寒地高淀粉玉米“粒稈兩用”種植模式研究

王寶生

摘要 [目的]通過種植方式與密度互作提高玉米群體生產(chǎn)力，為寒地地區(qū)玉米“粒稈兩用”提供理論和技術(shù)支持。[方法]以寒地高淀粉玉米（鄭單958）為試驗材料，通過對不同種植模式下的玉米產(chǎn)量、葉面積指數(shù)、光合性能、干物質(zhì)積累以及莖稈含糖量等因素的分析，得出黑龍江寒地高淀粉玉米“粒稈兩用”最適的種植模式。[結(jié)果]大壟雙行覆膜（C1），在較高密度下因其保水和保溫等因素影響，更有利于改善群體冠層垂直結(jié)構(gòu)，延長葉片功能期，提高玉米群體葉面積指數(shù)，使玉米群體光合速率和葉綠素含量升高，構(gòu)建高光效生產(chǎn)體系，促進(jìn)庫源協(xié)調(diào)發(fā)展，增加光合產(chǎn)物的干物質(zhì)積累，提高玉米穗長、穗粒數(shù)和千粒重，最終提高玉米產(chǎn)量和莖稈含糖量；相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與莖稈可溶性總糖含量呈不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，所以莖稈含糖量的提高不會影響產(chǎn)量；通徑分析表明，葉綠素含量和單株干物重對單株莖稈可溶性總糖影響較大。[結(jié)論]結(jié)合子粒高產(chǎn)和莖稈高能兩方面因素，采用大壟雙行覆膜種植方式和90 000株/hm2的種植密度是高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的最優(yōu)配置。

關(guān)鍵詞 玉米；“粒稈兩用”；種植模式；莖稈含糖量；產(chǎn)量

中圖分類號 S504.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）20-050-05

Abstract [Objective]The research aimed to improve the productivity of maize population through the planting pattern and density interaction， and provide theoretical and technical support for corn "dual grain stalk" in cold area. [Method] With high starch maize （Zhengdan 958） of cold area as the experimental material， though investigating such as corn yield， leaf area index，properties of light， dry matter accumulation and stem sugar content， that factors was analysised and discusses under different planting patterns， and got the "dual grain stalk" optimal planting pattern of High Starch Corn in Heilongjiang Cold Area.[Result]The large double ridge mulching （C1） with high density was more conducive to the improvement of the canopy vertical structure， extension of leaves the functional period and increase the leaf area index of maize， increased the maize canopy photosynthetic rate and chlorophyll content， constructed high efficiency production system， promoted the coordinated development of library source increase the photosynthetic products and dry matter accumulation， improved the maize ear length， grain number per spike and thousand grain weight， and ultimately improved the yield and sugar content of corn stalk due to the increasing temperature moisture and other factors. The correlation analysis showed that yield and stem total soluble sugar content was not significant negative correlation， so did not affect the yield of stalk sugar content. Path analysis showed that the chlorophyll content and dry weight had greater impact on stem soluble sugar influence.[Conclusion] Combined with the kernel yield and stem high two factors， using large double ridge mulching plastic film， and 90 000 strains/hm2 planting density was high and stable yield optimal allocation.

Key words Maize；"Dual grain stalk"；Planting pattern；；Stem sugar content；Yield

玉米是世界上最具價值的糧食、飼料、加工和能源等多種用途的作物之一，被譽為21世紀(jì)的“谷中之王”[1]。近年來，隨著我國科技、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，加工工業(yè)不斷強大，加工能力和工藝水平不斷提高，許多工業(yè)品均由進(jìn)口變?yōu)樽灾魃a(chǎn)，如目前應(yīng)用前景看好的玉米制的燃料乙醇，是替代石油燃料的新一代環(huán)保產(chǎn)品。我國在河南、吉林等地已經(jīng)建成了大型的加工企業(yè)，高淀粉玉米將需求很大[2]。

玉米不僅是糧食作物，也是能源作物。玉米作為能源作物，不僅其子粒中的淀粉、莖稈中的纖維素和半纖維素可以用來生產(chǎn)燃料乙醇，且其莖稈中糖質(zhì)也可用于生產(chǎn)燃料乙醇[3-8]，利用玉米莖稈中的糖質(zhì)提取燃料乙醇具有一定的優(yōu)勢，不另占用耕地，不與民爭糧，生產(chǎn)原料廣泛，原料成本價格低，加上糖質(zhì)乙醇加工本身成本低的優(yōu)勢，因此利用玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇是一個具有一定發(fā)展前景的燃料乙醇生產(chǎn)新途徑，符合我國國情和國家鼓勵使用非糧原料生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)業(yè)政策[9]。因此，在保證高淀粉玉米子粒正常收獲的同時，如何維持莖稈含糖量和生物產(chǎn)量是玉米燃料乙醇生產(chǎn)的關(guān)鍵。

