春玉米品种和种植密度对植株性状和耗水特性的影响.pdf

第 28 卷第 11 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.112012 年6 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringJun.2012125春玉米品种和种植密度对植株性状和耗水特性的影响刘战东1，肖俊夫1，于景春2，刘祖贵1，南纪琴1（1.中国农业科学院农田灌溉研究所，新乡453003；2.辽宁省建平县灌溉试验站，建平 122400）摘要：品种和种植密度是辽西地区春玉米节水高产栽培的参考依据。以稀植型品种丹玉 12（DY12）和密植型品种中地77（ZD77）为试验材料，各设 4 个种植密度处理，研究了种植密度对玉米植株性状、耗水量、产量性状、水分利用效率（WUE）的影响，同时比较两类型品种之间的差异。结果表明：随着种植密度增加，两品种茎粗、单株叶面积均逐渐降低，株高、群体叶面积指数（Leaf area index,LAI）逐渐增加，DY12 茎粗和 ZD77 株高差异分别达到显著水平（P0.05）；同一种植密度条件下，DY12 的茎粗、株高均大于 ZD77，而 ZD77 的 LAI 大于 DY12 表现出较强的耐密性。玉米全生育期耗水量随种植密度的增加而增加，同一种植密度条件下，ZD77 小于 DY12。产量随着种植密度的增加先增加后减少。除穗粗、穗行数及百粒质量外，种植密度对 DY12 其余产量性状的影响达到显著水平（P0.05）；而种植密度对 ZD77 各产量性状的影响均不显著。在 WUE 方面，DY12 随种植密度的增加先增大后减小，当种植密度为 45 000 株/hm2时，WUE达到最大值（2.48 kg/m3）；ZD77 则随种植密度的增加而减少。该地区生产上应选择密植型春玉米品种进行合理密植，可以达到明显的节水增产效果。关键词：土壤，水分，试验，春玉米，品种，种植密度，植株性状，耗水量，水分利用效率doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.11.021中图分类号：S156.2，S562文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-11-0125-06刘战东，肖俊夫，于景春，等.春玉米品种和种植密度对植株性状和耗水特性的影响J.农业工程学报，2012，28(11)：125131.Liu Zhandong,Xiao Junfu,Yu Jingchun,et al.Effects of varieties and planting density on plant traits and water consumptioncharacteristics of spring maizeJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2012,28(11):125131.(in Chinese with English abstract)0引言利用品种优势是提高玉米产量最有效的途径，针对品种采取相应的栽培技术措施则是发挥品种增产作用的重要保证1。种植密度是影响产量的关键因素，合理的种植密度可使玉米群体与个体协调发展，在单位面积上获得最大的产量2。辽西地区光热资源比较充足，有利于发展玉米大田作物，但水分亏缺严重，春旱频繁、严重，且常伴有伏旱和“秋吊”，干旱成为玉米生产发展的重要限制因素。因此，在该地区研究品种类型和种植密度与耗水量的关系对于实现玉米节水高产高效具有重要意义。目前，国内外有关玉米品种及种植密度效应的研究报道较多，主要集中在群体发育特征3-7、产量及其构成因素8-13、生理指标14-16等方面，关于品种和种植密度对玉米耗水量、耗水规律及水分利用效率研究较少17。为收稿日期：2011-08-17修订日期：2012-05-07基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项资金资助（nycytx-02）作者简介：刘战东（1981），男，河南沁阳人，博士，助理研究员，主要从事作物水分生理与高效用水技术研究。河南省新乡市宏力大道（东）380号中国农业科学院农田灌溉研究所作物室，453002。