寧南山區不同玉米生長及產量對密度的響應

慕瑞瑞，梁 熠，王 樂，張曉麗，康建宏

(寧夏大學 農學院，寧夏 銀川 750021)

【研究意義】玉米是寧夏主要的栽培作物之一，占糧食播種面積的23.7 %，寧南山區既是寧夏糧食生產重要地區，也是中低產田的主要區域。玉米種植面積約占全區的25 %，其中以彭陽縣和原州區種植面積最大[1]，隨著緊湊型玉米品種的應用和推廣，適當增加密度是當前進一步提高玉米產量的主要途徑之一，且在一定密度范圍內，隨密度的提高產量逐漸增加，超過一定范圍后，則會造成減產[2-3]。目前，寧夏玉米種植面積為5.25～6.00萬株/hm2左右，其平均單產僅為5028 kg/hm2，而比美國玉米的平均單產(9029 kg/hm2)低44 %[4-5]。因此，隨著大豐30和先玉698等緊湊型玉米品種的大面積種植，增加種植密度提高玉米產量是玉米產業可持續發展的有效保障。推廣緊湊型玉米品種，利用良好的光熱資源，挖掘增產潛力，對提高旱區玉米單產和總產具有十分重要的意義。【前人研究進展】國內學者關于種植密度對玉米生長和產量的影響已做了大量研究。劉偉等[6]認為，高密度條件下玉米可通過增加群體庫來提高產量。豐光等[7]認為，選擇適宜的玉米品種，并結合品種自身特性合理提高種植密度才能促進玉米產量的提高。宋振偉等[4]研究表明，密植導致玉米的株高和穗位高增加，葉面積指數顯著增加。楊吉順等[8]研究表明，隨密度的增加玉米群體葉面積，干物質積累量呈增高趨勢，葉綠素含量下降。湯彬等[9]研究表明，提高種植密度是提高玉米產量的主要途徑，對玉米的額空桿率、穗長、行粒數、禿尖影響較大，對穗粗、穗行數、千粒重影響較小。溫日宇等[10]認為當種植密度達到8.25萬株/hm2時，產量達到最高。【本研究切入點】針對寧南山區玉米在生產當中存在密度降低、產量不高這一主要問題，研究該地區合理的種植密度，對于玉米的增產極為重要。近年來，在灌溉地區有關不同密度下玉米品種生長及產量的研究較多[11]，但在干旱地區對于不同密度下玉米品種生長及產量的研究較少。【擬解決的關鍵問題】本試驗以寧南山區大面積種植的大豐30和先玉698為試驗材料，探尋不同密度對2個品種主要農藝性狀、物質生產、光合特性、產量及產量相關性狀的影響，揭示出當地不同玉米品種的適宜種植密度范圍，為旱作地區玉米栽培提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究田間試驗于2016-2017年連續2年在寧夏固原市彭陽縣城陽鄉長城塬農業技術示范園區進行。該區位于東經106°77′，北緯35°81′，海拔1382 m，屬于典型的黃土高原旱塬區，年均降水420～470 mm，年均氣溫7.9 ℃，無霜期159 d。該試驗地前茬作物為傳統耕作旱地玉米，耕層土壤(0～25 cm)理化性狀見表1。

1.2 試驗設計

試驗材料：以大豐30和先玉698作為試驗材料，于4月12日，對試驗田進行覆膜，播種，于9月23日進行收獲。

本試驗采用隨機區組設計，設2個品種：大豐30和先玉698；5個密度：分別為 D1：5.25萬株/hm2、D2：6.0萬株/hm2、D3：6.75萬株/hm2、D4：7.5萬株/hm2、D5：8.25萬株/hm2；每個密度重復3次，共有30個小區，小區設計10行區，行長8 m，行距0.55 m，小區面積8 m×5.5 m=44 m2。

1.3 測定項目與方法

在苗期選擇長勢一致的20株植株掛牌標記，分別于拔節期、大喇叭口期、抽穗期、吐絲期、成熟期選擇3株定株測定株高、葉面積、干物質積累量等生長指標。葉面積測定采用長寬系數法進行測定(系數取0.75)并計算出葉面積指數；干物質積累量的測定采用烘干法；葉綠素相對含量利用葉綠素儀(SPAD502plus)測定；在玉米成熟期收獲小區所有果穗測產，并隨機選取鮮穗20穗，將其帶回實驗室經風干后進行考種，包括穗重、穗長、穗粗、禿尖、行粒數、穗粒重、百粒重、禿尖率，產量計算按14 %含水量折算。

1.4 數據處理

本試驗數據使用Excel2016進行原始數據的簡單處理，使用SPSS 20軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 種植密度對主要農藝性狀的影響

