高密度條件下行距配置對春玉米光合特性及產量的影響

劉永忠，李萬星，曹晉軍，靳鯤鵬

(山西省農業科學院 谷子研究所，山西 長治 046011)

高密度條件下行距配置對春玉米光合特性及產量的影響

劉永忠，李萬星，曹晉軍，靳鯤鵬

(山西省農業科學院 谷子研究所，山西 長治 046011)

為探明在9.0萬株/hm2高密度種植條件下旱地春玉米最佳的株行距配置，采用隨機區組設計，12個處理(DH1.等行距40.0 cm，DH2.等行距50.0 cm，DH3.等行距60.0 cm，DH4.等行距70.0 cm，DH5.等行距80.0 cm，DH6.等行距90.0 cm，KH1.寬窄行(53.3 cm+26.7 cm)，KH2.寬窄行(66.7 cm+33.3 cm)，KH3.寬窄行(80.0 cm+40.0 cm)，KH4.寬窄行(93.3 cm+46.7 cm)，KH5.寬窄行(106.7 cm+53.3 cm)，KH6.寬窄行(120.0 cm+60.0 cm))。3次重復，研究了行距配置對鄭單958在旱地春播情況下產量和群體光合特性的影響。結果表明，隨著行距的縮小，穗位葉SPAD值、穗位葉凈光合速率、葉面積指數(LAI)、PAR截獲率、單株干物質積累量、籽粒產量均提高；其中，50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置2年平均籽粒產量較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均產量提高24.3%，除2013年DH6處理產量顯著高于KH6處理外，其余等行距處理和寬窄行處理之間產量無顯著性差異。高密度條件下山西省春玉米最佳行距配置為50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm。

玉米；高密度；行距配置；產量

諸多研究表明，增加密度、合理密植是今后玉米高產、超高產栽培的發展方向，密度高低是能否實現玉米高產的決定因素之一[1-4]。但隨著種植密度的不斷提高，植株之間相互遮陰，群體郁閉，通風透光條件變差；高密度種植條件下，功能葉片葉綠素含量、光合速率也隨之降低[5-6]。

株行距配置對于調節群體結構具有重要意義，合理的株行距可以改善冠層內的光照、溫度、濕度和CO2等微環境，可以較好地協調微氣象因子與玉米產量的關系[7]。Dale[8]通過試驗研究得出，玉米在76 cm行距下比38 cm行距產量高；Luis等[9]在7.5萬株/hm2條件下試驗，結果表明，50 cm行距較75，100 cm行距增產。鄒淑芳等[10]通過對4種株行距配置比較試驗后得出，最大和最小行距產量較高、而中間行距產量最低的現象；楊利華等[11]研究認為，較高密度條件下縮小行距提高了株高的整齊度和千粒質量，有利于產量的提高；李猛等[12]通過研究發現，寬窄行不利于耐密品種鄭單958獲得高產；楊吉順等[13]、馬磊磊等[14]研究認為，高密度下采用寬窄行種植方式較等行距顯著增產。可以看到，國內外關于株行距配置的研究很多，得出的結論存在較大差異，但旱地春玉米在高密度條件下，如何確定合理行距配置鮮有報道。

本研究選擇鄭單958適宜當地的9.0萬株/hm2高密度條件[15]，且設置了較多株行距處理，從葉綠素、光合速率、葉面積指數、PAR截獲率、農藝性狀及產量等方面進行研究，以期探明高密度條件下春玉米最佳的株行距配置，為提高旱地玉米單產、保障國家糧食安全提供理論和技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013-2014年在山西省農業科學院谷子研究所試驗基地進行。試驗地為壤土，0～40 cm土層內的有機質含量為20.9 g/kg，全氮1.28 g/kg，堿解氮53.29 mg/kg，速效磷14.22 mg/kg，速效鉀201.33 mg/kg。2013年生育期降雨量523.7 mm，2014年生育期降雨量360.0 mm，2年生育期內均無灌溉。