Email：L。中国农业工程学会会员（会员证号：E041600018M）通信作者：肖俊夫（1961），男，辽宁庄河人，研究员，主要从事节水灌溉理论与新技术研究。河南省新乡市宏力大道（东）380 号中国农业科学院农田灌溉研究所作物室，453002。Email：中国农业工程学会高级会员（会员证号：E041200424S）此，笔者选取密植型和稀植型品种，各设置 4 个种植密度，研究品种类型和种植密度对玉米植株性状、耗水量、产量、产量构成因素和水分利用效率的影响，并对两类型品种进行对比分析，旨在为该地区春玉米节水高产栽培提供参考。1材料与方法1.1试验区概况试验地位于建平县中西部，老哈河东岸（E119 18，N41 17，海拔高度 512 m），处于海洋性季风气候向大陆性气候过渡区境内，属于半湿润半干旱季风型大陆性气候，多年平均降水量 410 mm，多年平均气温 7.1，年可能蒸散量达1 800 mm，作物生育期日照时数1 384 h，有效积温 3 200，土壤质地砂壤土。地下水位埋深 3.0 m左右，pH 值 7.0。多年初霜日 9 月 22 日，终霜日 5 月 9日，无霜期 125133 d。1.2供试材料与试验设计试验于 2010 年 4 月9 月在辽宁省建平县灌溉试验站测坑区进行，测坑面积为 6.66 m2（2 m 3.33 m），测坑有底，深度为 1.8 m，底部设 20 cm 厚的砂石滤层，滤层上覆 1.5 m 厚的土壤，土壤表面距坑沿 10 cm；测坑四周由水泥砼层隔离，以防不同土壤水分处理之间水的侧渗影响。另外，在每个测坑内沿对角线埋设中子仪水分测量导管二支（深度为 1.5 m）。测坑内供试土壤为砂壤土，土壤剖面 040 cm 为砂壤土，4080 cm 为壤土，农业工程学报2012 年12680 cm 以下为黏土。土壤有机质质量分数为 1.66%，田间持水率为 21.0%，1.5 m 土层平均体积质量 1.4 g/cm3。测坑区上方有电动折叠式防雨棚可隔绝降雨，以消除降水影响。试验为裂区设计，以品种为主区，种植密度为副区。供试品种为丹玉 12（稀植型品种，DY12，当地普遍适宜种植密度 45 000 株/hm2）和中地 77（密植型品种，ZD77，当地普遍适宜种植密度 60 000 株/hm2）。为探讨两品种种植密度间产量和水分利用的差异，每个品种在适宜种植密度基础上分别减少 7 500 株/hm2，增加 7 500 株/hm2，增加15 000株/hm2，即DY12设置4个密度，分别为37500株/hm2、45 000 株/hm2、52 500 株/hm2和 60 000 株/hm2（分别记为处理 D1、D2、D3、D4）；ZD77 设置 4 个密度，分别为 52 500 株/hm2、60 000 株/hm2、67 500 株/hm2和 75 000 株/hm2（分别记为处理 Z1、Z2、Z3、Z4）。共8 个处理，3 次重复。其他栽培管理措施与大田玉米生产一致。春播前翻地，平整土地，施农家肥（鸡粪）15 000 kg/hm2。5 月 1日人工播种，2 个品种同一天播完，施肥及农业措施一致，底肥施磷酸二铵 225 kg/hm2，玉米复合肥 225 kg/hm2，播种后第二天喷除草剂。5 月 19 日出苗，三叶期定苗、除草、松土。拔节期中耕除草，追尿素 600 kg/hm2，喷施农药甲胺磷 1 次，防治虫害。灌水方式采用地面灌溉，灌水时间按土壤含水率下限控制，当土壤含水率达到下限时及时灌水，并灌水至田间持水率，各处理土壤含水率控制下限为：苗期拔节期 65%（占田间持水率%，下同）、拔节抽穗期 70%、抽穗灌浆期 75%、灌浆成熟期70%。1.3测定项目和方法1.3.1土壤含水率020 cm 采用取土烘干法测定，20120 cm 采用美国产 CPN503DR 中子水分仪测定，每隔 20 cm 为 1 层。观测时间在每旬开始的第一天观测，灌水前、灌水后、生育阶段始末和降雨后加测。重复取样 3 个。1.3.2作物生长发育状况调查定期用直尺测定每株的株高和叶面积，按长宽折算系数（展开叶为 0.75，未展叶为 0.5）3-4法调查单株叶面积，每次测定均在小区内随机取 10 株样本，取其平均数。叶面积指数（LAI）=单株叶面积单位土地面积内株数/单位土地面积。