不同肥力和種植密度對黑龍江省中西部地區玉米光合特性及產量的影響

王忠孝　魏金鵬　楊克軍

摘要 [目的]以德美亞1號為材料，研究施肥水平和種植密度對黑龍江省中西部高寒地區玉米光合特性和產量性狀的影響。[方法]施肥量設3個水平，種植密度設4個水平。[結果]不同肥力密度組合能夠有效調控玉米的光合特性和產量相關性狀。適當的肥料供給（純N 150 kg/hm2，P2O5 90 kg/hm2，K2O 100 kg/hm2）能提高玉米植株的總光合勢及葉綠素含量，最終有助于產量的增加。另外，當種植密度穩定在9萬株/hm2時，玉米的光合速率高于其他種植密度條件的玉米，因此達到了較好的產量效果。[結論]玉米種植密度為9萬株/hm2且肥力水平為純N 150 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 100 kg/hm2時玉米相對產量最高，可作為目前黑龍江省中西部高寒地區玉米種植較適宜的肥力和密度條件。

關鍵詞 種植密度；肥力；玉米；產量

中圖分類號 S506.2 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）08-02225-03

Effects of Different Fertilization and Planting Density on the Photosynthetic Characteristics and Yield of Corn in the Midwest of Heilongjiang Province

WANG Zhongxiao， YANG Kejun et al

（Beian Construction Farm of Heilongjiang Province， Beian， Heilongjing 164035； Key Lab of Crop Germplasm Improvement and Cultivation in Cold Regions， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing， Heilongjiang 163319）

Abstract [Objective] Effects of different fertilization and density on the photosynthetic characteristics and yield of corn in the Midwest of Heilongjiang Province was studied with the variety of Demeiya No.1 as material. [Method] Three levels of fertilizer and four levels of planting density were adopted. [Result] The results showed that photosynthetic characteristics and yieldrelated traits of corn could be regulated effectively by treatments of different fertilization and density. Appropriate supply of fertilizer （Pure N 150 kg/hm2， P2O5 90 kg/hm2， K2O 100 kg/hm2） could increase photosynthetic potential and total chlorophyll content， and ultimately increase the production of corn. In addition， compared to the other planting densities， photosynthetic rate of maize were all higher at the planting density of 90 000/hm2 and achieve the better yield. [Conclusion] The relative yield of corn is the highest under the condition of corn planting density 90 000/hm2， fertility level pure N 150 kg/hm2， P2O5 90 kg/hm2， K2O 100 kg/hm2， which is uitable for corn planting in the Midwest cold regions of Heilongjiang Province currently.

Key words Density； Fertility； Corn； Yield

玉米作為世界三大糧食作物，2011年在我國的種植面積已達2 735萬hm2，而近幾年國內玉米種植面積逐年增加[1]。農業部的調研表明，預計2014年玉米的秋糧意向面積比上年增加1.22%，玉米種植面積估計約為3 460萬hm2。其中東北地區作為重要的商品糧生產基地，更是我國玉米的主產區，近幾年的玉米種植面積和產量比例均已明顯超過其他糧食作物。但是由于玉米產量和耕地面積的限制，目前玉米生產量仍無法滿足實際需求。因此，努力提高單位面積玉米生產效率、增加玉米產量對黑龍江省乃至全國的糧食安全均具有重要的理論和現實意義。

由于溫濕度、無霜期等自然條件的限制，我國黑龍江省中西部高寒地區的玉米種植區主栽品種的選擇范圍較小，通過主栽品種的選擇提高玉米產量的可行性相對較小。因此，通過種植密度和施肥水平等栽培管理措施調控光、肥、水、溫等諸多環境因子，從而影響玉米群體產量形成的相關因素，可促進玉米的增產增收，具有必不可少的重要作用。為此，筆者以德美亞1號為材料，研究篩選提高黑龍江省中西部高寒地區的玉米產量的種植密度及肥料施用量，以期為該省的玉米產業發展提供理論和實踐的指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于黑龍江省北安管理局建設農場，地理坐標為126°59′～127°27′ E、47°46′～48°03′ N，地處小興安嶺南麓，屬山區與平原接壤地帶。土質為在黑土和草甸土，土壤有機質含量65 g/kg，全氮含量2～4 g/kg，全磷含量4～6 g/kg，速效氮含量58～67 mg/kg，速效磷含量49～96 mg/kg，速效鉀含量120～180 mg/kg，pH 5.9～6.0。

