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种植密度对贵州春玉米茎秆抗倒伏性能及籽粒产量的影响

本站小编 Free考研考试/2021-12-26
郑迎霞,1, 陈杜1, 魏鹏程1, 卢平2, 杨锦越3, 罗上轲4, 叶开梅1, 宋碧,1,*1贵州大学农学院, 贵州贵阳 550025
2安顺市农业科学研究院, 贵州安顺 561000
3贵州省农业科学院旱粮研究所, 贵州贵阳 550006
4余庆县农业农村局, 贵州余庆 564400

Effects of planting density on lodging resistance and grain yield of spring maize stalks in Guizhou province

ZHENG Ying-Xia,1, CHEN Du1, WEI Peng-Cheng1, LU Ping2, YANG Jin-Yue3, LUO Shang-Ke4, YE Kai-Mei1, SONG Bi,1,*1College of Agriculture, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China
2Anshun Academy of Agricultural Sciences, Anshun 561000, Guizhou, China
3Dry Food Research Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006, Guizhou, China
4Yuqing County Agriculture and Rural Bureau, Yuqing 564400, Guizhou, China

通讯作者: *宋碧, E-mail: sb6264@126.com

收稿日期:2020-07-13接受日期:2020-10-14网络出版日期:2021-04-12
基金资助:国家重点研发计划项目.2016YFD0300307
国家公益性行业(农业)科研专项.201503127
贵州省特色粮油作物栽培与生理生态研究科技创新人才团队(黔科合平台人才项目).[2019]5613
贵州省高层次创新型人才“百”层次人才项目(黔科合平台人才).[2018]5632
贵州省生物学一流学科建设项目.GNYL[2017]009


Received:2020-07-13Accepted:2020-10-14Online:2021-04-12
Fund supported: National Key Research and Development Program of China.2016YFD0300307
Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest.201503127
Guizhou Province Characteristic Grain and Oil Crops Cultivation and Physiological and Ecological Research Technological Innovation Talent Team (Qiankehe Platform Talent) [2019]5613.[2019]5613
Guizhou Province High-level Innovative Talents “Hundred” Level Talent Project (Qiankehe Platform Talent).[2018]5632
Guizhou Province Biology First-class Discipline Construction Project.GNYL[2017]009

作者简介 About authors
E-mail: 1534570966@qq.com










摘要
为了明确密植条件下春玉米茎秆特性和产量的变化及其相互关系, 为贵州春玉米密植高产提供理论依据和实践指导。以贵州广泛种植的玉米品种先玉1171和新中玉801为材料, 设置3.0、4.5、6.0、7.5、9.0和10.5万株 hm-26个密度, 于2018—2019年开展田间试验, 研究种植密度对春玉米茎秆形态特征和力学特性、空秆率、倒伏率和产量的影响。结果表明: (1) 春玉米株高和穗位高随密度增加先增高后降低; 增密后第3节长增幅最大, 第3节单位茎长干重、穿刺强度和抗折力, 第7节茎粗、干重和横截面积下降幅度最大; 密度对茎秆横截面扁率影响不显著。品种之间比较, 先玉1171节间长, 第3、5节的节间干重和第3节穿刺强度显著高于新中玉801, 第7节干重、节间粗、单位茎长干重、节间横截面积、横截面扁率和抗折力显著低于新中玉801。(2) 倒伏率和空秆率随密度增加而增大, 增密后先玉1171倒伏率显著高于新中玉801, 空秆率显著低于新中玉801。(3) 产量随密度增加先增加后降低, 先玉1171和新中玉801分别在9.3万株 hm-2和8.6万株 hm-2时产量最高。增密后先玉1171比新中玉801增产10.28%, 有效穗数和穗粒数更高。(4) 相关和多元回归分析表明, 株高、穗位高与倒伏率显著正相关, 节间粗和单位茎长干物质对玉米茎秆抗折力的正向影响显著。产量与茎秆性状密切相关, 株高对产量的正向影响最大。可见, 不同春玉米茎秆抗倒伏性能和籽粒产量对密度的响应有差异, 新中玉801增密后茎秆节间短而粗, 单位茎长干重较大, 抗倒伏能力较强。而先玉1171由于在高密度下空秆率比新中玉801低, 有较高的有效穗数和穗粒数, 因此高密度下产量更高。综合考虑茎秆性状和产量, 先玉1171和新中玉801在贵州适宜密度分别为9.0万株 hm-2和8.5万株 hm-2。
关键词： 春玉米;种植密度;茎秆性状;抗倒伏性能;籽粒产量

Abstract
The objective of this study was to clarify the changes of spring maize stalk characteristics and yield and their relationship under the dense planting conditions, and it provides theoretical basis and practical guidance for high yield of spring maize dense planting in Guizhou province. The field experiments were carried out to study the effect of planting density on spring maize stalk morphology and mechanical properties, empty stalk rate, lodging rate and grain yield using Guizhou's widely planted maize variety Xianyu 1171 and Xinzhongyu 801 with six density 3×104, 4.5×104, 6.0×104, 7.5×104, 9.0×104, 10.5×104 plants hm-2 from 2018 to 2019. The results were as follows: (1) Plant height and ear height of spring maize increased first and then decreased with the increase in density; the third node length increased the most after densification, the third node's dry weight per stem length, puncture strength and flexural strength, the seventh nodal thickness, dry weight and cross-sectional area decreased the most; the density had no significant effect on the flatness of the cross-sectional area of the stem. Compared with the varieties, Xianyu 1171 internode length, the 3rd and 5th internode dry weight and the 3rd node puncture strength were significantly higher than Xinzhongyu 801. The 7th node dry weight, internode thickness, dry weight per stem length, the cross-sectional area, cross-sectional flatness and flexural strength of internodes were significantly lower than that of Xinzhongyu 801. (2) Lodging rate and empty shot rate increased with the increase in density. After densification, the lodging rate of Xianyu 1171 was significantly higher than that of Xinzhongyu 801, and the rate of empty shot was significantly lower than that of Xinzhongyu 801. (3) The yield increased first and then decreased with the increase in density. Xianyu 1171 and Xinzhongyu 801 had the highest yields at 93,000 plants hm-2 and 86,000 plants hm-2, respectively. After densification, the yield of Xianyu 1171 was higher 10.28% than that of Xinzhongyu 801, and the number of effective panicles and grains per panicle were higher. (4) Correlation and multiple regression analysis showed that plant height, ear height and lodging rate were significantly positively correlated, and internode thickness and dry matter per stalk length had a significant positive effect on corn stalk bending resistance. The yield was closely related to stalk traits, and plant height had the greatest positive effect on yield. It can be seen that the lodging resistance and grain yield of different spring maize stalks were different in response to density. After the densification of Xinzhongyu 801, the internodes of the stalks were short and thick, the dry weight per stalk length was larger, and the lodging resistance ability was stronger. Because Xianyu 1171 had a lower empty stem rate than Xinzhongyu 801 under high density, it had a higher effective ear number and grain number per ear, the yield was higher under high density. Considering the culm traits and yield, the suitable density of Xianyu 1171 and Xinzhongyu 801 in Guizhou were 90,000 plants hm-2 and 85,000 plants hm-2, respectively.
Keywords：spring maize;planting density;stalk trait;lodging resistance;grain yield


