不同行距配置方式對夏玉米冠層結構和群體抗性的影響

萇建峰　張海紅　李鴻萍　董朋飛　李潮海

河南農業大學農學院 / 河南糧食作物協同創新中心, 河南鄭州 450002

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不同行距配置方式對夏玉米冠層結構和群體抗性的影響

萇建峰張海紅李鴻萍董朋飛李潮海*

河南農業大學農學院 / 河南糧食作物協同創新中心, 河南鄭州 450002

摘要:為探究行距配置方式對冠層微氣象因子及群體抗逆性的影響, 明確夏玉米適宜的行距配置方式, 在方城和輝縣設置大田試驗, 以3個不同株高類型的玉米雜交種為材料(中稈品種鄭單958、高稈品種先玉335和矮稈品種512-4),設置2個種植密度(60 000株 hm–2和75 000株 hm–2), 研究了5種行距配置方式(50 cm、60 cm、70 cm、80 cm等行距和

80 cm+40 cm寬窄行)下冠層結構和群體抗逆性的變化。結果表明, 不同株高類型雜交種在相同密度下, 隨行距擴大,株型變得松散, 穗部葉片葉向值減小, 并偏離種植行, 向種植行垂直方向發展, 冠層溫濕度降低, 群體抗逆性增強,但冠層光照截獲率降低, 產量也隨之減少。對比發現, 不同品種和密度下, 60 cm等行距能夠較好地協調冠層微氣象因子與玉米產量的關系, 葉片分布適宜, 冠層溫濕度和光能分布合理, 顯著提高了中下部的光能截獲率, 病蟲害和倒伏的發生率較低, 獲得最高產量的頻率最高, 且適宜機械化田間作業, 建議作為適宜黃淮海地區推廣的種植方式。

關鍵詞:行距; 密度; 夏玉米; 小氣候; 抗逆性; 產量

本研究由國家現代農業產業技術體系建設專項(CARS-2-19)和國家公益性行業(農業)科研專項(HY201203100)資助。

This study was supported by the Special Program of Modern Agro-industry Technology System (CARS-2-19) and the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (HY201203100).

第一作者聯系方式: E-mail: chjfchina@163.com

玉米是我國第一大糧食作物, 黃淮海是我國玉米主產區之一, 以往人工收獲形成的多樣化種植方

式與目前主流玉米收割機行距要求矛盾突出, 嚴重制約該區玉米機械化收獲的推廣與發展[1]。發達國家農藝農機相配套、高產和資源高效利用同步的玉米生產技術對我國機械化的發展具有重要借鑒意義[2],我國玉米機械收獲采用的是對行原理, 需要推廣與之相適應的行距配置方式[3]。因此, 在黃淮海地區統一種植行距對玉米現代化生產有重要意義。

冠層結構是影響群體光合特性和微氣象因子的重要因素之一, 而種植方式是影響冠層結構的關鍵[4]。前人研究表明, 提高種植密度是增加玉米產量的有效途徑之一[5-6], 但隨密度的增加, 植株間相互遮擋,不利于冠層中下部葉片的光合作用, 冠層溫濕度增大,莖部結構發生變化, 群體抗逆性也隨之降低[5-10]。而在高密度下, 適當調節行距能夠有效改善群體形態和內部的光照、溫度、通風等小氣候環境[11-14], 緩解高密度造成的遮陰加重和抗逆性降低等影響, 為進一步提高產量奠定基礎[14-17]。前人就不同種植方式對冠層結構的影響做過較多研究, 但受自然環境和種植習慣等因素影響, 研究結果并不一致。楊吉順等[6]認為, 高密度下采用寬窄行種植方式能夠改善群體冠層結構, 提高群體光合特性; 萇建峰等[13]、楊利華等[18]、Maddonni等[19]認為, 等行距處理提高了群體的整齊度, 冠層分布合理, 微氣象因子適宜,有利于產量的提高。為此, 本研究選擇具有代表性的3個株高類型品種和2個種植密度, 從冠層結構、氣象因子以及群體抗性間的相互聯系, 研究適宜行距配置的增產機制, 以期為適應黃淮海地區玉米機械化生產合理行距的確定提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料與設計

