春玉米干物質積累及轉運對種植模式和種植密度的響應

羅 方，楊恒山，張玉芹，何冬冬，劉志雄

(1．內蒙古民族大學 農學院，內蒙古飼用作物工程中心，內蒙古 通遼 028042；2．內蒙古農牧業科學院，內蒙古 呼和浩特 010031)

玉米是我國第一大糧食作物，其高產穩產在保障我國糧食安全、飼料安全和農業可持續發展等方面具有重要的意義[1-3]。近幾年玉米種植面積逐漸縮減，進一步提高單產是玉米栽培研究的熱點問題之一。增密是提高單產的有效途徑[4]，但密度的增加又會出現后期群體通風透光條件差、早衰倒伏、物質生產能力弱，物質分配、轉運不協調等一系列問題[5-6]。合理的株行距配置，可以改善群體冠層結構，維持生育后期較高的生產能力，達到增密增產的效果[7-9]。生育期內干物質積累、分配與轉移特性決定作物籽粒產量的高低[10]；徐田軍等[11]研究表明，花后干物質積累量、干物質轉運率與產量之間存在極顯著正相關；胡昌浩等[12]研究表明，夏玉米干物質運轉量占成熟期籽粒干質量的20.3%。近年來，西遼河平原灌區寬窄行種植面積逐漸增加，已成為當地玉米的主推種植模式之一[13-14]，但針對寬窄行種植下物質積累轉運的相關報道較少。

本研究以常規種植模式為對照，研究了寬窄行種植模式下春玉米產量變化和干物質積累與轉運特性，為西遼河平原及其同類地區探索玉米增密增產的適宜種植模式提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地點

試驗于2017年在通遼市大興屯(Daxingtun，DXT)和興安盟科爾沁右翼中旗(Horqin Right Wing Middle Banner，HRWMB，簡稱科右中旗)2個試驗區進行，大興屯試驗區海拔180 m，年平均氣溫6.8 ℃，≥10 ℃的活動積溫3 200 ℃，平均無霜期為154 d，年均降水量為390 mm；科右中旗試驗區海拔590 m，年平均氣溫5.6 ℃，≥10 ℃的活動積溫3 000 ℃，平均無霜期為140 d，降水量358 mm左右，2個試驗地均具備井灌條件。播前試驗地耕層(0～20 cm)土壤情況見表1。

表1 2個試驗區耕層播前土壤概況Tab.1 Soil condition before sowing in tillage layer in two experimental areas

1.2 試驗設計

2個試驗區均以農華101為供試材料，設寬窄行(KZ)和常規種植(CK) 2種種植模式，寬行行距為80 cm，窄行行距為40 cm，常規種植行距為60 cm等行距，每種模式設60 000株/hm2(D1)、75 000株/hm2(D2)、90 000株/hm2(D3)3個密度水平，小區面積120 m2，3次重復。各處理均施種肥磷酸二銨225.0 kg/hm2、硫酸鉀90.0 kg/hm2，于小喇叭口期一次追施尿素456.5 kg/hm2。生育期間大興屯試驗區灌水4次，科右中旗試驗區灌水3次。大興屯試驗區2017年5月1日播種，9月28日收獲，科右中旗試驗區2017年5月3日播種，10月2日收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉面積指數 在吐絲期和乳熟期分別于各小區取代表性植株3株，將玉米按穗位上(棒三葉以上所有葉片)、穗位(棒三葉)、穗位下(棒三葉以下所有葉片)分為3部分，測定樣株所有綠葉葉片的長和寬。單葉葉面積=長×寬×系數(未展開葉片系數為0.50，展開葉片系數為0.75) ；葉面積指數(LAI)=單位土地面積內葉片總面積/單位土地面積。

1.3.2 SPAD值 在吐絲期和乳熟期于各小區定點選取代表性植株3株，用SPAD-502葉綠素儀，按穗位上、穗位、穗位下測定不同葉位的SPAD值。在每個葉片的前、中、后各測1次，最后取平均值。

1.3.3 冠層透光率 在吐絲期和乳熟期于各小區定點選取代表性樣方5 m2，使用Sun Scan植物冠層分析儀測定冠層上部、穗位上(穗位上第4片葉)、穗位(穗位葉)、穗位下(距地面20 cm)不同層位的光合有效輻射，根據光合有效輻射求得冠層透光率。

穗位上透光率=穗位上的光合有效輻射/冠層上部的光合有效輻射×100%；穗位透光率=穗位的光合有效輻射/冠層上部的光合有效輻射×100%；穗位下透光率=穗位下的光合有效輻射/冠層上部的光合有效輻射×100%。

1.3.4 地上生物量 在吐絲期和成熟期分別于各小區取3株具有代表性的植株，每個小區取3次重復，將玉米植株按莖鞘、葉、穗部營養體和籽粒分開，在鼓風干燥箱內 105 ℃殺青30 min后，在80 ℃烘至恒質量，測定干物質質量。