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本文引用格式
郑迎霞, 陈杜, 魏鹏程, 卢平, 杨锦越, 罗上轲, 叶开梅, 宋碧. 种植密度对贵州春玉米茎秆抗倒伏性能及籽粒产量的影响[J]. 作物学报, 2021, 47(4): 738-751. doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03044
ZHENG Ying-Xia, CHEN Du, WEI Peng-Cheng, LU Ping, YANG Jin-Yue, LUO Shang-Ke, YE Kai-Mei, SONG Bi. Effects of planting density on lodging resistance and grain yield of spring maize stalks in Guizhou province[J]. Acta Agronomica Sinica, 2021, 47(4): 738-751. doi:10.3724/SP.J.1006.2021.03044


玉米是我国第一大粮食作物, 也是西南区重要的粮食作物。合理密植充分利用自然资源是实现西南玉米高产高效栽培的必由之路[1]。贵州作为西南重要的玉米主产区, 玉米种植密度偏低, 自然资源利用不足, 成为制约其玉米产业发展的主要问题[2,3]。增密能够增加收获穗数, 使玉米籽粒产量得以提高, 但是, 当种植密度增加到一定程度后会影响玉米的茎秆性状和产量[4,5,6]。因此, 研究种植密度对春玉米茎秆抗倒伏性能和籽粒产量的影响, 对指导贵州春玉米实现密植高产高效栽培具有重要的理论价值和实践意义。

种植密度通过影响玉米品种的株高、穗位高、节间长度、茎粗、穿刺强度和抗折力等茎秆性状来影响其抗倒伏特性[7,8]。增密使玉米株高和穗位高增加[9], 穗下茎节增长、变细, 茎粗系数和茎节干物质积累量下降, 导致玉米茎秆中干物质积累和分配发生变化, 茎秆发育质量变差, 倒伏率增加[10,11]。同时, 密度也显著影响玉米茎秆力学特性, 随着密度的增加, 穿刺强度和抗折力显著降低, 倒伏风险增加[9,12-13]。在高密度条件下, 玉米株高和穗位高较矮, 基部节间短; 节间粗大的品种, 茎秆穿刺强度和抗折力下降幅度小, 抗倒伏能力强[14,15,16]。

玉米籽粒产量与种植密度在一定范围内呈显著正相关, 随着种植密度的增加, 有效穗数显著增加,穗粒数和百粒重显著降低[17]。但当密度过大时, 植株个体发育不良, 导致空秆增加, 倒伏加重, 有效穗数增幅降低, 从而导致籽粒产量下降[18]。此外, 不同生态环境下, 玉米品种对密度的反应不同, 其植株茎秆发育和籽粒产量存在差异[2,6]。综上, 前人对种植密度影响玉米茎秆抗倒特性和产量的研究已有报道, 但西南玉米区立体生态气候明显, 区域内气候复杂多变, 针对贵州春玉米品种抗倒伏性能和产量对密度的响应及其关系的研究鲜见报道。本文通过2年田间试验, 研究密度对贵州春玉米茎秆形态特征、力学特性及产量的影响, 探讨密度、茎秆抗倒伏性能及产量之间的关系, 为贵州春玉米密植高产栽培提供理论依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2018—2019年, 试验在贵州省黔中地区安顺市普定县(26°32′N, 105°75′E)进行, 该区域属于亚热带季风湿润气候, 年平均日照时数1164.9 h, 无霜期301 d, 玉米生育期内降雨量和气温见图1。试验地为黄壤, pH 6.01, 含有机质15.96 g kg-1、碱解氮36.78 mg kg-1、全钾17.53 g kg-1、速效磷14.33 mg kg-1、速效钾136.29 mg kg-1。

图1

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图1玉米生育期内气温和降雨量

Fig. 1Average temperature and rainfall during whole growth stages in maize



1.2 试验设计

采用二因素裂区设计, 品种为主区, 选用先玉1171 (紧凑型)和新中玉801 (平展型) 2个品种。密度为副区, 设置6个水平, 分别为3.0 (D1)、4.5 (D2)、6.0 (D3)、7.5 (D4)、9.0 (D5)和10.5 (D6)万株 hm-2, 共12个处理, 3次重复。采用宽窄行种植, 宽行距0.8 m, 窄行距0.4 m, 株距依密度而定, 小区面积19.8 m2 (3.6 m × 7.5 m)。基肥施用复合肥(N∶P2O5∶K2O = 15∶15∶15) 600 kg hm-2, 在拔节期和大喇叭口期, 尿素追肥, 用量分别为150 kg hm-2和225 kg hm-2。其他栽培管理措施同当地大面积生产。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 茎秆形态 玉米吐丝后30 d, 每小区选择代表性植株10株, 测量株高、穗位高, 剥去茎鞘、叶, 用直尺和游标卡尺, 分别测定玉米茎秆地上第3、5、7节间长度、节间中部长轴直径和短轴直径, 并称量鲜重。然后置于烘箱105℃杀青30 min后, 于80℃烘干至恒重, 称量干重。计算: (1)穗位系数 = 穗位高/株高; (2)节间横截面面积(cm2) = 1/4×π×L1×L2, 其中L1为长轴直径, L2为短轴直径; (3)横截面扁率 = (L1-L2)/L1; (4)单位茎长干重(g cm-1) = 节间干重/节间长度[19]。

