不同种植方式对玉米冠层调控及产量的影响_王佳旭.pdf

西 北 农 业 学 报 ，（）：不同种植方式对玉米冠层调控及产量的影响收稿日期：修回日期：基金项目：全国玉米绿色高质高效创建县项目；国家重点研发计划（，）。第一作者：王佳旭，男，硕士研究生，从事玉米栽培研究。：通信作者：王宏伟，女，副教授，主要从事玉米高产栽培研究。：王佳旭，满艳苹，李凤海，朱敏，钟雪梅，王宏伟（沈阳农业大学 农学院，沈阳 ；辽宁省农业科学院 高粱研究所，沈阳 ）摘要以优良玉米杂交种 良玉 为试验材料，设置等行距种植（）和二比空、大垄双行、偏垄宽窄行种不均匀种植方式，研究不均匀种植方式对玉米冠层结构特征、光合特性、田间小气候及产量的影响。两年研究结果表明：与常规种植相比，二比空、大垄双行和偏垄宽窄行增加生育后期叶面积指数，降低叶片衰老速率；显著增加穗位中下层茎叶夹角，穗位层叶片垂直占有率增加 。改变种植方式显著增加穗位中下层风速和田间温度，降低各冠层层次相对湿度，显著增加穗下层二氧化碳浓度。种不均匀种植方式显著改善各冠层层次光合特性，透光率增加 ，净光合速率、蒸腾速率、气孔导度分别增加 、。光能利用率方面，年大垄双行和二比空籽粒产量光能利用率显著高于常规种植，增加 和 ，年大垄双行生物产量和籽粒产量光能利用率分别增加 和。种不均匀种植方式产量提高 和 ，两年均以大垄双行产量最高，达 （）和 （）。综合各项指标来看，大垄双行为最优的玉米种植方式在相应区域大面积推广应用。关键词种植方式；玉米；冠层；田间小气候；产量提高玉米单产主要途径有增密种植、水肥调控、种植方式等。但当群体增大到一定程度时，个体间竞争加剧，形成郁闭的冠层环境，反而抑制玉米产量潜力发挥。品种、气候、种植方式等均可调控群体结构，优化冠层内的光照、田间小气候等因子，促进群体光合性能协同提高及产量形成。其中种植方式是影响玉米冠层结构的最直接因素。玉米生长空间的变化能够引起群体生理生态及群体微环境等发生相应的改变。不同种植形式下冠层自动调节，改善群体田间小气候，从而影响产量 。不均匀种植使玉米叶片分布合理，延长中下部叶片持绿期，增大叶面积指数，从而增加干物质积累量 。冯海娟等 研究表明，植物叶片的方位分布会影响植物对光的截获率，不同行距配比影响叶片方位角的变化，叶片呈现趋向行间的分布，可以更多地截获光辐射，从而提高光能利用率。为进一步明确玉米高产群体冠层结构特征及光合特性，本研究以优良玉米杂交种 良玉 为试验材料，通过研究不均匀种植方式玉米冠层结构差异及产量变化特征，阐明不同群体冠层结构对玉米光合性能及田间微环境的调控机制，为充分挖掘玉米冠层生产力，实现玉米高产、稳产与高效协同提供理论依据。材料与方法试验地概况试验于 年在辽宁省铁岭市蔡牛镇（、）进行。前茬作物为玉米，表为 播 种 前 土 壤 养 分 含 量，地 力 均 匀 稳 定。年、年生育期降雨量分别为 和 ，与多年平均相比，年全生育期降水偏少，属干旱年份。年、年生育期太阳辐 射 总 量 分 别 为 、，气象数据来源于中国气象数据共享服务网（：）。试验处理与设计以玉米杂交种 良玉 为试验材料，种植密表播种前耕层土壤养分基础值 年份 全氮（）碱解氮（）速效磷（）有效钾（）有机质（）度为 株 。以等行距种植为对照，种不均匀种植方式分别为偏垄宽窄行（，相邻两垄相互靠近，形成 的田间布局）、二比空（，种植两垄空一垄，形成 的田间布局）和大垄双行（，相邻两垄合并，形成 的田间布局），行距，常规种植、大垄双行和偏垄宽窄行株距 ，二比空种植方式株距为 。小区行长，每小区行（二比空 行），次重复。播种前一次性施用复合肥（），其他栽培管理等同于大田。测定项目与方法产量与产量构成因素收获前调查每小区空杆率，计算有效穗数。成熟期收获小区中间行，计算单位面积标准水（）籽粒产量。每处理选取 穗标准果穗（根据收获穗数及总穗质量，计算 穗果穗理论质量，穗理论质量（小区收获总穗质量小区收获总穗数），误差值不超过）。自然脱水后测量百粒质量。