煙后輪作玉米的適宜種植密度研究

肖金訊，張圣煒，付品山，艾亥麥提·艾麥爾江，黃佳，熊俊，楊友才*

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院/洞庭湖區(qū)農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)健康湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128；2 湖南中煙工業(yè)有限責任公司，湖南 長沙 410014)

烤煙是典型的不耐連作作物，連作對烤煙生產(chǎn)的影響表現(xiàn)為煙草產(chǎn)量降低、煙葉品質(zhì)下降、病蟲害加重等[1]。烤煙—玉米輪作是緩解烤煙連作障礙的有效措施[2-4]，且能夠提高土地利用率。多年的生產(chǎn)實踐表明，不合理的播種密度是制約玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關鍵因子[5]。確定合適的播種密度是玉米栽培技術的主要措施之一，而且是易于規(guī)范化且經(jīng)濟的增產(chǎn)措施。合理密植、增加光照和溫度資源的利用效率、憑借群體提升增產(chǎn)能力是玉米達到高產(chǎn)的關鍵[6]，但密植增加了玉米莖稈倒伏的風險，可能導致玉米減產(chǎn)[7]。為了提高煙后輪作玉米的產(chǎn)量，實現(xiàn)輪作玉米效益最大化，本研究以2 種不同類型的玉米品種(甜玉米湘農(nóng)甜玉3 號和普通玉米鄭單958)為材料，分析不同密度處理下2 種玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的變化，以確定煙后輪作玉米最適宜的栽培密度。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

甜玉米新品種湘農(nóng)甜玉3 號由湖南農(nóng)業(yè)大學選育，普通雜交玉米品種鄭單958 由河南農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所選育，試驗所用的玉米種子均由湖南農(nóng)業(yè)大學提供。

1.2 試驗設計

本試驗于2020 年在湖南省瀏陽市達滸鎮(zhèn)金田村(113°54′20″E，28°26′45″N)進行。試驗田地勢平緩，地力均勻。前茬作物烤煙為當?shù)刂魍破贩NK326，參照當?shù)仄胀ㄉa(chǎn)煙田管理。于2020 年7 月18 日采收完烤煙后，隨機選取7 個點采集0～20 cm土層的土壤帶回湖南農(nóng)業(yè)大學檢測土壤背景值。供試土壤基礎地力:pH 4.81，含有機質(zhì)40.37 g/kg、全氮1.15 g/kg、全磷1.23 g/kg、全鉀18.52 g/kg、堿解氮84.97 mg/kg、有效磷14.19 mg/kg、速效鉀308.4 mg/kg。

設置5 個甜玉米播種密度，分別為42 000(T1)、48 000(T2)、54 000(T3)、60 000(T4)和66 000株/hm2(T5)；設置5 個普通玉米種植密度，分別為45 000(S1)、52 500(S2)、60 000(S3)、67 500(S4)和75 000 株/hm2(S5)。每個處理設3 次重復。共計30 個小區(qū)，小區(qū)長10 m，寬2.6 m，面積26 m2，分4 行種植，四周設保護行。施用的基肥為石寶山牌復合肥(N ∶P2O5∶K2O ＝15 ∶15 ∶15)，施用量為750 kg/hm2；追肥使用三寧牌尿素(總氮含量＞46%)，在玉米大喇叭口期追施，施用量為300 kg/hm2。其他田間管理措施參照當?shù)仄胀ㄉa(chǎn)田管理技術。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生育時期調(diào)查

記錄2 個玉米品種各處理的播種期、出苗期、拔節(jié)期(6 葉展)、大喇叭口期(12 葉展)、吐絲期(開花期)、采收期等關鍵生育期。

1.3.2 植株形態(tài)和干物質(zhì)積累測定

分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、吐絲期后20 d、成熟期，每個小區(qū)隨機選取5 株田間生長正常的玉米植株帶回實驗室。根據(jù)長寬系數(shù)法測量葉面積，計算葉面積指數(shù)；將莖、葉、穗等分別裝袋，105 ℃殺青0.5 h，80 ℃恒溫箱中烘干至恒重，測定干物質(zhì)量。

1.3.3 農(nóng)藝性狀及病蟲害調(diào)查

成熟期從每個小區(qū)連續(xù)取田間生長正常的植株10 株，調(diào)查株高、穗位高、莖粗及總?cè)~片數(shù)；統(tǒng)計各小區(qū)的倒伏倒折株數(shù)、空稈株數(shù)。參照《玉米病蟲害田間調(diào)查手冊》調(diào)查穗腐病、玉米螟這2 種當?shù)赜衩字饕∠x害。