1.3.2 茎秆机械强度 玉米吐丝后30 d, 每小区选择代表性植株10株, 剥去茎鞘和叶, 采用YYD-1型茎秆强度测定仪(浙江托普仪器有限公司生产)测定玉米茎秆地上第3、5、7节节间中部的穿刺强度和抗折力。

1.3.3 倒伏率和空秆率 在成熟期, 调查田间的倒伏和空秆情况, 测定倒伏率和空秆率。倒伏率(%) = 小区倒伏株数/小区总株数×100; 空秆率(%) = 小区空秆株数/小区总株数×100。

1.3.4 产量 成熟后, 分小区实收测产, 根据小区产量计算出每公顷产量。每小区选取20个具有代表性果穗进行室内考种。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2010进行数据整理和作图, 用DPSv7.05软件进行方差分析, 其中, 采用LSD法检验处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 种植密度对春玉米株高、穗位高和穗位系数的影响

由表1可知, 密度极显著影响春玉米株高、穗位高和穗位系数。随着密度的增加, 2个品种的株高和穗位高呈先增加后减小的趋势, 在D5密度下最高; 穗位系数则表现为先玉1171随密度增加先升高后降低, 新中玉801随密度增加而升高; 不同密度下先玉1171株高变异系数较小, 穗位系数变异程度较大。2年株高和穗位高均值先玉1171 (298.1 cm, 93.5 cm)极显著高于新中玉801 (232.6 cm, 85.1 cm), 穗位系数(0.31)极显著低于新中玉801 (0.37)。2018年2个品种平均株高和穗位高(280.7 cm, 95.3 cm)极显著高于2019年(250.0 cm, 83.2 cm), 穗位系数差异不显著。

Table 1
表1
表1种植密度对不同春玉米株高、穗位高、穗位系数的影响
Table 1Effects of planting density on plant height, ear height, and ear position coefficient of different spring maize
品种
Varieties
密度
Density
20182019
株高
Plant height
(cm)		穗位高
Ear height
(cm)		穗位系数
Ear position
coefficient		株高
Plant height
(cm)		穗位高
Ear height
(cm)		穗位系数
Ear position
coefficient
先玉1171
Xianyu 1171		D1299.6 c89.2 d0.30 c256.6 d71.2 d0.28 b
D2318.2 b97.5 cd0.31 bc271.7 c76.4 cd0.28 b
D3324.2 ab102.4 bc0.32 bc277.7 bc82.9 abc0.30 ab
D4332.0 a109.1 ab0.33 a289.8 a89.7 a0.31 a
D5331.3 a118.2 a0.36 a279.7 b89.8 a0.32 a
D6320.0 ab109.7 ab0.34 a276.9 bc85.8 ab0.31 a
平均值Mean320.9104.40.32275.482.70.3
变异系数CV (%)4.5212.309.074.5710.217.85
新中玉801
Xinzhongyu 801		D1234.1 bc77.6 b0.33 c212.5 d73.7 b0.35 c
D2233.0 c78.1 b0.33 bc217.5 cd77.1 b0.35 bc
D3246.0 ab88.6 a0.36 ab230.2 ab88.5 a0.38 a
D4239.2 abc88.1 a0.37 a223.6 bc83.9 a0.37 a
D5248.9 a93.1 a0.37 a234.3 a90.3 a0.38 a
D6242.5 abc92.5 a0.38 a230.0 ab89.5 a0.39 a
平均值Mean240.686.30.36224.783.80.37
变异系数CV (%)5.3211.267.215.4611.125.97
变异来源
Source of variation		品种Varieties (V)******
密度Density (D)******
年份Year (Y)****ns
品种×密度 (V×D)nsnsns
品种×年份 (V×D)******
密度×年份 (D×Y)nsnsns
同一列数字后不同小写字母表示不同处理间差异达0.05显著水平。**表示在P < 0.01水平差异显著; *表示在P < 0.05水平差异显著, ns表示差异不显著。D1、D2、D3、D4、D5和D6分别代表种植密度3.0×104、4.5×104、6.0×104、7.5×104、9.0×104和10.5×104株 hm-2。
Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments. **, significantly different at P < 0.01; *, significantly different at P < 0.05; ns, the difference was not significant. D1, D2, D3, D4, D5, and D6 represent planting densities of 3.0×104, 4.5×104, 6.0×104, 7.5×104, 9.0×104, and 10.5×104 plants hm-2, respectively.