1.3.3气象资料观测自动观测气象站（常规气象数据：风速、降水、水汽压、气压、日照时数、温度）1.3.4产量成熟时按处理小区单独收获，全区测产，分别计各小区地上部分产量和籽粒产量，并用干质量法测生物产量。1.3.5作物耗水量采用土壤水量平衡方程计算18。2结果与分析2.1不同品种和种植密度对玉米茎粗、株高及叶面积的影响由图 1 可知，随着种植密度增加，ZD77 和 DY12 茎粗逐渐降低。不同类型品种间茎粗存在差异，52 500 株/hm2和 60 000 株/hm2种植密度条件下，同时期 DY12 均大于 ZD77，且差异达到显著水平（P0.05）。不同类型品种茎粗对密度反应不同，随着种植密度增加，ZD77 基部节间茎粗在 52 50075 000 株/hm2之间下降的幅度不大，各种植密度处理间差异不显著；DY12 在低种植密度处理下，茎粗下降幅度较小，而在 45 00052 500 株/hm2之间下降幅度变大，且差异达到显著水平（P0.05）。这表明，稀植型品种茎粗对密度反应比密植型品种敏感。注：Z1、Z2、Z3、Z4 分别表示 ZD77 种植密度为 52 500、60 000、67 500和 75 000 株/hm2；D1、D2、D3、D4 分别表示 DY12 种植密度为 37 500、45 000、52 500 和 60 000 株/hm2；下同。图 1不同品种和种植密度处理玉米各生育阶段茎粗变化Fig.1Changes of stem diameter of maize plant with differentvarieties and planting densities at each growth stage随着种植密度的增加，各品种株高逐渐增加（图 2）。不同品种株高存在差异，DY12 的株高显著高于 ZD77。不同品种对种植密度的反应程度也不相同，相关分析表明，ZD77 株高与种植密度呈显著正相关（P0.05），拔节以前植株生长量小，不同种植密度间株高差异不明显；大喇叭口期到吐丝期种植密度对株高的影响逐渐明显，抽穗期不同种植密度间株高差异最大，即随着种植密度的提高，株高明显增加；DY12 株高与种植密度呈正相关，除拔节期外，其他生育期差异未达到显著水平。图 2不同品种和种植密度处理玉米各生育阶段株高变化Fig.2Changes of plant height of maize with different varietiesand planting densities at each growth stage除品种特性决定着植株叶面积的增长潜力外，种植密度对单株叶面积和群体叶面积指数（leaf area index,第 11 期刘战东等：春玉米品种和种植密度对植株性状和耗水特性的影响127LAI）趋势变化的影响亦起着主要的作用。随着种植密度的增加单株叶面积表现出下降趋势（图 3），而群体叶面积指数则表现出上升趋势（图 4）。图 3 所示，ZD77 和DY12 单株叶面积呈单峰曲线变化。拔节期以前，单株叶面积增长速度缓慢，种植密度相同时品种间差异不明显；拔节到吐丝增长速度最快，抽穗期达到最大值。DY12 的单株叶面积大于 ZD77。生育后期叶面积迅速下降，DY12下降幅度略大于 ZD77。图 4 所示，两品种不同种植密度LAI 的总体变化基本一致。LAI 均呈单峰曲线变化，即LAI 随生育期进程先增大，在抽穗期达最大值之后呈缓慢下降，各生育期 LAI 均随种植密度的增加而增大。同生育阶段 52 500 株/hm2和 60 000 株/hm2种植密度下 ZD77的 LAI 均大于 DY12，表现出较强的耐密性。图 3不同品种和种植密度处理玉米各生育阶段单株叶面积变化Fig.3Changes of plant leaf area of maize with different varietiesand planting densities at each growth stage图 4不同品种和种植密度处理玉米各生育阶段叶面积指数变化Fig.4Changes of leaf area index of maize with different varietiesand planting densities at each growth stage2.2不同品种和种植密度对玉米耗水量的影响从表 1 可以看出，随种植密度的增加，两品种的耗水量均呈增加趋势。