密度不同基因型春玉米品種產(chǎn)量效應(yīng)研究

密度不同基因型春玉米品種產(chǎn)量效應(yīng)研究

近年來，國內(nèi)外對玉米高產(chǎn)工量的研究已成為一個熱點問題?？蒲泻蜕a(chǎn)實踐證明,增大密度、密植增穗具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)。高密度、超高密度精確栽培是玉米實現(xiàn)超高產(chǎn)的重要手段。趙久然認為,超高產(chǎn)栽培構(gòu)成要素適宜模式為高密度、中大穗。陳國平等通過對2006~2007年全國出現(xiàn)39塊玉米超高產(chǎn)田分析指出,產(chǎn)量在15000kg/hm2以上高產(chǎn)田的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)是79725~84630穗/hm2。陳傳永以“三合模式”為基礎(chǔ),對東北低溫冷涼雨養(yǎng)玉米產(chǎn)區(qū)不同高密度下產(chǎn)量超過15000kg/hm2的玉米超高產(chǎn)群體進行生長分析表明,選擇適宜品種、增加作物群體數(shù)量、實現(xiàn)群體性能最優(yōu)化是作物超高產(chǎn)潛力挖掘的重要途徑。目前,東北地區(qū)春玉米種植方式主要是等行距栽培,但高密度群體等行距栽培的弊端是影響玉米群體內(nèi)部光照和通風(fēng)條件,同時耕作層淺、犁底層硬,限制了玉米種植密度的提高及其產(chǎn)量潛力的挖掘。為了防止密植下玉米群體發(fā)生郁蔽倒伏,使田間結(jié)構(gòu)更加合理,通過調(diào)整行間距來改變種植方式是當(dāng)前密植栽培的主要方式之一。大壟雙行栽培是東北地區(qū)主要研究的密植方式。楊克軍研究表明,大壟雙行栽培可以改善玉米的群體結(jié)構(gòu)、減少株間競爭、促進個體生長發(fā)育,葉面積、LAI和LAD均有不同程度提高,有效地改善了玉米群體光照條件,提高了群體光合性能和光能利用率,提高了寒地春玉米產(chǎn)量。但大壟雙行種植也有其局限性,雖然其疏密相間的行距對田間群體的通風(fēng)透光起到一定作用,但由于密植群體其株距過小,其密度水平的提高空間受到限制。如何在高密度群體條件下使田間配置更為合理成為玉米實現(xiàn)超高產(chǎn)栽培的關(guān)鍵問題。本試驗通過研究玉米不同密度群體“局部精作穴播”與“大小行”種植的產(chǎn)量效應(yīng),研究探索高密度群體玉米實現(xiàn)超高產(chǎn)的新途徑。1材料和方法1.1試驗材料1.3動態(tài)模擬模型的建立與檢驗平均葉面積指數(shù)(MLAI)參見《作物高產(chǎn)群體LAI動態(tài)模擬模型的建立與檢驗》;平均凈同化率(MNAR)、光合勢(LAD)、平均作物生長率(MCGR)的計算參見《作物產(chǎn)量“三合結(jié)構(gòu)”定量表達及高產(chǎn)分析》。2結(jié)果與分析2.1不同品種y1的經(jīng)濟產(chǎn)量差異不同基因型品種在“大小行”(CK)和“局部精作穴播”(FX)種植模式下的經(jīng)濟產(chǎn)量具有高度的二次相關(guān)性。緊湊型品種和非緊湊型品種在兩種種植模式下的產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)分別為0.8642(n=9)和0.7772(n=6)。由圖2可以看出,非緊湊型品種在“大小行”和“局部精作穴播”種植模式下的最大產(chǎn)量均低于緊湊型品種。通過對緊湊型品種和非緊湊型品種的二次回歸方程進行一階求導(dǎo),當(dāng)y′<1時,即緊湊型品種其對照的經(jīng)濟產(chǎn)量為11879~12170kg/hm2或非緊湊型品種其對照的經(jīng)濟產(chǎn)量為10658~10747kg/hm2時,采用“局部精作穴播”種植模式更有利于群體產(chǎn)量潛力的挖掘。由圖2可知,當(dāng)“大小行”種植模式下的產(chǎn)量水平高于10403kg/hm2時,“局部精作穴播”種植模式選用緊湊型品種的產(chǎn)量效應(yīng)優(yōu)于非緊湊型品種。2.2不同栽培模式下玉米產(chǎn)量的組成2.2.1低密度對“局部精作穴播”種植增收的限制因子低密度群體不同基因型品種在不同種植模式下的群體產(chǎn)量效應(yīng)變化一致(表1)。