不同降水年型下旱地玉米產量性狀對種植密度和品種的響應

張元紅，王 瑞，徐宗貴，李 軍

不同降水年型下旱地玉米產量性狀對種植密度和品種的響應

張元紅，王 瑞，徐宗貴，李 軍※

（西北農林科技大學農學院，楊凌 712100）

旱地玉米生產受降水分布影響，產量在不同降水年型之間波動較大。為探究種植密度和品種對不同降水年型旱地玉米產量性狀的影響，設置4個密度（52 500、67 500、82 500和97 500株/hm2）處理，以豫玉22、鄭單958和先玉335為供試品種，于2013—2018年連續定位測定收獲期產量性狀。結果表明，旱地玉米穗長和穗粗隨種植密度增加而下降，禿尖長則呈上升趨勢。不同降水年型，穗長、穗粗差異顯著（<0.05），總體表現為豐水年≥平水年>干旱年，禿尖長則呈相反變化趨勢。降水年型顯著影響旱地玉米產量，平水年和豐水年顯著高于干旱年（<0.05），且平水年和豐水年產量穩定性更高。種植密度顯著影響玉米產量性狀，單位面積穗數與種植密度呈顯著正相關關系（<0.05），而穗粒數和千粒質量與密度呈顯著負相關（<0.05）。種植密度和品種類型對產量的影響達到顯著水平（<0.05），但不同品種產量對密度的響應不同，豫玉22適宜種植密度為52 500～67 500株/hm2，鄭單958和先玉335適宜密度范圍為67 500～82 500 株/hm2，且鄭單958和先玉335產量穩定性更高。相關性分析表明，在干旱年，無論在任何密度條件下，單位面積穗數和穗粒數是影響產量的最主要因素；在平水年和豐水年，低密度（52 500株/hm2）條件下單位面積穗數是影響產量的主要因素，而在高密度（97 500株/hm2）條件下，百粒質量是影響產量的主要因素。綜上所述，從產量效益的角度考慮，較高種植密度（67 500～82 500株/hm2）結合耐密品種（鄭單958和先玉335）是適宜于旱地玉米的最佳種植模式。該研究結果可為旱地有限降水的高效利用和玉米高產穩產提供理論依據。

旱地；產量；密度；降水年型；春玉米；產量性狀

0 引 言

提高種植密度是實現玉米增產的重要措施之一，種植密度對群體結構[1-2]、光合生理特性[3-4]、源庫關系[5-6]、資源利用效率[7-8]、產量及其性狀[9-11]等有重要影響。產量的形成與產量性狀有密切關系，各產量性狀之間相互影響、共同作用，只有各因素間相互協調才能保證高產穩產。前人研究表明，單位面積穗數隨種植密度的增大而增加[12-13]，穗粒數和千粒質量則呈下降趨勢[14-15]，籽粒產量與密度呈拋物線關系[16-18]。陳國平等[19]對中國超高產田產量性狀的研究發現，提高單位面積產量主要依靠增加密度（穗數），同時增加或穩定穗粒質量。王楷等[20]對玉米產量與產量性狀分析表明，不同產量階段玉米產量性狀與產量的相關性均不同，即在不同產量階段，產量性狀對產量的貢獻不同。

黃土高原是中國重要的糧食生產基地，隨著全球氣候的變化，該地區對中國糧食安全的貢獻日益重要[21]。該區玉米種植密度一般僅為4.50～5.50 萬株/hm2，單產僅為5.50～6.50 t/hm2，種植密度和單產水平普遍較低，通過增加種植密度提高產量具有一定的潛力。但是旱地玉米生長受降雨的影響較大，產量在不同年份之間波動劇烈。Wang等[22]對黃土高原不同降水年型下春玉米產量及其構成因素的研究發現，干旱年型春玉米穗粒數較平水年和豐水年分別降低13.2%和19.0%，豐水年與平水年玉米產量及百粒質量也顯著高于干旱年。因此，篩選適宜旱地水分條件的種植密度和品種類型不僅有利于提高對有限降水的利用，且能有效提高旱地生產力水平。而目前對旱地品種與種植密度的研究以短期試驗為主，由于黃土高原降水年季間波動大，降水分布差異大，因此短期試驗并不能獲得較為可靠的結果。本研究通過不同種植密度和品種連續6年定位試驗，研究不同降水年型下旱地春玉米產量性狀對種植密度和品種的響應，探索旱作農田適宜的玉米品種類型與種植密度，以期為促進旱地有限降水的高效利用和玉米高產穩產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013—2018年在渭北旱塬東部陜西省合陽縣甘井鎮西北農林科技大學旱農試驗站（35°20′N，110°06′E）進行，試驗區屬典型半濕潤易旱區，海拔877 m，近15年平均降水量498 mm，年平均氣溫11.5 ℃，平均蒸發量1 833 mm，≥10 ℃積溫3 800 ℃·d，全年無霜期190 d。

