華北地區種植形式與密度對春玉米產量和生物性狀的影響

劉勝堯，范鳳翠，賈宋楠，王賀壘，石玉芳，李志宏，賈建明*，董秀秀

（1.河北省農林科學科院農業信息與經濟研究所，河北 石家莊 050051；2.廣平縣農牧局，河北 廣平 057650）

玉米是我國第二大糧食作物，其產量關系著國家糧食安全，提高玉米單產是保證我國糧食安全的重要措施之一[1]。種植耐密型品種是提高玉米單產的一種有效方法[2，3]。但是，隨著種植密度的增大，玉米個體間競爭加劇，生長受到限制，密度過大時植株長勢變弱，抗倒伏能力降低，反而不利于高產[4，5]。研究表明，調整種植形式能充分挖掘高密栽培的生產潛力，降低植株倒伏率，提高玉米產量[6-8]。優化行距可以構建良好的的群體冠層結構，改善冠層內的微環境，提高群體的光合效率，從而獲得高產[9，10]。尤其是高密度栽培條件下，采用寬窄行種植可構建合理的群體結構，有效改善通風透光條件，提高群體光合效率[11-13]，有效激發玉米的增產潛力。通過調整玉米種植方式和密度達到高產目的，在玉米生產上切實可行。在華北地區，研究不同密度與種植形式對春玉米群體產量以及生物性狀的影響，明確最佳種植形式下最優的栽培密度，旨為玉米高產提供理論和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在河北省農林科學院鹿泉市大河綜合試驗站進行。該區屬溫帶半濕潤偏旱大陸性季風氣候，四季分明，日平均氣溫13.6益，年降水量536 mm且主要分布在七八月，日照時數2 554 h，無霜期230 d。試驗地土壤為黏壤質洪沖積石灰性褐土，0-100 cm土體土壤容重1.63 g/cm3，田間持水量21.17% ，凋萎含水量11.0% ；0-20 cm耕層土壤基礎養分含量分別為有機質1.24% 、全氮0.17% 、速效氮64.60 mg/kg、速效磷11.53 mg/kg、速效鉀90.38 mg/kg，pH值7.94。

1.2 試驗材料

玉米品種為鄭單958。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 2013年5月15日人工點播玉米。采取裂區試驗設計，其中，主處理為種植形式，設帶寬150cm三密一稀〔M1，60cm種植3行（行距30cm）+90 cm大行距種植為一帶〕、帶寬120 cm三密一稀〔M2，40 cm種植3行（行距20 cm）+80 cm大行距種植為一帶〕和60 cm等行距（M3，對照）3個水平；副處理為定植密度，設4.50萬株/hm2（D1）、6.00萬株/hm2（D2）、8.25萬株/hm2（D3）、10.50萬株/hm2（D4）和12.75萬株/hm2（D5）5個水平。小區面積 54 m2（行長9 m，寬度6 m），3次重復。

玉米施肥量為尿素978kg/hm2、過磷酸鈣1500kg/hm2和硫酸鉀270 kg/hm2，其中，60% 的氮肥以及全部的磷鉀肥在播種前整地時一次性基施，40% 的氮肥在大喇叭口期追施。播種后灌水50 mm。其他田間管理措施同常規。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 植株形態指標。在玉米各主要生育時期，每小區均選擇具代表性的植株5株，用直尺測量株高，用游標卡尺測量莖粗。吐絲期后，用直尺測量穗位高。

1.3.2.2 葉面積和葉面積指數（LAI）。分別于苗期、撥節期、大口期、吐絲期、灌漿期、乳熟期和收獲期，每小區均選擇具代表性的植株5株，逐葉測量葉片的長度和最大寬度，計算單株葉面積（展開葉葉面積=葉片最大長度×最大寬度×0.75，未展開葉葉面積=葉片最大長度×最大寬度×0.5）和LAI。

1.3.2.3 產量性狀指標。成熟期，每小區均選擇具代表性的植株5株，用自來水沖洗干凈，在105益下殺青30 min，后置于80益下烘干至恒重，測定生物產量；全小區收獲，測定籽粒產量。每小區均隨機取樣15株，置陰涼通風處干燥，當籽粒含水量低于20% 時進行室內考種，測定果穗的行數、行粒數和百粒重。