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2.2 种植密度对春玉米茎秆形态特征的影响

2.2.1 节间长度和茎粗 由表2可知, 第3、5、7节的节间长度随着密度增大而增长, 茎粗随密度的增大逐渐变细。与D1密度相比, D2~D6密度下, 节间长度分别增加了3.47%~23.17%、6.76%~19.42%和5.80%~13.21%; 茎粗分别下降3.20%~25.40%、3.03%~25.98%和3.33%~27.49%, 密度对春玉米第3节节间长度和第7节茎粗影响最大。2年平均节间长度先玉1171极显著高于新中玉801; 茎粗极显著低于新中玉801; 不同密度下, 先玉1171节间长度变异较小, 茎粗2018年先玉1171变异系数较小, 2019年新中玉801变异系数较小, 可见先玉1171节间长度对密度的响应较为迟缓, 2个品种茎粗对密度的响应受环境影响较大。此外, 2018年2个品种第5、7节平均节间长度和茎粗极显著高于2019年; 第3节平均茎粗极显著低于2019年, 第3节节间长度2年差异不显著。品种、密度互作显著或极显著影响第3、5、7茎粗; 品种、年份互作显著或极显著影响除第3节长以外的节间长与粗。表明春玉米茎秆第3节节间长在不同年际间相对稳定。

Table 2
表2
表2种植密度对不同春玉米玉米茎秆节间长、粗的影响
Table 2Effects of planting density on internode length and internode stem thickness of different spring maize
品种
Varieties		密度
Density		20182019
节间长度
Internode length (cm)		节间粗
Internode stem thickness (mm)		节间长度
Internode length (cm)		节间粗
Internode stem thickness (mm)
357357357357
先玉1171
Xianyu 1171		D113.76 d18.83 a18.84 a21.50 a20.59 a18.88 a13.09 b17.72 d17.64 b20.47 a18.81 a15.72 a
D213.71 d20.03 a20.49 a21.30 a20.17 a18.61 a13.19 b19.03 cd19.63 a20.49 a18.97 a15.30 a
D314.34 cd20.72 a20.39 a19.83 b19.11 b17.18 b14.41 b19.87 bc19.29 a18.89 b17.06 b13.96 b
D415.18 bc22.28 a22.10 a18.97 b17.55 c16.48 b15.97 a20.61 ab19.83 a17.34 c16.00 c13.22 bc
D516.22 ab21.70 a21.65 a17.71 c16.74 cd15.37 c16.03 a21.98 a20.41 a16.41 cd15.08 c12.39 cd
D616.67 a21.94 a20.40 a17.07 c16.33 cd15.28 c17.25 a22.05 a19.27 a15.37 d13.81 d11.29 d
平均值Mean14.9820.9220.6519.417.9816.9414.9920.2119.3518.1016.6213.65
变异系数CV (%)11.838.958.4610.3210.6410.4017.5411.317.3112.7413.7716.87
新中玉801
Xinzhongyu 801		D18.88 b14.21 c17.03 b23.95 a23.91 a22.77 a9.23 c12.38 c14.17 b25.88 a23.05 a20.17 a
D29.86 b15.94 bc17.65 b22.52 b22.09 b21.11 b9.81 c12.72 bc14.07 b24.59 ab22.1 ab19.95 a
D312.17 a22.38 a16.86 b20.19 c19.81 c19.05 c11.19 ab14.63 a15.52 a23.47 b20.89 b19.28 a
D412.89 a17.33 bc18.33ab18.09 d17.99 d17.81 d10.33 bc14.09 ab15.69 a21.25 c19.46 c17.27 b
D512.87 a18.88 ab19.48 a17.22 e16.72 e16.17 e11.99 a15.78 a16.44 a20.37 c18.44 d16.13 b
D612.10 a18.60 ab18.05 ab16.62 e16.45 e14.96 f12.49 a15.60 a16.81 a18.66 d16.77 e14.71 c
平均值Mean11.4617.0617.919.7719.5018.6410.8414.215.4522.3720.1217.92
变异系数CV (%)17.3113.6210.9315.5614.6015.3117.2216.1613.5012.6512.0514.60
变异来源
Source of
variation		品种Varieties (V)************
密度Density (D)************
年份Year (Y)ns**********
品种×密度 (V×D)nsnsns*****
品种×年份 (V×Y)ns*********
密度×年份 (D×Y)nsnsnsnsnsns
处理同表1。同一列数字后不同小写字母表示不同处理间差异达0.05显著水平。**表示在P < 0.01水平差异显著; *表示在P < 0.05水平差异显著; ns表示差异不显著。
Treatments are the same as those given in Table 1. Values within a column followed by different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 probability level among different treatments. **: significantly different at P &lt; 0.01; *: significantly different at P &lt; 0.05; ns: the difference was not significant.

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2.2.2 节间干物质重 由表3可知, 春玉米第3、5、7节间干重和单位茎长干重随密度增大逐渐下降, 与D1密度相比, D2~D6密度下, 第3、5和7节干重分别下降11.05%~42.85%、4.35%~42.97%和8.88%~47.87%; 单位茎长干重分别下降了17.61%~58.16%、11.87%~55.13%和13.58%~53.61%, 密度对第7节干重和第3节单位茎长干重影响最大。不同密度下, 节间干重和单位茎长干重2年均表现为, 先玉1171变异系数小于新中玉801, 表明先玉1171节间干重和单位茎长干重对密度响应较为迟钝。2年平均节间干重先玉1171第3、5节极显著高于新中玉801, 第7节干重和第3、5、7节单位茎长干重显著低于新中玉801。2018年2个品种的第3节平均节间干重和单位茎长干重显著低于2019年; 第5、7节干重和第7节单位茎长干重极显著高于2019年。