1.2 降水年型劃分

對本試驗數據分析發現，旱地玉米產量效應與全生育期總降水量并不同步。根據陳國平等[19, 23]研究發現，拔節-灌漿期是玉米需水關鍵期，也是對水分缺乏最敏感的時期，因此本文根據不同試驗年份春玉米拔節-灌漿期降水量來劃分降水年型。降水年型劃分采用干旱系數法[24]（Drought Index，DI），DI計算公式為

DI = (-)/（1）

式中為試驗年份玉米全生育期降水量，mm；為多年平均降水量，mm；為多年降水量的均方差，mm。DI>0.35為豐水年；-0.35≤DI≤0.35為平水年；DI<-0.35為干旱年[24]。試驗區6月中旬到8月中旬與該區域內春玉米拔節-灌漿期基本吻合，根據多年（2004—2018年）6月中旬到8月中旬降水量，求得拔節-灌漿期多年平均降水為168.4 mm，標準差為66.3 mm。根據春玉米關鍵生育時期降水量，2017和2018年為干旱年，2014和2015年平水年，2013和2016年為豐水年（表1）。

表1 2013—2018年降水及降水年型劃分

1.3 試驗設計

試驗采用二因素裂區設計，種植密度為主處理，品種類型為副處理。以當地農民習慣種植密度（52 500株/hm2）為對照，設置4個種植密度，分別為D1（52 500株/hm2）、D2（67 500株/hm2）、D3（82 500株/hm2）和D4（97 500 株 /hm2），行距均為50 cm。3個供試玉米品種分別為豫玉22 （C1）、鄭單958 （C2）和先玉335 （C3）。小區面積為45.5 m2（13.0 m×3.5 m），3次重復，共36 個小區。4月下旬播種，9月中旬收獲。施肥量為N：225 kg/hm2，P2O5：120 kg/hm2，K2O：90 kg/hm2，其中所施氮肥、磷肥和鉀肥分別為尿素、磷酸二銨和硫酸鉀。不同密度處理采用人工點播方式播種，一穴兩粒，苗期進行間定苗。

1.4 測定項目及方法

收獲期每小區選取未采樣的9.0 m2進行考種，計算單位面積穗數、穗粒數和百粒質量，并調查禿尖長、穗長和穗粗等產量性狀。果穗禿尖長和穗長用直尺測量，穗粗用游標卡尺測量。

1.5 數據處理

數據輸入和處理計算采用Microsoft Excel 2016、Origin 2015作圖，數據統計分析使用SPASS 20.0軟件進行方差分析（ANOVA）和多重比較。

2 結果與分析

2.1 種植密度和品種對不同降水年型玉米產量性狀的影響

2.1.1 不同降水年型產量性狀變化

降水年型對不同密度處理產量性狀的影響如圖1和表2所示，降水年型、種植密度和品種對產量性狀具有顯著影響（0.05）。不同降水年型下單位面積穗數隨密度增大而增加，不同品種差異較大。單位面積穗數在D2、D3和D4密度處理較D1在干旱年分別增加17.8%、26.3%和38.5%；在平水年分別增加21.6%、48.7%和68.9%；在豐水年分別增加26.3%、52.9%和74.6%。

不同品種穗粒數隨降水年型和種植密度的變化如圖 1。穗粒數隨種植密度增加而降低，在不同降水年型，穗粒數差異較顯著（0.05）（表2），干旱年型顯著小于平水年和豐水年。穗粒數在D2、D3和D4密度處理較D1在干旱年分別降低9.7%、18.2%和25.1%；在平水年分別降低5.3%、18.1%和27.7%；在豐水年分別降低5.8%、17.4%和25.7%。

表2 種植密度、品種和降水年型對產量性狀的影響

注：* 在0.05 水平顯著；** 在0.01 水平顯著；*** 在0.001 水平顯著；ns，不顯著。下同。

Note: * Significant at0.05; ** Significant at0.01; *** Significant at0.001; ns, no significance. Same below.