1.3.3 數據統計分析 利用DPS 14.50和Microsoft Excel 2003軟件進行數據統計分析與做圖。

2 結果與分析

2.1 不同種植形式下密度對春玉米產量及產量構成的影響

不同種植形式與密度組合處理的玉米生物產量和籽粒產量差異均較大（表1）。方差分析結果顯示，種植形式、密度及其交互作用均對玉米生物產量和籽粒產量有顯著影響。

對各處理的玉米生物產量和籽粒產量分別進行回歸分析發現，不同種植形式下，生物產量（YS）和籽粒產量（Yz）均與密度（X）呈二次曲線關系。其中，生物產量與密度的關系方程為：

籽粒產量與密度的關系方程為：

試驗種植形式下，玉米生物產量和籽粒產量均隨密度的增大呈先增加后降低的拋物線型變化，表明適當增加密度可以有效提高玉米的生物產量和籽粒產量。其中，M1、M2、M3種植形式的理論生物產量最大值分別為27750.62、25672.22和26322.41kg/hm2，相應的定植密度依次為9.84萬、10.04萬和10.46萬株/hm2；理論籽粒產量最大值分別為12 030.80、11 329.46和11 183.02 kg/hm2，相應的定植密度依次為8.49萬、8.76萬和9.26萬株/hm2。

對同一密度、不同種植形式的玉米生物產量進行分析，結果顯示，M1種植形式的生物產量均躍CK，其中，6.00萬和8.25萬株/hm2密度下產量差異達到了顯著水平，分別較CK增產13.90% 和7.59% ；M2種植形式的生物產量除6.00萬株/hm2密度下躍CK外，其他密度下均約CK，但差異均未達到顯著水平。對同一密度、不同種植形式的玉米籽粒產量進行分析，結果顯示，M1種植形式的籽粒產量除4.50萬和12.75萬株/hm2密度下略約CK外，其他密度下均躍CK，其中，6.00萬和8.25萬株/hm2密度下產量差異達到了顯著水平，分別較CK增產7.83% 和6.72% ；M2種植形式的籽粒產量除6.00萬和8.25萬株/hm2密度下略躍CK外，其他密度下均約CK，其中，4.50萬和12.75萬株/hm2密度下減產顯著。可以看出，M1種植形式對提高玉米生物產量和籽粒產量效果均較好，其中，定植密度為6.00萬和8.25萬株/hm2時增產顯著。

進一步對M1種植形式的產量構成進行多重比較發現，不同密度水平下，種植形式對產量結構的影響不同，其中，6.00萬株/hm2密度處理的穗粒數明顯較多，較CK增加了13.84%；8.25萬和10.5萬株/hm2密度處理的百粒重明顯較大，分別較CK提高了12.22% 和9.66% 。表明M1種植形式下中、高密度栽培實現高產的途徑不同，其中，6.00萬株/hm2密度下高產主要是通過增加穗粒數來實現的，8.25萬和10.5萬株/hm2密度下高產則主要是通過提高粒重來實現的。

表1 不同密度與種植形式對玉米產量及產量構成的影響Table 1 Effects of planting density and form on the yield and yield composition of maize

2.2 不同種植形式下密度對春玉米植株性狀的影響

方差分析結果顯示，密度對玉米株高、莖粗和穗位高均有顯著影響；種植形式只對穗位高有顯著影響；密度與種植形式的交互作用對玉米株高、莖粗和穗位高影響均不顯著。

隨著密度的增大，不同種植形式處理的玉米株高和穗位高均逐漸增加；莖粗變化趨勢不同，其中，2個三密一稀處理均表現為逐漸降低趨勢，與等行距栽培時呈現的先略有增加而后降低趨勢不同（表2）。表明試驗種植形式下，株高和穗位高均與密度呈正相關，而莖粗與密度呈負相關。