1.2 試驗材料

供試品種為鄭單958，密度為9.0萬株/hm2。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，12個處理： DH1.等行距40.0 cm，DH2.等行距50.0 cm，DH3.等行距60.0 cm， DH4.等行距70.0 cm，DH5.等行距80.0 cm，DH6.等行距90.0 cm， KH1.寬窄行(53.3 cm+26.7 cm)，KH2.寬窄行(66.7 cm+33.3 cm)，KH3.寬窄行(80.0 cm+40.0 cm)，KH4.寬窄行(93.3 cm+46.7 cm)，KH5.寬窄行(106.7 cm+53.3 cm)，KH6.寬窄行(120.0 cm+60.0 cm)。每處理寬8.0 m，行長5.5 m。3次重復。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 穗位葉葉綠素含量 采用SPAD-502型葉綠素測定儀(Konica Minolta，日本)分別于開花期、灌漿期、乳熟期、蠟熟期、完熟期測定穗位葉SPAD值，每處理測定5 株，取其均值作為各處理SPAD值。

1.4.2 穗位葉凈光合速率 用CIRAS-2便攜式光合測定系統分別于開花期、灌漿期、乳熟期、蠟熟期、完熟期的晴天10：00-12：00時進行測定。光強、CO2濃度和葉溫分別控制在1 200 μmol/(m2·s)，400 μmol/mol 和30 ℃。每次選取5個葉片，選擇健康葉片中部的相同部位測定，結果取平均值。

1.4.3 葉面積指數(LAI)于苗期、拔節期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期、成熟期進行測定，測定時選擇生長發育一致、葉片無病斑和破損的植株，重復 3次。

LAI=單株葉面積×單位土地面積內株數/單位土地面積；單葉葉面積=長×寬×0.75。

1.4.4 PAR截獲率 于灌漿期選擇晴天無云天氣，于 9：00-11：00采用 SunScan冠層分析儀(Delta，UK)進行測定。在行間按對角線方式，寬窄行分別測定，其結果取平均值。分 2 層測量，即下層(地面30 cm)和穗位葉層(穗位葉及其上下葉)。

1.4.5 干物質積累量于苗期、拔節期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期、成熟期，選擇生長發育一致、葉片無病斑和破損的植株，測定地上部干物重，測定方法為將樣品在烘箱內 105 ℃殺青 60 min，再經 85 ℃烘干至恒重，稱重，重復 3次。

1.5 數據處理

試驗結果采用SPSS軟件進行方差分析和顯著性差異比較。

2 結果與分析

2.1 不同株行距配置對穗位葉葉綠素SPAD值的影響

由圖1，2可知，穗位葉葉綠素SPAD值隨著生育期的推進呈現單峰曲線變化，均在灌漿期達到最大值，完熟期達到最小值。不同等行距配置和寬窄行配置對葉綠素SPAD值的影響表現出相同規律，隨著種植行距的減小葉綠素SPAD值逐漸增加。在完熟期40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均SPAD值達到34.5，50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均SPAD值為33.9，分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均SPAD值高19.0%和17.1%。由此可見，隨著行距的增加，葉綠素SPAD值在灌漿后期的下降尤為明顯，較小的行距配置更有利于穗位葉葉綠素的保持和積累。

圖1 等行距對穗位葉葉綠素值的影響

圖2 寬窄行對穗位葉葉綠素值的影響

2.2 不同株行距配置對穗位葉光合速率的影響

由圖3，4可知，玉米穗位葉凈光合速率隨著生育期的推進呈現單峰曲線變化，均在灌漿期達到最大值，完熟期達到最小值，不同等行距和寬窄行配置下的凈光合速率均表現為隨著行距的減小而增大。在灌漿期40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的穗位葉平均凈光合速率達到31.41 μmol/(m2·s)，50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均凈光合速率達30.13 μmol/(m2·s)，分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均凈光合速率提高11.1%和6.6%。在完熟期，40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的穗位葉平均凈光合速率與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均凈光合速率分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm配置的平均凈光合速率提高34.3%和34.9%。由此可見，在高密度條件下，隨著行距的增加穗位葉凈光合速率在灌漿后期的下降尤為明顯，較小的行距配置更有利于穗位葉光合速率高值持續期的延長，更有利于為玉米籽粒灌漿提供充足的光合產物。

