青貯玉米高產(chǎn)群體生理特性及其對密度的響應(yīng)

蘇天增，侯樂新，張玉強(qiáng)，王方明，彭 雷

(1.商丘師范學(xué)院 生物與食品學(xué)院，河南 商丘 476000；2.河南省大京九種業(yè)有限公司，河南 商丘 476000)

青貯玉米是世界主要的飼料作物，可利用能量相當(dāng)于普通籽實(shí)玉米的51%～57%，其產(chǎn)量卻相當(dāng)于普通玉米的4～5倍[1]。西方畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國家非常重視青貯玉米的生產(chǎn)，美國2015-2017年每年收獲青貯玉米面積約266.7萬hm2，在玉米面積中的占比超過7%，年產(chǎn)全株青貯玉米飼料12 500萬t以上，在美國高產(chǎn)奶牛的日糧配方中青貯玉米一般占到粗飼料的80%[2]。2016年農(nóng)業(yè)部印發(fā)了《全國草食畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》(農(nóng)牧發(fā)[2016]12號(hào))的通知，通知要求“飼料產(chǎn)業(yè)堅(jiān)持‘以養(yǎng)定種’的原則，以全株青貯玉米、優(yōu)質(zhì)苜蓿、羊草等為重點(diǎn)，因地制宜推進(jìn)優(yōu)質(zhì)飼料生產(chǎn)”。大京九26是河南省大京九種業(yè)有限公司以9889自交系做母本、2193自交系做父本雜交選育而成的青貯玉米單交種，2014-2015年參加國家青貯玉米品種區(qū)域試驗(yàn)(北方組)，平均生物產(chǎn)量(質(zhì)量)26 277.0 kg/hm2，較對照種雅玉青貯26增產(chǎn)4.55%，2016年參加國家青貯玉米品種生產(chǎn)試驗(yàn)(北方組)，平均生物產(chǎn)量(質(zhì)量)28 845.0 kg/hm2，較對照種雅玉青貯26增產(chǎn)9.30%，先后4次通過國家和省級農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定(蒙審玉2016004、寧審玉2017015、國審玉20170049、國審玉20180176)，適宜在我國北方春玉米區(qū)和黃淮海夏玉米區(qū)種植。

以往的研究多集中在普通玉米的諸多方面，郭振升等[3]研究了豫東平原夏玉米高產(chǎn)群體生理指標(biāo)；肖萬欣等[4]闡明了不同株型玉米在氮素和密度互作下獲得高產(chǎn)形態(tài)生理互利機(jī)制；張建軍等[5]分析了甘肅隴東旱塬區(qū)全膜雙壟溝播玉米產(chǎn)量、生理指標(biāo)同步提高的適宜揭膜時(shí)期和施氮量；郭春明等[6]以平展型和緊湊型玉米品種為材料，研究了吉林省西部半干旱區(qū)密度調(diào)控，對不同類型玉米干旱脅迫下冠層和產(chǎn)量的影響；徐宗貴等[7]探究了種植密度對渭北旱塬不同株形春玉米品種光合特性與產(chǎn)量的影響。而對青貯玉米高產(chǎn)群體生理的研究較為薄弱。胡躍高等[8]對不同類型青貯玉米的生理指標(biāo)進(jìn)行了研究；李波等[9]對青貯玉米生物產(chǎn)量與植株主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性進(jìn)行了分析；張瑞霞等[10]探索了不同收獲期青貯玉米品種營養(yǎng)成分的積累與分配規(guī)律。但是密度對于產(chǎn)量突破21 000 kg/hm2高產(chǎn)玉米群體生理特性方面的影響研究未見報(bào)道。為此，選用代表性的青貯玉米大京九26進(jìn)行了該研究，旨在探討不同密度水平對青貯玉米高產(chǎn)群體生理特性及農(nóng)藝性狀的影響，為建立21 000 kg/hm2生物產(chǎn)量的高產(chǎn)栽培技術(shù)體系、青貯玉米高產(chǎn)栽培規(guī)范化提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2015-2016年內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)豐田鎮(zhèn)進(jìn)行。試驗(yàn)田為灰草甸土，含有機(jī)質(zhì)18.2 g/kg、全氮(N)1.39 g/kg、堿解氮(N)132.9 mg/kg、速效磷(P2O5)17.5 mg/kg、速效鉀(K2O)122.8 mg/kg。地勢平坦，有排灌條件。整地前底施有機(jī)肥43 000 kg/hm2，過磷酸鈣480 kg/hm2，氯化鉀230 kg/hm2。4月22日人工開溝播種，5月1日出苗，出苗率98.6%，生育期間澆水3次(攻稈、攻穗、攻粒)，追施尿素680 kg/hm2(分別用于稈肥、穗肥)，其他田間管理同一般大田生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5.25萬，6.00萬，6.75萬，7.50萬，8.25萬，9.00萬株/hm2共6個(gè)密度水平，隨機(jī)區(qū)組排列， 4次重復(fù)，50 cm等行距種植，7行區(qū)，小區(qū)面積28 m2。第1～3重復(fù)收獲中間5行計(jì)產(chǎn)，計(jì)產(chǎn)面積20 m2。玉米乳熟期每小區(qū)連續(xù)取10株測量株高、穗位高和莖粗。收獲前調(diào)查植株持綠性，持綠性=綠葉數(shù)/(綠葉數(shù)+黃葉數(shù))。考種項(xiàng)目有單株鮮質(zhì)量、植株含水量。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

