種植密度對夏玉米新單65 灌漿和脫水特性的影響

王育紅，周新，王海洋，王正方，沈東風

(洛陽農林科學院，河南洛陽 471023)

機械化粒收已成為我國玉米生產發展的必然趨勢[1]，但生產上宜機收品種較少，主推品種收獲時籽粒含水率偏高，機械粒收過程籽粒破碎率偏高，是制約我國玉米機械粒收技術推廣的主要因素[2－4]。黃淮海區主要種植模式為一年兩熟(小麥—玉米)，光熱資源緊張，夏玉米的整個生長期只有100～110 d，選育早熟、耐密、后期籽粒脫水快品種在保證玉米產量不降的情況下實現籽粒機收，可以緩解這一矛盾[5，6]。實踐證明，合理密植是玉米增產的有效措施之一[7－9]，種植密度對玉米籽粒灌漿過程影響顯著。在籽粒發育進程中，脫水過程與灌漿密切相關[10]，并持續至籽粒收獲，明確玉米籽粒脫水動態及其與灌漿的關系，對選育脫水速率快的宜機收品種有重要意義。新單65 是河南省新鄉農科院玉米研究中心選育的玉米新品種，具有耐密、抗倒、高產、宜機收等優點，研究和明確其適宜種植密度、籽粒灌漿和脫水特性，可為其推廣應用提供理論依據和技術指導。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2020 年在洛陽農林科學院玉米綜合試驗站試驗田(112.3°E，34.4°N)進行。試驗地灌排方便，地勢平坦，便于調節和管理。肥力上中等，土壤耕層含有機質14.52 g/kg、全氮1.16 g/kg、堿解氮106.9 mg/kg、有效磷21.24 mg/kg、速效鉀107.56 mg/kg。該試驗區年均輻射量為491.5 kJ/cm2，年平均氣溫為14.0 ℃，日均溫超過10 ℃的活動積溫4 200 ℃，日照時數為2 200 h，干燥度為1.34，無霜期為215～219 d。年蒸發量為1 841.7 mm，常年平均降水量為646.3 mm，且70%集中在6—9 月。

1.2 試驗設計

試驗選用夏玉米品種新單65 為供試材料，種植密度設6.0 萬、7.5 萬、9.0 萬、10.5 萬、12.0 萬株/hm25 個水平。隨機區組設計，4 次重復，第1 重復為取樣區，小區行距為0.6 m，行長為6 m，8 行，面積為28.8 m2。6 月8 日播種，田間管理同當地大田生產。

1.3 測定指標與方法

(1)農藝及產量性狀。調查記錄各處理的播種期、出苗期、拔節期、抽雄期、吐絲期、蠟熟期、成熟期等生育期，并在拔節期、吐絲期和成熟期測量葉面積、干物質積累量，在成熟期測量株高和穗位高，同時每小區取中間4 行收獲測產，風干后以14%的含水量折算籽粒產量。采用稱重法選取10 個果穗進行考種，測定穗粗、穗長、穗行數、行粒數等。

(2)粒質量和含水量測定。在采樣區中，選同一天散粉、生長整齊一致的穗子進行標記。自授粉后第10 天取第1 次樣，以后每隔7 d 采樣1 次，每次取樣各小區分別從標記植株中隨機選取3 個均勻穗，然后用尺子測量每個果穗長度，用刀子從中間部位切開分為上下2 部分，從切開部位分別剝取50粒，稱鮮質量。在105 ℃烘箱中殺青30 min 后，65℃烘干至恒重，稱干質量，計算籽粒百粒質量和含水率。

籽粒含水量(%)＝(鮮質量－干質量)/鮮質量×100

籽粒平均脫水速率(%·d－1)＝(前1 次含水量－后1 次含水量)/間隔時間

(3)籽粒灌漿參數。應用Logistic 方程對籽粒灌漿過程進行擬合，并計算導出相應灌漿特征參數，對籽粒灌漿進行生長分析。

Logistic 方程:W＝K/(1＋Ae－Bt)

式中:t為開花后時間(開花日計為t0＝0)；W為花后粒質量(開花日粒質量計為W0)；K為理論最大百粒質量；A、B為形狀參數，由方程一階導數和二階導數推導出灌漿參數[11]。