圖3 等行距對穗位葉凈光合速率的影響

圖4 寬窄行對穗位葉凈光合速率的影響

2.3 不同株行距配置對葉面積指數的影響

由圖5，6可知，群體葉面積指數(LAI)隨著生育進程的推進呈現出先增加后減少的趨勢，即隨著生育時期的推移呈現單峰曲線變化，灌漿期達到高峰，之后開始下降。等行距配置和寬窄行配置對葉面積指數的影響表現出相同規律，拔節期后隨著行距的縮小LAI隨之增加，在開花期40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均LAI與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均LAI分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm的平均LAI增加29.5%和24.3%。拔節期后行距較小的處理(40.0，50.0，60.0 cm)中，平均行距相同的寬窄行配置LAI要高于等行距配置；行距較大的處理(70.0，80.0，90.0 cm)中，平均行距相同的等行距配置LAI要高于寬窄行配置。由此可見，平均行距40.0 cm及50.0 cm的行距配置，更有利于在高密度條件下提高葉面積指數，從而有利于光合源的擴大。

圖5 等行距配置對玉米葉面積指數的影響

圖6 寬窄行距配置對玉米葉面積指數的影響

2.4 不同株行距配置對光截獲的影響

由圖7，8可知，隨著行距的減小穗位葉層PAR截獲率、冠層PAR總截獲率隨之增加。其中，40.0 cm+40.0 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均總截獲與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm增加12.5%和11.2%；穗位葉層平均截獲率分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm提高22.2%和21.3%。當平均行距為40.0，50.0，60.0 cm時，等行距和寬窄行配置的PAR截獲率相差很小；但平均行距為70.0，80.0，90.0 cm時，等行距配置的總截獲率較寬窄行配置高1.3%～3.0%；穗位葉層截獲率較寬窄行配置高3.1%～3.7%。由此可見，高密度種植條件下大行距處理的漏光損失嚴重，在穗位葉層表現尤為明顯。

圖7 等行距對玉米灌漿期PAR截獲率的影響

圖8 寬窄行對玉米灌漿期PAR截獲率的影響

2.5 不同株行距配置對干物質積累的影響

由圖9，10可知，隨著生育進程的推進單株干物質積累均表現為先慢后快的增長趨勢，不同等行距配置和寬窄行配置的單株干物質積累在苗期無明顯變化規律，在拔節期后隨著行距的減小單株干物質積累增加。在成熟期40 cm+40 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的平均單株干物質量與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的平均干物質分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm增加

圖10 寬窄行配置對玉米單株干物質積累的影響

37.2%和37.4%。在成熟期行距較大的處理(80.0，90.0 cm)中，平均行距相同的等行距配置單株干物質積累要高于寬窄行配置。由此可見，在高密度條件下，平均行距40.0，50.0 cm的行距配置，更有利于干物質的積累。

2.6 不同株行距配置對玉米產量及產量性狀的影響

由表1可知，籽粒產量隨種植行距的縮小而增加，2年的試驗結果相似，其中，40 cm+40 cm和53.3 cm+26.7 cm配置的2年平均產量與50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置的2年平均產量分別較90.0 cm+90.0 cm和120.0 cm+60.0 cm增加29.5%和24.3%，說明在高密度條件下，減小種植行距是獲得高產的有效途徑。行距較小的處理(40.0，50.0 cm)產量顯著高于行距較大的處理(80.0，90.0 cm)，平均行距相同的處理中，除2013年DH6處理產量顯著高于KH6處理外，其余寬窄行配置和等行距配置之間產量無顯著性差異。對本試驗條件下產量與產量構成因素進行相關性分析表明，產量與穗粒數、實收穗數、百粒質量均呈極顯著正相關(2013年相關系數分別為：r=0.919﹡﹡，r=0.903﹡﹡，r=0.750﹡﹡；2014年相關系數分別為：r=0.895﹡﹡，r=0.936﹡﹡，r=0.918﹡﹡)，產量與禿尖間呈極顯著負相關(2013年相關系數為：r=-0.915﹡﹡；2014年相關系數為：r=-0.901﹡﹡)。因此，高密度條件下小行距增產的主要原因是由于穗粒數、實收穗數、百粒質量的顯著提高及禿尖的顯著降低。