低密度條件下,5個供試品種“局部精作穴播”模式均比“大小行”模式顯著減產(chǎn),品種P1、P2、P3、P4、P5減產(chǎn)幅度分別為5.9%、13.4%、6.3%、20.5%、8.9%?？梢?在低密度條件下“局部精作穴播”種植不具備增產(chǎn)潛力,“大小行”種植更具有產(chǎn)量優(yōu)勢。低密度群體株間競爭壓力較小,影響“局部精作穴播”種植增產(chǎn)的限制因子主要是穗粒數(shù)和百粒重,單位面積穗數(shù)的影響并不顯著。由于品種自身特性,影響增產(chǎn)的主要限制因子也不盡相同。P1、P3主要受穗粒數(shù)的影響顯著,較“大小行”分別減少12.7%、22.5%,穗行數(shù)和行粒數(shù)分別減少5.1%、7.6%和9.3%、14.5%,百粒重減少6.2%和增加2.8%;P2、P4、P5則主要受百粒重的影響較大,與“大小行”相比,百粒重分別減少1.8%、10.9%、13.6%?？梢?低密度群體影響“局部精作穴播”種植增產(chǎn)的限制因子與緊湊型或非緊湊型品種不相關(guān)。2.2.2密度對“局部精作穴播”產(chǎn)量效應(yīng)的影響中密度群體不同基因型品種在不同種植模式下的群體產(chǎn)量效應(yīng)也不相同(表2)。中密度條件下,“局部精作穴播”模式下緊湊型品種P1、P3產(chǎn)量變化不顯著,P2顯著減產(chǎn),減產(chǎn)幅度為12.3%;非緊湊型品種P4、P5顯著增產(chǎn),增產(chǎn)幅度分別為28.3%、14.9%?？梢?在中密度條件下非緊湊型品種P4、P5采用“局部精作穴播”種植模式其產(chǎn)量效應(yīng)要優(yōu)于常規(guī)“大小行”模式。在中密度條件下,隨著密度增加,“局部精作穴播”種植采用疏密相間的種植方式,提高了田間的通風(fēng)透光能力,合理配置了田間結(jié)構(gòu),與“大小行”模式相比,單位面積穗數(shù)均顯著增加。但由于穴播的特點,株間競爭較為激烈,致使單株穗粒數(shù)顯著減少,P1、P2、P3、P4、P5比“大小行”種植分別減少了15.2%、14%、30.6%、22.9%、23.8%。因此,增加穗粒數(shù)是該密度條件下產(chǎn)量提高的重要途徑。2.2.3密度對產(chǎn)量的影響高密度群體緊湊型品種產(chǎn)量效應(yīng)表現(xiàn)不同,非緊湊型品種產(chǎn)量效應(yīng)表現(xiàn)一致(表3)。與“大小行”模式相比,“局部精作穴播”模式下P1增產(chǎn)18.6%,P2減產(chǎn)7.5%,P3采用兩種種植模式其產(chǎn)量變化并不顯著;非緊湊型品種P4、P5顯著減產(chǎn),幅度分別為7.0%、15.3%。隨著密度的進一步增加,高密度條件下穗粒數(shù)成為限制產(chǎn)量形成的主要因子。與“大小行”模式相比,P1、P2、P3、P4、P5穗粒數(shù)分別降低7.5%、17.6%、19.9%、18.1%、16.4%。增加單穗粒數(shù)成為高密度群體“局部精作穴播”種植能否增產(chǎn)的關(guān)鍵。2.3不同植物模型中玉米群光特性的分析2.3.1不同群體對葉面積指數(shù)lad、mcgr、p3的變化規(guī)律由表4可見,低密度群體不同基因型品種的同一光合參數(shù)變化趨勢基本一致。采用“局部精作穴播”種植,穴間距大于“大小行”模式的株間距,改善了群體后期基部通風(fēng)透光條件,延緩了基部葉片衰老,持綠期延長,平均葉面積指數(shù)較“大小行”模式均有不同程度增加,P1、P2、P3、P4、P5分別增加15.1%、60.5%、43.1%、40.7%、35.6%。由于群體光合勢(LAD)反映的是全生育期群體平均葉面積指數(shù)的積累,而各供試品種生育期相差很小,所以LAD也有相同比例增加。低密度條件下由于群體對空間競爭壓力不大,而“局部精作穴播”種植采用穴內(nèi)雙株緊靠種植,其競爭主要集中在地下部根系對土壤肥、水的爭奪,致使個體單位葉面積干物質(zhì)的積累降低,P1、P2、P3、P4、P5群體全生育期平均凈同化率分別降低21.2%、36.1%、39.7%、36.2%、35.3%。平均作物生長率是平均葉面積指數(shù)與平均凈同化率共同作用的結(jié)果,但地上部單位土地葉面積的增加不足以彌補地下部根系的競爭,所以造成P1、P3、P4、P5群體MCGR的降低,分別減少9.3%、13.8%、10.2%、12.2%。