不同降水年型百粒質量隨密度增大而降低（圖1）。百粒質量在D2、D3和D4處理下較D1在干旱年分別降低5.0%、8.8%和13.2%；在平水年分別降低4.8%、10.9%和18.7%；在豐水年分別降低6.0%、11.7%和19.5%。

2.1.2 不同降水年型產量變化

不同降水年型產量隨種植密度的變化如圖2和表2所示，種植密度、品種和降水年型對籽粒產量的影響達到顯著水平（0.05），但不同品種在不同降水年型對密度的響應不同。在干旱年，豫玉22在D1密度時產量達到最大值；鄭單958和先玉335在D2密度達到最大值。在平水年，豫玉22和鄭單958最高產量出現在D2密度處理下，先玉335在D3密度下。在豐水年，豫玉22產量在D2密度時達到最大值；而鄭單958與先玉335最高產量出現在D3密度處理下。在相同密度處理下，鄭單958和先玉335產量高于豫玉22，表明鄭單958與先玉335耐密性較好，產量潛力較大，在高密度時仍有較高產量。產量穩定性分析也表明（表3），干旱年型下產量變異系數顯著大于平水年和豐水年。不同品種間產量穩定性也存在差異，鄭單958和先玉335較豫玉22分別增加19.1%和18.0%。

2.2 種植密度和品種對不同降水年型玉米穗部性狀的影響

不同品種穗部性狀對種植密度和降水年型的響應如圖3和表2所示。種植密度、品種和降水年型對玉米穗部性狀有顯著影響（0.05）。果穗長和果穗粗隨種植密度增加而減小。在不同降水年型，果穗長差異顯著，總體表現為豐水年≥平水年>干旱年。穗長在D2、D3和D4處理下較D1在干旱年分別降低4.5%、5.1%和12.7%；在平水年分別降低6.3%、12.8%和18.9%；在豐水年分別降低8.1%、9.0%和13.8%。

果穗粗隨種植密度增加而減小，不同降水年型差異顯著（0.05）。果穗粗在D2、D3和D4處理下較D1在干旱年分別降低3.2%、4.9%和9.1%；在平水年分別降低3.7%、5.9%和8.8%；在豐水年分別降低3.7%、5.1%和8.9%。

表3 不同降水年型下產量穩定性分析

果穗禿尖長隨種植密度增加而增大，在不同降水年型，禿尖長差異較顯著，總體表現為干旱年>平水年≥豐水年。果穗禿尖長在D2、D3和D4處理下較D1在干旱年分別增加13.1%、21.3%和35.5%；在平水年分別增加14.8%、28.8%和51.6%；在豐水年分別增加17.5%、29.4%和45.8%。

2.3 不同降水年型產量對產量性狀的響應

2.3.1 產量對單位面積穗數的響應

圖4結果表明，不同降水年型旱地玉米單位面積穗數與產量呈二次曲線關系。豫玉22、鄭單958和先玉335單位面積穗數在干旱年為4.67萬、5.98萬和5.96萬穗/hm2時產量達到最大值；在平水年為6.70萬、7.23萬和7.39 萬穗/hm2時產量達到最大值；在豐水年為6.99萬、7.60萬和7.89萬穗/hm2時產量達到最大值。

種植密度對單位面積穗數的調節作用較大，單位面積穗數隨種植密度的增大呈直線增加（圖5）。豫玉22、鄭單958和先玉335種植密度每增加1.5萬株/hm2，單位面積穗數在干旱年分別增加0.89 萬、0.84萬和0.94萬穗/hm2；在平水年分別增加1.31萬、1.35萬和1.39萬穗/hm2；在豐水年分別增加1.33萬、1.39 萬和1.44萬穗/hm2。由擬合方程的斜率可見，不同降水年型下單位面積穗數相差較大，且平水年和豐水年單位面積穗數隨密度增大而增加的幅度大于干旱年。在同一降水年型，不同品種單位面積穗數對密度增加的響應也不相同，鄭單958與先玉335單位面積穗數隨密度增加的幅度較大，而豫玉22較低。