1.2 供試材料和試驗設計

供試材料為當地主栽品種德美亞1號。試驗采用二因素裂區設計，主因素為施肥量，設3個水平：F1（純N 120 kg/hm2，P2O5 50 kg/hm2，K2O 50 kg/hm2）、F2（純N 150 kg/hm2，P2O5 90 kg/hm2，K2O 100 kg/hm2）、F3（純N 180 kg/hm2，P2O5 130 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2）。副因素為種植密度，設4個水平：M1（7萬株/hm2）、M2（8萬株/hm2）、M3（9萬株/hm2）、M4（10萬株/hm2）。共12個肥密處理，每個處理重復3次。每個處理中所有磷鉀肥以及30%的氮肥作為種肥施入，剩余70%的氮肥作為追肥于拔節期施入。所有處理于5月14日一次性播種完畢，其他管理同大田生產。

1.3 測定項目及方法

于出苗期、拔節期、吐絲期、成熟期進行田間取樣，每小區取植株5株，測定葉面積、葉綠素含量等。葉面積（LA）用長寬系數法測定； 葉面積指數（LAI）參照葉面積系數測定法[2]；光合勢通過公式測得，即LAD= （LA2+LA1）/2×（t2-t1），LA1、LA2分別為測定時間t1、t2時單位土地面積上的葉面積（m2/m2）。光合速率采用LI6200型紅外CO2氣體分析系統直接測定，分別在晴天10：00開始測量，吐絲前選取植株最上一片展開葉的中部，吐絲后選取穗位葉中部，每小區選有代表性的3片葉片進行測量。葉綠素含量采用Aroen丙酮提取，SHIMADZU UV160U型分光光度計比色法測定，吐絲前選取功能葉，吐絲后選取穗位葉，每小區選有代表性植株3～5株進行測量[3]。每小區收獲去除邊行以外的全部果穗，按平均穗重取10穗，考察單穗重、穗粒數、百粒重、單穗粒數，以考種數據與大田測產數據相結合，按照子粒含水量為14%計算子粒產量。

1.4 數據分析

數據整理和統計分析通過DPS軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 不同肥力和種植密度對玉米群體光合特性的影響

2.1.1

對玉米群體葉面積指數的影響。葉面積指數是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數，是一個反映植物群體生長狀況的重要指標，其大小直接與最終產量的高低密切相關。葉面積指數一方面反映了光熱資源的利用情況，另一方面也在一定程度上反映了玉米葉片間的遮蔽程度及植株間通風透光條件情況。由圖1可知，各時期中均以F3M4（純N 180 kg/hm2，P2O5 130 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2；10萬株/hm2）處理的葉面積指數最大，同一種植密度時，葉面積指數隨種植著肥力水平的增大而增加。相同的肥力水平時，葉面積指數隨種植密度增大而增大，呈“S”型曲線，拔節期前呈緩慢增長狀態，拔節期后葉面積指數迅速增大，到吐絲期后又開始緩慢下降。生育前期，不同種植密度、肥力處理間的葉面積指數差異不顯著，葉面積指數隨著時間的推移處理間差異逐漸變大。

