壟膜溝種條件下品種和密度對玉米生長的影響

肖繼兵，孫占祥，蔣春光，侯志研，馮良山，白 偉

（1.遼寧省水土保持研究所，遼寧 朝陽122000；2.遼寧省農業科學院，沈陽110161）

玉米是我國主要糧食作物和飼料作物，被稱為飼料之王，是我國畜牧業的支柱［1］，在農業生產上具有舉足輕重的地位，因此提高玉米的產量具有重要的意義。品種、肥料和密度是影響玉米產量的主要因子。通過選育新品種提高產量是增加玉米產量的一個重要因素，但如果一個好的玉米品種沒有好的栽培技術，也不能達到增產增效的目的。同一個玉米品種提高其產量的途徑有兩條：一是提高種植密度，即以群體效應為主，另一個是提高化肥利用效率，配合施用N、P、K使肥料相互促進，提高供肥能力，以達到增產的目的［2－3］。

大量的研究一致認為，在玉米栽培技術中，密度是協調群體與個體最有效的措施［4］。種植密度對單位面積產量有重要影響［5］，提高種植密度是玉米增產的有效途徑。在任何情況下，玉米的密度與產量都密切相關。群體的籽粒產量開始時隨密度的提高而迅速提高，以后漸緩，再繼續增加密度則產量開始明顯下降。密度增加超過一定限度，則破壞了群體與個體發育的平衡關系。植株過密造成郁閉，通風透光不良，特別是中下部葉片受光不好，光合速率明顯下降，干物質積累減少［6－7］。

朝陽地區是典型的半干旱雨養農業區，旱地是該地區農業用地的主要形式，玉米是該區的主要作物，提高玉米對天然降雨利用率對該區農業可持續發展至關重要。壟膜溝種微集雨種植是指田間起壟覆膜集雨產流、溝壟相間、溝內種植的一種栽培方式。該技術集壟溝種植、覆膜抑蒸、膜面集雨、寬窄行種植技術于一體，使降雨在農田內就地實現空間再分配，將有限的降水盡量保留和集中到溝內種植區［8－9］，增加土壤含水率，改善溝內種植區土壤水分條件，具有增溫、保墑和集雨的作用［10］，進而達到提高降雨資源利用率和增加玉米產量的目的，因此成為水分較為缺乏的半干旱地區的一項重要的抗旱、提高降雨利用效率的措施。同時土壤水、溫條件的改善可促進微生物的大量繁殖，提高土壤微生物含量［11］。土壤微生物量是土壤轉化土壤有機物質的一個重要指標，高的土壤微生物量說明土壤能提供較多的營養。為此，本文研究壟膜溝種微集雨條件下品種和密度對玉米生長的影響，旨在為朝陽地區玉米壟膜溝種微集雨栽培篩選出適宜的品種和種植密度。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2011年在遼寧省水土保持研究所示范農場內進行，該示范區位于朝陽市，朝陽地區年降水量有限，年際變化大，季節分布不均，多年平均降水量為438.9mm左右，而且年降水總量的70%～74%集中在6—8月份，常以暴雨出現，產生水土流失，又會造成一定的降雨損失。該區春季降水少，氣溫高，春風多，蒸發量大，致使土壤大量失墑而干旱，春旱、伏旱和秋吊頻繁發生，以旱作農業為主。供試土壤質地為砂壤土，旱作平地，前茬為大豆，肥力中上等，其基本理化性質見表1。

表1 供試土壤基本理化性質

1.2 試驗設計

本試驗選用3個玉米品種，分別為中熟品種（遼單33，A1）、中晚熟品種（沈禾201，A2）和晚熟品種（東單60，A3），密度設6個水平，分別為B1：37 500株／hm2；B2：45 000株／hm2；B3：52 500株／hm2；B4：60 000 株／hm2；B5：67 500 株／hm2；B6：75 000株／hm2。A1品種6個密度從B1—B6處理號依次為T1—T6，A2品種依次為T7—T12，A3品種依次為T13—T18，采用兩因素裂區設計，主區為品種，副區為密度，共18個處理，每個處理3條集雨溝，每條集雨溝在膜側種植兩行玉米，即每處理6行區，株距依設計密度而定，3次重復，每個小區面積36m2（3.6m×10m）。2009年秋季進行深翻耕，2011年5月5日播種，播前澆足底墑水，種肥施有三元復合肥450kg／hm2（N 15%，P2O515%，K2O 15%），拔節初期追施尿素375kg／hm2。微集雨寬窄行種植，其它管理方式與傳統方式相同，具體種植方式見圖1。