表1 不同株行距配置對玉米產量及產量性狀的影響

注：同一性狀的數值標以不同小寫字母表示不同行距配置處理在P﹤0.05水平上差異顯著(LSD法數據統計)。

Note：Values within a column followed by different letters are significantly different atP﹤0.05(as determined by LSD).

3 討論

穗位葉是籽粒產量的主要來源，葉綠素是葉片進行光合作用的物質基礎，穗位葉片葉綠素含量是衡量玉米光合能力強弱的指標，其與光合速率呈正相關。本研究結果表明，隨著行距的增加穗位葉SPAD值在灌漿后期的下降尤為明顯，較小的行距配置更有利于穗位葉葉綠素的保持和積累。光合作用是產量形成的基礎，作物的干物質95%以上來源于光合作用。玉米穗位葉凈光合速率隨密度的增大而降低[16]，玉米葉片光合速率與作物產量之間呈正相關[17]，尤其在高密度栽培中，表現得更為突出。董樹亭等[18]研究認為，延長灌漿期的群體光合速率高值持續期是玉米高產的潛力所在。本研究結果表明，在高密度條件下，平均行距40.0，50.0 cm處理的穗位葉凈光合速率較高，隨著行距的增加穗位葉凈光合速率在灌漿后期的下降明顯，較小的行距配置有利于穗位葉光合速率高值持續期的延長，更有利于為玉米籽粒灌漿提供充足的光合產物。

葉面積指數(LAI)是衡量玉米產量及生長發育狀況的一個重要指標，適宜的葉面積指數有利于提高光能利用率，葉面積穩定期持續時間較長，波動小，衰亡時間短，葉面積下降比較緩慢，有利于提高玉米光能利用效率和籽粒產量[19]。沈秀瑛等[20]研究指出，玉米群體對太陽有效輻射的截獲在一定范圍內與LAI呈正相關。本研究結果表明，40.0 cm及50.0 cm的平均行距配置，有利于在高密度條件下提高葉面積指數，從而有利于光合源的擴大。玉米冠層內光合有效輻射(PAR)直接影響冠層內葉片的光合作用，進而影響玉米凈第一生產力或作物產量的準確評估[21]。本研究結果表明，較小的行距處理冠層PAR總截獲率和穗位層PAR截獲率比大行距處理高，在高密度種植條件下，大行距處理的漏光損失嚴重，在穗位葉層表現尤為明顯。

干物質是籽粒產量的物質基礎，產量和干物質量呈正相關，在一定范圍內，籽粒產量隨干物質量的增加而提高[22]。提高干物質的生產能力，是提高玉米籽粒產量的根本途徑[23]。本研究結果表明，在高密度條件下，玉米整個生長發育過程中，40.0，50.0 cm的平均行距配置，有效地調節了植株個體與群體間的矛盾，有利于干物質的積累。在密度增加的情況下，適當縮小行距，是國內外高產玉米的發展趨勢。在美國，隨著密度的增加種植行距已由20世紀50年代的102 cm減小到76 cm[24]；據研究，行距由100 cm縮小到76 cm，產量增長5%～10%[25]；對于玉米，合理的行距是株距的1.5～2.0倍[26]。張勝愛等[27]、張曉麗等[28]研究表明，適度增加密度可以提高產量，隨行距的擴大產量有降低的趨勢，高密度條件下通過縮小行距可使產量構成因素實現最佳配置，從而獲得較高產量。本研究結果表明，行距較小的處理(40.0，50.0 cm)產量顯著高于行距較大的處理(80.0，90.0 cm)，平均行距40.0，50.0 cm的處理之間無顯著性差異，平均行距相同的處理中，寬窄行配置和等行距配置之間產量無顯著差異。過寬的行距導致產量降低的原因是多方面的，如對雜草的抑制作用減弱、高蒸發率、光截獲率下降，種植行內株距過小，導致株間競爭激烈等。試驗表明，高密度下，平均行距40.0 cm的處理產量最高，但在具體的實施中，40.0 cm處理的等行距和寬窄行配置由于行間比較狹窄，追肥、管理等很不方便。因此，推薦在高密度(9萬株/hm2)玉米的實際生產中，采用50.0 cm+50.0 cm和66.7 cm+33.3 cm配置。

