種植密度對不同玉米品種農藝性狀及產量的影響

　　摘要：【目的】研究不同密度處理下不同玉米品種農藝性狀及產量的變化，篩選耐密性鑒定指標，為河西綠洲區密植高產提供理論依據.【方法】以10份不同基因型玉米為材料，設置6.75、9.75、12.75、15.75和18.75萬株/hm25個種植密度，研究種植密度對玉米農藝性狀和產量的影響.【結果】玉米株高、節間長度、葉向值和空桿率隨種植密度增加而升高，穿刺強度、彎曲性能、莖粗、葉夾角、葉寬、葉面積、葉綠素SPAD值、穗長、穗粗、百粒質量和單穗質量隨種植密度增加呈降低趨勢，葉長與產量隨密度增加呈現先升高后降低的趨勢，各指標在不同密度和品種間存在顯著差異(P<0.01).密度與產量的回歸方程分析表明，五谷632、五谷568、甘優169、五谷318、五谷704、五谷631、甘優661、CT505、富農588和富農340分別在15.9、12.5、10.6、13.3、11.9、15.0、12.9、13.8、13.5和16.8萬株/hm2密度下產量最高.在6.75萬株/hm2和18.75萬株/hm2兩個密度處理下，穿刺強度、彎曲性能、葉夾角、葉向值、葉面積、空桿率和單穗質量變異系數較高(CV≥15%).【結論】密度極顯著影響玉米農藝性狀、產量及產量構成因素，不同品種的玉米各指標對密度的響應有差異.穿刺強度、彎曲性能、葉夾角、葉向值、葉面積、空桿率和單穗質量可作為玉米耐密性鑒定指標.

　　金兵兵; 姬祥卓; 莊澤龍; 陳奮奇; 白明興; 賈璐慧; 王紀良; 王芳; 彭云玲， 甘肅農業大學學報 發表時間：2021-06-15

　　關鍵詞：玉米;種植密度;農藝性狀;產量;指標篩選

　　玉米是我國重要的糧食作物之一，同時在飼料、醫藥和生物質能源等方面具有重要作用[1].近年來，市場對玉米的需求量越來越大，而在我國耕地面積有限的情況下，適當增加種植密度，是提高玉米總產的重要途徑[2-4]，因此，研究不同密度下玉米農藝性狀、產量及其構成因素的變化規律，探索不同玉米品種在河西綠洲區的適宜種植密度具有重要意義.

　　玉米株型結構能夠影響群體葉面積指數、受光能力、干物質積累量及倒伏性能等多種指標，進而影響玉米產量，玉米產量與密度高低之間具有重大關系，合理密植可以使玉米植株充分利用水、光、溫、氣[5]，是實現增產的有效方式[6-7].勾玲等[8]試驗表明，隨密度增加，莖稈外皮穿刺強度和壓碎強度以及干物質量、莖粗和單位莖長干物質顯著降低，但節間長度隨密度增加而升高.李寧等[9]對不同株型玉米農藝性狀研究，表明隨群體密度的增加植株高度增高、莖粗減小、穗位節數和穗位高度呈現增加的趨勢，單株干物質積累量隨密度增加降低，但群體干物質積累量隨密度增加而增加.

　　玉米籽粒產量與密度在一定范圍內呈正相關關系，主要由有效穗數、穗粒數和粒質量3個因素構成，種植密度提高，玉米穗粒數和粒質量減小，但雌穗數量增加，從而產量增加[10].但密度較高時，空桿率增加，穗粒數和粒質量顯著降低，產量又呈現降低趨勢.綜上所述，通過不同種植密度研究玉米農藝性狀及產量變化的報道較多，但密度梯度較少，最高密度多為10萬株/hm2左右，本試驗在前人研究的基礎上，設立18.75萬株/hm2的高密度，研究種植密度對玉米農藝性狀及產量的影響，探索不同品種在河西綠洲區的適宜種植密度，篩選玉米耐密性鑒定指標，為玉米耐密性研究提供幫助.

　　1材料與方法

　　1.1試驗材料

　　本試驗選擇近年來國審及省級審定的10個高產玉米雜交種作為參試材料(表1).

　　1.2試驗地概況

　　試驗地選擇甘肅省武威市涼州區黃羊鎮，該區為綠洲農業灌溉區，寒溫帶干旱氣候，海拔1506m，年平均氣溫7.8℃，多年平均降水量為156mm，日照時數2200～3030h.試驗地土壤類型為灌漠土，耕層土壤全氮含量0.70g/kg、全磷含量為1.24g/kg、有機質15.34g/kg.該試驗區年降水量少，以灌溉為主，小麥、玉米為當地主栽作物，耕作以傳統深翻耕為主，土壤退化較嚴重.