圖1 不同肥力和種植密度對玉米群體葉面積指數的影響

2.1.2

對玉米群體光合勢的影響。由表1可知，在該試驗的玉米生長發育過程中，光合勢隨植株生長呈逐步增加狀態。在生育前期，F3M4（純N 180 kg/hm2，P2O5 130 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2；10萬株/hm2）處理的光合勢最高，F1M1光合勢最低，二者差異達到顯著水平；而在生育后期，F2M4光合勢最高，F1M1光合勢仍然最低，二者差異顯著。在吐絲期前，同一肥力條件下，光合勢隨著玉米種植密度的增加而增大，由于苗期和拔節期玉米的葉面積較小， 各種植密度間玉米群體間光合勢相差不大；吐絲期后，隨著生長發育的加速， 玉米葉面積不斷增加，不同種植密度間玉米群體光合勢差異較大。在吐絲～成熟期，玉米不同肥力水平在種植密度為9萬株/hm2（M3）時的光合勢最高。同一種植密度下，在吐絲期前，玉米光合勢隨著肥力的增加而增加，在吐絲期后，F2處理的光合勢最高。F2M4的總光合勢最高。

2.1.3

對玉米光合速率的影響。光合速率是以單位時間、單位葉面積所吸收的CO2或釋放的O2量或是積累的干物質量來表示，反映了光合作用的強弱，是一個在光合作用不受光能供應限制情況下表明光合效率的重要指標。在其他條件都相同的情況下，光合速率高，則其光能利用率，相應的玉米產量高。由圖2可知，玉米生長發育各時期的光合速率最高值均出現在F3M3組合。F1肥力水平下，玉米拔節期光合速率最高，F2和F3肥力水平下，玉米吐絲期的光合速率最高。同一種植密度條件下，玉米光合速率隨著肥力水平的提高而增大；同一肥力水平下，玉米光合速率隨著種植密度的增加也呈現出上升的趨勢，但在試驗設置的最大種植密度M4水平時，光合速率略有下降。所有處理在吐絲期前玉米的光合速率均呈現升高狀態，吐絲期后玉米進入成熟期，其光合速率開始下降，且下降速度很快，這與植株衰老、葉片黃化有關。

圖2 不同肥力和種植密度對玉米光合速率的影響

2.1.4

對玉米葉綠素含量的影響。葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，屬于一類含脂的色素家族。作為光合色素中重要的色素分子，參與了捕光色素復合體的形成及光能電子傳遞和反應中心的建成，是進行光能轉化和碳水化合物形成必不可少的因素之一，在光合作用的光吸收中起著至關重要的作用。由圖3可知，吐絲期前，葉綠素的含量隨玉米的生長發育而增加，拔節期后增加速度明顯加快，吐絲期后葉綠素含量開始減少，且下降較迅速。在出苗期和拔節期，F2M4處理的葉綠素含量最高，在生長后期F2M1的含量最高。在肥力水平一定的情況下，當玉米的營養生長進入后期或生殖生長階段時，單位面積玉米植株相對較少的群體通風透光性較好，有利于玉米的葉綠素分子形成和更新，葉綠素含量相應增多，因而，拔節期后葉綠素含量隨著種植密度的增加而減少。而同一種植密度條件下，中等肥力水平F2的玉米葉綠素含量最高。

圖3 不同肥力和種植密度對玉米葉綠素含量的影響

2.2 不同肥力和種植密度對玉米產量及相關性狀的影響

由表2可知，玉米單穗重、穗粒數、百粒重隨種植密度的增大而呈現出降低的趨勢。不同的肥力水平處理對玉米產量相關性狀未產生顯著的影響。其中F2M3組合的玉米產量最高，并且與F1M1、F2M1、F3M1、F3M2、F3M4處理差異顯著，其他處理間差異不顯著。這表明適當的肥料供給能促進玉米植株有機物的積累，保證生命活動的正常進行，最終有助于產量的提高。另外，當玉米的種植密度穩定在9萬株/hm2時，能達到最好的產量效果。種植密度過低時，單株生長狀態較好，但群體的光能利用率較低，群體增產潛力有限；而種植密度過高時，玉米生長后期存在著植株間的營養及光能競爭，從而影響玉米群體的光合產物積累，導致產量降低。