1.3.5 產量及其構成因素 各小區測產面積為30 m2，計算各測產區有效穗數，人工脫粒后測鮮粒質量和含水率，并折算成含水量為14%產量。分別取10穗風干后考種，計算穗行數、行粒數、穗粒數，測定千粒質量。

吐絲后干物質積累量(t/hm2)=成熟期干物質積累量-吐絲期干物質積累量；吐絲前干物質積累率=吐絲期干物質積累量/成熟期干物質積累量×100%；吐絲后干物質積累率=吐絲后干物質積累量/成熟期干物質積累量×100%；營養器官干物質轉運量(t/hm2)=吐絲后營養器官干物質積累量-成熟期營養器官干物質積累量；營養器官干物質轉運率=干物質轉運量/吐絲期營養器官積累量×100%；營養器官干物質轉運貢獻率=干物質轉運量/成熟期籽粒干質量×100%。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2007進行數據整理，采用SPSS 19.0軟件進行統計分析。葉面積指數、SPAD值和冠層透光率兩試驗點趨勢基本一致，以大興屯試驗區數據進行分析，干物質積累、轉運及產量以大興屯試驗區和科右中旗試驗區兩點數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式和密度下春玉米產量及構成因素

由表2可知，各處理間的有效穗數隨密度增加呈上升趨勢，但2種模式間差異不顯著；穗粒數隨密度增加呈下降趨勢，均表現為KZ>CK；千粒質量隨種植密度的增加而降低，2種種植模式間無顯著差異；除科右中旗試驗區CK的實測產量先升后降外，其余各個處理的實測產量隨種植密度的增加呈上升趨勢，各密度間均表現為KZ>CK，達到顯著水平，增產幅度在2.5%～15.1%；其中大興屯D3密度的KZ產量最高，達13.73 t/hm2，較同密度水平下的CK增產1.16 t/hm2。

表2 不同種植模式和種植密度下春玉米產量及構成因素Tab.2 The yield and components of spring maize under different planting patterns and planting densities

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。圖1-5同。

Note： Different lowercase shows a significant difference at the 0.05 level. The same as Fig.1-5.

2.2 春玉米葉面積指數對種植模式和種植密度的響應

由圖1可知，大興屯試驗區吐絲期各密度的整株葉面積指數均表現為KZ>CK，達到顯著水平，以D1相差較大，KZ較CK高0.72；不同層位葉面積指數為穗位下差異不顯著，除D1密度穗位上外，穗位和穗位上整體表現為KZ>CK，均達到顯著水平。乳熟期除D1密度穗位下葉外，與吐絲期趨勢基本相同，CK葉面積指數下降的幅度要大于KZ，以D3密度穗位上相差較大，CK葉面積衰減率達19.1%。

2.3 春玉米SPAD值對種植模式和種植密度的響應

由圖2可知，春玉米SPAD值隨著密度的增加整體呈下降趨勢，除吐絲期D1、D2密度的穗位上葉2種種植模式間無顯著差異外，其余各處理的各層位SPAD值均表現為KZ>CK，達到顯著水平，D2密度下穗位差異最為明顯，KZ 較CK高2.5；乳熟期穗位上部葉片和穗位下部葉片SPAD值隨密度增加較吐絲期下降幅度增大，CK的穗部葉片SPAD值下降的幅度要大于KZ，且隨密度的增加下降幅度增大。

圖1 不同種植模式和種植密度下春玉米葉面積指數的比較Fig.1 Leaf area index (LAI) of spring maize under different planting patterns and planting densities

圖2 不同種植模式和種植密度下春玉米SPAD值Fig.2 SPAD values of spring corn under different planting patterns and densities

2.4 春玉米冠層透光率對種植模式和種植密度的響應

由圖3可知，乳熟期的冠層透光率在各個層位上均大于吐絲期，且2個時期的冠層透光率隨測量高度的下降呈下降趨勢；2個時期的冠層透光率隨著密度的增加冠層透光率整體呈下降趨勢，且在各個密度各個層位上均表現為KZ>CK，達到顯著水平，乳熟期穗位下D3密度KZ較CK高2.7百分點。

圖3 不同種植模式和種植密度下春玉米冠層透光率Fig.3 Canopy transmittance rate of spring corn under different planting patterns and densities

2.5 春玉米干物質積累量對種植模式和種植密度的響應

由圖4可知，2個試驗區的2種種植模式干物質積累量隨密度增加均呈上升趨勢，且均表現為吐絲后積累量大于吐絲前；2個時期各個處理的干物質積累量均表現為KZ>CK，達到顯著水平；吐絲前的積累量以大興屯D3密度相差最大，KZ較CK高3.7%，吐絲后以科右中旗D3密度相差最大，較CK高11.8%。由表3可知，2個地點各處理的干物質積累率均表現為吐絲后大于吐絲前，吐絲前2種種植模式的干物質積累率隨種植密度總體呈下降趨勢，吐絲后反之。不同種植模式間，吐絲后物質積累率除大興屯試驗區的D1密度下KZCK，以科右中旗D3密度相差最大，KZ較CK高2.61百分點。