DY12 全生育期耗水量为 480.8546.4 mm，不同种植密度之间耗水量最大相差 65.6 mm；ZD77 全生育期耗水量为 389.8553.9 mm，不同种植密度之间耗水量最大相差164.2 mm。52 500株/hm2和60 000株/hm2种植密度条件下，ZD77 全生育耗水量均低于DY12。说明密植型品种在不同种植密度下耗水量差异较大，对水分需求反应敏感，同时较稀植型品种耗水多。通过分析比较玉米各生育阶段耗水量发现，种植密度增加后耗水量的增加主要是由于前期耗水量的增加所致，即苗期至拔节期。抽穗期之后，不同种植密度下的玉米耗水量差异不明显。这表明增加种植密度后易造成玉米的生育前期水分供应不足。不同种植密度玉米日耗水强度均呈抛物线形，处理间变化趋势比较一致，即苗期较小，拔节到抽穗达到最大，抽穗期后日耗水强度逐渐减小。不同种植密度日耗水强度最大值相差不大，均在5.18.2 mm/d。表 1不同品种和种植密度处理耗水量及耗水规律Table 1Water consumption of maize with different varieties andplanting densities品种种植密度/(株 hm-2)生育阶段天数/d全生育期耗水量/mm阶段耗水量/mm日耗水强度/(mm d-1)耗水模系数/%出苗期1816.60.93.4苗期34106.73.122.2拔节期1790.05.318.7抽穗期2792.13.419.237500(D1)灌浆期37480.8c175.44.736.5出苗期1831.11.76.2苗期3488.92.617.9拔节期1786.35.117.3抽穗期27117.24.323.545000(D2)灌浆期37497.7b174.34.735.0出苗期1812.70.72.3苗期34123.63.622.7拔节期17111.76.620.5抽穗期27108.84.020.052500(D3)灌浆期37545.1a188.35.134.5出苗期1811.50.62.1苗期34131.43.924.0拔节期17116.06.821.2抽穗期2785.73.215.7DY1260000(D4)灌浆期37546.4a201.85.536.9出苗期1814.40.83.7苗期3463.21.916.2拔节期1787.15.122.3抽穗期2786.63.222.252500(Z1)灌浆期37389.8c138.53.735.5出苗期188.90.51.7苗期34102.53.020.2拔节期17110.66.521.8抽穗期27109.54.121.660000(Z2)灌浆期37507.3b175.94.834.7出苗期189.70.51.9苗期34112.63.322.3拔节期1799.35.819.6抽穗期2796.33.619.067500(Z3)灌浆期37505.9b188.05.137.2出苗期1822.21.24.0苗期3494.92.817.1拔节期17139.38.225.1抽穗期27114.64.220.7ZD7775000(Z4)灌浆期37553.9a182.94.933.02.3不同品种和种植密度对玉米产量及其性状的影响由图 5 可看出，同一品种产量与种植密度呈抛物线关系，即产量随着种植密度的增加先增大后减小，但因品种类型不同而表现出不同特点：稀植型品种 DY12 达到最高产量时的种植密度较低，为 52 025 株/hm2，而密植型品种 ZD77 达到最高产量时的种植密度在 68 707 株农业工程学报2012 年128/hm2。另一方面 DY12 的最高产量出现的密度区间较窄，超过该区间则减产幅度较大；而 ZD77 出现的密度区间较宽，超过该区间时减产幅度较小。ZD77 的最高产量高于DY12，低种植密度条件下，产量差异小，随着种植密度的加大，差异越来越大，说明增加种植密度对密植型品种 ZD77 产量的形成及挖掘产量潜力更加重要。图 5不同品种和种植密度处理玉米产量变化Fig.5Changes of yields of maize with different varieties andplanting densities对产量性状的分析表明（表 2），稀植型品种 DY12的穗长、行粒数、穗粒数和穗粒质量随着密度的增加逐渐下降，秃尖长度则呈现上升的趋势，差异达到显著水平（P0.05）；种植密度对穗粗、穗行数及百粒质量的影响不大，即处理间差异不明显。