3 結論與討論

3.1 討論

3.1.1

不同肥力和種植密度對玉米群體光合特性的影響。該研究結果表明，F3M3處理的光合速率最高； F3M4處理的葉面積指數最大；F2M4處理的總光合勢最高；生長前期F2M4處理的葉綠素含量最高。從M4處理的研究結果中可知，在肥力水平達中等及以上的情況下，種植密度為10萬株/hm2（M4）的條件下玉米群體的葉面積指數、總光合勢以及生長前期的葉綠素含量均為最高，但光合速率及產量最高的玉米種植密度為9萬株/hm2（M3）。這說明種植密度低的條件下，玉米群體缺乏充足的綠葉葉面積吸收太陽光能，進行光合作用及合成有機產物，造成了光熱資源利用率低；而種植密度過高，盡管群體總光合勢較高，但植株間互相遮擋，生長競爭激烈，影響了單株的光合產物合成，同時產量也受到一定影響。前人研究也表明，適宜的葉面積系數能夠保證光熱資源的有效利用，同時也避免了玉米葉片間、植株間的相互遮蔽，創造一個通風透光性好的群體環境，有利于光合作用的進行、有機產物的合成與積累以及產量的形成[4-5]。因此，較為適宜的玉米葉面積系數的田間表現是繁茂而不是遮蔽。

光合勢反映了玉米單位綠色葉面積發揮光合功能大小，在一定的時間范圍內，光合勢越大，玉米群體的光合作用時間就越長，越有利于產量潛力的發揮[6]。已有研究發現，玉米的光合勢隨密度的增加呈增高的趨勢，但密度過高生育后期易發生早衰[7]，不利于吐絲后產量的形成。這也解釋了該試驗的研究結果，總光合勢最高的種植密度為10萬株/hm2（M4），而產量最高的玉米種植密度為9萬株/hm2（M3）。

另外，玉米生長發育各時期的光合速率最高值均出現在F3M3組合，說明同一密度條件下，玉米光合速率隨著肥力水平的提高而增大，這與前人的研究結果相一致[8]。施肥水平高的處理后期葉片光合功能強，有利于光合產物的積累以及產量的形成[9]。在同一肥力水平下，玉米光合速率隨著密度的增加也呈現出上升的趨勢，但在試驗設置的最大種植密度M4水平時，光合速率略有下降，這可能與植株間光能的互相競爭有關，具體的機理尚有待于深入探究。

42卷8期 王忠孝等 不同肥力和種植密度對黑龍江省中西部地區玉米光合特性及產量的影響

3.1.2

不同肥力和種植密度對玉米產量及相關性狀的影響。該研究發現，適當的肥料供給能提高玉米植株的總光合勢及葉綠素含量，最終有助于產量及其相關性狀的增加。當玉米的種植密度穩定在9萬株/hm2（M3）時，玉米的光合速率高于其他種植密度條件的玉米，因此達到了最好的產量效果。當種植密度過低時，玉米單株的生長狀態較好，但群體的光能利用率較低，產量的增加潛力受到限制；而玉米生長后期種植密度過高時，植株間存在著嚴重的水分、營養及光能競爭，從而影響玉米群體的光合產物積累，致使玉米單穗粒重、穗粒數、百粒重都隨種植密度的增大而減小，最終導致產量下降。該結果與前人很多研究結果相一致。例如，靳巧玲等關于玉米品種鄭單958的高密度栽培的相關研究結果表明，種植密度超過一定范圍后，群體對單株的影響表現為由增加轉為減少[10-11]。但玉米產量是由基因遺傳、栽培管理、環境條件等多種因素共同作用的結果，各個因素之間還存在著復雜的相互影響和制約[12]，種植密度及肥力水平也是其中的一部分因素，其具體的影響作用機理還有待于進一步探究。

3.2 結論

不同的肥力密度組合均能夠有效地調控玉米的