冠层形态指标每处理选取具有代表性的植株 株，拔节期挂牌标记定株，采用大田切片法测定相关指标。将玉米群体冠层结构垂直分为层，穗位叶所在层次为穗位层，以上层次为穗上层，以下层次为穗下层；各层次代表叶片分别为穗位叶、穗上第片叶及穗下第片叶。叶 面 积 指 数 采 用 长 宽 系 数 法 于 拔 节 期（）、大喇叭口期（）、抽雄吐丝期（）、灌浆期（）和成熟期（）测定玉米绿叶长和宽，根据公式计算绿叶面积和叶面积指数。绿叶面积叶长叶宽系数（全展叶系数、非全展叶系数），叶面积指数绿叶面积土地面积。茎叶夹角及叶片方位角 抽雄吐丝期测定茎叶夹角及叶片方位角，使用电子量角器测量各冠层层次代表叶片茎叶夹角，次重复取平均值。参照冯海娟等 方法，将以植株为圆心的同心圆分为 等份，每份 。定义为接近垄方向、对角线方向、垂直垄方向，分别用、表示（图）。根据公式计算叶片垂直率，叶片垂直率垂直垄方向的叶片数单株总叶片数 。图叶片方位角示意图 冠层田间小气候抽雄吐丝期测定，采用 叶轮风速仪、无线温湿度二氧化碳记录仪，分别测定每处理田间风速、田间温度、相对湿度和二氧化碳浓度。测量位置为不同冠层层次代表叶片所在高度，每层次测点，取平均值。冠层光合指标及光能利用率透光率：抽雄吐丝期测定，使用 （美国 ）型植物冠层分析仪测定雄穗上方、穗上层、穗位层和穗下层光合有效辐射（），并根据公式计算各层次透光率，计算公式为：冠层透光率（）测定层 冠层上部 。光合作用参数：抽雄吐丝期测定，选择晴朗无云的天气，：采用 （美国 ）便携式光合仪，测定不同冠层层次代表叶片净光合速率、蒸腾速率，次重复，光合仪内置光源设定光照强度 。光能 利 用 率：根 据 公 式 （）计算光能利用率。式中，为光能利用率；为单位质量干物质完全燃烧释放的热量，其中籽粒为 ，秸秆为 ；为单位土地面积作物干物西北农业学报 卷质的质 量（），为 生 育 期 太 阳 辐 射 总 量（）。数据统计与分析采用 软件整理数据，作图，数据处理系统进行试验统计分析，多重比较方法为 法。结果与分析不同种植方式的玉米产量及产量构成因素由表可知，种植方式和年份均极显著影响玉米空杆率（），年玉米生长期遭遇极度高温，花期不遇显著显著增加空杆率。与常规种 植 相 比，年 空 杆 率 降 低 ，年降低 。种不均匀种植方式均显著提高玉米籽粒产量，种植方式、年份及二者互作极显著影响玉米产量。年，大垄双行、二比空和偏垄宽窄行产量分别较常规种植提高 （）、（）和 （），年产量提高（）、（）和（）。年的产量显著高于 年，两年的产量相差 （）；两年均以大垄双行产量最高，分别为 和 。产量构成因素中，种植方式对有效穗数影响不显著，对穗粒数和百粒质量有显著影响，年际间穗粒数、百粒质量和有效穗数的差异达到显著或极显著水平，种植方式和年份仅对穗粒数产生极显著的交互作用。种不均匀种植方式穗粒数比常 规 种 植 增 加 （）和 （），百粒质量增加 （）和 （），年有效穗数为（）穗，极显著高于 年，增加 。以上分析可得，种不均匀种植方式增产的原因主要是穗粒数和百粒质量增加的结果，而年际间产量差异主要来源于空杆率的降低、有效穗数的增加，其次为穗粒数和百粒质量的提高。不同种植方式对玉米冠层植株形态指标的影响图表明不同种植方式 均表现为随着生育进程呈先上升后下降的趋势，不同种植方式最大 均在 时期出现，年际间变化趋势一致。年极度干旱显著影响玉米生育中后期植株生长发育，导致群体叶面积指数变小，除 时期外，年叶面积指数均低于 年，成熟表不同种植方式的玉米产量及产量构成因素 年份 种植方式 籽粒产量（）有效穗数（）穗粒数 百粒质量 空杆率 差异来源 种植方式 年份 种植方式年份 注：表示常规种植；表示二比空；表示大垄双行；表示偏垄宽窄行。数据为“平均值标准误”，同列数据后不同字母表示在同一年份水平上差异显著。、和表示无显著差异、和水平上差异显著。下同。：；，期王佳旭等：不同种植方式对玉米冠层调控及产量的影响期（）两 年 叶 面 积 指 数 相 差 。