該試驗以高淀粉玉米品種鄭單958為試驗材料，選用寒地廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)小壟、壟上雙行和壟上雙行覆膜的種植模式，研究不同種植模式對高淀粉玉米莖稈含糖量和產(chǎn)量的影響，探明黑龍江寒地高淀粉春玉米“粒稈兩用”最適的種植模式，以期進(jìn)一步提升玉米生產(chǎn)能力、提高玉米莖稈的高效利用率，為黑龍江寒地地區(qū)建立子粒高產(chǎn)和莖稈高能提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及品種

試驗于2013年5～10月在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗基地進(jìn)行，試驗田地力均勻，地勢平坦，0～20 cm耕作層有機質(zhì)含量16.14 g/kg、全氮160.65 mg/kg、速效磷7.32 mg/kg、速效鉀30 mg/kg，pH為8.38。試驗選用高淀粉玉米雜交種鄭單958為材料。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，種植方式為主區(qū)，密度為副區(qū)。種植方式分別為大壟雙行覆膜（C1）、大壟雙行（C2）、傳統(tǒng)小壟（C3）。C1：壟距為110 cm，壟上植株行距為50 cm，兩壟間相鄰植株行距為60 cm，邊起壟邊覆膜，膜與膜之間不留空隙，相接處用土壓住地膜；C2：壟距、壟上行距及相鄰壟間行距同C1；C3：壟距65 cm；設(shè)計4個種植密度分別為6.0（D1）、7.5（D2）、9.0（D3）、10.5（D4）萬株/hm2。總計12個處理，3次重復(fù)，共36個小區(qū)，每個小區(qū)6行，長為10 m。各處理均為人工播種、覆膜、定苗和追肥。在三葉期定苗，達(dá)到設(shè)計密度。底肥施純 N 225.0 kg/hm2、P2O5 172.5 kg/hm2、K2O 150.0 kg /hm2，在拔節(jié)期追施純N 138.0 kg/hm2，其他栽培管理措施同一般高產(chǎn)玉米田。

1.3 測定項目

1.3.1 葉面積指數(shù)的測定。

在玉米出苗后20、40、60、80、100、120 d，在每個處理小區(qū)前、中、后隨機取3點，各點取3株長勢一致植株測定葉面積。單株葉面積=長×寬×0.75。葉面積指數(shù)（LAI）=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)的株數(shù)/單位土地面積。

1.3.2 光合速率和葉綠素含量的測定。

在晴天09：00～12：00使用便攜式光合儀（Li-6400，USA）進(jìn)行光合速率的測定，大喇叭口期前取植株最后一片全展葉片，大喇叭口期后取穗位葉片測定，重復(fù)3次。同時取樣測定葉綠素含量，采用丙酮和乙醇等體積混合后浸泡，在暗處充分提取10 h，分別在645和663 nm波長下測定光吸收值，計算葉片葉綠素含量。

1.3.3 干物質(zhì)積累的測定。

從各處理小區(qū)選取生育進(jìn)程一致、葉片無病斑和破損的健康植株地上部分，帶回實驗室后，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒重稱干重，重復(fù)3次。

1.3.4 莖稈可溶性糖的測定。

將烘干的莖稈粉碎測定上述時期的莖稈可溶性總糖含量，含糖量測定方法采用蒽酮比色法進(jìn)行測定。

1.3.5 收獲及考種。

成熟時收獲各處理中間兩壟全部果穗，進(jìn)行測產(chǎn)，田間直接測定鮮穗重量，帶回實驗室脫水（14%折算）實際產(chǎn)量，并隨機抽取10穗進(jìn)行考種。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003進(jìn)行整理分析試驗數(shù)據(jù)并作圖，用SPSS19.0 軟件作相關(guān)的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表1可看出，不同種植方式對高淀粉玉米鄭單958的產(chǎn)量均具有極顯著的影響（P<0.01）。種植方式C1的產(chǎn)量最高，平均達(dá)12 646.18 kg/hm2，其次是C2，其中C1比C2、C3種植方式分別高出11.33%、27.20%；C1、C2和C3三者之間產(chǎn)量差異極顯著。不同密度間，產(chǎn)量達(dá)到極顯著水平（P<0.01），其中玉米植株在D4密度下的產(chǎn)量顯著高于其他密度處理，D2與D3差異不顯著，D1下產(chǎn)量最低。不同種植方式下，玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素在不同密度下變化規(guī)律不同，C1的穗長、穗粒數(shù)和千粒重均顯著高于C2和C3，C2與C3之間的穗長、穗粒數(shù)和千粒重差異均不顯著；不同密度下，D1的穗長和千粒重顯著高于D2、D3和D4；D1的穗粒數(shù)與D2差異不顯著，但顯著高于其他密度處理；D2的穗長和穗粒數(shù)與D3差異不顯著，但顯著高于D4；D3與D4的穗粒數(shù)差異不顯著；C1的千粒重顯著高于C2和C3，C2與C3之間差異不顯著。由此可以看出，產(chǎn)量隨著種植密度增加而顯著提高，其穗長、穗粒數(shù)和千粒重均隨著密度增加而顯著下降。種植方式和密度間存在極顯著的互作效應(yīng)（P<0.01）。穗長、穗粒數(shù)和千粒重是限制產(chǎn)量提高的主要因素，所以在一定密度下，適宜的種植模式可以有效調(diào)節(jié)產(chǎn)量構(gòu)成三因素之間的矛盾，構(gòu)建良好的冠層結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)高產(chǎn)。