　　1.3試驗設計

　　試驗采用隨機區組設計，每個玉米品種分別設立6.75萬株/hm2(D1)、9.75萬株/hm2(D2)、12.75萬株/hm2(D3)、15.75萬株/hm2(D4)和18.75萬株/hm2(D5)5個密度，共50個處理，重復3次，設立試驗小區，小區長7m，小區面積28cm2，每個小區之間設立50cm以上的隔離帶.試驗采用平作全覆膜、等行距種植，行距為30cm，基肥施用尿素200kg/hm2，磷肥(P2O5)220kg/hm2，大喇叭口期追施氮肥250kg/hm2，灌水根據當地降雨量情況而定，其他措施同大田管理要求進行，于2019年4月中旬播種，10月收獲.

　　1.4指標測定

　　1.4.1玉米株型性狀和產量參照Zhao等[11]的方法，在玉米散粉結束后，每個小區選取代表性植株10株，測定株高(plantheight，PH，地面至雄穗頂端的距離/cm)、穗位高(earheight，EH，地面至第一個果穗著節部位距離/cm)、莖粗(stemdiame-ter，SD，地上第三節節間直徑/mm)、節間長度(in-ternodelength，IL，地上第三節節間長度/cm)、葉長(leaflength，LL，葉基至葉尖距離/cm)、葉寬(leafwidth，LW，葉片中間距離/cm)、高點長(lengthfrombeginningofliguletoflaggingpointofleaf，LF，葉基至最高點距離/cm)、葉夾角(leafan-gle，LA，葉片與莖稈的銳角角度/°).計算葉面積(leafsize，LS;LS=LL×LW×0.75)和葉向值[leaforientationvalue，LOV;LOV=(90-LA)×(LF/LL)].玉米灌漿成熟后，每個小區去掉兩頭植株果穗，其余全部收回，晾曬至安全水分后，進行稱質量測產量(yield，YD)和室內考種，統計測量單穗質量(earweight，EW)、百粒質量(100-kernelweight，KW)、穗長(earlength，EL)、穗粗(earwidth，EW).

　　1.4.2穿刺強度和彎曲性能在吐絲期，每個小區選取代表性植株10株，用YYD-1植物抗倒儀垂直莖稈勻速插入玉米最下部果穗穗下第二節節間，讀取數據最大值，即穿刺強度(puncturestrength，PS)值;置零后將儀器垂直植株向正前方推，使玉米植株和地面呈60°夾角，讀取最大值，即彎曲性能(ben-dingpropertiesofcrust，BPC).

　　1.4.3葉綠素SPAD值每小區選取10株有代表性的植株，在吐絲期用SPAD-502plus測定玉米最上部果穗著生葉中部的葉綠素相對含量.

　　1.4.4空桿率到玉米灌漿成熟后，按小區統計玉米空桿數目，空桿率(emptyrodsrate，ERR)=(小區玉米空桿數目/小區玉米總株數)×100%

　　1.4數據處理及綜合評價

　　采用Excel2010和SPSS24.0進行數據處理及作圖，采用LSD法檢驗處理間的差異顯著性，試驗結果采用x±s表示.

　　2結果與分析

　　2.1不同種植密度對各玉米株高和穗位高的影響

　　由表2和圖1可知，密度極顯著影響玉米株高和穗位高，隨著種植密度的增加，株高呈現增長趨勢，但當密度達到18.75萬株/hm2時，又開始下降，且不同品種之間增長或降低幅度不同，富農588在D3密度下株高最高，為331.7cm，較D1密度升高了10.0%，甘優169在D5密度下株高最高，為333.3cm，較D1密度下升高了20.0%，其余品種在D4密度下株高最高.穗位高隨密度升高變化規律不明顯(圖2)，品種與密度互作不顯著.

　　2.2不同種植密度對玉米穿刺強度和彎曲性能的影響

　　由圖3可知，隨著種植密度增加，穿刺強度逐漸減小，在D1密度下，甘優661和五谷704穿刺強度最高，分別為55.1N和54.0N，甘優169在D5密度下顯著降低，分別較D1～D4密度下降低了32.3%、30.3%、28.0%和25.0%.彎曲性能對密度脅迫響應程度更為敏感，在D5密度下顯著降低(圖4)，其中，五谷704在D5密度下較D1密度下降低了69.6%.五谷631、五谷568和富農588穿刺強度和彎曲性能在5個密度梯度下變化幅度小，甘優169和五谷704隨密度變化較大，說明其對密度脅迫較為敏感.

　　2.3不同種植密度對玉米莖粗和節間長度的影響

　　當種植密度增大時，為響應空間脅迫，玉米莖粗降低，地上第三節節間升高(圖5、圖6)，其中，五谷318和五谷704莖粗隨密度變化明顯，D5密度下比D1密度下分別降低了39.7%和37.4%，五谷632、五谷568和富農588莖粗在5個密度下變化較小，對密度脅迫不敏感.各品種節間長度變化幅度較小，品種間降低程度較一致，五谷632、五谷318和富農588節間長度在5個密度水平下變化幅度小，不同密度間差異不顯著.

