不同種植方式和密度對寒地高產玉米鄭單958光合特性及產量的影響

付健等

摘要：選用玉米品種鄭單958為試驗材料，采用3種行距配置（R1：行距40 cm，R2：行距50 cm，R3：行距65 cm）和4個種植密度（M1：4.5 萬株/hm2，M2：6 萬株/hm2，M3：7.5 萬株/hm2，M4：9 萬株/hm2），研究不同種植方式和密度下玉米的光合速率、葉綠素含量、葉面積指數、干物質積累量及產量的變化。結果表明，不同種植方式下，鄭單958在R2種植方式下的光合速率、干物質積累、葉綠素含量、葉面積指數、產量等均高于其他處理；不同種植密度下，鄭單958在高密度下各指標均好于其他處理，說明在合理的種植密度下采用R2種植方式能夠顯著改善玉米群體結構，減少株間競爭，提高群體光合性能，從而提高了玉米的產量。因此，在玉米種植上，種植方式R2優勢更為突出。

關鍵詞：玉米；密度；種植方式；光合特性；產量

中圖分類號： S513.04文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0088-04

收稿日期：2013-12-25

項目基金：國家科技支撐計劃（編號：2013BAD07B01-02）；國家糧食豐產科技工程（編號：2011BAD16B11-03）；黑龍江省科技攻關計劃（編號：2004BA520A10）；黑龍江省農墾總局重點推廣課題（編號：HNK125TG-13）。

作者簡介：付健（1988—），男，黑龍江大慶人，碩士研究生，研究方向為玉米高產理論與技術。E-mail：fujian_hl@163.com。

通信作者：楊克軍，黑龍江大慶人，博士，教授，主要從事作物栽培與耕作方面的研究。Tel：（0459）6819179；E-mail：byndykj@163.com。黑龍江省地處我國玉米帶最北部，是中國最大的玉米產區。黑龍江省常規栽培密度為4.5萬～6.0萬株/hm2左右，通過提高栽培密度，產量提升有較大潛力。大量研究結果表明，玉米生產在單位面積上的增產，應歸因于密度的適宜提高而不是單株產量的增加，因此，在一定的生產條件基礎上，適當增加種植密度是獲取玉米高產的一條重要途徑。但隨著種植密度增加，群體內光截獲率加大，植株間相互遮陰，通風透光不良。中下層葉片光照條件下降，甚至達不到光補償點，致使群體光合能力減弱[1-3]。因此，在高密度條件下，如何增加群體光能利用率，改善通風透光條件成為當前玉米栽培的關鍵[4]。

光合作用是作物產量形成的主要機制，群體光合作用不是單葉光合的累加，它較之單葉光合更為復雜，與干物質生產更為密切。研究表明，合理的種植方式可以改善冠層內的光照、溫度、濕度和CO2等微環境，對于建造良好的群體冠層結構具有重要意義[5-10]。在單葉光合能力相同的情況下，葉面積大小和空間配置越合理，更能有效利用太陽輻射能，形成較多的同化產物[11-13]。因此，如何改善群體與個體的關系，建立良好的群體結構以提高光能利用率成為玉米高產栽培技術的首要問題。本試驗選用黑龍江寒地應用廣泛的壟上雙行、傳統小壟以及壟上三行（壟上三行在黑龍江地區的應用并不廣泛，所以關于壟上三行種植方式對玉米光合特性及產量影響的理論依據很少）的種植方式和種植密度，研究對緊湊型玉米品種光合特性和產量的影響，以期探明黑龍江寒地地區超高產春玉米最適的種植密度及種植方式，為黑龍江寒地地區建立高產、超高產的玉米合理群體結構提供理論和實踐依據。

1材料與方法

1.1供試土壤條件

試驗田地力均勻，耕作層有機質含量21.6 g/kg、全氮含量160.65 mg/kg、速效磷含量9.74 mg/kg、速效鉀含量 35.6 mg/kg，pH值7.74。