2 結果與分析

2.1 種植密度對夏玉米新單65 產量及其構成因素的影響

從表1 可知，隨著種植密度的增加，夏玉米新單65 的穗粗、穗長、穗行數、行粒數、百粒質量均表現逐漸降低的趨勢；種植密度達到9.0 萬株/hm2后再增加種植密度，穗長、行粒數快速降低，差異顯著；產量表現為先增再降的趨勢，其中以種植密度10.5萬株/hm2時產量最高，達到11 251.5 kg/hm2，種植密度為9.0 萬～12.0 萬株/hm2時，產量差異不顯著。

表1 不同種植密度下夏玉米新單65 產量及其構成要素Table 1 The yield and its components of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

2.2 種密度對夏玉米新單65 主要農藝性狀的影響

由表2 可知，隨種植密度增加，夏玉米新單65株高逐漸增加，當種植密度增加到9.0 萬株/hm2后，株高下降，但不顯著；穗位高、空稈率和倒伏率隨種植密度增加逐漸增加，吐絲期單株葉面積和干物質積累量隨種植密度增加而降低，種植密度超過10.5 萬株/hm2時，穗位高增加、單株葉面積和干物質積累量降低，差異達顯著水平，空稈率增加，倒伏風險加大。綜上所述，夏玉米新單65 耐密性較好，適宜種植密度為9.0 萬～10.5 萬株/hm2。

表2 不同種植密度下夏玉米新單65 主要農藝性狀Table 2 The main agronomic characters of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

2.3 種植密度對夏玉米新單65 授粉后籽粒干物質積累和灌漿速率的影響

由圖1 可知，種植密度對夏玉米新單65 籽粒灌漿持續期無影響，籽粒干物質積累隨灌漿時間變化呈“S”型動態曲線，灌漿速率變化呈單峰曲線，授粉后24 d 達最大值，之后明顯下降。隨種植密度的增加，籽粒干物質積累量和灌漿速率呈下降趨勢；且隨灌漿時間延長，各處理籽粒干物質積累差異逐漸增大，灌漿終止時差異達最大；各處理籽粒灌漿速率差異先增后減，在灌漿速率最大時差異達最大。與6.0 萬株/hm2相比，12.0 萬株/hm2處理籽粒干物質積累量的下降幅度最大，最終百粒質量為23.3 g，低15.5%，百粒最大灌漿速率為0.7 g/d，低19.1%。

圖1 不同種植密度下夏玉米新單65 籽粒干物質積累及灌漿速率Fig.1 The dry matter accumulation and filling rate of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

2.4 種植密度對夏玉米新單65 籽粒灌漿參數及脫水特性的影響

由表3 可以看出，Logsitic 方程可以很好地擬合不同種植密度下的籽粒灌漿過程(方程系數R2達0.99 以上)，可用該方程的次級參數模擬分析籽粒灌漿過程。由Logsitic 方程次級參數可看出，各處理籽粒灌漿活躍期P和達到最大灌漿速率的天數Tmax隨種植密度的增加而增加，增幅分別為1.8%～4.6%和1.0%～2.5%，差異不顯著；籽粒灌漿速率最大時的生長量Wmax和最大灌漿速率Vmax隨種植密度的增加而降低。當種植密度為12.0 萬株/hm2時，Vmax和Wmax最低。

表3 不同種植密度下夏玉米新單65 籽粒灌漿參數Table 3 The grain filling parameters of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

由圖2 可以看出，不同種植密度下夏玉米新單65 籽粒含水量變化趨勢相似，均隨著授粉后時間增加而快速下降，各處理差異不明顯。授粉后17～31 d是籽粒含水量快速下降期，6.0 萬～12.0 萬株/hm25 個種植密度的玉米籽粒含水量分別降低了39.3%、36.1%、36.9%、36.0%和35.9%；授粉后52 d，籽粒含水量隨種植密度增加而提高，由24.68%增加到27.0%；7.5 萬、9.0 萬、10.5 萬株/hm23 個種植密度籽粒含水量分別是25.7%、25.6%、25.7%，差異不明顯。

圖2 不同種植密度下夏玉米新單65 籽粒含水量和脫水速率Fig.2 Grain dehydration characterisics of summer maize variety Xindan 65 under different planting density