2.3.2 產量對穗粒數的響應

不同降水年型下穗粒數與產量呈拋物線關系（圖6），即產量隨穗粒數增加先上升后下降。豫玉22、鄭單958和先玉335穗粒數在干旱年為400、388和397粒時產量達到最大值；在平水年為481、490和513粒時產量達到最大值；在豐水年為506、495和503粒時產量達到最大值。

穗粒數受單位面積穗數（種植密度）的影響較大，不同降水年型穗粒數隨單位面積穗數增加呈直線下降趨勢（圖7）。豫玉22、鄭單958和先玉335單位面積穗數每增加1.5萬穗/hm2，單穗粒數在干旱年分別下降102、71和71粒；在平水年分別下降66、66和69粒；在豐水年分別下降57、47和59粒。

2.3.3 產量對百粒質量的響應

不同降水年型產量隨百粒質量的變化趨勢如圖8所示，不同品種在種植密度增加過程中，產量對百粒質量的響應不同。豫玉22、鄭單958和先玉335百粒質量在干旱年為32、25和24 g時產量達到最大值；在平水年為28、26和25 g時產量達到最大值；在豐水年為27、26和26 g 時產量達到最大值。

在試驗密度范圍內，百粒質量對種植密度（單位面積穗數）的響應關系見圖9。豫玉22、鄭單958和先玉335單位面積穗數每增加1.5萬穗/hm2，百粒質量在干旱年分別下降3.2、2.7和2.7 g；在平水年分別下降2.9、2.2和1.6 g；在豐水年分別下降2.7、2.2和1.5 g。

2.4 不同降水年型產量與產量性狀的關系

不同降水年型產量與產量性狀的相關關系如表3所示。在干旱年，不同品種產量在各密度處理下與單位面積穗數和穗粒數均呈顯著正相關關系（0.05）。在平水年，豫玉22在D1、D2密度處理下單位面積穗數與產量呈顯著正相關（0.05），D4密度處理時產量與穗粒數和百粒質量呈現顯著正相關關系（0.05），且產量與百粒質量關系更密切；鄭單958在D1密度下單位面積穗數和百粒質量對產量的影響達到顯著水平（0.05），且穗粒數對產量的影響更大，D2密度時單位面積穗數與產量呈顯著正相關關系（0.05），D4密度時百粒質量是影響產量的主要因素，相關系數達到0.96（0.05）；先玉335在D1密度時單位面積穗數與百粒質量對產量的影響達顯著水平（0.05）。在豐水年，豫玉22在D1密度處理時單位面積穗數與產量呈顯著正相關（0.05），D2密度時穗粒數和百粒質量是影響產量的最主要因素，且產量與穗粒數關系更密切，D3密度處理下穗粒數對產量的影響達到顯著水平（0.05）；鄭單958和先玉335在低密度處理時（D1），單位面積穗數是影響產量的主要因素。整體來說，不同降水年型和密度處理主要影響旱地玉米單位面積穗數，從而影響旱地產量。同一降水年型，在D1密度處理時，單位面積穗數是影響產量的主要因素；在D2、D3密度處理時，穗粒數和百粒質量對產量影響較大；在D4密度時產量受百粒質量的影響較大。