圖1 玉米田間壟膜溝種示意圖

1.3 試驗測定項目和方法

株高、莖粗：在玉米灌漿期，每處理組合選30個樣株進行測量；棒三葉葉面積：在玉米灌漿期，每處理組合選30個樣株進行測量。采用長寬系數法（葉面積＝長×寬×0.75）測量；群體葉面積指數（LAI）：LAI＝單株葉面積×單位土地面積內株數／單位土地面積，每處理組合選樣10株在灌漿期進行測量；經濟性狀及產量調查：在玉米籽粒成熟期，隨機取30穗進行室內考種，測穗長、穗粗、穗粒數和千粒重等產量構成因素，同時取中間溝（中間兩行）測產，產量按含水量18%計產；降雨量：試驗區設有虹吸式自計雨量計觀測降雨量；土壤含水量：采用烘干法測定，設3個取樣點，分別在壟中、膜側和溝中于播前和收獲后測1m深土壤水分；土壤貯水量、水分利用效率：

式中：W——土 壤 貯 水 量 （mm）；h——土 層 深 度（cm）；p——土壤容重（g／cm3）；b%——土壤水分重量百分數。

式中：ET——作物耗水量（mm）；WUE——水分利用效率［kg／（mm·hm2）］；P——作物生育期間降雨量（mm）；Y——按溝壟總面積計算的玉米籽實產量（kg／hm2）；ΔW——作物播前和收獲后測定的1m 土層土壤貯水量的變化（mm）。玉米生育期間未灌溉，且試驗區地勢平坦，同時地下水埋藏很深，因此地表徑流和地下水補給量可忽略不計。

1.4 試驗數據處理

采用DPS 8.5軟件進行方差分析和多重比較（LSD），Microsoft Excel 2003進行數據處理及制圖。

2 結果與分析

2.1 降雨特征分析

由圖2可知，2011年玉米生育期間5、8和9月的降雨量低于多年平均月降雨量，6月和7月的降雨量多于多年平均月降雨量。2011年玉米生育期間總計降雨量為359mm，同期近20a平均降雨量為382 mm，同期近10a平均降雨量為366mm，總體來說，2011年屬于降雨正常年份。

圖2 玉米生育期月降雨量和多年月平均降雨量

玉米生育期間總計降雨29次。從圖3中可以看出，本年度玉米生育期間降雨分布比較均勻，6月和7月降雨相對集中，降雨量較多。最大次降雨量出現在7月29日，降雨量達32.5mm。7月份降雨最多，為170.5mm，占降雨總量的47.42%。8月份總計有5次降雨，降雨量為43.5mm，占總降雨量的12.13%。

圖3 2011年玉米生育期間降雨分布

2.2 不同處理組合對玉米生物學性狀的影響

2.2.1 不同處理對玉米株高和莖粗的影響 從圖4可知，各處理玉米株高總體上先隨密度的增加而增高，而后隨密度的增加而降低。基本上在52 500～60 000株／hm2之間株高達到最高。其中品種A1各處理玉米株高以T3（313.91cm）最高，T5（288.54cm）最低，兩者相差25.37cm；品種A2各處理玉米株高以T10（309.87cm）最高，T11（300.21cm）最低，兩者相差9.66cm；品種A3各處理株高以 T17（343.50cm）最高，T16（332.02cm）最低，兩者相差11.48cm。

圖4 不同處理組合株高和莖粗

不同品種不同密度各處理組合玉米莖粗的變化趨勢同樣表現為隨密度的增加，莖粗隨之減小。品種A1以T1莖粗（2.553 3cm）最粗，T6莖粗（2.309 6cm）最細，二者相差0.243 7cm；品種 A2以T8莖粗（2.827 0 cm）最粗，T12莖粗（2.447 8cm）最細，二者相差0.379 2cm；品種A3以 T13莖粗（2.848 6cm）最粗，T18莖粗（2.435 7cm）最細，二者相差0.412 9cm。

對株高和莖粗進行方差分析可知，株高在品種或密度的單一作用下及在二者交互作用下的差異均不顯著。莖粗在品種×密度交互作用下的差異不顯著，但在品種或密度的單一作用下的差異均顯著或極顯著。