2013—2014年在河南省方城縣趙河鎮和新鄉市農業科學院輝縣試驗基地同時試驗。根據2013年測定結果, 方城試驗地土壤為沙姜黑土, 質地偏黏, 0～20 cm土壤含有機質12.8 g kg–1、全氮0.97 g kg–1、速效磷10.2 mg kg–1、速效鉀186.3 mg kg–1; 輝縣試驗地土壤為潮土, 0～20 cm土壤含有機質10.5 g kg–1、全氮0.83 g kg–1、速效磷13.3 mg kg–1、速效鉀177.4 mg kg–1。

2013年和2014年在方城試驗點和2013年輝縣試驗點選用高稈品種先玉335 (XY335, 株高280 cm)、中稈品種鄭單958 (ZD958, 株高243 cm)和矮稈品種512-4 (512-4, 株高217 cm); 2014年在輝縣試驗點選用先玉335、鄭單958和新單65 (XD65, 株高237 cm)。

試驗采用三因素裂區設計。主因素為3個不同株高玉米品種, 副因素為5種行距處理, 即50 cm、60 cm、70 cm、80 cm等行距和80 cm+40 cm寬窄行;副副因素為2個種植密度, 即60 000株 hm–2和75 000株 hm–2, 共30個處理。每個處理種植6行,行長6 m, 3次重復。試驗地前茬均為小麥。2013年6月15日和2014年6月11日播種。田間管理同一般高產田。

1.2測定項目與方法

1.2.1冠層小氣候于灌漿期晴朗無風的上午9:00—11:00用美國TEL公司研制的Telaire-7001紅外CO2測定儀, 測定冠層中部的田間CO2濃度、溫度和田間相對濕度, 采用AGPOGEE公司研制的MQ-303線性光量子計在行間測定雄穗頂部(上部)、穗位葉(中部)和底部最后一片綠葉處(下部)太陽輻射量。

1.2.2葉向值和空間分布灌漿期從各小區選取5株長勢一致、葉片無病斑和破損的代表性植株, 利用量角器和直尺測定穗位葉及其上下各3片葉與莖稈夾角、葉片長度和葉基到最高點距離。用量角器量取穗位葉及其上下各3片葉, 共7片葉在水平面的投影法線與種植行的夾角(大小范圍為0～90°)。葉向值(LOV)采用下式計算[20]:

式中, A為葉片與水平面夾角; Lt為葉片長度; Ls為葉基到最高點距離; n為測定葉片數。

1.2.3群體病蟲害和倒伏率在灌漿期調查每小區所有發生病害和蟲害的植株數。于成熟期調查每小區青枯病和倒伏株數。

1.2.4計產從每小區收獲中間2行果穗, 脫粒后稱重計產, 以14％籽粒含水量計算產量。

1.2.5數據處理本文主要采用2013—2014年方城試驗基地試驗數據。利用DPS 7.05對試驗數據進行差異顯著性檢驗(LSD法)。

2　結果與分析

2.1行距配置方式對玉米冠層結構的影響

相同密度下, 葉向值隨行距的擴大逐漸減小,其中以50 cm等行距處理的葉向值最大, 與60 cm等行距處理差異不顯著, 而顯著高于80 cm行距處理(表1)。

葉片在水平面投影與種植行的夾角, 反映了葉

片在空間上偏離種植行的程度, 夾角越大, 表明葉片越偏離種植行, 越接近與種植行垂直。對穗位附近葉片的空間分布分析發現(表2), 在2個密度條件下, 隨行距的擴大, 葉片與種植行的夾角逐漸變大,葉片向行間偏離增大, 其中以80 cm等行距處理的夾角最大, 且顯著高于60 cm和70 cm行距處理, 比50 cm、60 cm和70 cm等行距和80 cm+40 cm寬窄行處理分別高25.78％、14.73％、4.94％和7.33％。

