種植密度對春玉米產量和莖稈力學性狀的影響

閻曉光,杜艷偉,李 洪,董紅芬,李愛軍,王國梁,周 楠

(山西農業大學谷子研究所,長治 046001)

隨著我國玉米產業的穩步發展,農業勞動人口逐漸減少,勞動力成本逐年提高,尋求一種高效優質的玉米生產方式越來越重要。提高玉米生產整體效率,降低生產成本,可以有效提高我國玉米產業的競爭力[1-3]。機械直收玉米籽粒技術在節約勞動力成本與后期運輸倉儲成本方面的優勢顯著,目前在我國西北地區已逐步推廣開來[4-5]。而適宜機械直收籽粒的品種必定是收獲時籽粒含水率低,抗倒性高的品種[6-8]。目前,為了獲得群體高產,在保證植株抗倒性高的前提下,提高種植密度成為必經之路[9-11]。然而,種植密度與植株抗倒性往往成負相關關系,如何能夠達到平衡,前人做了大量研究。郭書磊等[12]研究發現,種植密度越高,與產量相關的倒伏率和莖稈壓折強度的相關性越顯著。馬曉君等[13]研究發現,群體倒伏率與莖稈節間直徑、莖稈干重、單位莖長干物質重呈極顯著負相關,與種植密度和節間長度呈顯著正相關。任佰朝等[14]研究認為,隨著種植密度的增加,莖稈皮層和維管束內部厚壁細胞厚度及維管束數目均顯著下降,倒伏風險加大。本研究以玉米新品種‘長單511’為試驗材料,通過研究不同種植密度對莖稈力學特性及產量的影響,探索適宜該品種的高密抗倒宜機收平衡點,以指導安全生產。

1 材料與方法

1.1 試驗概況與設計

試驗于2018年在山西省農業科學院谷子研究所試驗基地進行。供試品種為‘長單511’(CD511)。試驗田為雨養旱作平地,壤土,前茬作物為玉米,4月30日播種,全生育期無灌溉,栽培管理措施同大田。試驗采用隨機區組設計,設置5個種植密度,分別為M1(60 000株∕hm2)、M2(71 250株∕hm2)、M3(82 500株∕hm2)、M4(93 750株∕hm2)、M5(105 000株∕hm2),每個處理3次重復,每個小區寬6 m,長15 m,共15個小區。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 莖稈硬皮穿刺強度和莖稈壓折強度

在生理成熟期選擇長勢均勻一致的植株5株,使用YYD-1型莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司),用0.01的測頭在莖稈第2—第6節間(地表由下到上依次為D2—D6)中部垂直于莖稈方向勻速緩慢插入,直至莖稈破裂,讀其最大數值,連續測定5株,取平均值,即莖稈硬皮穿刺強度。將取樣莖稈節間平放在測定儀凹槽中,快速壓下使莖稈彎曲,讀其數值,連續測定5株,取平均值,即莖稈壓折強度。

1.2.2 莖稈物理性狀與穗高系數

各小區連續測量5株植株的穗位高與株高,求平均值。用直尺測量節間長度,用游標卡尺測量節間直徑,連續測量5株,取平均值。穗高系數=穗位高∕株高。

1.2.3 倒伏率及產量

收獲前調查各小區倒伏率、成穗數。10月3日統一收獲,每小區取20 m2進行測產,取10個代表性果穗進行室內考種。

1.3 數據處理

采用Excel 2007軟件作圖,采用SPSS 19.0軟件進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 種植密度對玉米莖稈節間長度和直徑的影響

由表1可知,隨著種植密度的提高,莖稈節間長度依次變長,各密度處理間D2節長度變化不明顯;M5和M4密度處理下D3節長度與其余3個密度處理差異均達顯著水平,M3與M1密度處理間差異達顯著水平,M2—M5的D3節間長度比M1分別增加了7.21%、10.24%、20.48%和24.45%;D4節長度變化表現和D3基本一致,M2—M5的D4節間長度比M1分別增加了7.83%、12.69%、21.17%和23.23%;M5處理下D5節長度與M1處理間差異達顯著水平,其余處理間差異不顯著,M2—M5的D5節間長度比M1分別增加了2.73%、5.4%、10.38%和13.46%;M2—M5處理的D2—D6節間平均長度比M1分別降低了3.7%、6.14%、11.28%和13.22%。

隨著種植密度的增大,莖稈節間直徑依次變小。M2—M5處理的D2節間直徑比M1分別降低了1.68%、5.71%、9.97%和14.97%;M2—M5處理的D3節間直徑比M1分別降低了3.42%、7.57%、11.04%和16.63%;M2—M5的D4節間直徑比M1分別降低了4.86%、5.84%、9.46%和13.64%;M2—M5的D5節間直徑比M1分別降低了2.24%、5.09%、8.17%和9.4%;M2—M5的D6節間直徑比M1分別降低了1.41%、3.1%、4.45%和8.02%;M2—M5處理的D2—D6節間平均直徑比M1分別降低了2.75%、5.55%、8.77%和12.81%(表1)。