選擇的植物品種包括松樹、臭椿、大葉女貞、小葉女貞、木荷、樟樹、鹽膚木、刺槐、胡枝子、刺槐、金合歡、苧麻、狗牙根、百喜草、黑麥草等。

2.2.2 不同處理對玉米棒三葉平均葉面積和LAI的影響 圖5表明，不同品種隨著密度的增大，棒三葉平均葉面積呈逐漸下降的趨勢。其中品種A1以T1平均棒三葉葉面積（916.07cm2）最大，T5（860.87 cm2）最小，二者相差55.20cm2；品種A2以T8平均棒三葉葉面積（786.50cm2）最大，T12（724.20cm2）最小，二者相差62.30cm2；品種A3以T13平均棒三葉葉面積（877.30cm2）最大，T18（760.57cm2）最小，二者相差116.73cm2。群體葉面積指數（LAI）總體隨著密度的增加而升高，3個品種都以75 000株／hm2葉面積指數最高。可見，種植密度對玉米棒三葉葉面積有較大的影響。隨著密度增加，玉米單株葉面積下降，導致單株干物質積累速率降低，但群體密度的增加有效彌補了單株干物質的減少量，從而群體干物質積累較多，產量也相應提高。

經方差分析可知，棒三葉平均葉面積在品種×密度交互作用下的差異不顯著，但在品種或密度的單一作用下的差異均極顯著。LAI在品種或密度的單一作用下及二者交互作用下均差異顯著或極顯著。為進一步比較不同品種、不同密度下玉米生物學性狀差異顯著性，進行多重比較，詳見表2。

圖5 不同處理組合棒三葉平均葉面積和LAI

表2 品種和密度因素間株高、莖粗、棒三葉平均葉面積和LAI的多重比較

從表2可以看出，品種間株高以A3最高，其次為A2，品種A1株高最低，即晚熟品種株高最高，中熟品種株高最低。晚熟品種東單60與遼單33和沈禾201株高差異顯著，遼單33和沈禾201株高差異不顯著，這是由品種本身的特性決定的。不同品種間莖粗以A1最細，品種A2和A3之間莖粗差異不顯著，但二者與A1差異顯著。三個品種間棒三葉平均葉面積差異都達到了顯著水平，以品種A1棒三葉葉面積最大，品種A2棒三葉葉面積最小。LAI以品種A1最大，A2最小，A3居中，A1和A2葉面積指數差異達極顯著水平。

密度因素間株高隨密度增加先增加后降低，但各密度水平間株高差異不顯著。隨著密度的加大，莖粗逐漸減小，差異顯著增加。較低密度B1和B2的莖粗與中密度B3和B4及較高密度B5和B6的莖粗差異達極顯著水平。可見，密度的增加對玉米莖粗的影響要大于其對株高的影響。隨著密度的增加，玉米棒三葉平均葉面積也呈現出逐漸降低的趨勢。B1—B3的棒三葉平均葉面積與最高密度B6的葉面積差異達到了極顯著水平。可見，玉米種植密度對其功能葉葉面積有較大的影響，進而影響到產量。隨著密度的增加，莖粗和棒三葉葉面積都呈現出下降的趨勢，這是由于種植密度的增加使個體的通風受光條件、營養狀況都發生了改變，造成個體之間競爭加劇，特別是植株生育后期易郁蔽［12］，造成高密度種植個體生長變差。隨著密度的增加，LAI呈增加的趨勢。其中B2葉面積指數最低，B6最高。B1和B2葉面積指數差異不明顯，但二者與B3，B4，B5和B6均差異極顯著，且B3—B6相互間LAI差異極顯著。LAI是決定群體吸收光能效率的重要因素，又是光合性能中對產量形成影響最大、最為活躍而又最容易變動和控制的因素［13－14］。其值與光截獲量、消光系數等指標密切相關，LAI較高時，群體可以截獲較多的光能，從而有效地提高光能利用率，為實現高產奠定基礎。但當LAI過高時，會造成上部葉片遮蔭下部葉片，使下部葉片由于光照不足而導致葉片早衰，影響高產目標的實現［15］。

2.3 不同處理組合對玉米產量的影響

從表3可以看出，不同玉米品種間各經濟性狀除千粒重和行粒數外，都以A3最大，其中千粒重以A1最大，行粒數以A2最大，這些都與品種本身特性有關。但不同密度水平間玉米各經濟性狀隨著種植密度的增加，穗長、穗粗、行粒數、穗粒數和千粒重基本呈現出下降的趨勢，且差異顯著性增加，穗行數無明顯變化規律，且各密度水平下差異不明顯。但產量總體上并沒有隨密度的增加而減少，反而隨著密度的增加而增加，這是由于隨著密度的增加，群體有效穗數增多，通過影響穗粒數來影響產量。其中B1產量最低，B5產量最高，二者差異達極顯著水平，且B5與B2和B3產量差異也達極顯著水平。