Table 3
表3
表3种植度对不同春玉米茎秆节间干物质的影响
Table 3Effects of planting density on stalk internode dry matter and dry weight per unit stem length of different spring maize
品种
Varieties		密度
Density		20182019
节间干重
Internode dry weight
(g)		单位茎长干重
Dry weight per unit stem length (g cm-1)		节间干重
Internode dry weight
(g)		单位茎长干重
Dry weight per unit stem length (g cm-1)
357357357357
先玉1171
Xianyu 1171		D19.61 a10.17 a7.80 a0.70 a0.54 a0.41 a9.19 a8.00 b4.98 a0.71 a0.46 ab0.40 a
D28.54 b9.59 a7.28 a0.62 a0.48 b0.35 b9.22 a9.21 a5.54 a0.70 a0.49 a0.35 a
D37.40 c8.16 b6.15 b0.52 b0.39 c0.30 c7.94 b7.67 b4.79 ab0.56 b0.39 bc0.30 b
D46.50 d7.56 bc5.96 b0.42 c0.34 d0.27 c7.27 b6.45 c4.64 ab0.46 c0.32 cd0.27 bc
D56.36 d6.79 cd4.98 c0.39 c0.32 de0.23 d6.35 c6.29 c3.92 b0.41 c0.29 de0.23 cd
D66.18 d6.16 d4.49 c0.37 c0.28 e0.22 d5.35 d5.13 d2.86 c0.31 d0.23 e0.19 d
平均值Mean7.438.076.110.510.390.307.557.124.460.520.360.23
变异系数CV (%)21.5721.9027.6627.3027.5628.7227.0329.5034.7634.5934.4734.50
新中玉801
Xinzhongyu 801		D18.05 a9.77 a9.43 a0.97 a0.69 a0.55 a9.29 a9.04 a7.24 a1.04 a0.74 a0.28 a
D26.74 b9.27 a8.05 b0.68 b0.59 b0.46 b7.65 b7.31 b5.96 ab0.79 b0.58 b0.28 a
D35.54 c7.14 b6.13 c0.45 c0.38 c0.37 c7.17 b7.40 b5.61 bc0.65 c0.50 bc0.25 a
D45.31 cd5.83 c5.39 cd0.41 cd0.34 cd0.30 d5.80 c6.03 c4.78 cd0.58 c0.44 cd0.23 ab
D54.71 de6.06 c5.09 de0.36 d0.32 de0.26 de5.60 c5.73 c4.41 de0.48 d0.37 d0.19 bc
D64.40 e5.42 c4.30 e0.35 d0.30 e0.24 e4.73 d4.38 d3.70 e0.38 e0.28 e0.15 c
平均值Mean5.797.256.400.540.440.366.716.655.280.650.490.35
变异系数CV (%)25.8727.7431.8646.2736.7234.6028.6732.9436.7741.6741.1538.79
变异来源
Source of variation		品种Varieties (V)***********
密度Density (D)************
年份Year (Y)*******ns**
品种×密度 (V×D)nsnsns****
品种×年份 (V×Y)nsnsnsns**
密度×年份 (D×Y)nsnsnsnsnsns
处理同表1。同一列数字后不同小写字母表示不同处理间差异达0.05显著水平。**表示在P < 0.01 水平差异显著; *表示在P < 0.05 水平差异显著; ns表示差异不显著。
Treatments are the same as those given in Table 1. Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments. **: significantly different at P &lt; 0.01; *: significantly different at P &lt; 0.05; ns: the difference was not significant.

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2.2.3 节间横截面积 随密度增大, 茎秆横截面积逐渐降低, 且不同处理差异显著(图2)。与D1密度相比, D2~D6密度下茎秆横截面积分别下降了3.65%~45.71%、4.47%~46.92%和4.57%~48.43%, 可见密度对第7节茎秆横截面积影响最大。先玉1171第3、5和7节茎节横截面积均值(2.80、2.33和1.59 cm2)极显著低于新中玉801 (4.39、3.51和2.77 cm2)。

图2

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图2密度对玉米茎秆节间横截面积和横截面扁率的影响(2019年)

柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。 D1、D2、D3、D4、D5和D6分别代表种植密度3.0×104、4.5×104、6.0×104、7.5×104、9.0×104和10.5×104株 hm-2。XY1171: 先玉1171; XZY801: 新中玉801。
Fig. 2Effects of density on the cross-sectional area and cross-section flatness of maize stalk internodes in 2019

Bars marked with different lowercase letters indicate significantly different among treatments at P < 0.05. D1, D2, D3, D4, D5, and D6 represent planting densities of 3.0×104, 4.5×104, 6.0×104, 7.5×104, 9.0×104, and 10.5×104 plants hm-2, respectively. XY1171: Xianyu 1171; XZY801: Xinzhongyu 801.


2.2.4 节间横截面扁率 密度对茎秆节间横截面扁率有一定影响, 但规律不明显(图2)。先玉1171第3、5、7节间横截面扁率(0.105、0.103和0.100)显著低于新中玉801 (0.140、0.139和0.119)。

2.3 种植密度对春玉米茎秆力学特性的影响

由表4和图3可知, 密度对春玉米茎秆第3、5、7穿刺强度和抗折力影响极显著(P<0.01)。随着密度的增大, 同一节位穿刺强度和抗折力逐渐降低, 与D1密度相比, D2~D6密度下茎秆第3、5、7节的穿刺强度分别下降了7.02%~22.98%、1.79%~20.06%和6.00%~22.87%; 抗折力分别下降了9.52%~58.30%、4.13%~56.24%和4.76%~50.12%, 可见密度对第3节穿刺强度和抗折力影响最大。不同密度下, 先玉1171第3节穿刺强度变异系数较小, 第5、7节的穿刺强度变异系数和和抗折力变异系数较大, 可见先玉1171第3节的穿刺强度对密度的响应较迟钝, 而第5、7节的穿刺强度和茎秆抗折力对密度响应较敏感。第3节的穿刺强度2年均值先玉1171比新中玉801极显著高出了9.33%, 第5、7节品种间的差异不显著; 第3、5、7节的平均抗折力比新中玉801极显著低了18.42%、34.14%和35.62%。2018年2品种第5节、第7节的穿刺强度均值显著低于2019年; 第3、5、7节的抗折力均值极显著高于2019年。此外, 品种、年份互作、品种和密度互作显著影响第3节抗折力; 密度和年份互作极显著影响第3节抗折力。由此可见, 春玉米品种第3节的穿刺强度在年际间相对稳定, 而第3节的抗折力受品种、密度、年份及其相互作用共同影响。

Table 4
表4
表4不同春玉米茎秆穿刺强度、抗折力方差分析
Table 4Variance analysis of puncture strength and bending resistance of different spring maize
变异来源
Source of variation		穿刺强度Rind penetration strength抗折力Bending strength
357357
品种Varieties (V)**nsns******
密度Density (D)************
年份Year (Y)ns*********
品种×密度V×Dnsnsns*****
品种×年份V×Yns*****nsns
密度×年份D×Ynsnsns******
**表示在P < 0.01水平差异显著; *表示在P < 0.05水平差异显著; ns表示差异不显著。
**: significantly different at P &lt; 0.01; *: significantly different at P &lt; 0.05; ns: not significant differences.