對同一密度、不同種植形式的玉米穗位高進行分析，結果顯示，M1和M2種植形式的穗位高均約CK，其中，6.00萬和8.25萬株/hm2密度下二者與CK差異均達到了顯著水平，但試驗種植密度下M1與M2種植形式的穗位高差異均不顯著。穗位高降低有利于植株倒伏風險的降低。可以看出，6.00萬和8.25萬株/hm2中高密度栽培時，采用三密一稀種植形式可以明顯提高玉米的抗倒伏性。

2.3 不同種植形式下密度對春玉米葉面積指數動態變化的影響

隨著生育進程的推進，不同種植形式處理的玉米LAI變化趨勢基本一致，均表現為從苗期開始逐漸增加，至吐絲期達到高峰，之后又逐漸下降。

表2 不同種植形式和密度對玉米植株性狀的影響Table 2 Effects of planting density and form on the plant characteristics of maize

相同密度條件下，各種植形式葉面積的平均值都是在抽絲期達到最大；之后的下降趨勢隨密度增大而越發明顯，灌漿期D1-D5密度處理的LAI與各自處理的最大值相比依次下降了9.30% 、15.57% 、25.75% 、33.66% 和36.78% ，這是因為隨密度增加，玉米個體植株間競爭加劇，同時葉片間相互遮擋增大，透光率降低，促進了葉片衰老。

圖1 4.50萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數動態變化Fig.1 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 45 000 plants/hm2

圖2 6.00萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數動態變化Fig.2 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 60 000 plants/hm2

圖3 8.25萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數動態變化Fig.3 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 82 500 plants/hm2

圖4 10.50萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數動態變化Fig.4 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 105 000 plants/hm2

圖5 12.75萬株/hm2密度條件下不同種植形式的玉米葉面積指數動態變化Fig.5 The dynamic change of LAI of maize with different planting form under the density of 127 500 plants/hm2

從同一密度、不同種植形式的葉面積指數變化趨勢（圖1-5）可以看出，不同密度下，各種植形式的LAI表現不同。D1和D2密度下，M1種植形式的LAI與CK差異較小，M2種植形式的LAI在灌漿后期下降明顯。而其他密度處理下，M1種植形式的花后LAI均顯著躍CK，且衰老速度也相對較慢；M2種植形式的LAI，在D3和D4密度下與CK相比差異均較小，在D5密度下灌漿后期LAI顯著躍CK。開花以后M1種植形式下D3、D4、D5密度處理的LAI平均值分別較CK高15.00% 、5.69% 和19.82% ，與高密度栽培時采用M1種植形式可以增加通風透光、降低株間競爭有關。

3 結論與討論

不同種植方式影響作物群體的光合作用效率，在高密度條件下，寬窄行種植可以明顯增加光合作用面積，提高中下層葉片的光合性能，光在作物群體中的分布更加合理，顯著提高群體的光能利用率[14-16]。本試驗結果表明，不同密度條件下各種植形式的玉米葉積面指數均于吐絲期達到最大，之后葉積面指數的衰減速度均隨密度的增大而增大，其中，采用帶寬150 cm三密一稀種植形式的葉面積指數顯著高于等行距栽培，開花以后8.25萬（D3）、10.50萬 （D4） 和 12.75萬株/hm2（D5）密度處理的葉面積指數平均值分別較等行距對照高15.00% 、5.69% 和19.82% 。

密度是決定玉米單產的關鍵因素之一[17，18]。在高密度條件下通過優化種植方式可以改善玉米田間的通風透光條件，避免生育后期葉片早衰，從而維持生長中后期葉片的高光合能力，促進玉米吐絲后干物質向籽粒的分配積累[19，20]。本研究結果表明，在高密度栽培（8.25萬和10.5萬株/hm2）條件下，采用帶寬150 cm三密一稀種植方式可以顯著提高玉米的百粒重。

不同種植形式下玉米的籽粒產量和生物量均與密度呈二次曲線關系，但是各種植形式的理論最高籽粒產量和生物產量不同，其中，采用帶寬150 cm三密一稀種植形式的理論籽粒產量最高，為12 030.80 kg/hm2，相應的定植密度為8.49萬株/hm2。采用帶寬150 cm三密一稀種植形式，在中高密度下籽粒產量明顯提高，6.00萬和8.25萬株/hm2密度下分別較CK增產7.83% 和6.72% 。