密植型品种 ZD77 的穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒数、穗粒质量和百粒质量均随着种植密度的增加呈下降趋势，秃尖长度则呈现上升的趋势，但 ZD77 各性状的变化幅度小，处理间差异不明显，表现出较好的耐密性。另外，2 个品种种植密度对穗行数均无显著影响，可见穗行数更多的是受遗传因素控制的，穗粒数的影响主要是通过行粒数而影响的，而行粒数更易随环境条件的改变而改变19。表 2不同品种和种植密度处理产量性状Table 2Yield characters of maize with different varieties andplanting densities品种种植密度/(株 hm-2)果穗长/cm穗粗/cm秃尖长/cm穗行数行粒数穗粒数穗粒质量/g百粒质量/g37 500(D1)17.6 a5.2 a0.4 b15.2 a 32.2 a 488.4 a 194.9 a 39.9 a45 000(D2)17.2 ab 5.1 a0.7 ab 15.0 a 31.7 a 477 ab191.8 a 40.2 a52 500(D3)17.0 ab 5.2 a0.8 a14.7 a 29.4 a 432.2 ab 172.9 ab 40.0 aDY1260 000(D4)15.7 b5.1 a0.8 a14.5 a 28.3 a410 b156.2 b 38.1 a52 500(Z1)18.1 a5.3 a0.3 a15.7 a 35.7 a 552.7 a 212.1 a 38.6 a60 000(Z2)18.0 a5.3 a0.2 a15.6 a 34.7 a 537.5 a 207.5 a 38.6 a67 500(Z3)16.8 a5.2 a0.5 a15.5 a 30.8 a 483.8 a 187.7 a 38.8 aZD7775 000(Z4)16.4 a5.2 a0.5 a15.5 a 31.0 a 485.5 a 182.5 a 37.6 a注：表中数字后的不同字母表示同一品种不同种植密度处理间在 0.05 水平下的显著性。2.4不同品种和种植密度对玉米水分利用效率的影响由图 6 可看出，当密度为 45 000 株/hm2时，水分利用效率（water use efficiency，WUE）达最大值，为 2.48kg/m3。这主要是由于随着种植密度的增大，耗水量不断增加，但 DY12 在种植密度达到一定程度后，产量出现减少，WUE 就不再增大。ZD77 的 WUE 则随种植密度的增大基本呈现减小趋势，当种植密度为 52 500 株/hm2时，WUE 最大，达到 2.97 kg/m3。这是由于密植型品种随着种植密度增加，产量变化幅度不大，耗水量增加明显。图 6不同品种和种植密度处理玉米水分利用效率Fig.6Water use efficiency of maize with different varieties andplanting densities3讨论株高在很大程度上决定了玉米群体冠层对光的截获能力和光能利用率。52 500 株/hm2和 60 000 株/hm2种植密度条件下密植型品种（ZD77）的株高均明显低于稀植型品种（DY12）。同一品种株高随种植密度增加而增大。不同品种茎粗对密度反应不同，DY12 的茎粗对密度反应敏感，ZD77 反应迟钝。种植密度对单株叶面积和 LAI大小和动态起着决定性作用。本文研究结果表明，两品种不同种植密度处理LAI均随生育进程呈单峰曲线变化，最高值均出现在抽穗期。各生育阶段单株叶面积随着种植密度的增加表现出下降的趋势，而 LAI 随种植密度的增加而增大；同一生育阶段52 500株/hm2和60 000株/hm2种植密度下 ZD77 的 LAI 均大于 DY12，表现出较强的耐密性。种植密度对产量性状的影响较大，尤其是稀植型品种。DY12 各产量性状变幅大于 ZD77，且 DY12 的穗长、秃尖长、穗粒数及穗粒质量不同种植密度处理间差异均达到显著水平（P0.05），这与王聪玲的12、马瑞霞的15及周文伟的20试验结果一致。不同品种对群体产量的影响力不同，随着玉米种植密度的增加，个体产量均降低，DY12 降低的速率大于 ZD77。