表1　行距配置方式對玉米葉向值(LOV)的影響Table 1　Effects of different row spaces on LOV

表2　行距配置方式對玉米葉片水平面法線與種植行夾角的影響Table 2　Effects of different row spaces on horizontal blade angle normal with planting row (°)

2.2行距配置方式對玉米群體光能分布與截獲的影響

相同密度條件下, 隨行距擴大, 行間透光性增大, 冠層光能截獲率顯著降低。70 cm行距處理有最高的中下部光能截獲率, 與60 cm行距處理差異不顯著, 而與其他處理差異顯著, 平均比50 cm、60 cm、80 cm等行距和80 cm+40 cm寬窄行處理分別高12.12％、1.65％、26.67％和13.72％ (表3)。

2.3行距配置方式對玉米冠層小氣候的影響

相同密度條件下, 冠層CO2濃度表現為隨行距的擴大而升高, 但處理間差異不顯著; 溫、濕度隨行距擴大而降低, 50 cm等行距處理的溫、濕度最高,溫度與其他處理差異不顯著, 而濕度顯著高于80 cm行距處理, 與其他處理差異不顯著(表4)。

2.4不同行距配置方式對玉米群體抗性的影響

2014年試驗地病蟲害較嚴重, 相同行距配置下,不同株高類型品種在高密度下群體病蟲害和倒伏發生率高于低密度處理(表5)。3個株高類型品種在相同密度下, 隨行距擴大, 蟲害株率和病株率降低,其中以50 cm等行距處理的蟲害株率最高, 顯著高于除寬窄行處理外的其他行距處理; 50 cm等行距處理的病株率最高, 顯著高于其他行距處理。

相同行距配置下, 不同株高類型品種在兩個密度下的青枯病株率和倒伏率差異顯著, 3個株高類型品種在相同密度下, 隨行距擴大青枯病株率和倒伏率呈降低趨勢, 其中50 cm等行距處理的青枯病株率和倒伏率顯著高于其他行距處理。

表3　行距配置方式對玉米灌漿期冠層光能分布的影響Table 3　Effects of different row spaces on canopy light distribution at filling stage

表4　行距配置方式對玉米冠層小氣候的影響Table 4　Effects of different row spaces on the canopy microclimate

表5　行距配置方式對玉米群體抗逆性的影響(方城, 2014)Table 5　Effects of different row spaces on stress resistance of corn population (Fangcheng, 2014)

2.5行距配置方式對玉米產量的影響

對不同處理產量比較發現(表6), 不同試驗點和年份中, 3個品種在2個種植密度下, 獲得較高產量的行距配置方式并不一致。高稈品種先玉335, 在2個密度下, 以60 cm、70 cm行距產量較高, 且多數以60 cm產量最高, 二者差異不顯著, 但在有些年份或有些點與其他處理產量差異顯著。中稈品種鄭單958, 低密度下, 方城點2013年以70 cm行距產量顯著高于其他行距處理, 2014年以60 cm行距產量顯著高于其他行距處理; 輝縣點兩年均以60 cm行距產量最高, 且均顯著高于80 cm行距處理。高密度下兩試驗點兩年間均以60 cm等行距處理的產量最高, 且均顯著高于80 cm行距處理。

矮稈品種512-4在低密度下, 兩試驗點均以60 cm行距處理產量最高, 方城點兩年均顯著高于80 cm行距處理, 輝縣點顯著高于50 cm等行距和寬窄行處理。高密度下, 方城點兩年均以60 cm行距產量最高, 輝縣點以50 cm行距產量最高, 且均顯著高于80 cm行距產量。

新單65, 低密度下以50 cm行距產量最高, 且顯著高于80 cm行距, 而與其他行距處理差異不顯著; 高密度下以60 cm行距產量最高, 50 cm行距產量差異不顯著, 而與其他行距產量差異顯著。