2.1.1 種植密度對不同品種株高的影響 由圖1可以看出，在相同密度下，先玉698的株高高于大豐30。如在最低密度5.2萬株/hm2下，大豐30的株高是298.33 cm，先玉698的株高是319.67 cm；在最高密度8.25萬株/hm2下，大豐30的株高是323.67 cm，而先玉698的株高是334.33 cm。隨著密度的增加2個品種的株高都在增加，但大豐30的株高隨密度的變化變幅大，對密度的變化較敏感。如大豐30的株高變化范圍是298.33～323.67 cm，變化幅度是25.34 cm；先玉698的株高變化范圍是319.67～334.33 cm，變化幅度是14.66 cm。在大豐30的各處理中除了D1與D2，D3、D4、D5之間沒有顯著性差異外，其他各處理間均存在顯著性差異。在先玉698的各處理中除了D1與D5之間存在顯著性差異外，其他各處理間均無顯著性差異。

2.1.2 種植密度對不同品種穗位高的影響 如圖2所示，大豐30和先玉698兩個品種在5個不同密度下，穗位高的變化均呈一致的趨勢，即隨著種植密度的增加，玉米穗位高度明顯增高，這與株高隨密度增加的變化趨勢基本一致，先玉698的穗位高明顯高于大豐30。經分析得出大豐30各處理間無顯著性差異；先玉698在各處理中D1、D2與D5之間有顯著性差異，其他各處理間均無顯著性差異。

圖2 種植密度對不同品種穗位高的影響Fig.2 Effect of planting density on ear height of different cultivars

2.2 種植密度對群體葉面積指數的影響

由圖3可知，大豐30群體葉面積隨著密度的增加而增加，且抽穗期達到最大，吐絲期和成熟期隨著密度的增加開始下降，在密度為7.5萬株/hm2時葉面積指數下降的最快。先玉698群體葉面積隨著密度的增加而增加，且抽穗期達到最大，吐絲期和成熟期隨著密度的增加開始下降，在密度為5.25和7.5萬株/hm2時葉面積指數下降的最快，都為0.03 %。2個品種干物重積累在吐絲期和成熟期相較于其他密度的小，可見高密度在吐絲期的群體葉面積指數較大，但由于密度較大，株間競爭激烈，導致后期下降速度較快，影響群體干物質的生產，所以吐絲期群體葉面積大不一定就好，群體葉面積最好的表現是：前快，中強，后慢。綜合分析可知，大豐30和先玉698在密度為6.75萬株/hm2下群體葉面積指數最合理。

圖3 種植密度對大豐30、先玉698群體葉面積指數的影響Fig.3 Effect of planting density on leaf area index of Dafeng 30 and Xianyu 698

圖4 種植密度對大豐30、先玉698干物質積累量的影響Fig.4 Effects of planting density on dry matter accumulation of Dafeng 30 and Xianyu 698

品種Variety密度(萬株/hm2) Density大口期Booting抽穗期Heading吐絲期Silking成熟期Maturity大豐30D157.60 a63.33 a63.57 a58.97 aDafeng 30D257.60 a 62.20 ab63.03 a58.93 aD358.10 a 62.07 ab62.03 a54.50 bD453.73 b58.30 b61.10 a51.93 bD5 55.83 ab 61.37 ab60.17 a50.83 b先玉698D156.63 a64.03 a63.93 a62.23 aXianyu 698D257.17 a63.97 a 63.17 ab63.70 aD357.00 a63.07 a 62.57 ab57.13 bD455.80 a61.40 a 63.23 ab53.20 bD556.10 a60.70 a61.23 b44.97 c

注:同列不同字母表示差異達顯著水平(P≤0.05)，下同。

Note: Different letters in the same column indicate significance of difference at 0.05 level. The same as below.

2.3 種植密度對群體干物質積累量的影響

由圖5可知，在成熟期，大豐30群體干物質積累量隨著密度的增加表現為D5> D2 >D1> D3> D4，吐絲期，D3處理的干物質積累量最大，為19 281.6 kg/hm2，并且產量也最高，其次是D5，為18 175.8 kg/hm2，最少的為D4，為14 488.8 kg/hm2。在成熟期，先玉698群體干物質積累量隨著密度的增加表現為D5> D3>D4> D2> D1，吐絲期，D5處理的干物質積累量最大，為21 855.15 kg/hm2，其次是D3，為21 540.6 kg/hm2,最少的為D2，為16 069.8 kg/hm2。對于2個不同的品種而言，在成熟期的5個不同密度處理下，先玉698的干物質積累要遠大于大豐30的。如在密度為D5時，先玉698的干物質積累比大豐30的高24.9 %，大豐30的產量要比先玉698的高0.06 %；如在密度為D3時，先玉698的干物質積累比大豐30的高17.8 %，大豐30的產量要比先玉698的高1.04 %。可見隨著密度的增加，2個品種的干物質積累均有所增加，并且先玉698的干物質積累要比大豐30的快，所以就干物質積累而言，高密度下適宜種植先玉698。