就群体获得最高产量的种植密度看，DY12 获得最高产量的种植密度小，ZD77 获得最高产量的种植密度大。就群体最高产量看，ZD77 高于 DY12。这与高长建9的结论相一致。两品种耗水量随种植密度的增加均呈增加趋势。增加种植密度后，主要是前期耗水量增加，如果此阶段底墒不足可能会造成减产。以往研究也得到类似试验结果21-22。不同品种对种植密度反应不同，ZD77 在密度较高的情况下群体透光率好，光能利用效率高，有利于高产；DY12随着种植密度增加，生育阶段后期群体内光分布条件恶化，易造成减产。试验表明，密植型品种具有群体容量大、密度适应范围宽、单位面积产量高、稳产性好、增第 11 期刘战东等：春玉米品种和种植密度对植株性状和耗水特性的影响129密和增产潜力大等优点。生产中应选择密植型品种进行合理密植，协调个体与群体的关系，提高群体光合性能，增加玉米的生产潜力。4结论1）随着种植密度增加，稀植型品种丹玉 12（DY12）和密植型品种中地 77（ZD77）茎粗、单株叶面积逐渐降低，株高、叶面积指数 LAI 则逐渐增加，DY12 的茎粗和ZD77 的株高在不同种植密度间差异达到显著水平（P0.05）；52 500 株/hm2和 60 000 株/hm2种植密度条件下，DY12 的茎粗、株高均大于 ZD77；而 ZD77 的 LAI大于 DY12，表现出较强的耐密性。2）两品种产量随着种植密度的增加先增加后减少。种植密度与穗长、穗粗、穗粒数、穗粒质量呈负相关，与秃尖长度呈正相关；除穗粗、穗行数及百粒质量外，种植密度对 DY12 其余产量性状的影响达到显著水平（P0.05）；而种植密度对 ZD77 各产量性状的影响均不显著。3）DY12 和 ZD77 全生育期耗水量随种植密度的增加而增加，52 500 株/hm2和 60 000 株/hm2种植密度条件下，ZD77 均小于 DY12；各处理阶段耗水量和日耗水强度总体变化趋势一致。4）在水分利用效率方面，DY12 随种植密度增加先增大后减小，当种植密度为 45 000 株/hm2时，WUE 达到最大值（2.48 kg/m3）；ZD77 则随种植密度的增加而减小，当种植密度为 52 500 株/hm2时，水分利用效率 WUE最大（2.97 kg/m3）。参考文献1张明友，张新，王振华，等.郑单 22 玉米不同种植密度对产量的影响J.中国农学通报，2005，21(10)：166168.Zhang Mingyou,Zhang Xin,Wang Zhenhua,et al.Theinfluence of density on yield of zhengdan 22 maizeJ.Chinese Agricultural Science Bulletin,2005,21(10):166168.(in Chinese with English abstract)2孔令聪，曹承富，叶震.紧凑型玉米的高产栽培技术J.安徽农学通报，1995，1(1)：5051.Kong Lingcong,Cao Chengfu,Ye Zhen.High-yield cultivationtechnology of compact cornJ.Anhui Agrieultural SeienceBulletin,1995,1(1):5051.(in Chinese with English abstract)3孙锐，彭畅，丛艳霞，等.不同密度春玉米叶面积系数动态特征及其对产量的影响J.玉米科学，2008，16(4)：6165.SunRui,PengChang,CongYanxia,etal.Dynaiccharacteristics of leaf area index and their effects on yield indifferent density spring-maizeJ.Journal of Maize Sciences,2008,16(4):6165.(in Chinese with English abstract)4孙锐，朱平，王志敏，等.春玉米叶面积系数动态特征的密度效应J.作物学报，1963，35(6)：10971105.Sun Rui,Zhu Ping,Wang Zhimin,et 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