表3 產量與產量性狀的相關系數

3 討 論

3.1 不同降水年型春玉米產量性狀對種植密度和品種的響應

前人研究表明，單位面積穗數與種植密度呈顯著正相關（0.05），而穗粒數和千粒質量與種植密度呈顯著負相關（0.05）[11-12]。本試驗結果表明，D1密度時不同降水年型單位面積穗數差異不顯著（0.05），D2、D3、D4密度時豐水年與平水年單位面積穗數顯著大于干旱年（0.05）。Wang等[22]對黃土高原連續10年春玉米定位試驗研究表明，在不同降水年型下穗粒數差異顯著（0.05）。本研究也發現不同降水年型下穗粒數隨種植密度增大而降低，且不同降水年型之間差異顯著（0.05）。籽粒百粒質量隨密度加而降低，且豐水年百粒質量隨密度增加而降低的幅度小于其他年型。降水是影響旱地玉米產量的最主要因素，在干旱年，春玉米在關鍵生育時期（拔節-灌漿期）干旱少雨，影響春玉米開花授粉、干物質積累和籽粒灌漿速率等[1-6]，因此單位面積穗數和穗粒數顯著降低（0.05），且這種效應在高密度處理下更加明顯。陳傳永等[15]研究表明，玉米干物質增加是平均葉面積指數、平均光合速率共同作用的結果，但由于在種植密度增加過程中物質轉化效率降低，引起籽粒百粒質量下降，致使籽粒庫容降低，導致產量增加緩慢或負增長，而這種影響在干旱年型尤為嚴峻，由于春玉米關鍵生育時期水分的虧缺。在同一降水年型下，不同品種產量性狀對密度的響應不同，豫玉22單位面積穗數隨密度增大而增加的幅度小于鄭單958和先玉335，但豫玉22穗粒數與百粒質量隨密度增大而下降的趨勢大于鄭單958和先玉335，這主要是由于品種特性不同所致[3-6]。

不同降水年型產量隨密度的增加呈先上升后降低趨勢，但不同品種在不同降水年型下達到最高產量的密度不同。在干旱年，豫玉22在D1密度處理時達到最高產量，鄭單958和先玉335在D2密度處理時達到最高產量；在平水年，不同品種最高產量出現在D2密度處理；在豐水年，豫玉22在D2密度處理時產量達到最大值，而鄭單958與先玉335最高產量出現在D3密度處理（82 500 株/hm2）。因此，綜合產量與產量構成因素對密度的響應規律，分析不同品種耐密性發現，在旱地農業區，先玉335耐密性最好、鄭單958次之，豫玉22最差，其中豫玉22適宜種植密度為52 500～67 500株/hm2，鄭單958和先玉335的適宜密度范圍為67 500～82 500 株 /hm2。降水年型主要通過影響旱地玉米產量性狀而影響春玉米產量，豐水年和平水年產量顯著高于干旱年，Ren等[25]模擬黃土高原不同種植密度對產量的影響也得到相似結果。

3.2 不同降水年型玉米穗部性狀對種植密度的響應

前人研究表明，玉米穗長、穗粗隨種植密度增加呈降低趨勢，禿尖長度則呈上升趨勢[12]。在不同降水年型下，玉米穗長差異較顯著，總體表現為豐水年≥平水年>干旱年。通過分析也發現，不同品種穗粗在干旱年型顯著小于平水年和豐水年（0.05），且干旱年穗粗隨密度增大而下降的幅度也大于平水年與豐水年。在不同降水年型下，不同品種禿尖長也表現出差異，總體趨勢為干旱年>平水年≥豐水年，且在高密度時禿尖長隨密度增大而增加的幅度顯著大于其他處理（0.05）。這主要是因為隨著密度的增加，春玉米群體內部競爭加劇，單株個體能夠利用的降水資源減少，而這種競爭在干旱年型表現的更為激烈[25-26]。由于品種特性不同，不同品種穗長、穗粗和禿尖長對密度的響應不同，在同一降水年型下，豫玉22穗長、穗粗隨種植密度增加而減小的幅度大于鄭單958和先玉335；而禿尖長增加的幅度大于鄭單958和先玉335，這主要是不同品種耐密性不同所致[3-6]。

3.3 春玉米產量與產量性狀的關系

關于產量構成因素對產量的影響，前人已經做了大量研究，陳傳永等[15]研究發現穗粒數是影響產量的最主要因素，但也有研究認為百粒質量是決定產量的主要因素，穗數和穗粒數受密度影響較小[27]。本試驗對不同降水年型下產量與產量性狀間的相關性分析表明，在干旱年型，無論在任何種植密度和品種條件下，單位面積穗數和穗粒數是影響旱地玉米產量的最主要因素；在平水年和豐水年，在低密度處理下（D1），單位面積穗數是影響玉米產量的關鍵因素；在高密度處理下（D4），百粒質量是影響旱地玉米產量的主要因素。