[1] 候 月，王 沖，王鵬文．玉米種植密度對產量影響的研究[J]．天津農業科學，2015，21(10)：78-82．

[2] 田再民，黃智鴻，陳建新，等．種植密度對3個緊湊型玉米品種抗倒伏性和產量的影響[J]．玉米科學，2016，24(5)：83-88．

[3] 溫日宇，郭耀東，劉建霞，等．不同密度和種植方式對玉米產量的影響[J]．山西農業科學，2011，39(8)：814-815．

[4] 張鳳路，牛興奎，張怡明，等．提高密度對根冠發育及其產量的影響研究[J]．華北農學報，2012，27(2)：146-151．

[5] 陳傳永，侯海鵬，李 強，等．種植密度對不同玉米品種葉片光合特性與碳，氮變化的影響[J]．作物學報，2010，36(5)：871-878．

[6] 李小勇，唐啟源，李迪秦，等．不同種植密度對超高產稻田春玉米產量性狀及光合生理特性的影響[J]．華北農學報，2011，26(5)：174-180．

[7] 萇建峰，張海紅，李鴻萍，等．不同行距配置方式對夏玉米冠層結構和群體抗性的影響[J]．作物學報，2016，42(1)：104-112．

[8] Dale E F.Row spacing，plant density，and hybrid effects on corn grain yield and moisture [J].Agronomy Journal，2001，93(5)：1049-1053.

[9] Luis S，Marcio E，Altamir F G，et al.Influence of row spacing reduction on maize grain yield in regions with a short summer[J].Pesquisa Agropecua Brasilia，2001，36(6)：861-869.