兩個密度條件下兩試驗點兩年間, 高稈品種先玉335共有4次以60 cm行距產量最高, 共有3次以70 cm行距產量最高; 中稈品種鄭單958共有7次以60 cm行距產量最高。兩個密度條件下方城點兩年和輝縣點2013年間, 矮稈品種512-4共有5次以60 cm行距產量最高。新單65雖然低密度下以50 cm行距產量最高, 但高密度下以60 cm行距產量最高, 而不同密度下60 cm與50 cm行距間產量差異均不顯著。

3　討論

田間行距配置方式能夠通過調節冠層形態結構和資源利用影響作物產量的形成[9,13]。前人研究表明, 在密度一定情況下, 窄行距能夠通過增加冠層光能

截獲提高產量[9], 而行距過窄, 植株間光能和養分資源競爭加劇, 不利于產量的提高[21]。本研究表明,不同株高類型品種在兩個密度條件下, 獲得最高產量的行距配置方式并不一致。低密度下, 先玉335和鄭單958以70 cm行距處理產量最高, 但與60 cm行距產量差異不顯著, 512-4和新單65均在60 cm等行距處理時有相對較高的籽粒產量; 而在高密度下, 3個品種均以60 cm 等行距處理產量最高。同時, 3個株高類型品種在不同密度下, 60 cm等行距處理產量均高于80 cm+40 cm寬窄行產量。總體來看, 60 cm等行距處理能夠兼顧不同株高類型品種和種植密度而獲得較高的籽粒產量。

表6　行距配置方式對玉米產量的影響Table 6　Effects of different row spaces on yield (t hm–2)

玉米具有一定的自我調節能力, 生長空間的改變能引起植株形態結構的相應變化, 充分利用有限資源維持機體正常生長發育[18,22]。作物的形態結構在很大程度上決定了作物的競爭能力和資源獲取強度, 尤其穗部葉片的生長與形態[6]。本研究結果表明,玉米對生長空間具有一定的適應性, 并能根據生長空間的變化調節植株形態, 在密度一定時, 隨行距的擴大, 株間生長空間變小, 以維持自身的生長發育, 充分利用行間光能資源, 葉片空間分布向行間延伸增多[16,23], 此種調節雖然有利于增多光能截獲,但株型變得松散, 不利于群體提高耐密性, 50～60 cm窄行距處理的株間競爭較小, 株型緊湊, 有利于群體耐密性的提高。

群體結構是影響冠層光能分布和小氣候的重要因素。前人研究表明, 冠層光能截獲率與產量呈顯著正相關, 尤其中下部冠層葉片受光情況顯著影響產量的提高[24-25]。在密度一定時, 窄行距可增加不同冠層的光能截獲來提高產量, 而寬行距處理葉片

雖向行間偏離, 但不足以覆蓋過寬的行距空間, 不利于光能資源的利用[21]。本研究表明, 高密度下, 適當擴大種植行距有利于降低冠層溫濕度, 但不同行距處理間, CO2濃度和溫濕度差異不顯著; 80 cm寬行距和80 cm+40 cm寬窄行處理行間漏光嚴重, 造成光能資源的浪費[13,17], 50 cm窄行距處理, 由于葉片間互相遮擋, 冠層中上部光能截獲量過高, 不利于中下部葉片光合作用的正常進行, 而60～70 cm等行距處理穗部葉片具有合理的空間分布, 中下部冠層光能截獲率相對較高, 有利于群體光能利用的提高。

玉米是對外界生態環境反應比較敏感的作物,黃淮海夏玉米生產季節大小斑病、青枯病、玉米螟、蚜蟲等病蟲害時有發生, 對玉米生產造成很大影響。在提高密度的情況下, 田間郁蔽, 促進各種病蟲害的發生, 降低玉米光合作用效率, 阻礙了光合產物向根部的運輸, 加劇植株倒伏, 甚至死亡, 嚴重影響產量的形成[26-27], 而適宜的行株距配置能夠改善群體生態環境和抗逆性從而有利于高產的獲得[22,28-29]。前人研究表明, 在高密度條件下, 窄行距配置方式田間郁蔽, 倒伏加劇[25], 但能有效抑制田間雜草的發生[26]。本研究結果表明, 隨密度增大, 病蟲害和倒伏發生率顯著升高, 在密度一定時, 50 cm窄行距處理中下部冠層郁閉, 病蟲害和倒伏發生嚴重, 60～80 cm行距和寬窄行處理適當擴大了種植行距, 冠層通風透光良好, 溫濕度降低, 有效地減輕了群體病蟲害的發生機率。