　　2.4不同種植密度對玉米穗位葉性狀的影響

　　當玉米種植密度增加時，可通過調節玉米株型結構，減小玉米葉夾角、葉長、葉寬和葉面積來改變空間布局，適應高密度脅迫，且不同品種間差異顯著(表5).葉夾角、葉寬和葉面積隨密度增加而降低，相比D1密度，在D5密度下，五谷632、五谷568、甘優169、五谷318、五谷704、五谷631、甘優661、CT505、富農588和富農340葉夾角分別降低了20.1%、27.0%、59.2%、26.7%、37.9%、30.9%、45.5%、27.8%、42.9%和1.7%，葉寬分別降低了15.2%、10.3%、12.9%、8.8%、12.9%、9.4%、19.4%、15.2%、3.1%和24.2%，葉面積分別降低了20.9%、10.0%、16.4%、13.1%、16.0%、22.8%、28.7%、21.0%、17.8%和44.0%.葉長隨種植密度出現先增高后降低的趨勢，在D3密度下趨近最高.葉向值隨著種植密度的增加而呈現升高趨勢，在D5密度下較D1密度下分別升高了21.2%、20.1%、37.1%、11.8%、28.6%、32.1%、31.4%、43.9%、36.2%和68.2%.

　　2.5不同種植密度對葉綠素SPAD值和空桿率的影響

　　由表6、圖7和圖8可知，密度對玉米葉綠素SPAD值和空桿率影響極顯著(P<0.01)，葉綠素SPAD值隨種植密度增加而呈現降低趨勢，在D5種植密度下，五谷632、五谷568、甘優169、五谷318、五谷704、五谷631、甘優661、CT505、富農588和富農340葉綠素SPAD較D1密度下分別降低了12.1%、9.2%、15.1%、13.1%、10.0%、8.4%、14.1%、15.9%、8.2%、21.1%，其中，五谷631和富農588受密度影響較小.密度增加會導致空桿數目和果穗結實降低，D1低密度種植條件下，玉米生長空間充足，所有玉米品種均無空桿現象，隨種植密度增加，呈現不同程度的升高，在D5密度下，五谷704空桿率最高，為16.50%，五谷568和五谷631空桿率分別為5.7%和7.10%，空桿率較小，表明在高密度種植下，結實率高，耐密性較好.

　　2.6不同種植密度對玉米產量及其產量構成因素的影響

　　由表7可知，玉米產量及產量相關性狀受密度、品種及其相互關系共同影響，密度和品種極顯著影響產量.增密對穗長、穗粗、單穗質量和百粒質量均有一定影響，且單穗質量對密度脅迫更為敏感，在D5密度下，五谷632、五谷568、甘優169、五谷318、五谷704、五谷631、甘優661、CT505、富農588和富農340分別較D1密度下降低了24.7%、53.7%、38.2%、42.9%、48.9%、19.7%、28.3%、22.8%、35.0%和19.8%.由于密度增加，單位面積株數增多，產量隨密度呈現先增加后降低的趨勢，通過密度與產量的回歸方程分析可知(表8)，五谷632、五谷568、甘優169、五谷318、五谷704、五谷631、甘優661、CT505、富農588、富農340分別在15.9、12.5、10.6、13.3、11.9、15.0、12.9、13.8、13.5和16.8萬株/hm2種植密度下產量最高，其中，五谷632理論產量最高，可達12399.8kg/hm2，富農340理論產量最低，為8576.3kg/hm2.

　　2.7玉米耐密性鑒定指標篩選

　　通過對不同品種玉米各性狀分析(表9)，在18.75萬株/hm2高密度下，株高、穗位高、節間長度、葉向值和空桿率較6.75萬株/hm2低種植密度下升高，株高、穗位高、節間長度和葉向值增幅分別為0.63%、0.32%、3.8%和32.1%，穿刺強度、彎曲性能、莖粗、葉夾角、葉寬、葉面積、葉綠素SPAD值、穗長、穗粗、單穗質量和百粒質量呈降低趨勢，其中穿刺強度、彎曲性能、葉夾角和單穗質量降幅較大(22.5%、55.4%、35.4%、34.0%).在高低密度處理相對值下，穿刺強度、彎曲性能、葉夾角、葉向值、葉面積、空桿率和單穗質量處理相對值變異系數較高(CV≥15%)，因此，可作為耐密性鑒定指標.