2.4 種植密度對葉綠素相對含量的影響

由表2可以看出，大豐30和先玉698這2個品種在各主要生育時期的葉綠素相對含量值變化是大致相同的，表現為從大口期到抽穗期，葉綠素相對含量逐步上升，且在吐絲期達到最高值，然后逐漸降低，并且低密度群體比高密度群體葉綠素相對含量高。先玉698各處理在前期差異不顯著，但在吐絲期除了D1和D5之間有顯著差異，其他各處理間無顯著性差異，在成熟期除了D1與D2、D3與D4之間無顯著性差異外，其他各處理間都有顯著性差異；大豐30在成熟期各處理間除了D1與D2，D3與D4、D5之間無顯著性差異外，其他各處理間都有顯著性差異。先玉698在生育后期的葉綠素相對含量高于大豐30，說明先玉698光和能力強，光合產物多，對于干物質的積累十分重要。

2.5 種植密度對不同品種產量及其構成的影響

2.5.1 種植密度對不同品種產量的影響 由圖5可以看出，產量隨密度變化呈現3次曲線變化，隨密度的增加呈現先增加后下降的趨勢。計算得出，在6.75 kg/hm2密度下先玉698的產量達到最大，是16 038.45 kg/hm2，在6.75 kg/hm2密度下大豐30的產量達到最大，是14 503.8 kg/hm2，在5.25 kg/hm2密度下2個品種的產量達到最低，大豐30的產量最低是9663.15 kg/hm2，先玉698的產量最低是11 770.35 kg/hm2。在相同密度下，先玉698的產量高于大豐30，在不同密度下，不同品種的產量隨著密度的增加先增加，當超過一定范圍后，產量隨著密度的增加而降低，并且先玉698的產量變化明顯較大于豐30產量變化。

圖5 種植密度對不同品種產量的影響Fig.5 Effect of planting density on yield of different varieties

品種Variety密度(萬株/hm2)Density穗重(g)Ear weight穗長(cm) Ear length穗粗(cm) Ear diameter禿尖(cm) Barren ear tip穗行數Ear rows行粒數Number of rows穗粒數Grain number穗粒重(g) Grain weight百粒重(g)100 grain weight禿尖率(%)Baldness rate出籽率(%)Seed rate產量(103 kg/hm2)Yield大豐30D1192.96d18.36b4.48c1.80a16a38.00b638a168.09c27.48b9.18ab86.60a9.54cDafeng 30D2253.13b19.63a5.04a1.13b16a43.00a645a219.55a35.54a5.50c87.94a12.92bD3263.89a19.00ab5.13a1.26ab14a41.00ab638a227.82a36.13a6.29c87.37a13.92aD4213.64c19.56a4.67b1.44ab16a41.00ab653a185.21b28.30b7.26bc86.83a12.73bD5187.11d17.83b 4.56bc1.66ab16a38.00b588a159.91c26.12b9.38a85.95a12.95b先玉698D1231.02b19.26bc4.88a1.26ab16a41.00ab650a217.28c35.30bc6.14b89.09a11.39dXianyu 698D2272.40a21.00ab5.01a0.73b16a41.00ab651a243.05b40.72a4.44c89.22a15.83bD3274.33a21.33a4.98a1.43a16a43.00a684a255.09a38.70ab5.51bc88.74a16.86aD4211.19b18.36c4.99a1.26ab16a37.00b636a188.11d31.57cd5.32bc89.07a13.64cD5185.60c18.23c4.64a1.43a16a39.00ab608a164.89e28.87d7.84a88.84a13.05c

2.5.2 種植密度對產量構成的影響 由表3可看出，2個品種大豐30和先玉698的穗行數、穗粒數、出籽率均無顯著差異，而穗重、穗長、穗粗、禿尖、行粒數、穗粒重、百粒重、禿尖率、產量等有顯著差異，其中產量相關性狀中先玉698的穗粗無顯著差異。密度對2個品種的產量相關性狀有顯著影響，2個品種隨著密度的增大，穗重、穗粗、行粒數、穗粒重、百粒重、產量等相關性狀先增加后減小，大豐30的禿尖逐漸增大，禿尖率先減小后增大；先玉698的禿尖先減小后增大再減小，禿尖率先減小后增大，說明密度對禿尖長和禿尖率有著顯著的互作效應。2個品種均在6.75 kg/hm2時與產量有關的相關性狀達到最佳。結果表明合理密植可以改善玉米的相關性狀，同時增加玉米的產量。