玉米生長空間的變化能夠引起植株形態和群體生理生態等發生相應的改變[5,11,13]。本研究結果表明,不同株高類型品種和密度下, 雖然80 cm寬行距和80 cm+40 cm寬窄行處理的群體病蟲害和倒伏發生率較低, 但行間漏光嚴重, 光能分布不合理, 群體產量較低, 且80 cm+40 cm寬窄行與我國機械收獲的對行原理不一致, 不利于機械化收獲的推廣[3]; 50 cm窄行距處理主要依靠中上部葉片截獲光資源,而中下部冠層郁閉, 病蟲害和倒伏嚴重, 不利于光合作用和產量的提高[19]; 60 cm和70 cm行距配置方式冠層結構和光能分布較為合理, 群體病蟲害發生率相對較低, 但綜合來看, 60 cm等行距處理獲得最高籽粒產量的次數最多。

4　結論

60 cm等行距能夠兼顧不同株高類型品種和密度, 合理調整冠層結構, 保持適宜的溫濕度和透光性, 充分協調群體和個體的發展, 有效降低了病蟲害發生率, 促進產量的提高。結合高產穩產、光溫資源利用和田間機械化管理等因素, 建議以60 cm等行距作為黃淮海地區夏玉米生產的適宜行距配置方式推廣應用。

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URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150914.0855.004.html

Effects of Different Row Spaces on Canopy Structure and Resistance of Summer Maize

CHANG Jian-Feng, ZHANG Hai-Hong, LI Hong-Ping, DONG Peng-Fei, and LI Chao-Hai*
College of Agronomy, Henan Agricultural University / Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops, Zhengzhou 450002, China

Abstract:In order to explore the effects of row spacing on canopy structure and stress resistance, and identify the appropriate row spacing suitable for the development of agricultural mechanization, field experiments were conducted at Fangcheng and Huixian, using three types of maize hybrids (Xianyu 335 is a high plant, Zhengdan 958 is a middle high plant, and 512-4 is a dwarf) with two plant population densities (60 000 and 75 000 plant ha–1) and five row spaces (50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, and 80 cm+40 cm). The results showed that, for treatments with equal rows spacing under the same plant density, with the increasing of row spaces, different hybrids had a leave type and decreased leaf orientation value (LOV), their growth deviated from the plant rows, and trend to perpendicular to row; canopy temperature and humidity decreased, light interception and yield were reduced as well, while resistance to disease and insect was improved. The treatments with 60 cm row spacing can reasonably coordinate the relationship between the canopy microenvironment and yield, resulting in appropriate distribution of canopy leaves, suitable canopy temperature and humidity, maize light interception, especially, with the high light interception rate in the lower part of the canopy, and the significantly increased resistance to stresses, different hybrids with two densities got highest yield frequently in treatments with 60 cm of row spacing regardless of the varieties with different plant heights at planting densities, which so suitable for mechanical farming and field management. Therefore, we suggest that 60 cm is the optimal row spacing for summer corn in the Yellow-Huaihe-Haihe Rivers Region.

Keywords:Row spacing; Density; Summer maize; Microclimate; Stress resistance; Yield

收稿日期Received(): 2015-03-23; Accepted(接受日期): 2015-09-06; Published online(網絡出版日期): 2015-09-14.

通訊作者*(Corresponding author): 李潮海, E-mail: lichaohai2005@163.com, Tel: 0371-63555629

DOI:10.3724/SP.J.1006.2016.00104