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图3

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图3种植密度与茎秆穿刺强度、抗折力之间的关系

缩写同图2。
Fig. 3Relationship between planting density and stalk puncture strength and bending resistance

Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.


2.4 种植密度对不同春玉米田间倒伏率和空秆率的影响

由表5和图4可知, 春玉米倒伏率受品种、密度、年份及其的相互关系共同影响, 密度和品种极显著影响空秆率。随着密度的增加, 先玉1171的倒伏率极显著高于新中玉801, 空秆率极显著低于新中玉801, 2年趋势相同, 2018年2个品种倒伏率极显著高于2019年。

Table 5
表5
表5不同春玉米品种倒伏率和空秆率方差分析
Table 5Variance analysis of lodging rates and empty shot rate of different spring maize varieties
变异来源
Source of variation		倒伏率
Lodging rate		空秆率
Empty shot rate
品种 Varieties (V)****
密度 Density (D)****
年份 Year (Y)**ns
品种×密度 (V×D)*ns
品种×年份 (V×Y)**ns
密度×年份 (D×Y)**ns
**表示在P &lt; 0.01水平差异显著; *表示在P &lt; 0.05水平差异显著; ns表示差异不显著。
** indicates significantly different at P &lt; 0.01; * indicates significantly different at P &lt; 0.05; ns: not significant differences.

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图4

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图4种植密度与倒伏率、空秆率的关系

缩写同图2。
Fig. 4Relationship between planting density and lodging rate and empty shot rate

Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.


2.5 种植密度对春玉米产量及其构成的影响

密度极显著影响春玉米产量(表6和表7)。随密度增加产量先上升后下降, 两者呈二次曲线关系。通过回归方程求出先玉1171在密度为9.3万株 hm-2时产量最高, 达12,331.4 kg hm-2; 新中玉801在密度为8.6万株 hm-2时产量最高, 达11,063.6 kg hm-2。2年平均产量先玉1171 (10,847.8 kg hm-2)比新中玉801 (10,158.0 kg hm-2)高6.36%, 高密度下比新中玉801增产10.28%, 差异达极显著水平, 表明增密后先玉1171增产幅度更大。

Table 6
表6
表6种植密度对不同春玉米产量及其构成的影响
Table 6Effects of planting density on yield and composition of different spring maize
品种
Varieties		密度
Density		20182019
有效穗数
Ear number		穗粒数
Kernels
per ear		百粒重
100-kernel
weight (g)		籽粒产量
Grain yield
(kg hm-2)		有效穗数
Ear number		穗粒数
Kernels
per ear		百粒重
100-kernel weight (g)		籽粒产量
Grain yield
(kg hm-2)
先玉1171
Xianyu 1171		D145,959.6 d767.4 a36.8 a9145.3 b29,798.0 f730.3 a33.7 a6345.4 d
D250,505.1 d754.4 a36.4 a10,232.1 b43,602.7 e716.0 a31.4 ab9561.8 c
D361,279.5 d749.1 a33.8 b11,811.2 a55,892.3 d685.6 ab30.8 ab10,350.4 b
D472,727.3 b653.8 b32.6 bc11,891.7 a70,033.7 c658.3 b29.4 b11,609.4 a
D576,936 b684.7 b33.2 bc13,051.3 a79,292.9 b637.9 b29.4 b11,858.6 a
D687,878.8 a677.0 b31.2 c11,957.9 a93,939.4 a633.2 b29.0 b12,358.7 a
新中玉801
Xinzhongyu 801		D143,266.0 c828.3 a41.3 a8177.7 c37,037.0 f669.1 a36.6 a8219.4 c
D248,989.9 c794.8 a39.0 a9046.9 bc46,127.9 e646.6 a36.4 a9629.5 b
D362,626.3 ab633.3 b39.9 a11,357.4 a57,070.7 d627.1 a36.3 a10,744.7 a
D461,784.5 b577.3 b36.1 b10,283.6 ab67,340.1 c566.2 b34.4 ab10,744.6 a
D566,330.0 ab579.4 b35.6 b10,667.6 a79,124.6 b511.4 c33.6 ab11,305.1 a
D671,548.8 a611.2 b34.1 b11,055.9 a91,077.4 a436.0 d32.6 b10,664.1 a
变异来源
Source of variation		品种Varieties (V)*******
密度Density (D)********
年份Year (Y)ns****ns
品种×密度 (V×D)ns*nsns
品种×年份 (V×Y)***ns*
密度×年份 (D×Y)**nsnsns
处理同表1。同一列数字后不同小写字母表示不同处理间差异达0.05显著水平。**表示在P < 0.01水平差异显著; *表示在P < 0.05水平差异显著; ns 表示差异不显著。
Treatments are the same as those given in Table 1. Values within a column followed by different lowercase letters are significantly different at the 0.05 probability level among different treatments. **: significantly different at P &lt; 0.01; *: significantly different at P &lt; 0.05; ns: not significant differences.

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Table 7
表7
表7种植密度与春玉米产量及其构成因素回归关系
Table 7Regression relationship between planting density and spring maize yield and its components
项目
Item		品种
Varieties		回归方程
Regression equation		R2
产量
Grain yield		先玉1171 Xianyu 1171y= -112.4x2 + 2096.3x + 2555.50.8331**
新中玉801 Xinzhongyu 801y = -89.6x2 + 1547.3x + 4385.20.8589**
有效穗数
Ear number		先玉1171 Xianyu 1171y = 7069.1x + 16,2710.9955**
新中玉801 Xinzhongyu 801y = 5448.1x + 24,2520.9909**
穗粒数
Kernels per ear		先玉1171 Xianyu 1171y = -14.2x + 792.60.9046**
新中玉801 Xinzhongyu 801y = -25.4x + 757.10.8519**
百粒重
100-kernel weight		先玉1171 Xianyu 1171y = -0.7x + 36.80.9227**
新中玉801 Xinzhongyu 801y = -0.8x + 41.50.9227**
**表示在P < 0.01水平上显著。
**: significant difference at P < 0.01.

