夏玉米穗部性狀對種植密度的響應研究

劉興舟，李 猛，陳瑞佶，付 華，馬桂美，周言虎，張 建

（宿州市農業科學院，安徽宿州 234000）

0 引言

玉米是谷類作物中潛力最大的作物[1]，近年來，依靠增加種植密度，發揮群體生產潛力是獲得高產的重要措施之一，協調群體效應與個體效應，挖掘個體潛能均需要明確不同玉米品種果穗性狀對密度的響應程度，在合理密植條件下，協調玉米各穗部性狀之間的關系[2-5]。但前人研究發現，產量隨種植密度呈先增后減的趨勢，這是由于隨著密度的增加，穗長、穗粗、行數、行粒數、千粒重等逐漸減小，禿尖長、株高和穗位高逐漸增加[6-7,9-10]，不同類型夏玉米品種隨密度的增加產量呈現先增后減的趨勢，產量與密度呈拋物線關系[11-14]。在種植方式、栽培管理一致的高密度條件下，增加單株玉米產量是限制高產的主要因素，前人研究多數集中在單一玉米品種種植密度對產量主要構成因素的影響，對于高產狀態下夏玉米果穗性狀對密度的響應研究報道較少，本研究基于高產栽培條件下，為研究夏玉米果穗性狀對不同密度的響應程度及對產量構成的影響關系，果穗各性狀間的協調關系，進行高產玉米新品種高產潛力挖掘和配套栽培措施，從而為高水肥條件下黃淮海地區玉米高產理論及制定合理的水肥調控措施提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2017 在宿州市農業科學院現代農業技術研發中心開展，試驗點經緯度及光熱資源信息見表1。

1.2 試驗材料

選用安徽省高產、穩產、抗逆新品種‘弘大216’、‘墾豐101’作為試驗品種‘，弘大216’種子由安徽弘大種業科技有限公司提供‘，墾豐101’種子由墾豐長江種業提供。

1.3 試驗設計

裂區設計，密度為主區，品種為副區，每7500株/hm2為一個單位，密度區間45000～82500 株/hm2，分別用D1～D6表示，品種分別用A1表示‘弘大216’，A2表示‘墾豐101’，3 次重復，行長6.67 m，行寬0.6 m，10 行區，兩側設置保護行，按夏玉米國家區域試驗標準管理。

1.4 調查項目及計產方式

每個品種計產行均選取非邊6 行全部收獲計產，在計產行外的非邊行隨機取20 個果穗，進行室內考種，測定各果穗性狀，用PM-8188A型谷物水分測定儀測定各處理籽粒含水率，重復3次，取其平均值。在室內考種對其穗長、禿頂長、穗粗、穗行數、行粒數、出籽率、千粒重進行了調查和記錄。

1.5 數據處理方法

采用Excel 2003 和SPSS statistics 19 軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 產量與果穗性狀的相關分析

2 個品種18 個處理實收單產7395.50～9816.78 kg/hm2，田間性狀統計見表2，對‘弘大216’產量(Y1)與種植密度(X1)、穗行數(X2)、行粒數(X3)、千粒重(X4)進行多元回歸，方程為Y1=8182.842-0.024X1-1289.863X2-287.444X3+88.483X4(R2=0.816)。對‘墾豐101’產量(Y2)與種植密度(X1)、穗行數(X2)、行粒數(X3)、千粒重(X4)進行多元回歸，方程為Y2=50282.427-0.088X1-138.713X2-1064.153X3-9.298X4(R2=0.886)。

表1 測點經緯度及光熱情況

表2 考種數據表

由表3 可見，不同玉米品種產量與穗部性狀相關性有所不同，緊湊型玉米品種‘弘大216’對產量的主要作用是穗行數＞行粒數＞密度＞穗長＞禿尖長＞出籽率＞千粒重。半緊湊型玉米品種‘墾豐101’對產量的主要作用是行粒數＞千粒重＞禿尖長＞穗長=穗粗＞密度＞穗行數＞出籽率。