4 結 論

旱地玉米生產受降水量的影響較大，降水年型對產量性狀的影響達到顯著水平（0.05），干旱年型顯著低于平水年與豐水年，且平水年和豐水年產量穩定性更高。產量隨種植密度增加呈先上升后下降趨勢，單位面積穗數與種植密度呈顯著正相關（0.05），而穗粒數和千粒重與種植密度呈顯著負相關（0.05）。品種類型對產量的影響達到顯著水平（<0.05），但不同品種產量對密度的響應不同，豫玉22適宜種植密度為52 500～67 500株/hm2，鄭單958和先玉335適宜密度范圍為67 500～82 500株/hm2，且鄭單958和先玉335產量穩定性更高。相關性分析表明，在干旱年，無論在任何密度條件下，單位面積穗數和穗粒數是影響產量的最主要因素；在平水年與豐水年，低密度（D1）條件下單位面積穗數是影響產量的主要因素，而高密度（D4）條件下，春玉米籽粒百粒質量是影響產量的主要因素。綜上所述，在渭北旱塬旱作玉米種植系統，以耐密品種鄭單958或先玉335結合密度67 500～82 500株/hm2產量效益和穩定性最好，是適宜于該地區旱作農田長期可持續發展的種植模式。

[1] Hammer G L, Dong Z S, Mclean G, et al. Can changes in canopy and/or root system architecture explain historical maize yield trends in the U. S. corn belt[J]. Crop Science, 2009, 49: 299-312.

[2] 侯佳敏，羅寧，王溯，等. 增密對我國玉米產量-葉面積指數-光合速率的影響[J]. 中國農業科學，2021，54(12)：2538-2546.

Hou Jiamin, Luo Ning, Wang Su, et al. Effects of increasing planting density on grain yield, leaf area index and photosynthetic rate of maize in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(12): 2538-2546. (in Chinese with English abstract)

[3] 柏延文，楊永紅，朱亞利，等. 種植密度對不同株型玉米冠層光能截獲和產量的影響[J]. 作物學報，2019，45(12)：1868-1879.

Bai Yanwen, Yang Yonghong, Zhu Yali, et al. Effect of planting density on light interception within canopy and grain yield of different plant types of maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2019, 45(12): 1868-1879. (in Chinese with English abstract)

[4] 徐宗貴，孫磊，王浩，等. 種植密度對旱地不同株型春玉米品種光合特性與產量的影響[J]. 中國農業科學，2017，50(13)：2463-2475.

Xu Zonggui, Sun Lei, Wang Hao, et al. Effects of different planting densities on photosynthetic characteristics and yield of different variety types of spring maize on dryland[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(13): 2463-2475. (in Chinese with English abstract)

[5] 劉偉，呂鵬，蘇凱，等. 種植密度對夏玉米產量和源庫特性的影響[J]. 應用生態學報，2010，21(7)：1737-1743.

Liu Wei, Lv Peng, Su Kai, et al. Effects of planting density on the grain yield and source-sink characteristics of summer maize[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(7): 1737-1743. (in Chinese with English abstract)

[6] 薛吉全，張仁和，馬國勝，等. 種植密度、氮肥和水分脅迫對玉米產量形成的影響[J]. 作物學報，2010，36(6)：1022-1029.

Xue Jiquan, Zhang Renhe, Ma Guosheng, et al. Effects of plant density, nitrogen application, and water stress on yield formation of maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2010, 36(6): 1022-1029. (in Chinese with English abstract)

[7] Jia Q M, Sun L F, Shahzad A, et al. Effect of planting density and pattern on maize yield and rainwater use efficiency in the Loess Plateau in China[J]. Agricultural Water Management, 2018, 202: 19-32.

[8] 魏淑麗，王志剛，于曉芳，等. 施氮量和密度互作對玉米產量和氮肥利用效率的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2019，25(3)：382-391.

Wei Shuli, Wang Zhigang, Yu Xiaofang, et al. Interaction of nitrogen fertilizer rate and plant density on grain yield and nitrogen use efficiency of maize[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2019, 25(3): 382-391. (in Chinese with English abstract)

[9] Hou P, Liu Y, Liu W M, et al. How to increase maize production without extra nitrogen input[J]. Resources, Conservation & Recycling, 2021, 160: 104913.