圖4 不同種植模式和種植密度下春玉米干物質積累量Fig.4 Dry matter accumulation amount of spring corn under different planting patterns and densities

表3 不同種植模式和種植密度下春玉米器官干物質積累率Tab.3 Dry matter accumulation rate of spring corn under different planting patterns and densities%

2.6 春玉米干物質轉運量對種植模式和種植密度的響應

由圖5可知，2個試驗區各個處理的轉運量均表現為莖鞘>葉片；除科右中旗試驗區的D2密度莖鞘的轉運量差異不顯著外，其余各個密度下，莖鞘的轉運量均表現為KZ>CK，達到顯著水平；葉片的轉運量除科右中旗試驗區在D1密度下差異不顯著外，均表現為KZ>CK，達到顯著水平；“莖鞘+葉片”總轉運量比CK高6.20%～15.81%。

圖5 不同種植模式和種植密度下春玉米干物質轉運量Fig.5 Dry mass transport amount of spring maize under different planting patterns and densities

2.7 春玉米干物質轉運率和籽粒貢獻率對種植模式和種植密度的響應

由表4可知，2個試驗區的莖鞘轉運率隨密度增加呈上升趨勢，葉片轉運率大興屯試驗區隨密度增加先升后降，科右中旗試驗區隨密度增加呈下降的趨勢；2種種植模式下，2個試驗區除D1密度的莖鞘轉運率KZCK。莖鞘轉運對籽粒的貢獻率2個試驗區均隨密度增加而上升，除大興屯試驗區D1密度外，均表現為KZ>CK；葉片轉運對籽粒的貢獻率大興屯試驗區為D3>D2>D1，科右中旗試驗區D2密度下最大，且各密度下均表現為KZ>CK；“莖鞘+葉片”轉運對籽粒的貢獻率在各個密度下也均表現為KZ>CK，其中大興屯試驗區D3密度下寬窄行種植貢獻率最高。

表4 不同種植模式和種植密度下春玉米器官干物質轉運率和籽粒貢獻率Tab.4 The rate of dry matter transport rate and grains contribution of spring corn under different planting patterns and densities %

3 結論與討論

不同株行距配置對產量的影響較大，多數研究表明，寬窄行種植具有增產效果[15-17]，也有少數研究表明，寬窄行種植產量有所下降[18]，研究結果不一致的主要原因可能與不同的生態區域有關，也可能與密度和品種有關。馮瑞云等[19]研究表明，寬窄行種植模式下緊湊型玉米品種最佳密度為6.75萬株/hm2，產量可達11.49 t/hm2，平展型最佳密度為5.25萬株/hm2，產量達10.94 t/hm2。西遼河平原灌區玉米種植密度在6.0～7.5萬株/hm2，且仍有增密空間[20]。本研究表明，2個地點的產量在3個密度下均表現為KZ>CK，且達到顯著水平，增產幅度在2.5%～15.1%，其中大興屯寬窄行密度在D3時產量最高，達13.73 t/hm2。

花后干物質積累量、干物質轉運率與產量之間存在極顯著正相關[11]，王楚楚等[21]研究表明，合理的株行距配制下玉米干物質積累總量及各器官干物質向籽粒轉移量、轉移率及對籽粒的貢獻率較為合理。蒲甜等[22]、余海兵等[23]研究表明，合理的行距配置可以顯著增加生育后期干物質的積累量，提高干物質積累速率。相對于傳統種植方式，寬窄行種植方式對提高作物生產能力和干物質積累有促進作用[24-25]，生育后期更為明顯[16]。本研究表明，各時期干物質積累量均表現為KZ>CK，達到顯著水平；吐絲后3個密度KZ的積累量較CK增加，這與寬窄行種植改善冠層的光分布結構，尤其是中下部冠層的光環境，產生的小氣候效應減緩生育后期葉片衰老有關[26-27]。有研究指出，寬窄行種植后群體干物質積累較多，且器官干物質轉運率和貢獻率較高[28]。本研究中植株“莖鞘+葉片”的干物質總轉運量比CK高6.20%～15.81%，且在各個密度下均達到顯著水平；“莖鞘+葉片”轉運對籽粒的貢獻率在各個密度下也均表現為KZ>CK。可見，寬窄行種植下生育后期具有較強的物質積累能力且前期物質積累向籽粒中轉運能力較強，是其產量較高的原因之一。

農村勞動力的缺乏加之玉米種植效益降低，節本增效是今后玉米栽培中的方向之一。節本之一是減少生產資料的投入，二是節約勞務支出。西遼河平原灌區是全國為數不多的井灌玉米區，灌溉條件下生育后期玉米容易出現脫肥現象，分次追肥是提高N肥利用效率的有效途徑，常規的等行距種植模式后期追肥困難，寬窄行種植既有生育后期通風透光好的優勢，又便于追肥、噴藥、收獲等田間管理，生產中寬窄行種植從種到收全程機械化配套較為成熟，可有效節約勞動力的投入，可推薦為西遼河平原灌區玉米栽培的主推模式之一。