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随着密度的增加, 有效穗数极显著增加, 穗粒数和百粒重极显著降低, 但2个品种变化程度不同。密度每增加1.0万株hm-2, 先玉1171和新中玉801有效穗数分别增加7069.1穗和5448.1穗, 穗粒数和百粒重分别下降14.2粒、25.4粒和0.7 g、0.8 g。在高密度下, 先玉1171有效穗数、穗粒数(82,013.6穗, 660.6粒)比新中玉801 (71,105.7穗, 538.7粒)显著高出13.30%、18.45%, 而百粒重(30.3 g)显著低于新中玉801 (34.6 g) 12.51%。以上分析表明, 在高度下先玉1171有效穗数和穗粒数较多, 增密后有效穗数增加幅度较新中玉801高, 穗粒数和百粒重下降幅度较新中玉801低, 高密度下趋于稳定, 因而能够获得高产。

2.6 茎秆形态、力学特性与倒伏率、产量之间的关系

由表8可知, 倒伏率与株高、穗位高和节间长呈极显著正相关, 与节间粗、单位茎长干重、节间横截面积、横截面扁率、穿刺强度极显著负相关, 与抗折力显著负相关。其中与穗位高(0.88**)相关性最大。茎秆形态与力学特性的相关表现为抗折力与节间长极显著负相关, 穿刺强度、抗折力与节间粗、节间干重、单位茎长干重和节间横截面积呈极显著正相关, 其中除节间干重外, 抗折力与茎秆形态指标的相关系数均大于穿刺强度, 说明抗折力与茎秆形态指标的相关性更大, 能更好的反映春玉米的抗倒伏性能。

Table 8
表8
表8茎秆形态、力学特性与倒伏率、产量之间的相关性分析
Table 8Correlation analysis between stalk morphology, mechanical properties, lodging rate and yield
指标
Item		倒伏率
Lodging rate		穿刺强度
Rind penetration strength		抗折力
Bending strength		产量
Grain yield
空秆率Empty shot rate-0.34-0.51**-0.29-0.56**
株高Plant height0.76**-0.14-0.250.48*
穗位高 Ear height0.88**-0.56**-0.320.77**
穗位系数Ear position coefficient0.01-0.51**-0.050.31
节间长Internode length0.75**-0.39-0.53**0.59**
节间粗Internode stem thickness-0.54**0.64**0.88**-0.63**
节间干重Internode dry weight-0.340.82**0.76**-0.63**
单位茎长干重Dry weight under length-0.60**0.81**0.83**-0.80**
节间横截面积Cross-sectional area-0.82**0.49*0.97**-0.52**
横截面扁率Cross section flatness-0.59**-0.080.47*-0.04
穿刺强度Rind penetration strength-0.55**——-0.83**
抗折力Bending strength-0.41*0.61**—-0.58**
**表示在P < 0.01水平上显著, *表示在P < 0.05水平上显著。
**: significant difference at P < 0.01; *: significant difference at P < 0.05.

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产量与株高、穗位高、节间长呈极显著正相关, 与除横截面扁率的其他茎秆性状极显著负相关, 其中与穗位高(0.77**)正相关系数最大。可见, 玉米茎秆性状与产量密切相关, 在高密植情况下, 春玉米具有较高的穗位有利于群体获得高产, 协调高密条件下群体产量与茎秆性状间的矛盾关系, 保障春玉米密植高产抗倒的关键。

分别以倒伏率(Y1)和产量(Y2)为自变量, 以与其显著相关的各项茎秆形态、力学指标为因变量, 进行逐步回归分析, 得到最优回归方程。Y1 = 10.32+0.06X1-0.56X9 (R2=0.9520**)。可见, 株高(X1)对倒伏率的正向影响最大, 穿刺强度(X9)对倒伏率的负向影响最大, 二者之间对倒伏率的影响达极显著水平。Y2 = 7557.63+104.66X3-164.36X9 (R2= 0.9247**)。可见, 穗位高(X2)对产量的正向影响最大, 穿刺强度(X9)对产量的负向影响最大。以抗折力(Y3)为因变量, 以各茎秆形态指标为自变量, 进行逐步回归分析, 得到最优回归方程。Y3 = -339.59+ 28.03X2+301.30X4 (R2=0.9896**)。可见, 节间粗(X2)和单位茎长干重(X4)对抗折力的正向影响较大, 可作为评价玉米茎秆抗倒伏能力的重要指标。

3 讨论

种植密度显著影响玉米茎秆特性, 随密度增加, 玉米株高和穗位高先升高后降低[16], 穗位系数和节间长逐渐增大[20,21], 节间粗、节间干重和单位茎长干重、茎秆力学强度显著降低[22,23]。谷利敏等[9]研究发现增密后基部3~7节间增长、变细, 茎粗系数、穿刺强度、抗折力、压碎强度显著降低。徐田军等[24]研究认为随密度增大第1~6节茎秆增长, 第3~5节穿刺强度和抗折力逐渐下降, 不同节位第3节>第4节>第5节。本研究结果表明, 增密后春玉米株高、穗位高先升高后降低, 穗位系数逐渐增大; 第3节长增幅最大, 第3节单位茎长干重、穿刺强度和抗折力下降幅度最大; 第7节茎粗、干重和横截面积下降幅度最大, 但密度对茎秆横截面扁率的影响不显著。这表明密度增大后玉米群体对资源的竞争激烈, 植株个体发育变差, 茎秆细长, 导致玉米茎秆力学特性显著下降。曹庆军[25]研究认为株高、穗位高等指标对密度的响应与不同品种抗倒性相关。勾玲等[26]研究发现耐密抗倒品种穿刺强度随密度增加变异幅度较小。邓妍等[5]研究认为, 耐密品种茎秆性状、抗倒力学性状对密度反应不敏感。本研究中2个品种相比, 先玉1171株高对密度的响应较迟钝, 而穗位系数对密度响应较敏感, 原因在于新中玉801节间长对密度的响应比先玉1171敏感, 随密度增加幅度更快; 节间干重、单位茎长干重和第3节穿刺强度也表现出先玉1171对密度的响应较迟缓, 但第5、7节穿刺强度和茎秆抗折力对密度的响应较敏感。可见不同品种茎秆形态和力学特性对密度的响应有所差异, 茎秆形态和力学特性对密度的响应并不同步。在评价品种耐密性和抗倒性时应选择对其影响最主要的因素。此外, 本研究还发现, 年份也显著影响春玉米株高、穗位高、节间粗、节间干重和抗折力, 这说明环境气候条件对春玉米的茎秆性状影响也较大, 在生产中应充分根据不同地区的气候差异进行合理密植。

