高密度栽培條件下化控處理對玉米光熱水利用效率的影響

黃蘭

(海南省農民科技教育培訓中心海南海口571199)

海南島地處熱帶地區，屬于熱帶季風氣候，光熱充足、降水充沛，是中國發展熱帶作物的重要基地［1］。自20世紀90年代起，海南省開始種植鮮食玉米，目前年種植面積2.7萬hm2。鮮食玉米產量的高低，除與品種自身的特征特性有關外，還與種植管理技術、天氣環境等因素有關［2］；其中，栽培密度是決定鮮食玉米產量的主要因素，增加種植密度能夠依靠群體發揮增產潛力［3］。因此了解和研究高密度種植鮮食玉米技術對海南省鮮食玉米生產十分重要。然而，隨著密度的增加，株高和穗位高增加，植株重心上移，基部的節間變長、變細，群體結構被破壞，光合能力急劇下降，常會發生倒伏，從而影響玉米的產量［4］。利用化學調控（化控）能夠調節玉米生長發育，有效降低玉米株高、穗位高，改善玉米群體冠層的通風透光性，提高作物群體的光合作用效率、資源利用率和物質生產能力，最終實現玉米增產［5］。王暢等［6］研究表明，烯效唑和2-N，N-二乙氨基乙基己酸酯顯著提高大豆的光熱資源利用率和產量。劉笑鳴等［7］研究表明，化控和氮肥共同作用顯著提高了葉片光合能力、光能利用效率、熱量利用效率和水分利用效率，進一步增加了產量。然而，有關化控對高密度種植條件下鮮食玉米光熱資源利用情況的影響研究較少。因此，本試驗以鮮玉糯4號為材料，研究高密度條件下鮮食玉米光熱資源利用率和產量的變化，探究化控技術對玉米光熱資源利用率的調控效應，為鮮食玉米高產栽培理論和實踐提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地點

試驗于2020年在海南省海口市瓊山區進行。該地屬于熱帶海洋性季風氣候，土壤類型為紅壤，地勢平坦，排灌方便，土壤有機質21.53 g/kg，堿解氮105.27 mg/kg，速效磷23.95 mg/kg，速效鉀149.72 mg/kg，pH為6.68。

1.1.2 試驗材料

試驗材料選用鮮玉糯4號。化控劑選用玉黃金（30%胺酰酯·乙烯利），購自福建浩倫生物工程技術有限公司；高玉保（有效成分為40%乙烯利），購自安陽全豐生物科技有限公司；噸田寶（哌啶嗡鹽與基因激活劑水劑），購自吉林省豐途農業開發有限公司。玉米生長周期內氣象數據來自中國氣象數據網，日平均氣溫和降水量見圖1。

圖1 玉米生長期間日平均氣溫和降水量

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，設置4個處理，即，玉黃金（T1），高玉保（T2）和噸田寶（T3），清水對照（CK）。T1處理噴施量為375 mL/hm2，稀釋1 200倍；T2和T3處理噴施量為450 mL/hm2，稀釋1 000倍，在玉米六葉期進行噴施。每小區長8 m，寬6 m，面積48 m2，每處理重復3次，隨機排列。在玉米播種前施入N 120 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2作基肥。玉米播種密度為8萬株/hm2，于2020年9月18日播 種，于2020年12月16日青采收獲。

1.2.2 項目測定

1.2.2.1 光合指標

分別于苗期（9月28日）、拔節期（10月24日）、抽雄期（11月16）、灌漿初期（11月28日）和乳熟期（12月14日）用SPAD儀測定葉綠素含量（SPAD值），抽雄前測定上部展開葉，抽雄后測定棒三葉；選擇晴天上午，采用便攜式光合系統（GFS-3000）測定光合速率。