由表4 可見，不同品種，行粒數、穗長、千粒重、禿尖長和密度均與產量呈二次函數關系，且呈顯著相關；出籽率與產量均呈線性關系，相關性不顯著；穗行數在高密度品種中與產量呈二次函數關系，顯著相關，但在低密度品種中相關性不顯著；穗粗在低密度品種中與產量呈二次函數關系，顯著相關，但在高密度品種中相關性不顯著。其相關關系也反映出不同類型玉米品種各穗部性狀對密度響應的差別。

2.2 產量與種植密度的關系

在密度區間范圍內，最高單產的處理為67500株/hm2處理。從產量與密度的相關分析可以看出，‘弘大216’單位面積產量隨密度增加呈先增后減的拋物線趨勢，品種‘墾豐101’隨密度增加產量增加幅度較快，到達最宜密度后繼續增密產量減幅較小，這可能與該品種穗行數比較穩定，密度增加產生的增益和千粒重、行粒數下降產生的減益接近有關。

‘弘大216’擬合方程為Y產量=-8172.326+0.523X密度-3.817E-6X密度2(R2=0.932**)，根據擬合方程，其最大產量為9742.9 kg/hm2，此時密度為68509 株/hm2，這與試驗中67500株/hm2處理產量相近（圖2）。

‘墾豐101’擬合方程為Y產量=-7778.023+0.520X密度-3.851E-6X密度2(R2=0.844**)，根據擬合方程，其最大產量為9775.9 kg/hm2，此時密度為67515 株/hm2，這與試驗中67500株/hm2處理產量接近（圖3）。

2.3 種植密度對玉米果穗性狀的影響

相關分析表明行粒數、禿尖長、千粒重受密度影響較大，通過曲線回歸來定量分析不同種植密度處理下，玉米穗部性狀的變化趨勢。有研究表明，春玉米行粒數、穗長與密度呈二次函數關系，千粒重與密度呈線性關系，均呈顯著相關[1]。由表5 可見，不同品種，行粒數、穗長、穗粗、千粒重、禿尖長均與密度呈二次函數關系，且呈顯著相關；出籽率與密度呈二次函數關系，相關性不明顯；穗行數在高密度品種中與產量呈二次函數關系，顯著相關，但在低密度品種中相關性不顯著。其相關關系也反映出不同類型玉米品種各穗部性狀對密度響應的差別。在緊湊型品種‘弘大216’最高產量對應的D4密度條件下，根據其最優擬合方程解得最佳行粒數28.7，穗行數14.4，穗長為15.0 cm，千粒重為337.8 g。半緊湊型品種‘墾豐101’最高產量對應的D3密度條件下，根據其最優擬合方程解得最佳行粒數28.0，穗長為15.4 cm，千粒重為385.9 g，穗粗為5.3 cm。

表3 玉米果穗性狀與產量的相關分析

表4 產量與各品種果穗性狀擬合方程

2.3.1 不同種植密度下穗行數變化情況 從圖2 可看出，緊湊型品種‘弘大216’穗行數與種植密度呈二次曲線關系，呈極顯著負相關，半緊湊型品種‘墾豐101’穗行數受種植密度影響較小，無相關關系。不同類型玉米品種在黃淮海區南片穗行數對密度響應不一致，‘弘大216’穗行數對密度較為敏感，生產上的水肥調控對穗行數變化有關[8]，因此水肥調控是‘弘大216’增密增產的可能途徑。

2.3.2 不同種植密度下行粒數、穗長、禿尖長變化情況由圖3～5 可見，隨密度增加2 個品種的行粒數與穗長都呈下降趨勢，禿尖長呈增大趨勢。行粒數與穗長對密度的響應趨勢基本一致，進一步驗證了穗長與行粒數顯著相關，穗長和行粒數下降和增大的趨勢不同與兩個品種的特性有關，‘墾豐101’增密后穗行數無明顯變化，穗長和行粒數下降較慢，這可能是其達最宜密度后繼續增密產量減幅較小的主要原因。對于配套高效栽培技術措施提供了數據支撐和可能的高產栽培技術途徑。