玉米茎秆形态、力学特性与茎秆抗倒性能具有高度的相关性, 能够反映玉米品种抗倒伏能力的差异[27,28,29]。任佰朝等[21]研究认为随密度增大, 茎秆穿刺强度显著下降, 矮秆品种下降幅度较小能够保持较好的抗倒伏能力。许莹莹等[30]研究表明抗倒性强的玉米品种具有茎秆较粗、株高和穗位高较矮、节间长度较短等特点, 其中茎粗在不同抗倒性玉米品种中差异显著。本研究中新中玉801两年平均株高、穗位高、节间长显著低于先玉1171, 节间粗、单位茎长干重、节间横截面积、横截面扁率和抗折力显著高于先玉1171, 因而增密后倒伏率显著低于先玉1171, 抗倒伏能力更强。Ma等[23]指出倒伏率与穗位高呈极显著正相关。马晓军等[31]的研究表明, 倒伏率与节间直径、干重、单位茎长干重, 第3~5节穿刺强度呈极显著负相关, 与节间长度呈显著正相关。刘晓林等[32]研究表明茎秆抗倒力学特性与节间粗、节间干重和单位茎长干重呈显著或极显著正相关, 而与株高、节间长和茎节长粗比呈负相关或极显著负相关。本研究通过相关分析表明, 倒伏率与株高、穗位高、节间长呈极显著正相关, 与节间粗、单位茎长干重、节间横截面积、横截面扁率、穿刺强度极显著负相关, 与抗折力显著负相关, 其中与穗位高(0.88**)相关性最大, 说明先玉1171倒伏率高于新中玉801是因为穗位更高。逐步分析表明, 株高是引起倒伏的重要原因。此外, 抗折力与茎秆形态指标的相关性更大, 节间粗和单位茎长干物质对抗折力的正向影响最大。这表明种植密度通过影响玉米茎秆形态特性和干物质分配进而影响茎秆抗倒性能, 导致高密下玉米抗倒伏能力下降, 株高、穗位高是引起玉米茎秆抗倒伏能力变化的重要指标, 节间粗、单位茎长干重可作为鉴定品种抗倒性差异的重要指标。同时倒伏增大也会造成玉米减产, 产量损失程度与倒伏发生程度及发生时期有很大关系, 开花后至灌浆期这段时间发生倒伏对玉米产量的影响较大[33]。曹庆军[25]研究表明, 倒伏率每增加1%, 玉米产量损失平均增加34.17 kg hm-2。本研究中先玉1171在增密后其倒伏率显著高于新中玉801, 但是, 随着密度的增加, 增产幅度和产量都比新中玉801高。分析原因可能主要是在本试验条件下, 玉米灌浆结实期均未发生倒伏, 倒伏主要发生在结实后期, 因而对最终产量影响不大。新中玉801在增密后的空秆率显著高于先玉1171, 使得高密度下有效穗数显著低于先玉1171, 导致产量比先玉1171低。

增加种植密度是玉米增产的主要措施之一。玉米要获得高产, 必须要构建合理的群体结构, 协调产量构成因素间的矛盾[34]。在适宜密度下, 增密能提高单位面积穗数和籽粒产量, 当种植密度过大时穗粒数和粒重的下降程度远大于单位面积穗数的增加, 产量开始下降[35]。柏延文等[36]研究发现随密度增加, 产量构成因素中穗粒数、百粒重下降幅度较小的品种在高密度下产量更高。本研究中, 先玉1171比新中玉801更耐密高产, 高密度下比新中玉801增产10.28%, 在高密下先玉1171有效穗数和穗粒数显著高于新中玉801, 百粒重显著低于新中玉801。这表明, 先玉1171密植高产的主要原因是增密后有效穗数和穗粒数较大, 因而能够获得高产。产量也与茎秆形态和力学特性密切相关[29]。任佰朝等[21]研究认为, 矮秆品种随密度增加增产幅度更高。刘晓林等[32]研究认为, 单株产量与节间长和节间长粗比呈显著负相关, 与节间粗、节间干重、单位茎长干物质和茎秆穿刺强度呈显著正相关。本研究发现, 产量与株高、穗位高和节间长呈极显著正相关, 与节间粗、节间干重、单位茎长干物质、节间横截面积、节间鲜密度、穿刺强度和抗折力极显著负相关。这可能与本研究所选用的品种及生态条件不同有关。

4 结论

不同春玉米茎秆抗倒伏性能和籽粒产量对密度的响应不同。新中玉801增密后茎秆节间短而粗, 单位茎长干重较大, 抗倒伏能力较强。而先玉1171由于在高密度下空秆率比新中玉801低, 有较高的有效穗数和穗粒数, 因此高密度下籽粒产量更高。综合考虑茎秆性状和产量, 先玉1171和新中玉801在贵州适宜密度分别为9.0万株 hm-2和8.5万株 hm-2。

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