2.2 種植密度對玉米莖稈硬皮穿刺強度的影響

由圖1可知,莖稈硬皮穿刺強度隨著密度的增加呈降低趨勢,隨著莖稈節位的上升也呈現出降低趨勢。M2—M5的D2節硬皮穿刺強度比M1分別降低了0.98%、2.89%、3.74%和3.8%;M2—M5的D3節硬皮穿刺強度比M1分別降低了0.5%、1.38%、8.45%和15.22%;M2—M5的D4節硬皮穿刺強度比M1分別降低了1.36%、4.4%、13.12%和19.31%;M2—M5的D5節硬皮穿刺強度比M1分別降低了2.2%、2.58%、1.48%和7.03%;M2—M5的D6節硬皮穿刺強度比M1分別降低了2.78%、6.31%、4.36%和9.69%。

圖1 種植密度對玉米莖稈穿刺強度的影響Fig.1 Effects of planting density on puncture strength of maize

2.3 種植密度對玉米莖稈壓折強度的影響

由圖2可知,莖稈壓折強度的變化趨勢與莖稈硬皮穿刺強度變化趨勢基本一致。M2—M5的D2節壓折強度比M1分別降低了1.11%、1.59%、8.27%和18.42%;M2—M5的D3節壓折強度比M1分別降低了2.19%、12.09%、13.32%和22.41%;M2—M5的D4節壓折強度比M1分別降低了2.46%、8.96%、16.13%和24.03%;M2—M5的D5節壓折強度比M1分別降低了2.58%、8.67%、11.39%和18.77%;M2—M5的D6節壓折強度比M1分別降低了4.68%、6.86%、13.67%和16.57%。

圖2 種植密度對玉米莖稈壓折強度的影響Fig.2 Effects of planting density on the compressive strength of corn stalk

2.4 種植密度對玉米倒伏率的影響

由圖3可知,在M1、M2和M3三個種植密度下植株未發生倒伏。M4密度下發生輕微倒伏,倒伏率為1.6%。M5密度下倒伏率達10.5%,對整個群體產生嚴重影響。故M4為該品種在本區域的種植密度上限值。

圖3 種植密度對玉米倒伏率的影響Fig.3 Effects of planting density on lodging rate of maize

2.5 種植密度對玉米產量的影響

由表2可知,隨著密度的增加,CD511的穗高系數逐漸增加,M5和M1處理間差異達顯著水平,其余處理間差異不顯著;成穗率呈逐漸降低趨勢,M1、M2、M3處理間差異不顯著,M4和M5處理間差異達顯著水平;穗粒數顯著降低,各處理間差異均達顯著水平;千粒重逐漸降低,M5與M1處理間差異達顯著水平,其余處理間差異不顯著;產量從高到低依次為M4>M5>M3>M2>M1,但M4與M5處理間差異不顯著,M2—M5與M1相比,分別增產3.34%、8.88%、15.93%和15.14%。

表2 種植密度對玉米產量的影響Table 2 Effects of planting density on corn yield

2.6 不同種植密度下產量與莖稈物理性狀的相關分析

由表3可知,莖稈壓折強度、莖稈穿刺強度、節間直徑和產量之間均呈顯著負相關,節間長度與產量之間呈極顯著正相關。

表3 不同種植密度下產量與莖稈物理性狀的相關分析Table 3 Correlation analysis of yield and physical properties of culm under different planting densities

3 結論與討論

增加玉米種植密度是獲得群體高產的有效途徑,但在種植密度提高的同時,倒伏風險也在加大。因此在追求品種高產時,要克服高種植密度與倒伏的相互矛盾。玉米莖倒的發生與株高、穗位高、莖稈節間長度、直徑、莖稈力學特性等指標有關[15-17]。本研究發現,‘CD511’隨著種植密度的升高,其莖稈從地表往上第2—第6節間長度依次變長,直徑變小,其變化在第3節、第4節、第5節最為顯著,莖稈節間長度在M4與M5兩個高密度處理中差異并不顯著,莖稈直徑在M4與M5兩個高密度處理中有顯著差異,這與谷利敏等[18]在種植密度對夏玉米莖稈特性的研究結果一致。勾玲等[19]研究表明,玉米莖稈壓碎強度與莖倒伏呈顯著負相關[17],本研究發現,隨著密度的增加,莖稈硬皮穿刺強度和壓折強度均表現為降低,第3節、第4節降低顯著,‘CD511’的莖倒高風險發生在基部第3節、第4節,在莖稈硬皮穿刺強度和壓折強度方面,M5處理相比M4處理在第3節、第4節、第5節有個斷崖式下跌,說明M5密度下,莖倒風險較高,這與黃璐等[20]的研究結果一致。當密度達到M5時,倒伏率達到10%以上,對生產造成嚴重影響;綜上,產量表現最好的為M4處理,即93 750株∕hm2,基本達到‘長單511’在本區域栽培條件下的安全生產密度上限。