2.3.3 不同種植密度下千粒重變化趨勢 由圖6可見，2個品種千粒重均與密度呈二次函數關系，顯著負相關，‘墾豐101’的千粒重明顯高于‘弘大216’，且隨密度增加，千粒重下降幅度較低，千粒重隨密度增加降低幅度低是‘墾豐101’品種增密后增產顯著的主要原因之一，根據密度與千粒重的擬合方程，2個品種在密度區間內的最大值分別為347 g和417 g，與實際處理351 g和421 g接近。

表5 不同密度處理下各品種果穗性狀擬合方程

3 討論

影響玉米高產的2大主要因素是品種選擇和配套栽培技術措施，而種植密度是這兩者重要的研究內容之一。筆者對緊湊型玉米品種‘弘大216’、半緊湊型玉米品種‘墾豐101’在皖北地區的研究結果表明，不同類型夏玉米品種隨密度的增加產量呈現先增后減的趨勢，產量與密度呈拋物線關系，與前人研究結果一致[15-17]。

緊湊型玉米品種‘弘大216’在高密度壓力下隨密度增加產量降幅較大，這可能與皖北地區散粉期易發高溫熱害，影響穗行數與行粒數。本研究表明其在高溫熱害環境下不適宜過高密度種植。

前人研究表明增加群體密度是玉米提高單產的有效措施之一[18]，但盲目提高密度同樣對產量具有負面影響，本研究所選取的代表品種均是皖北地區具有較大推廣面積的品種，對其果穗性狀對密度響應的研究，對于選取品種進一步的高產創建和合理密植具有指導意義，并提供數據支撐。

隨密度增加，品種本身產量對增產幅度的影響逐漸變大。為了進一步了解夏玉米的產量構成，于是對穗部性狀與產量之間進行相關性分析，2 個品種行粒數、穗長均和產量呈極顯著相關，禿尖長與產量呈顯著相關；緊湊型玉米品種‘弘大216’穗行數與產量呈極顯著相關，但半緊湊玉米品種‘墾豐101’穗行數與產量相關性不顯著；半緊湊玉米品種‘墾豐101’千粒重與產量呈極顯著相關，緊湊型玉米品種‘弘大216’千粒重與產量相關性不顯著，兩品種在高密度下果穗性狀變化趨勢不完全一致。根據作物生長發育規律，采取相應的農藝措施，減少群體的各種不良性狀的發生是高密度下增產的重要途徑。玉米增密增產主要依靠群體效應，一定數量的群體是獲得高產的必要保證，在低密度條件下，群體的增加效應大于個體的減小效應，產量會因為畝穗數的增加而增加，但在高密度條件下，雖然株數增加，但群體的增加效應要小于穗行數、行粒數、穗長、禿尖長和穗粗的減小效應，玉米產量下降。

因皖北地區氣候多變，本實驗期間高溫熱害頻發，多地區年際間偏差較大，下一步計劃開展多地區多點對玉米穗部性狀及群體光合和透光效應進行研究。

4 討論

隨著密度的升高，夏玉米群體的果穗性狀響應程度不一，植株果穗的穗行數、行粒數、穗長、穗粗、千粒重是逐漸降低的，而禿尖長是逐漸增加的[19-20]。這必會導致群體產量下降。因此在實際生產中，可以通過對關鍵生育期及肥水管理，采取適當栽培措施，擴大群體生產能力。明確單株生產力和群體生產力的關系來探究高產夏玉米源庫特征及其數量因子，揭示不同密度對玉米源庫的影響及玉米產量構成的調控規律將是下一步玉米增產的有效途徑。

緊湊型玉米品種‘弘大216’在較高密度下通過肥水調控來提高穗行數和行粒數，從而發揮群體生產潛力而實現高產，最佳種植密度為68509 株/hm2。半緊湊玉米品種‘墾豐101’可在較低種植密度下通過充分發揮單株生產潛力達到高產，在較高密度下通過降低空桿率繼續保持較高的產量，最佳種植密度為67514株/hm2。