时期，各处理叶面积指数差别不大；，迅速增加并达到最大值，二比空、大垄双行和偏垄宽窄行最大 比常规种植增加 （）和 （）；，呈下降趋势，三种不均匀种植方式 下降幅度较常规种植小 （年）和 （）；成熟期（）二比空、大垄双行和偏垄宽窄行 比常规种植高 。不同种植方式对生育前期叶面积指数影响不大，生育中后期，不均匀种植方式维持较高的叶面积指数，有效增加绿叶面积，一定程度上延长玉米光合作用时间。茎叶夹角和叶片方位角反应了叶片的空间分布状况，进而影响群体冠层对光能的截获。由图可知，随着空间位置下降，不同种植方式茎叶夹角均逐 渐增加，即 穗 上 层穗 位 层穗 下 层。年，改变种植方式仅改变穗位层和穗下层茎叶夹角，大垄双行和偏垄宽窄行种植方式显著增加穗位层和穗下层茎叶夹角，穗位层增加 和，穗下层 和，二比空穗下层茎叶夹角增加。年种不均匀种植方式均显著增加穗位层和穗下层茎叶夹角，穗位层增加 、和 ，穗下层增加、和，不均匀种植方式间无显著差异。年际间变化趋势一致，但 年表现优于 年。年受干旱影响，玉米生长受到限制，故本试验只对 年叶片垂直占有率进行分析。由表可知，年种不均匀种植方式均提高了叶片方位角整齐度，穗位层叶片方位角调位幅度较明显，穗位层叶片均处于垂直垄方向（叶片方位角范围为 ）。二比空和大垄双行叶片垂直占有率显著高于对照，二比空叶片垂直占有率增加，大垄双行增加；偏垄宽窄行叶片垂直占有率与常规种植无差别。不均匀种植方式一定程度上优化了群体冠层叶片空间分布态势，有利于中下层叶片对光的截获，提高群体光能利用率。综合分析冠层形态指标变化，大垄双行种植方式在种不均匀种植方式中，对群体叶面积指数、茎叶夹角及叶片方位角等性状改善程度最高，其次是二比空和偏垄宽窄行。、和分别表示拔节期、大喇叭口期、抽雄吐丝期、灌浆期和成熟期。下同，图不同种植方式叶面积指数差异 不同种植方式对冠层田间小气候的影响种不同种植方式田间风速均表现为穗上层最小，穗位层次之，穗下层最大，年际间差异显著（图）。年，除穗上层外，种不均匀种植方式穗位层和穗下层田间风速均显著高于常规种植，穗位层风速提高 ，其中大垄双行和二比空显著高于偏垄宽窄行和常规种植；穗下层，二比空显著高于其他种植方式，比常规种植增加 ，大垄双行和偏垄宽窄行均比常规种植增加 。年，种不均匀种植方式各层次田间风速均高于常规种植，不同种植方式穗上层和穗下层风速均未达到显著差异，穗位层，大垄双行显著高于常规种植，比常规种植增加 ，二比空、偏垄宽窄行与常规种植无显著差西北农业学报 卷异。年玉米群体未形成完整的冠层结构，故 年风速表现高于 年。由图可知，随着空间位置的下降，田间温度逐渐降低，年际间差异显著。不同种植方式穗上层温度均无显著差异，不均匀种植方式穗位层田间温度 显 著 高 于 常 规 种 植，比 常 规 种 植 增 加 （）和 （）。穗下层，年大垄双行田间温度显著高于其他种植方式，比常规种植增加；年二比空、大垄双行显著高于常规种植，偏垄宽窄行与常规种植未达到显著差异，二比空和大垄双行比常规种植提高 和。不同字母表示同年份水平上差异显著。下同 ，图不同种植方式茎叶夹角差异 表不同种植方式下 良玉 叶片垂直占有率（）（）种植方式 叶片方位角 穗上层 穗位层 穗下层 叶片垂直占有率 由图可知，不同种植方式玉米群体冠层相对湿度变化趋势一致，即群体穗下层最大，穗位层次之，穗下层最小。改变种植方式降低各冠层层次相对湿度，年不均匀种植方式各冠层层次相对湿度与常规种植间均无显著差异，种不均匀种植方式穗上层降低 （变幅为 ），穗位层降低 （变 幅 为 ），穗 下 层 降 低 （变 幅 为 ）。年，与常规种植相比，大垄双行和偏垄宽窄行显著降低穗上层相对湿度，大垄双行和偏垄宽窄行分别比常规种植降低 和；大垄双行和二比空穗位层相对湿度显著低于常规种植和偏垄宽窄行，大垄双行、二比空和偏垄宽窄行分别比常规种植降低、和；不同种植方式穗下层相对湿度均未达到显著差异，种不 均 匀种 植 方 式比常规种 植 降 低 。冠