[10] 肖萬欣，劉晶，史磊，等. 氮密互作對不同株型玉米形態、光合性能及產量的影響[J]. 中國農業科學，2017，50(19)：3690-3701.

Xiao Wanxin, Liu Jing, Shi Lei, et al. Effects of nitrogen and density interaction on morphological traits, photosynthetic property and yield of maize hybrid of different plant types[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(19): 3690-3701. (in Chinese with English abstract)

[11] Assefa Y, Vara Prasad P V, Carter P, et al. Yield responses to planting density for US modern corn hybrids: A synthesis analysis[J]. Crop Science, 2016, 56: 2802-2817.

[12] Zhang Q, Zhang L Z, Evers J, et al. Maize yield and quality in response to plant density and application of a novel plant growth regulator[J]. Field Crops Research, 2014, 164: 82-89.

[13] 明博，謝瑞芝，侯鵬，等. 2005—2016年中國玉米種植密度變化分析[J]. 中國農業科學，2017，50(11)：1960-1972.

Ming Bo, Xie Ruizhi, Hou Peng, et al. Changes of maize planting density in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(11): 1960-1972. (in Chinese with English abstract)

[14] Du X, Wang Z, Lei W, et al. Increased planting density combined with reduced nitrogen rate to achieve high yield in maize[J]. Scientific Reports, 2021, 11: 358.

[15] 陳傳永，侯玉虹，孫銳，等. 密植對不同玉米品種產量性能的影響及其耐密性分析[J]. 作物學報，2010，36(7)：1153-1160.

Chen Chuanyong, Hou Yuhong, Sun Rui, et al. Effects of planting density on yield performance and density-tolerance analysis for maize hybrids[J]. Acta Agronomica Sinica, 2010, 36(7): 1153-1160. (in Chinese with English abstract)

[16] Testa G, Reyneri A, Blandino M. Maize grain yield enhancement through high plant cultivation with different inter-row and intra-row spacings[J]. European Journal Agronomy, 2016, 72: 28-37.

[17] Edwards J W. Genotype×environment interaction for plant density response in maize (L. )[J]. Crop Science, 2016, 56: 1493-1505.

[18] Zhang G Q, Shen D P, Xie R Z, et al. Optimizing planting density to improve nitrogen use of super high-yield maize[J]. Agronomy Journal, 2020, 112: 4147-4158.

[19] 陳國平，高聚林，趙明，等. 近年我國玉米超高產田的分布、產量構成及關鍵技術[J]. 作物學報，2012，38(1)：80-85.

Chen Guoping, Gao Julin, Zhao Ming, et al. Distribution, yield structure, and key cultural techniques of maize superhigh yield plots in recent years[J]. Acta Agronomica Sinica, 2012, 38(1): 80-85. (in Chinese with English abstract)

[20] 王楷，王克如，王永宏，等. 密度對玉米產量(>15000kg·hm-2)及其產量構成因子的影響[J]. 中國農業科學，2012，45(16)：3437-3445.

Wang Kai, Wang Keru, Wang Yonghong, et al. Effects of density on maize yield and yield components[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(16): 3437-3445. (in Chinese with English abstract)

[21] Zhang Y, Ma Q, Liu D H, et al. Effects of different fertilizer strategies on soil water utilization and maize yield in the ridge and furrow rainfall harvesting system in semiarid regions of China[J]. Agricultural Water Management, 2018, 208: 414-421.

[22] Wang S L, Wang H, Zhang Y H, et al. The influence of rotational tillage on soil water storage, water use efficiency and maize yield in semi-arid areas under varied rainfall conditions[J]. Agricultural Water Management, 2018, 203: 376-384.

[23] Sun L, Wang S L, Zhang Y J, et al. Conservation agriculture based on crop rotation and tillage in the semi-arid Loess Plateau, China: Effects on crop yield and soil water use[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2018, 251: 67-77.