1.2試驗材料

試驗選用高產玉米品種鄭單958為試材。鄭單958是由河南省農科院糧食作物研究所選育的高產、穩產、耐密、抗倒、抗旱型優良玉米品種。該品種株型緊湊，幼苗拱土能力強，苗期生長健壯。該品種在黑龍江寒地地區經過前人多點聯合試驗、不同地點播期試驗、密度試驗，確定了黑龍江寒地地區為鄭單958種植的適宜區[14-15]。前期試驗結果表明鄭單958在試驗地區具有較高的產量水平。

1.3試驗設計

本試驗于2013年在黑龍江八一農墾大學農學院試驗基地進行，采用裂區設計，栽培方式為主區，分設（1）壟上三行種植（R1）：大壟距為140 cm，壟上植株行距為40 cm，采用“Z”字形播種，2大壟間邊行距為60 cm；（2）壟上雙行種植（R2）：壟距為110 cm，壟上植株行距為50 cm，2壟間相鄰植株行距為60 cm；（3）傳統小壟（R3）：壟距65 cm。密度為副區，設4個種植密度：4.5萬（M1）、6萬（M2）、7.5萬（M3）、9.0萬株/hm2（M4）。其他管理同當地大田生產。于拔節期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期、乳熟期（吐絲后20 d）和完熟期分別測定光合速率、葉面積指數、葉綠素含量和干物質積累量。

1.4測定方法

葉面積指數（leaf area index，LAI）：采用英國Delta公司生產的Sunscan冠層分析系統測定。

光合速率（Pn）：用美國產Li-6400XT OPEN6.1光合測定系統進行測定，每片葉讀取3次數據，取平均值。

葉綠素含量：采用丙酮和乙醇等體積混合后浸泡，在暗光處充分提取10 h，分別在645 nm和663 nm波長下測定光吸收值，計算葉片葉綠素含量。

干物質積累量：105 ℃殺青30 min后，80 ℃下烘至恒重稱量，重復3次。

統計分析：采用Excel和SPSS 21.0軟件進行統計分析及差異顯著性分析。

2結果與分析

2.1產量

由表1可知，不同種植方式對玉米產量具有極顯著的影響（P<0.001）。種植方式R2的產量最高（平均達到 12 520 kg/hm2），其次是種植方式R1，其中種植方式R2比R1、R3分別高7.01%、54.19%。從產量構成上來看，種植方式R2的產量優勢主要得益于較高的穗粒數和百粒質量，而種植方式R3的產量劣勢則同樣體現在穗粒數和百粒重。不同種植密度間的產量差異均達到極顯著水平（P<0.001，表1）。其中在M4種植密度下的產量顯著高于其他種植密度，M1產量最低，而穗粒數、百粒質量和穗長均隨著密度增加而下降。種植方式和密度間存在顯著的互作效應（P<0.05）。

2.2葉面積指數（LAI）

不同種植密度間的LAI差異均達到極顯著水平（P<0001），而不同種植方式的LAI在鄭單958整個生育期內差異均達到極顯著水平（P<0.001）。由圖 1 可知，不同密度群體LAI總體變化基本一致，在生育期內LAI呈單峰曲線變化，均在抽雄期達到最大值，且各生育時期LAI都隨密度的增加而升高。鄭單958在R2種植方式、9.0 萬株/hm2種植密度下的LAI最高，分別高出其他2種種植方式58%（R1）、31.5%（R3）。在整個生育期內M4種植密度LAI顯著高于其他3種種植密度。葉面積指數增大有利于光合作用積累干物質，從而影響籽粒產量。表1種植方式和密度對玉米產量的影響