1.2.2.2 干物質積累量

分別于苗期、拔節期、抽雄期、灌漿初期和乳熟期取3株長勢一致的植株，將莖、葉、穗分開，于105℃殺青30 min，以80℃烘干至恒重，測定干物質積累量。

1.2.2.3 產量及產量構成因素

玉米實收測產，于室內考察穗行數、穗粒數、百粒重等穗部性狀。

1.2.2.4 光溫水利用率

光能生產效率＝籽粒產量/單位面積的太陽輻射量

溫度生產效率＝單位面積籽粒產量/生育期間積溫

太陽總輻射量Q＝Q0（a＋bS/S0）

式中，Q0為天文輻射，S為太陽實測日照時數，S0為太陽可照時數，S/S0為日照百分率，a、b為待定系數。

光能利用效率（RUE）＝W×H/∑Q×100%

式中，H為每克干物質燃燒時釋放出的熱量，玉米干重熱值為1.807×104J/g；W是干物質的積累量；∑Q是生育期間的總光照輻射量。

水分生產效率＝產量/總耗水量（耗水量＝降水量＋灌溉量）

1.2.3 數據分析

采用Excel 2010統計和計算數據，采用SPSS 24.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 高密度栽培條件下化控對玉米葉綠素含量的影響

葉綠素是反映光合強度的重要生理指標，葉綠素含量（SPAD值）的高低直接影響植物的光合作用能力。由圖2可知，隨生育進程的推進，葉片SPAD值呈先升高后降低的變化趨勢。在拔節期時，各處理達到最大值；在苗期，T1和T3處理顯著高于CK，分別高出7.13%和13.09%；在拔節期時，T1處理最高，比CK顯著高出5.40%；在抽雄期，各處理表現為T1＞T3＞T2＞CK，處理間差異均顯著，T1、T2、T3分別比CK高出16.44%、4.01%和10.04%；在灌漿初期，T1和T3處理顯著高于CK，分別高出18.89%和7.66%；在乳熟期，T3處理顯著高于CK，高出7.13%。

圖2 高密度栽培條件下化控對玉米葉綠素含量的影響

2.2 高密度栽培條件下化控對玉米凈光合速率的影響

葉片凈光合速率反映了植物對CO2的固定能力。由圖3可知，隨生育進程的推進，玉米葉片凈光合速率呈先升高后降低的變化趨勢，各處理在抽雄期達到最大值，隨后逐漸下降。在苗期，T1、T2和T3處理的凈光合速率均顯著高于CK，分別高出14.01%、13.68%和24.67%；在拔節期，T1和T3處理顯著高于CK，分別高出11.66%和8.11%，T2和CK差異不顯著；在抽雄期，T1處理顯著高于CK，高出8.91%；在灌漿初期，各處理表現為T1＞T3＞T2＞CK，處理間差異均顯著，T1、T2和T3處理分別比CK高出25.71%、6.70%和15.14%；在乳熟期，各處理間沒有顯著差異。

圖3 高密度栽培條件下化控對玉米凈光合速率的影響

2.3 高密度栽培條件下化控對玉米地上干物質積累量的影響

由圖4可知，隨生育進程的推進，地上干物質積累量呈逐漸增加的變化趨勢。在苗期，各處理間沒有顯著差異；在拔節期，化控處理的玉米地上部干物質積累量均顯著低于CK；在抽雄期，各處理間沒有顯著差異；灌漿初期，化控處理均顯著高于CK，T1、T2和T3處理分別比CK高出11.87%、9.19%和9.30%，化控處理間沒有顯著差異；乳熟期變化趨勢和灌漿初期相似，T1、T2和T3處理分別比CK高出7.56%、8.26%和7.34%。

圖4 高密度栽培條件下化控對玉米地上干物質積累量的影響

2.4 高密度栽培條件下化控對玉米產量及產量構成因素的影響

由表1可知，化控處理對玉米產量構成因素有顯著影響，其中T1和T3處理的穗數顯著高于CK，分別高出2.41%和2.65%；各處理間穗行數沒有顯著差異；T1處理的行粒數顯著高于CK，高出4.88%；各處理千粒重均顯著高于CK，T1、T2和T3處理分別比CK高出6.33%、3.68%和3.38%，化控處理間沒有顯著差異；產量表現為T1＞T2＞T3＞CK，T1、T2和T3處 理 分 別 比CK高 出15.52%、6.25%和3.37%。