表3 品種和密度兩因素玉米經濟性狀、產量和水分利用效率多重比較

不同品種間產量表現為中晚熟品種A2＞晚熟品種A3＞中熟品種A1，以中晚熟品種沈禾201產量最高，其產量比晚熟品種東單60增加9.46%，比中熟品種遼單33增加10.57%，且產量差異與遼單33達顯著水平，中熟品種遼單33和晚熟品種東單60產量差異不顯著，這與史振聲等［16］的研究結果基本吻合。各品種間水分利用效率以中晚熟品種沈禾201為最高，晚熟品種東單60最低。玉米各密度水平下的水分利用效率隨密度的增加而增加，其中B1最低，B6最高，二者差異達極顯著水平。

從表4可以看出，品種A1各密度水平以B6產量最高，其次是B5和B4，B6和B5間產量差異不顯著，但二者與B4產量差異顯著，較低密度B1、B2和B3間產量差異極顯著。品種A2各密度水平以B6產量最高，其次是B5和B4，三者之間產量差異不顯著，較低密度B1、B2和B3間產量差異極顯著。品種A3各密度水平以B3產量最高，其次是B5和B4，最高密度B6產量僅大于B1。B3與B1相比產量差異顯著，除B3外，其余各密度水平間產量差異不顯著。

表4 玉米不同處理組合產量比較

從圖6可以看出，遼單33和沈禾201的產量隨密度的變化趨勢一致，均隨種植密度的增加而增加。遼單33和沈禾201都在75 000株／hm2處產量達到一個相對大值。晚熟品種東單60的產量隨密度的增加先增加后降低。在37 500～52 500株／hm2種植密度間，產量隨種植密度的增加而增加，在52 500株／hm2處產量達到相對大值，而后隨密度的增加產量降低。

圖6 不同品種產量和種植密度的散點圖及趨勢線

綜合分析表4和圖6可以看出，各品種在6個密度水平下的產量：中熟品種和中晚熟品種相對適宜密度為60 000～75 000株／hm2之間，而晚熟品種東單60在微集雨種植條件下相對適宜密度較寬。晚熟品種東單60推薦種植密度為42 000～45 000株／hm2，即該品種比較適宜稀植，但在壟膜溝種微集雨種植條件下，較高密度下的產量與較低密度下的產量差異并不明顯，這可能是由于壟膜溝種微集雨種植有效改善了種植區土壤水、溫和養分狀況，即使種植密度增加，但由于生長環境條件得到改善，可以滿足高密度條件下玉米個體對營養的需求，即微集雨種植條件下，玉米可以適當增加種植密度。

3個供試玉米品種中，東單60和沈禾201都是遼寧省比較有代表性的晚熟品種和中晚熟品種，6個密度水平試驗結果表明，在較低密度下（密度≤52 500株／hm2），晚熟品種東單60的產量大于中晚熟品種沈禾201和中熟品種遼單33。當密度＞52 500株／hm2，晚熟品種東單60的產量在各密度水平下都低于沈禾201和遼單33，即與中晚熟品種沈禾201和中熟品種遼單33相比，晚熟品種東單60更適宜稀植，而中晚熟品種沈禾201在壟膜溝種微集雨種植條件下與其他兩個品種相比具有更大的增產潛力。對3個品種產量y（kg／hm2）與密度x（萬株／hm2）進行回歸擬合，可得以下3個二次曲線回歸方程：

對上述3個回歸方程分別求一階導數，并令其等于零，可得3個品種最高產量下的種植密度。

即3個品種壟膜溝種微集雨種植條件下最高產量下的種植密度分別為81 227株／hm2、84 714株／hm2和58 165株／hm2，中熟品種遼單33和中晚熟品種沈禾201的推薦種植密度分別為48 000～52 500株／hm2和52 500～60 000株／hm2之間，則二者最高產量的種植密度分別較推薦種植密度增加54.72%～69.22%和41.19%～61.36%；晚熟品種東單60推薦種植密度為42 000～45 000株／hm2，采用微集雨種植措施下其最高產量的種植密度比推薦密度增加了29.26%～38.49%。微集雨種植下3個品種最高產量下的種植密度都遠遠高于該品種的推薦種植密度，這是由于壟膜溝種微集雨種植，能有效地起到匯集天然降雨的作用，使降雨集中在溝內種植區，使有限的降雨集中作用，有效的滿足玉米對水分的需求。同時，壟上覆蓋地膜可有效抑制無效蒸發，在低溫季節可提高土壤溫度，進而促進玉米生長。即壟膜溝種微集雨種植條件下，為充分發揮該技術的增產潛力，玉米的種植密度要相應增加。

