夠滿足皖北平原一年兩熟種植區(qū)需求，且產(chǎn)量不顯著低于其他處理，說明了本研究評價結(jié)果的客觀科學(xué)性。

4 結(jié)論

在75 000 株/hm2的種植密度條件下選用新單68 可以平衡抗倒性、籽粒含水量和產(chǎn)量的關(guān)系，有利于提高皖北平原夏玉米的機(jī)收質(zhì)量。