分別于幼苗期(5月21日)、拔節(jié)期(6月12日)、大喇叭口期(7月13日)、吐絲期(7月27日)、灌漿期(8月12日)、乳熟期(8月28日)、青貯收獲期(9月12日)，在1～3重復(fù)各選10株，用Yaxin-1242型葉面積儀測定各生育期葉面積、光合勢，同時(shí)在第4重復(fù)各小區(qū)取樣10株，將植株粉碎后分裝，105 ℃下殺青0.5 h，于80 ℃烘干。測定植株各器官的干質(zhì)量、總質(zhì)量。按郭慶法等[11]方法計(jì)算各生育階段的光合生產(chǎn)率，各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算方法如下：

單株葉面積S=0.75×L×D，其中S為葉面積，L為葉長，D為最大葉寬，0.75為系數(shù)；

葉面積系數(shù)(LAI)=(單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù))/單位土地面積；

光合勢(LAD)=((第1次測定的葉面積+第2次測定的葉面積)/2)×間隔天數(shù)，單位為×104(m2·d)/hm2；

光合生產(chǎn)率(NAR)=(第2次測定的植株干質(zhì)量-第1次測定的植株干質(zhì)量)/該段時(shí)期的光合勢，單位為g/(m2·d)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖。采用Duncan′s方法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植密度對青貯玉米生物產(chǎn)量的影響

表1 不同種植密度青貯玉米的生物產(chǎn)量Tab.1 Biological yield of silage maize with different planting densities

2.2 不同種植密度對青貯玉米群體葉面積系數(shù)的影響

通常人們把玉米葉面積達(dá)最大值后進(jìn)入穩(wěn)定期的長短作為群體結(jié)構(gòu)是否合理的重要指標(biāo)[12]。從表2可以看出，不同種植密度的群體葉面積系數(shù)均隨著生育進(jìn)程而上升，吐絲期達(dá)最大值，然后進(jìn)入穩(wěn)定期，穩(wěn)定期過后，葉面積開始下降，其變化動(dòng)態(tài)呈單峰曲線。其中6.75萬，7.50萬株/hm22個(gè)處理最高。生物產(chǎn)量突破21 000 kg/hm2的群體葉面積系數(shù)為：幼苗期0.073～0.075、拔節(jié)期0.55～0.59、大喇叭口期4.29～4.35、吐絲期5.19～5.32、灌漿期4.82～4.98、乳熟期4.38～4.49、青貯收獲期3.68～3.85。

表2 不同種植密度青貯玉米群體葉面積系數(shù)Tab.2 Leaf area coefficients of population of silage maize with different planting densities

2.3 不同種植密度對青貯玉米群體光合勢的影響

從表3可以看出，在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，各生育階段的光合勢均隨著種植密度的增加而增大，灌漿-乳熟期達(dá)最大值。但光合勢過大，葉片相互遮陰，CO2虧缺，導(dǎo)致葉片光合效率降低，生物產(chǎn)量不高[13]。本研究結(jié)果證明，實(shí)現(xiàn)21 000 kg/hm2以上生物產(chǎn)量6.75萬，7.50萬株/hm2兩處理的光合勢，幼苗-拔節(jié)期為6.85×104～7.32×104(m2· d)/hm2、拔節(jié)-大喇叭口期為75.02×104～76.57×104(m2·d)/hm2、大喇叭口-吐絲期56.88×104～58.02×104(m2·d)/hm2、吐絲-灌漿期80.08×104～82.40×104(m2·d)/hm2、灌漿-乳熟期82.80×104～85.23×104(m2·d)/hm2、乳熟-青貯收獲期60.45×104～62.55×104(m2·d)/hm2、全生育期總光合勢362.08×104～372.09×104(m2·d)/hm2。