2.2 不同種植模式對葉面積指數(shù)（LAI）的影響

圖1表明，LAI 隨種植密度增加而增大，不同密度下最大 LAI 出現(xiàn)的時間基本一致，均出現(xiàn)在出苗后60 d左右。同一種植方式下，植株的最大LAI 均值分別為6.119（C1）、5.952（C2）和5.852（C3），到出苗后120 d均值分別下降 28.08%（C1）、30.86%（C2）和52.71%（C3）。由此表明，隨密度增加，葉片間相互遮擋增大，后期植株間競爭加劇，葉片衰老加快。不同密度下各種植方式的 LAI 表現(xiàn)不同，但不同密度下C1的葉面積指數(shù)均顯著高于C2和C3；在D1 、D2 、D3 和D4密度下，C1處理下的LAI 始終最高，其平均值分別高出同密度其他各處理7.16%（C2）和13.84%（C3）、9.17%（C2）和10.64%（C3）、2.05%（C2）和2.56%（C3）、1.01%（C2）和3.70%（C3）。由此可見，C1更有利于在高密度條件下提高葉面積指數(shù)，進(jìn)而促進(jìn)光合庫源的擴(kuò)大。

沈秀瑛等研究認(rèn)為玉米葉面積、光合效率、光合產(chǎn)物的積累與分配決定作物的群體產(chǎn)量[17]，葉綠素含量、光合速率均隨種植密度的增加呈逐漸下降趨勢[18]。在該試驗中，隨密度增加，C1的群體LAI顯著高于C2和C3，莖葉保綠性高，維持并擴(kuò)大了較大的光合源。光合作用是作物群體產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，在該研究4種密度下，C1種植方式均高于其他處理，且隨密度的增加優(yōu)勢越顯著，植株主要功能葉片的光合速率和葉綠素含量隨種植密度提高而降低，隨生育進(jìn)程呈單峰曲線變化，均在出苗后80 d左右達(dá)到最高值。楊克軍等研究認(rèn)為干物質(zhì)的積累隨群體結(jié)構(gòu)的不同而變化，大小行栽培方式有效地調(diào)節(jié)了植株個體與群體間的矛盾，提高了干物質(zhì)積累量，為產(chǎn)量形成和提高奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)[19]。該研究表明，不同種植模式下，除花后群體干物質(zhì)重C1與C2差異不顯著外，單株和群體的花前、花后和總干物質(zhì)重均表現(xiàn)為C1顯著高于C2和C3，其中C3最低，且C1隨密度提高優(yōu)勢更加突出；D3密度下，更有利于群體和個體花后干物質(zhì)積累量、總干物質(zhì)積累量增加、協(xié)調(diào)群體結(jié)構(gòu)。李剛等研究表明蠟熟期后莖稈含糖量變化趨緩，莖稈含糖量整體出現(xiàn)低-高-低-高的趨勢[20]。該研究也有類似的現(xiàn)象出現(xiàn)，且在較高密度壓力下，C1下的莖稈可溶性總糖含量最高。相關(guān)分析顯示，產(chǎn)量與莖稈可溶性總糖含量呈不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。通徑分析表明，葉綠素含量和單株干物重對單株莖稈可溶性總糖影響較大。

以上結(jié)果表明，C1更有利于在高密度條件下改善群體冠層垂直結(jié)構(gòu)、延長葉片功能期、提高玉米群體葉面積指數(shù)，使玉米群體光合速率和葉綠素含量升高，構(gòu)建了高光效生產(chǎn)體系，促進(jìn)庫源協(xié)調(diào)發(fā)展，增加光合產(chǎn)物的干物質(zhì)積累，提高玉米穗粒數(shù)和千粒重，最終提高玉米產(chǎn)量和莖稈含糖量。結(jié)合子粒高產(chǎn)和莖稈高能兩方面因素，在該試驗條件下，以鄭單958為材料，采用大壟雙行覆膜種植方式和90 000株/hm2的種植密度是高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的最優(yōu)配置。該結(jié)論是在特定區(qū)域的試驗中獲得，品種單一，適用范圍還需要進(jìn)一步驗證。

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