1.3.4 產(chǎn)量測定

普通玉米鄭單958 成熟后，每小區(qū)收獲右邊2行，測定實際產(chǎn)量；統(tǒng)計2 行中每壟的穗數(shù)、株數(shù)、空稈數(shù)等；隨機抽取其中1 壟的連續(xù)10 穗，帶回實驗室考種，考察穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量等，計算理論產(chǎn)量。甜玉米湘農(nóng)甜玉3 號在乳熟期采收，同樣每小區(qū)收獲右邊2 行，計算其果穗含苞葉鮮質(zhì)量和去苞葉鮮質(zhì)量，根據(jù)平均鮮穗質(zhì)量取10 穗，考察穗長、穗粗、禿頂長。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，利用SPSS 21.0 進行方差分析。相同品種的不同密度處理之間選用Duncan 法進行多重比較，顯著性水平設定為α＝0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度處理下2 種玉米的生育進程

由表1 可見，兩個玉米品種不同密度處理的生育期差異均不明顯，但2 個品種的生育進程差異較大。鄭單958 的出苗期比湘農(nóng)甜玉3 號早1 d，6 葉展、12 葉展和吐絲期比湘農(nóng)甜玉3 號早2～4 d。但由于甜玉米為鮮食，在乳熟期采收，因此，湘農(nóng)甜玉3 號的采收期比鄭單958 的成熟期早22～24 d。兩種玉米的大田生產(chǎn)周期分別為84～85 d 和107～108 d。

表1 不同處理玉米的生育時期Table 1 Growth periods of maize under different treatments

2.2 不同密度處理玉米的葉面積指數(shù)變化

由表2 可知，從6 葉展至吐絲后20 d，各處理葉面積指數(shù)(LAI)呈先增加后下降趨勢，在吐絲期達到最大。各處理的葉面積指數(shù)大多表現(xiàn)為隨著密度的增大而增大。對比2 種不同類型的玉米，在6 葉展和12 葉展時期，密度對鄭單958 的作用效果比湘農(nóng)甜玉3 號更加明顯；在吐絲期，湘農(nóng)甜玉3 號最高密度處理T5 比最低密度處理T1 葉面積指數(shù)增加63.3%，且差異顯著，鄭單958 最高密度處理S5 也比最低密度處理S1 增加77.9%，差異顯著。表明增加煙后玉米種植密度可以顯著提高玉米葉面積指數(shù)。

表2 不同處理玉米各生育期的葉面積指數(shù)變化Table 2 Changes of leaf area index of maize at different growth stages under different treatments

2.3 不同密度處理玉米的群體干物質(zhì)積累變化

從表3 可以看出，各處理干物質(zhì)量均隨生育進程推進逐漸增加。在6 葉展和12 葉展時期，2 種玉米各處理間的干物質(zhì)積累量差異不明顯。從吐絲期到吐絲后20 d，2 種煙后輪作玉米處理間的干物質(zhì)量差異增大，玉米群體干物質(zhì)積累量隨密度增大而增大。吐絲后20 d，湘農(nóng)甜玉3 號和鄭單958 的干物質(zhì)量分別以T5 和S5 處理最大，分別為10 323.0 kg/hm2和15 130.4 kg/hm2，均顯著高于最低密度處理。

表3 不同處理玉米各生育期的群體干物質(zhì)量變化Table 3 Changes in dry matter quality of maize at different growth stages under different treatments kg·hm-2

2.4 不同密度處理玉米的農(nóng)藝性狀及病蟲害發(fā)生情況

由表4 可知，湘農(nóng)甜玉3 號和鄭單958 各處理的株高、穗位、莖粗均無顯著性差異。湘農(nóng)甜玉3 號不同密度處理的總?cè)~片數(shù)和空稈率無顯著差異，但玉米的倒伏倒折率隨著密度的增加而增大，T1 處理的倒伏倒折率低于15%，T2、T3、T4 處理的倒伏倒折率接近20%，T5 處理的倒伏倒折率高達35.77%，顯著高于T1 處理。鄭單958 各密度處理玉米的倒伏倒折率則無顯著差異，但玉米的總?cè)~片數(shù)和空稈率均隨種植密度增大呈增加趨勢，且S5 處理顯著高于S1。這表明過高的種植密度會導致玉米單株對光照和養(yǎng)分的競爭更加激烈。對比2 個玉米品種，密植條件下，鄭單958 的抗倒伏性優(yōu)于湘農(nóng)甜玉3 號，但空稈率高于湘農(nóng)甜玉3 號。病蟲害方面，湘農(nóng)甜玉3 號未見穗腐病發(fā)生，鄭單958 的穗腐病發(fā)病率則為5.66%～8.80%。但鄭單958 對玉米螟抗性優(yōu)于湘農(nóng)甜玉3 號。密度對2 種玉米主要病蟲害的影響均不顯著。

表4 不同處理玉米的農(nóng)藝性狀及抗性比較Table 4 Comparison of agronomic traits and resistance of maize under different treatments