表1 高密度栽培條件下化控對玉米產量及產量構成因素的影響

2.5 高密度栽培條件下化控對玉米資源利用率的影響

由表2可知，使用化控劑能夠顯著提高玉米對資源的利用效率。T1、T2和T3處理光能生產效率顯著高于CK，分別高出11.51%、5.42%和2.99%；各處理光能利用率均顯著高于CK，T1、T2和T3處理分別比CK高出18.72%、5.72%和4.56%；水分生產效率變化趨勢和光能利用率相似，T1、T2和T3分別比CK高出16.42%、7.62%和2.58%；T1、T2和T3處理有效積溫生產率顯著高于CK，分別高出15.52%、6.25%和3.37%。T1處理光能生產效率、光能利用效率、水分生產效率及有效積溫生產率最高。

表2 高密度栽培條件下化控對玉米資源利用率的影響

3 討論與結論

3.1 討論

玉米產量形成和干物質積累主要依靠光合作用產生的干物質［8］。光合作用是作物生長發育和產量形成的生理基礎，光合能力的提高對增加籽粒產量有重要作用［9］。化控處理能夠改善玉米冠層結構，使得植株株型更有利于光能的吸收，增加群體光合能力，促進了養分和水分的吸收，為玉米后期的生長提供保障，從而提高產量［10］。有研究表明，化控處理能夠顯著提高玉米葉片凈光合速率和最大光化學效率，使產量得到進一步增加。李超等［11］研究表明，化控處理改善了穗位葉的光合性能，增加了光合速率、蒸騰速率及氣孔導度，促進葉片氮素同化代謝，延緩后期葉片衰老。史磊等［12］研究表明，噴施化控劑提高了玉米灌漿期穗位葉光合速率。本研究結果表明，3種化控處理均能夠在一定程度上提高玉米葉片的葉綠素含量和凈光合速率，可能是由于化控改善了群體冠層垂直結構，使得下部葉片光環境得到改善，更有利于植株株型對光能的吸收，增加群體光合能力，提高了下部葉片的光能截獲率。

本研究結果表明，在玉米拔節期化控處理的干物質積累量顯著低于CK，主要是由于化控前期抑制了地上部的生長，促進物質向地下部轉移；而在生長后期地上部干物質積累顯著高于對照，說明地上部干物質積累速率加快。化控顯著提高了玉米有效穗數，主要是通過減少倒伏來實現。3種化控處理均顯著提高了玉米產量，T1、T2、T3分別比對照高出15.52%、6.25%和3.37%，其中T1處理最高，主要是由于較高的光合效率提高了玉米干物質生產能力及其生育后期光合能力，延緩葉片衰老，促進光合產物向籽粒運輸。

前人研究表明，化控處理后改善了群體通風透光能力，提高中下層葉片的光合性能，擴大光合面積；產量的提高主要是通過群體對光、溫、水等資源利用效率的提升來實現的［13-14］。本研究表明，化控處理可顯著提高光能生產效率、光能利用率、水分生產效率，主要是由于植株充分利用光資源，使光能在玉米群體冠層內的分布更加合理，更好地協調玉米群體和個體的關系，從而提高玉米光能利用率和生產效率。

3.2 結論

化控顯著提高了葉片葉綠素含量和凈光合速率，增加生長后期干物質積累量，提高了光熱水利用效率和產量。在玉黃金處理下，玉米光合特性最好，干物質積累量較高，群體光熱水利用效率有所提高，從而提高了玉米產量。因此，在高密度種植條件下，使用玉黃金進行化控能夠顯著改善鮮食玉米光合條件，提高干物質積累、光熱水利用效率和玉米產量。