3 結論與討論

不同品種，不同種植密度對玉米株高、莖粗、棒三葉葉面積及LAI都有一定的影響。各品種間株高以晚熟品種東單60最高，中熟品種遼單33最低，二者株高差異達顯著水平。莖粗以遼單33最細，其值與沈禾201和東單60莖粗差異達顯著水平，沈禾201和東單60間莖粗差異不明顯。3個品種間棒三葉葉面積差異顯著，以遼單33最大，沈禾201最小。LAI以遼單33最大，沈禾201最小，二者差異達極顯著水平。

不同種植密度下，株高差異不明顯。但莖粗、棒三葉葉面積和LAI差異顯著，基本隨密度的增加，莖粗和棒三葉葉面積逐漸降低，LAI逐漸增加。較低密度B1和B2的莖粗與較高密度B5和B6的莖粗差異達極顯著水平。B1和B2的棒三葉葉面積與最高密度B6的葉面積差異達到了極顯著水平。較低密度B1和B2葉面積指數差異不明顯，但二者與B3、B4、B5和B6差異均極顯著。群體的LAI反映了葉片的漏光程度及光能的利用情況。隨著密度的增加，LAI逐漸增加，可截獲更多的光能，形成更多的干物質，這也是產量隨密度增加而增加的主要因素。但過高的LAI將會阻礙產量的進一步提高，這一點在東單60的產量變化上非常明顯。

同一品種不同種植密度對玉米經濟性狀的影響明顯，穗長、穗粗、行粒數、穗粒數、千粒重等性狀總體呈現出隨著種植密度的增加而逐漸下降的趨勢。壟膜溝種微集雨種植條件下，不同品種間以中晚熟品種沈禾201產量最高，中熟品種遼單33產量最低，二者差異達顯著水平。水分利用效率以沈禾201最高，東單60最低，二者差異不顯著。不同密度水平間，產量和水分利用效率總體隨著密度的增加呈增長的趨勢。其中B1產量和水分利用效率最低，B5產量最高，B6水分利用效率最高。

中熟品種遼單33和中晚熟品種沈禾201的推薦種植密度分別為48 000～52 500株／hm2和52 500～60 000株／hm2之間，微集雨種植下二者最高產量的種植密度分別較推薦種植密度增加54.72%～69.22%和41.19%～61.36%；晚熟品種東單60推薦種植密度為42 000～45 000株／hm2之間，采用微集雨種植其最高產量的種植密度比推薦密度增加29.26%～38.49%。遼單33和沈禾201都屬于緊湊型品種，適宜密植，因此在微集雨種植條件下，其高產密度遠遠高于其推薦密度。東單60屬于非緊湊型品種，不適宜密植。因此在微集雨種植條件下，其高產密度雖高于其推薦密度，但高出幅度遠低于緊湊型品種。

已有大量研究認為寬窄行種植可以克服密植帶來的植株間互相遮光不透氣的不良狀況，減輕倒伏，從而獲得增產［17］。在70cm和50cm行距下，玉米生育后期葉片具有較高的葉綠素含量，延緩了葉片的衰老，延長了葉片功能期，葉片光合速率高于其它處理，表現出明顯的增產優勢［12］。同時由于水、溫及營養條件的改善，滿足了高密種植條件下玉米個體對營養的需求。因此，壟膜溝種微集雨種植條件下，玉米的適宜種植密度要適當高于該品種的推薦密度，通過本文的研究初步認為高出幅度應在30%以上。同時微集雨種植條件下，3個供試品種以中晚熟品種沈禾201產量最高，其高產水平下的種植密度也最高。因此，在朝陽地區，要想充分發揮壟膜溝種微集雨種植技術的增產潛力，建議選用中晚熟株型緊湊品種進行合理密植。

該試驗密度因素共設6個水平，水平上限設置為75 000株／hm2，通過回歸分析得出沈禾201和遼單33最適種植密度均大于設計上限。因此，如果密度水平上限設置為90 000株／hm2，結果可能會更有說服力。本年度玉米生育期間降雨相對較多，屬于平水年，在豐水年或枯水年各密度水平下產量表現如何有待進一步研究。另外，不同處理組合玉米各項生理指標的測定及不同密度水平間的土壤水分變化狀況，也有待進一步研究。

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