3 討 論

株高和穗位高是玉米主要的農藝性狀，它們決定了玉米上層葉片對光能的利用能力，因此株高和穗位高對玉米產量有一定的影響，合理的植株形態有助于提高玉米產量，隨著密度的增加，其形態也會發生變化。宋振偉等[12]研究表明增密使得玉米的株高和穗位高都增加。而且有關研究數據[13-15]表明，玉米植株的株高和穗位高在一定密度范圍內與產量之間呈正相關，但超過一定密度后，隨著株高和穗位高的增加，產量反而降低。本研究表明，2個品種的株高和穗位高都隨著密度的增加而逐漸增高，其中先玉698對密度的變化較為敏感。因此在適宜的密度下應該加強對植株的株高和穗位高的調節，從而提高玉米的產量。

群體葉面積指數是衡量群體大小的重要指標，適宜的群體葉面積指數是獲取玉米高產的重要指標之一，它與種植密度有密切關系[16]。梁熠等[17]研究表明采取適宜的種植方式會使得玉米的冠層結構得到改善，可以增大葉面積指數，是玉米獲得高產的有效途徑。楊吉順等[8]研究表明，玉米從拔節期到抽雄期，隨著種植密度的增加葉面積開始增大，從抽雄期到灌漿期后開始減小。本研究表明，玉米葉面積指數從拔節期到抽穗期隨種植密度的增加而增大，且到抽穗期達到最大，在吐絲期和成熟期隨著密度的增加。在一定范圍內，隨著種植密度的提高，群體的葉面積指數增大，群體的光合速率提高，干物質積累增加[18]。所以要想獲得高產，抽穗期以后維持較大葉面積時間，從而繼續進行光合作用是十分重要的。

干物質積累量是作物產量形成的表現形式，干物質積累越高作物越能實現高產[19]。宋振偉等[4]認為，在一定密度范圍內， 隨密度的增加，各生育期玉米的單株干物質積累在吐絲期后開始下降，群體干物質積累逐漸增加，這與本試驗結果一致，2個品種的群體干物質積累在抽穗期前，由于植株生長量小干物質積累緩慢，從吐絲期開始到成熟期，玉米生長快，群體干物質積累隨著密度的增加呈現增加趨勢，同時種植密度的增加彌補了干物質量的減少，但當密度增加到一定限度時，干物質則不再增加。

葉綠素是植物吸收光的主要色素分子，其含量的高低與作物產量的高低具有密切的關系。趙士誠等[20]研究認為，種植密度對對葉綠素含量具有明顯影響，隨著密度的增加，葉綠素含量開始下降。本研究表明葉綠素相對含量隨著密度的增加呈逐漸下降的趨勢。這一研究結果與前人研究結果基本一致[21]。

玉米產量的相關性狀與種植密度緊密相關，增加密度對玉米的產量要素均有明顯的影響，其中不同玉米品種的穗部性狀和抗逆性均發生變化。湯彬等[9]研究指出隨著種植密度的增加，出籽率、穗長、穗粗、行粒數、禿尖長等發生明顯變化，而穗行數、穗粗、千粒重變化不大，禿尖率加大。同時通過調查發現，增加密度會導致玉米病害的加重。穗數、穗粒數、粒重等產量構成要素在增密后先增加后下降。海軍等[11]認為在西北干旱地區玉米適宜種植的密度為時，6.75萬株/hm2產量及其相關性狀最為適宜。在本試驗中，2個品種隨著密度的增加穗長、穗重、穗粗、行粒數、穗粒重、百粒重等先增加后減小，大豐30的禿尖逐漸增大，先玉698的禿尖先增大再減小，禿尖率均先減小后增大。2個品種均在6.75萬株/hm2時與產量有關的相關性狀達到最佳。因此要想獲得玉米高產，要在合理的種植密度下協調好產量要素之間的關系，要增加穗粗、穗重、穗長，減少禿尖的發生，從而獲得高產。

4 結 論

研究表明，寧南山區玉米的2個主栽品種大豐30和先玉698隨著密度的增大，植株的株高和穗位高逐漸增加。干物質積累隨著生育期的推進在逐漸增加，且在成熟期2個品種的干物質積累達到了最大值。群體葉面積指數隨密度的增大逐漸增加。葉綠素相對含量隨著密度的增加呈逐漸下降的趨勢。2個品種隨著密度的增加穗重、穗粗、行粒數、穗粒重、百粒重、產量等先增加后減小，禿尖率均先減小后增大，2個品種均在6.75萬株/hm2時產量達到最高，此時大豐30和先玉698的產量分別為14 503.8 和16 038.51 kg/hm2。因此，在本試驗條件下，大豐30和先玉698的適宜密度是6.75萬株/hm2。