　　3討論

　　不同種植密度對玉米各項指標均產生不同影響，徐田軍等[12]研究結果顯示，隨著密度增加，株高、穗位高、穗位系數和重心高度呈升高趨勢，且在不同密度處理和化控處理間存在極顯著差異.任佰朝等[13]在3個種植密度下研究玉米莖稈等變化，結果表明，種植密度增加，夏玉米的基部第3莖節間和穗位節間變細，莖稈穿刺強度顯著下降，在本試驗中，株高隨密度增加呈升高趨勢，當種植密度達到18萬株/hm2高密度時，株高便出現拐點，開始下降，但穗位高隨密度增長規律不明顯，穿刺強度、彎曲性能和莖粗與種植密度為負相關，節間長度與株高變化較一致.玉米穗位葉相關性狀對于玉米耐擁擠脅迫性起著重要作用[14]，種植密度過大，葉片遮擋會造成光照不足、光合產物減少.在本試驗中，當種植密度增加時，葉夾角、葉寬和葉面積均降低，以改變空間形態，響應密度增加.同時，葉夾角作為玉米耐密性評價的重要指標[15]，葉夾角越小，玉米株型越緊湊，有利于合理密植，充分利用不同空間資源.張慧等[16]研究結果表明，緊湊型品種冠層結構緊湊，中下層受光充足，有利于干物質積累，產量上升，因此，根據葉夾角大小進行玉米合理密植非常重要.玉米葉片葉綠素含量是作物產量潛力的決定因素，對玉米干物質量積累起關鍵作用，高密度種植對玉米葉綠素含量有重要影響[17-19].高英波等[20]研究表明，隨種植密度增加，上層光截獲顯著增加，全株葉片葉綠素SPAD值呈現降低趨勢，與本試驗結果一致，種植密度增加，玉米單位面積葉片數目升高，在不同水平上對光的截獲量減少，致使玉米葉片葉綠素相對含量減少.適當增加種植密度能有效提高穗數進而提高產量，但玉米空稈和倒伏增加會導致有效穗數增幅逐漸減少來降低產量[21]，因此，合理密植才能使產量最大化.

　　種植密度是影響玉米產量的重要因素之一，研究玉米耐密機制，合理增加群體種植密度是獲得高產的主要渠道[22].作物產量隨密度增加呈線性提高，但達到一定程度后又開始下降[23]，在本試驗中，參試的10個品種產量隨密度增加均出現先增高后降低的趨勢，密度增加時，玉米單位面積株數增加，其果穗數目增多，當密度增加到一定數量時，雖然單位面積果穗數目增加，但單穗質量受密度影響而減小，所以，產量在高密度下又呈現降低的趨勢，這與付華等[24]、ZHANG等[25]的研究結果一致.對于不同地區適宜種植密度的研究，Stanger等[26]認為在美國東部適宜玉米種植的密度為9.88～10.45萬株/hm2.王楷等[2]研究表明，玉米種植密度為7.15～14.45萬株/hm2，能達到15000kg/hm2以上的產量水平，鄭迎霞等[10]研究表明，春玉米先玉1171和新中玉801在貴州適宜的種植密度分別為9.0萬株/hm2和8.5萬株/hm2，本研究表明，在河西地區，五谷632、五谷568、甘優169、五谷318、五谷704、五谷631、甘優661、CT505、富農588、富農340分別在15.9、12.5、10.6、13.3、11.9、15.0、12.9、13.8、13.5和16.8萬株/hm2種植密度下產量最高，其中，五谷632在15.9萬株/hm2種植密度下理論產量最高，可達12399.8kg/hm2.

　　玉米耐密性是由多因素、多個性狀綜合影響的復雜性狀，因此，篩選出合理的耐密指標是鑒定玉米耐密的關鍵，玉米各指標在高低密度水平下的比值可反映該指標對種植密度的敏感程度，而在不同雜交種間的差異可以用其變異系數來衡量[27]，本試驗以變異系數(CV≥15%)為標準，篩選出穿刺強度、彎曲性能、葉夾角、葉向值、葉面積、空桿率和單穗質量7個指標可作為玉米耐密性評價指標.

　　4結論

　　密度極顯著影響玉米農藝性狀、產量及產量構成因素，玉米株高、節間長度、葉向值和空桿率隨種植密度增加而升高，穿刺強度、彎曲性能、莖粗、葉夾角、葉寬、葉面積、葉綠素SPAD值、穗長、穗粗、單穗質量和百粒質量隨種植密度增加呈降低趨勢，葉長與產量隨密度增加呈現先升高后降低的趨勢.密度與產量的回歸方程分析表明，五谷632、五谷568、甘優169、五谷318、五谷704、五谷631、甘優661、CT505、富農588和富農340分別在15.9、12.5、10.6、13.3、11.9、15.0、12.9、13.8、13.5和16.8萬株/hm2種植密度下產量最高.以變異系數(CV≥15%)為標準，穿刺強度、彎曲性能、葉夾角、葉向值、葉面積、空桿率和單穗質量可作為玉米耐密性評價指標.