2.5 不同密度處理玉米的產(chǎn)量比較

2.5.1 不同密度處理湘農(nóng)甜玉3 號的產(chǎn)量及品質(zhì)

從表5 可以看出，密度對湘農(nóng)甜玉3 號的穗長、穗粗影響不顯著，但T4、T5 處理的禿頂長顯著高于T1、T2。不同密度下，湘農(nóng)甜玉3 號的產(chǎn)量差異較大。隨著種植密度的增加，湘農(nóng)甜玉3 號的產(chǎn)量呈先增加后減少的趨勢，在T3 處理達到最高，含苞葉產(chǎn)量達10 223.1 kg/hm2，去苞葉產(chǎn)量達6 908.1 kg/hm2。T4、T5 處理的產(chǎn)量降低表明，種植密度超過合理水平時，湘農(nóng)甜玉3 號由于倒伏倒折率升高和禿頂變長，進而導致減產(chǎn)。

表5 湘農(nóng)甜玉3 號不同密度處理的玉米品質(zhì)和產(chǎn)量比較Table 5 Comparison of quality and yield of Xiangnong Tianyu No.3 under different treatments

2.5.2 不同密度鄭單958 的產(chǎn)量及構成要素

由表6 可以看出，不同密度處理下，鄭單958 的產(chǎn)量也存在較大差異。隨著種植密度的增加，鄭單958 的產(chǎn)量呈先增加后減少的趨勢，鄭單958 的實際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量均以S3 處理最大，分別為7 051.6 kg/hm2和7 125.8 kg/hm2。由此可見，在該區(qū)域煙后輪作普通玉米，種植密度不宜過低也不宜過高。從產(chǎn)量構成因素來看，種植密度對玉米穗行數(shù)和百粒質(zhì)量無顯著影響，但對穗粒數(shù)影響較大，從S1 至S5，穗粒數(shù)下降了17.61%。從以上分析可看出，過高的煙后輪作密度增加了玉米群體的空稈率，降低了玉米個體的穗粒數(shù)，進而影響了鄭單958產(chǎn)量。

表6 不同密度下的鄭單958 產(chǎn)量及構成要素比較Table 6 Comparison of yield and yield components of Zhengdan 958 under different treatments

3 討論

本研究中，不同的密度處理對玉米的生育進程沒有顯著影響，這與前人的研究結(jié)果一致[8]。不同品種間的生育期差異顯著，湘農(nóng)甜玉3 號的大田生產(chǎn)周期比鄭單958 短22～24 d。

葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累是體現(xiàn)作物生長情況的關鍵指標。葉面積指數(shù)可以反映玉米群體的光合能力，適宜的葉面積指數(shù)有利于光合作用的進行、有機產(chǎn)物的合成與積累以及產(chǎn)量的形成[9]，而玉米經(jīng)濟產(chǎn)量的高低取決于生物產(chǎn)量[10]。正常情況下，葉面積指數(shù)越高，對光熱資源的利用率就越高；干物質(zhì)積累的越多，籽粒產(chǎn)量也就越高[11]。本研究結(jié)果表明，2 種玉米的葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累均隨密度增加而增加，且在吐絲期和吐絲后20 d 的差異更大，這與王鐵固等[12]、劉笑鳴等[13]的研究結(jié)果一致。

同一生態(tài)環(huán)境下，密度是影響煙后輪作玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量構成的重要因素[14]。本試驗結(jié)果表明，密度對株高、穗位、莖粗的影響均不顯著。但過度密植將會導致單株營養(yǎng)面積明顯減小，對肥水的競爭更加激烈。甜玉米湘農(nóng)甜玉3 號的產(chǎn)量隨密度增大呈先增加后下降的趨勢，密度增大到一定程度后，倒折倒伏率和禿頂長也會隨之增加，進而導致玉米減產(chǎn)。普通玉米鄭單958 各處理產(chǎn)量的變化趨勢與湘農(nóng)甜玉3 號一致，過高的密度增加了其群體的空稈率，降低了玉米個體的穗粒數(shù)，進而影響了產(chǎn)量。綜合來看，適當增大種植密度可以提高煙后輪作玉米的產(chǎn)量。

4 結(jié)論

不同密度處理下，煙后輪作玉米產(chǎn)量的變化與群體和個體長勢有關，合理密植可以增加單位面積穗數(shù)和葉面積指數(shù)，提高光熱資源的利用率，增加群體干物質(zhì)積累，從而提高單位面積的玉米產(chǎn)量。但種植密度過高則會導致倒伏倒折率和空稈率增加、禿頂長變長、穗粒數(shù)降低，造成玉米減產(chǎn)。本試驗條件下，煙后輪作甜玉米密度為54 000 株/hm2左右比較適宜，而普通玉米的適宜密度則為60 000 株/hm2左右。