2.4 不同種植密度對青貯玉米光合生產(chǎn)率的影響

從表4可以看出，各生育階段群體光合生產(chǎn)率與群體光合勢的變化相反，隨著種植密度增加光合生產(chǎn)率卻降低，全生育期平均光合生產(chǎn)率與種植密度呈負(fù)相關(guān)。突破21 000 kg/hm2以上生物產(chǎn)量的光合生產(chǎn)率，大喇叭口-吐絲期為9.16～9.39 g/(m2·d)、吐絲-灌漿期7.36～7.48 g/(m2·d)、灌漿-乳熟期5.45～5.69 g/(m2·d)、乳熟-青貯收獲期4.91～5.13 g/(m2·d)、全生育期平均凈光合生產(chǎn)率為6.89～7.10 g/(m2·d)。

表3 不同種植密度青貯玉米各生育階段光合勢Tab.3 Photosynthetic potential of silage maize with different planting densities at different growth stages ×104(m2·d)/hm2

表4 不同種植密度各生育階段青貯玉米光合生產(chǎn)率 Tab.4 Net photosynthetic productivity of silage maize with different planting densities at different growth stages g/(m2·d)

2.5 不同種植密度對青貯玉米農(nóng)藝性狀的影響

從表5可以看出，不同種植密度對青貯玉米株高、穗位高、莖粗、持綠性和含水量影響不大，但隨著種植密度的增加，單株鮮質(zhì)量和單株干質(zhì)量卻明顯降低，這些性狀受密度影響的大小依次為單株鮮質(zhì)量(17.6%)>單株干質(zhì)量(15.5%)>穗位高(4.7%)>持綠性(3.0%)>植株含水量(2.1%)>莖粗(1.9%)>株高(1.8%)。顯而易見，種植密度對成產(chǎn)因素的影響最大。

表5 不同種植密度青貯玉米的農(nóng)藝性狀Tab.5 Agronomic characters of silage maize with different planting densities

3 結(jié)論與討論

玉米群體葉面積系數(shù)、光合勢和光合生產(chǎn)率是反映其生理特性的三大指標(biāo)。從試驗(yàn)結(jié)果來看，種植密度與吐絲期葉面積系數(shù)、總光合勢均呈正相關(guān)，與光合生產(chǎn)率呈負(fù)相關(guān)，這與陳國平等[20]的結(jié)果一致。玉米群體葉面積大小及變化動(dòng)態(tài)是衡量群體結(jié)構(gòu)是否合理的重要依據(jù)[21]。在一定范圍內(nèi)，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量隨著葉面積系數(shù)增大而提高，超過適宜范圍，產(chǎn)量下降[22]。本試驗(yàn)條件下，6.75萬，7.50萬株/hm2處理的生物產(chǎn)量最高，2個(gè)密度處理群體最大葉面積系數(shù)吐絲期分別為5.19，5.32、青貯收獲時(shí)期分別為3.68，3.85，全生育期總光合勢分別為362.08×104，372.09×104(m2·d)/hm2，光合生產(chǎn)率分別為6.89,7.10 g/(m2·d)。

王婷等[23]在研究種植密度對青貯玉米主要性狀的影響及其變化規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同種植密度會(huì)引起田間生長環(huán)境發(fā)生變化，進(jìn)而影響青貯玉米的農(nóng)藝性狀。從本試驗(yàn)結(jié)果可知，不同種植密度對青貯玉米株高、穗位高、莖粗、持綠性和含水量影響不大，隨著種植密度的增加，單株鮮質(zhì)量和單株干質(zhì)量明顯降低。在6.75萬，7.50萬株/hm2密度下，青貯玉米的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)為：株高分別為337.6,341.5 cm，穗位高分別為150.2，154.5 cm，莖粗分別為2.56,2.57 cm，持綠性分別為0.78,0.79，植株含水量分別為65.8%,66.0%，單株鮮質(zhì)量分別為899.1,956.8 g，單株干質(zhì)量分別為307.5,325.3 g。

綜合分析認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)青貯玉米21 000 kg/hm2生物產(chǎn)量高產(chǎn)群體最佳種植密度是7.50萬株/hm2，其群體最佳葉面積系數(shù)拔節(jié)期為0.59，大喇叭口期4.35，吐絲期5.32，灌漿期4.98，收獲期3.85。