[10] 鄒淑芳，張桂中．不同行株距種植對魯玉15號葉面積及經濟性狀的影響[J]．雜糧作物，2000，20(3)：13-14．

[11] 楊利華，張麗華，張全國，等．種植樣式對高密度夏玉米產量和株高整齊度的影響[J]．玉米科學，2006，14(6)：122-124．

[12] 李 猛，陳現平，張 建，等．不同密度與行距配置對緊湊型玉米產量效應的研究[J]．中國農學通報，2009，25(8)：132-136．

[13] 楊吉順，高輝遠，劉 鵬，等．種植密度和行距配置對超高產夏玉米群體光合特性的影響[J]．作物學報，2010，36(7)：1226-1233．

[14] 馬磊磊，杜天慶，郝建平，等．密度和行距配置對耐密型玉米產量及其構成因素的影響[J]．山西農業科學，2013，41(1)：52-56．

[15] 李萬星，劉永忠，曹晉軍，等．肥料與密度對玉米農藝性狀和產量的影響[J]．中國農學通報，2011，27(15)：194-198．

[16] 呂麗華，陶洪斌，夏來坤，等．不同種植密度下的夏玉米冠層結構及光合特性[J]．作物學報，2008，34(3)：447-455．

[17] 東先旺，劉樹堂．夏玉米超高產群體光合特性的研究[J]．華北農學報，1999，14(2)：36-41．

[18] 董樹亭，王空軍，胡昌浩．玉米品種更替過程中群體光合特性的演變[J]．作物學報，2000，26(2)：200-204．

[19] 馮尚宗，王世偉，彭美詳，等．不同種植密度對夏玉米產量、葉面積指數和干物質積累的影響[J]．江西農業學報，2015(3)：1-5．

[20] 沈秀瑛，戴俊英．玉米群體冠層特征與光截獲及產量關系的研究[J]．作物學報，1993，19(3)：246-252．

[21] 祁紅彥，周廣勝，許振柱．北方玉米冠層光合有效輻射垂直分布及影響因子分析[J]．氣象與環境學報，2008，24(1)：22-26．

[22] 劉星華，賈生海．集雨栽培技術對旱地春玉米干物質積累及產量的影響研究[J]．干旱區資源與環境，2015，29(9)：107-112．

[23] 韓金玲，李彥生，楊 晴，等．不同種植密度下春玉米干物質積累，分配和轉移規律研究[J]．玉米科學，2008，16(5)：115-119．

[24] 張 瑛．美國玉米生產概況及高產栽培技術[J]．雜糧作物，2000，20(3)：10-13．

[25] 陳國平，李伯航．緊湊型玉米高產栽培的理論與實踐[M]．北京：中國農業出版社，1996：27-28．

[26] De Bruin J L，Pedersen P.Effect of row spacing and seeding rate on soybean yield [J].Agronomy Journal，2008，100(3)：704-710.

[27] 張勝愛，郝秀釵，王志輝，等．夏玉米行距與株距交互作用對產量及產量構成的影響[J]．中國農學通報，2013，29(21)：51-56．

[28] 張曉麗，邊大紅，秦建國，等．高密度條件下行距配置對夏玉米抗倒能力的影響[J]．玉米科學，2012，20(4)：118-121．

Effects of Row Spacing on Photosynthetic Characteristics and Yield of Spring Maize under High Density

LIU Yongzhong，LI Wanxing，CAO Jinjun ，JIN Kunpeng

(Institute of Millet，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Changzhi 046011，China)

With the high-density of 90 000 plants/ha，the effects of row spacing on spring maize were studied.The experiment was conducted with random block design.There were 12 treatments in the test: DH1.40.0 cm+40.0 cm，DH2.50.0 cm+50.0 cm，DH3.60.0 cm+60.0 cm，DH4.70.0 cm+70.0 cm，DH5.80.0 cm+80.0 cm，DH6.90.0 cm+90.0 cm，KH1.The wide-narrow spacing 53.3 cm+26.7 cm，KH2.66.7 cm+33.3 cm，KH3.80.0 cm+40.0 cm，KH4.93.3 cm+46.7 cm，KH5.106.7 cm+53.3 cm，KH6.120.0 cm+60.0 cm.All treatments were repeated three times.The effects of row spacing on grain yield and photosynthetic characteristics were studied in this article.The results showed that with the reducing of row spacing，SPAD of ear leaf，Pn of ear leaf，LAI，as well as PAR capture ratio of corn and dry matter accumulation of corn and grain yield increased accordantly.The 50.0 cm+50.0 cm and 66.7 cm+33.3 cm treatments two years average grain yield increased by 24.3% than the treatments of 90.0 cm+90.0 cm and 120.0 cm+60.0 cm.There was no significant difference between row spacing and wide-narrow spacing except DH6 and KH6 in 2013. The results indicated that 50.0 cm + 50.0 cm and 66.7 cm + 33.3 cm was the best row spacing at higher plant density spring maize in Shanxi.

Maize； High planting density； Row spacing； Yield

2017-03-07

山西省重點研發計劃(指南)項目(201603D221035-3)；山西省農業科學院重點項目(YZD1503)

劉永忠(1964-)，男，山西長治人，研究員，碩士，主要從事玉米栽培研究及推廣工作。

S513.01;S513.04

A

1000-7091(2017)03-0111-07

10.7668/hbnxb.2017.03.017