夏玉米新單65 籽粒脫水速率隨授粉后時間增加呈先快后慢的下降趨勢(圖2)。授粉后17～38 d，籽粒脫水速率隨授粉后時間增加而迅速降低，種植密度6.0 萬株/hm2處理籽粒脫水速率較高，其余處理籽粒脫水速率差異不明顯。授粉后45～52 d，籽粒平均脫水速率隨種植密度增加而降低。種植密度由6.0 萬增至12.0 萬株/hm2，平均脫水速率由1.39%/d 降至1.28%/d，7.5 萬、9.0 萬、10.5 萬株/hm23 個種植密度籽粒脫水速率分別為 1.29%/d、1.31%/d、1.30%/d，差異不明顯。

3 討論

培育早熟耐密、籽粒脫水快、收獲時籽粒含水率低的品種是黃淮海夏玉米區推廣籽粒機械收獲技術的前提[12]。選用耐密品種并適當提高種植密度是我國玉米產量提高的重要途徑[13，14]。本研究表明，夏玉米新單65 在高密度種植條件下增產顯著，種植密度超過10.5 萬株/hm2時，增產不顯著；進一步增加種植密度，產量和株高有所降低且穗位高、空稈率、倒伏倒折率升高，穗粒數和百粒質量降低。這與何海軍等的結果一致[15－17]。

籽粒灌漿屬復雜的生理代謝過程，籽粒灌漿特性受多基因控制和環境條件的影響。種植密度主要通過群體結構調節光熱資源進而影響籽粒灌漿，對灌漿過程影響顯著[18－20]。本試驗表明，種植密度對夏玉米新單65 籽粒灌漿持續期沒有影響，這與王曉燕等結果一致[8]，但隨種植密度的增加，籽粒干物質積累量和灌漿速率下降，且隨灌漿天數延長，各處理籽粒干物質積累量差異逐漸增大，灌漿終止時差異達最大；各處理籽粒灌漿速率差異先增后減，在灌漿速率最大時差異最大。籽粒灌漿參數P和Tmax隨種植密度增加而增加，差異不顯著；灌漿參數Vmax和Wmax隨種植密度增加而降低，當種植密度為12.0萬株/hm2時達最低。

關于種植密度與玉米籽粒水分含量及脫水速率的關系報道較少，且研究結論不一致[20－23]。有研究認為，隨種植密度的增加不同粒位的籽粒灌漿速率均降低，百粒質量減小，脫水速率加快；也有研究認為玉米生理成熟期和收獲期籽粒含水率隨種植密度的增加而增加，脫水速率則降低。可能與選用的玉米品種和種植生態區有關。本試驗選用夏播玉米品種，設置了5 個密度，即6.0 萬、7.5 萬、9.0 萬、10.5萬和12.0 萬株/hm2，結果表明，玉米籽粒含水率隨生育進程的推進呈現單調遞減的趨勢(Y＝0.021X2－2.600X＋103.9，R2＝0.998)，各處理差異不明顯；總體表現為種植密度會影響籽粒灌漿至成熟期的水分狀況，隨著密度的增加，籽粒脫水變慢，脫水速率降低，籽粒的含水率增加。有關不同密度下夏玉米籽粒灌漿和脫水的生理生化機制還需進一步研究。

4 結論

隨著種植密度增加，夏玉米新單65 增產顯著，密度為10.5 萬株/hm2時產量最高；密度為9.0 萬～12.0 萬株/hm2時產量差異不顯著，密度超過10.5萬株/hm2時，穗位偏高，單株葉面積減少，干物質積累下降，倒伏風險加大。籽粒灌漿參數P和Tmax隨著種植密度增加而增加，但差異不顯著；籽粒灌漿參數Vmax和Wmax隨種植密度增加而降低，種植密度超過10.5 萬株/hm2時，降低幅度達顯著差異水平。籽粒含水量隨著授粉后時間增加而快速下降，籽粒脫水速率隨種植密度增加而降低，種植密度過大，籽粒后期脫水速率降幅明顯，不利于機收。因此，生產上新單65 機械粒收的適宜種植密度為9.0 萬～10.5 萬株/hm2。