[24] Guo S L, Zhu H H, Dang T H, et al. Winter wheat grain yield associated with precipitation distribution under long-term nitrogen fertilization in the semiarid Loess Plateau in China[J]. Geoderma, 2012, 189: 442-450.

[25] Ren X M, Sun D B, Wang Q S. Modeling the effects of plant density on maize productivity and water balance in the Loess Plateau of China[J]. Agricultural Water Management, 2016, 171: 40-48.

[26] Hernández M D, Alfonso C, Cerrudo A, et al. Eco-physiological processes underlying maize water use efficiency response to plant density under contrasting water regimes[J]. Field Crops Research, 2020, 254: 107844.

[27] Sangoi L, Gracietti M A, Rampazzo C, et al. Response of Brazilian maize hybrids from different eras to changes in plant density[J]. Field Crops Research, 2002, 79: 39-51.

Responses of yield traits to planting density and cultivar of spring maize in drylands under different rainfall types

Zhang Yuanhong, Wang Rui, Xu Zonggui, Li Jun※

(712100,)

A maize yield can depend greatly on the rainfall types in dryland agriculture. This study aims to investigate the effects of planting density on the yield traits of spring maize under different rainfall types in dryland. A successive field experiment was also carried out for the planting density of spring maize from different cultivars in the dryland farming experimental station of Northwest A&F University in Heyang County, Shaanxi Province of China from 2013 to 2018. Taking the Yuyu22, Zhengdan958, and Xianyu335 as the experimental cultivars, four planting densities were set (D1: 52 500, D2: 67 500, D3: 82 500, and D4: 97 500 plant/hm2) to determine the yield traits at the harvest stage in each growing season. The results showed that the ear length and ear diameter of maize decreased with the increase of planting density, whereas, the length of tip back was on the rise. There were significant differences in the ear length and ear diameter among different rainfall types (<0.05), where the overall performance was also ranked in the order of the wet year≥normal year > dry year, but the order of the length of tip back was the dry year > normal year≥wet year. The rainfall types posed significant effects on the yield traits, further to determine the grain yield of maize in dryland, indicating that the yield in the normal and wet years was significantly higher than that in the dry years (<0.05), whereas, the yield stability was also higher in the normal and wet years than that of dry years. Furthermore, there were significant positive correlations of planting density on the ear number per square (<0.05), whereas, the kernel number per ear and 100-seed weight presented a negative correlation with the planting density (<0.05). The planting density and cultivar posed a significant influence on the grain yield, but the cultivars greatly varied in response to the planting density (<0.05). Specifically, the suitable planting density of Yuyu22 was 52 500-67 500 plant//hm2, and Zhengdan958 and Xianyu335 were 67 500-82 500 plant/hm2. Moreover, the latter presented a more stable yield. The correlation analysis showed that the ears number per square and the number of the kernels per ear were the most important factors affecting the yield of spring maize in the dry years. In the normal and wet years, the ear number per square was the main factor under a low planting density (D1), whereas, the 100-seed weight of spring maize served as the main factor under a high planting density (D4). A relatively higher planting density with 67500-82 500 plant/hm2combined with the density-tolerance cultivar (Zhengdan958 and Xianyu335) can be widely expected to improve the grain yield and yield stability of dryland maize. The finding can provide for the optimal planting pattern in sustainable dryland agriculture.

dryland; yield; density; rainfall type; spring maize; yield traits

張元紅，王瑞，徐宗貴，等. 不同降水年型下旱地玉米產量性狀對種植密度和品種的響應[J]. 農業工程學報，2021，37(22)：136-144.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.015 http://www.tcsae.org

Zhang Yuanhong, Wang Rui, Xu Zonggui, et al. Responses of yield traits to planting density and cultivar of spring maize in drylands under different rainfall types[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(22): 136-144. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.015 http://www.tcsae.org

2021-03-30

2021-11-02

國家科技支撐計劃項目（2015BAD22B02）；國家“863”計劃項目（2013AA102902）；國家自然基金項目（31801300）

張元紅，博士生，研究方向為高效農作制度。Email：yuanhongzhang@nwsuaf.edu.cn

李軍，教授，博士生導師，研究方向為高效農作制度和數字農作技術。Email：junli@nwsuaf.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.015

S359.1

A

1002-6819(2021)-22-0136-09