從灌漿期到完熟期分別下降了6127%（M1）、67.12%（M2）、59.08%（M3）和71.10%（M4）。隨著密度增加，生育后期可進行光合作用的綠色葉片由于株間通風透光不良而呈加速下降趨勢，導致光合作用降低，而無法合成更多有機物供給植株干物質積累。鄭單958在M3密度下葉綠素含量下降緩慢，表明高密度下緊湊型品種能夠較好地保持綠葉期。不同種植方式間，灌漿期鄭單958在R2種植方式下的葉綠素含量比R1、 R3分別高98%、21.2%，表明R2種植方式能使鄭單958生育后期維持較高的葉綠素含量，使植株功能葉片光合作用延長，優于R1、R3種植方式。

2.5干物質積累

不同種植方式和種植密度對植株地上部干物質積累總量的差異均達到極顯著水平（P<0.001）（表3）。R2種植方式下的總干物質量和花后干物質量均表現為顯著高于R1和R3種植方式。鄭單958在R3種植方式下的干物質總量最低。鄭單958在R2和R3種植方式下，花后干物質量占總干物質量比值顯著高于R1，說明R2和R3種植方式更有利于花后干物質積累。不同種植密度下，鄭單958隨著密度的增加總干物質量和花后干物質量均顯著升高。種植密度對植株的干物質積累量影響顯著，從而影響產量的提高。種植方式和種植密度間互作效應對干物質總量和花后干物質積累均表現極顯著差異（P<0.001）。表3種植密度和方式對玉米干物質積累的影響

試驗因素處理總干物質量

3討論與結論

種植密度對群體光合作用效率和干物質積累的影響要大于其他栽培方式[16-17]，適當增加種植密度是玉米獲得高產的主要途徑之一，而種植方式可以協調高密度條件下群體內的光照、溫度、濕度、養分供給等狀況，是提高作物群體光合作用并最終影響產量的因素之一[18]，但不同種植方式必須與相應的種植密度相結合，才能達到增產的目的。吳建明等研究認為密度對葉綠素含量的影響在玉米生育前期差異不顯著，在后期葉綠素含量隨著密度的增加而增加，但達到一定程度的密度后則隨密度的增加而降低[19]。光合作用是產量形成的基礎，玉米產量主要來源于花后葉片的光合同化物，所以增加總干物質積累量和花后干物質積累量，是提高產量的有效途徑[20]。本試驗研究發現，鄭單958在灌漿期的光合速率隨著密度增加而下降，當種植密度過大時，導致下部葉片早衰，光合速率均開始下降，但是在適宜的種植密度下采用R2種植方式，有利于下部葉片光照條件的改善，延長其群體葉片功能期。緊湊型品種由于葉片上挺，能將接受的光能合理分配到群體內各葉層，滿足了光合作用對光能的需要，鄭單958在R2種植方式和7.5 萬株/hm2種植密度下能保持較長時期的LAI。葉綠素含量多少是作物光合能力強弱的決定因素之一，葉綠素含量越高，光合能力越強，有利于干物質積累，3種種植方式下的葉綠素含量隨密度增加均有先增加后減少的趨勢，這與前人研究結果相一致。R2種植方式下，葉綠素含量均大于其他2種種植方式。在不同種植密度下，鄭單958的總干物質積累量和花后干物質積累量隨密度增加顯著提高，這與陳傳永等的研究結果[21]一致。而總干物質積累量和花后干物質積累量的變化趨勢同產量的變化趨勢相一致。

本試驗研究結果表明，不同種植方式和密度對鄭單958的LAI、光合速率、干物質積累量和產量有極顯著作用，但對葉綠素含量的影響不顯著。不同密度間，鄭單958隨著密度增加，LAI和總干物質量及花后干物質積累量均呈上升趨勢，在9.0 萬株/hm2種植密度下顯著高于其他密度。緊湊型品種在高密度種植下，由于品種自身特性，葉片上沖，植株間互相遮擋適宜，能夠構建良好的群體冠層結構，從而獲得高產。在R2種植方式下，各指標均與R1和R3種植方式顯著差異，能獲得較高產量。說明在適宜的密度下，配以R2種植方式能夠構建良好的群體結構，最終提高玉米產量。

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