P2在低密度條件下其地上部與地下部競爭相當(dāng),致使平均凈同化率略有增加。2.3.2葉面積指數(shù)和平均凈同化率隨著密度增加,中密度群體不同基因型品種的同一光合參數(shù)變化出現(xiàn)差異(表5)。緊湊型品種由于品種差異,平均葉面積指數(shù)變化較大,P1、P3分別增加58.5%、1.1%,P2減少4.6%;非緊湊型品種P4、P5減少5.6%和21.3%。除P1外,其余供試品種與低密度群體相比,平均葉面積指數(shù)的增幅減小。這是因為隨著密度的增加,群體空間競爭開始加劇,致使“局部精作穴播”種植較對照群體葉面積增長緩慢或減少。P1的平均葉面積指數(shù)大幅增加,說明該品種在中密度條件下空間競爭不激烈,群體葉面積得到有效增加。平均凈同化率除P5外均有降低,P1、P2、P3、P4分別降低6.7%、14.9%、21.7%、13.0%,P5增加了15.6%。分析認為,隨著密度增加,群體地下部對土壤肥、水的爭奪逐漸轉(zhuǎn)移為地上部對光照和氧氣的爭奪,由于栽培方式的改變而引起凈同化率降低的這種趨勢在逐漸減緩。與低密度群體相比,采用“局部精作穴播”種植較“大小行”種植平均凈同化率的差距正在減小甚至有些品種的平均凈同化率大于“大小行”種植模式。由于在某一群體中平均葉面積指數(shù)和平均凈同化率占據(jù)的主導(dǎo)地位不同,所以平均作物生長率表現(xiàn)也不盡相同。P1、P5平均作物生長率的變化主要是由群體平均葉面積指數(shù)的變化引起的,分別增加47.8%和減少9.0%;P3的平均作物生長率降低20.8%,并與平均凈同化率的減少是同時的;P2、P4由于平均葉面積指數(shù)和平均凈同化率降低導(dǎo)致其平均作物生長率分別降低18.8%、17.9%。2.3.3糧食生長率比較隨著密度的進一步增加,群體結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化(表6)。緊湊型品種P1、P2、P3采用“局部精作穴播”種植較“大小行”種植的全生育期平均葉面積指數(shù)分別減少17.1%、15.5%、13.7%;非緊湊型品種P4增加8.8%,P5減少19.3%。隨著密度的增加,地上部空間競爭加劇,常規(guī)的大小行模式不利于平均凈同化率的增加。高密度群體平均凈同化率除P2外均增加,P1、P3、P4、P5分別增加52.7%、33.3%、7.9%、32.8%,P2減少39.4%。P1、P3、P5平均作物生長率的變化主要是由群體平均凈同化率變化引起,分別增加26.7%、15.1%、7.2%;P2、P4受平均葉面積指數(shù)和平均凈同化率共同作用導(dǎo)致其平均作物生長率降低48.8%和增加17.4%。3改進種植模式,提高群體光合能力隨著種植密度的增加和種植方式的調(diào)整,品種的配套種植技術(shù)已成為玉米超高產(chǎn)的必然選擇。若把某品種在常規(guī)“大小行”模式下的經(jīng)濟產(chǎn)量看成是該品種在該條件下的地力水平,那么當(dāng)?shù)亓λ礁哂?0403kg/hm2時,“局部精作穴播”種植模式選用緊湊型品種的產(chǎn)量效應(yīng)要優(yōu)于非緊湊型品種。因為“局部精作穴播”種植模式采用穴內(nèi)雙株緊靠種植,株型緊湊可以避免雙株葉片相互遮擋,減少無效光合面積,弱化株間競爭,使群體光能利用效率得以提升,因此高水平地力為緊湊型品種產(chǎn)量潛力的挖掘提供了保證。在相應(yīng)種植密度條件下,不同基因型品種采用“局部精作穴播”種植模式可以達到增產(chǎn)的目的。低密度條件下由于穗粒數(shù)和穗數(shù)的限制,“局部精作穴播”種植不具有增產(chǎn)優(yōu)勢。當(dāng)種植密度由67500株/hm2提高到82500株/hm2時,非緊湊型品種采用“局部精作穴播”種植較“大小行”模式顯著增產(chǎn),緊湊型品種與“大小行”模式相比較低密度時減產(chǎn)幅度在縮小甚至小幅增產(chǎn);當(dāng)種植密度達到97500株/hm2時,穗粒數(shù)成為“局部精作穴播”種植下產(chǎn)量提高的主要限制因子,供試品種中只有鄭單958增產(chǎn)顯著。如何在保證產(chǎn)量構(gòu)成因素的前提下充分挖掘單穗粒數(shù)成為該種植模式高產(chǎn)的關(guān)鍵。通過改變栽培模式,適當(dāng)調(diào)整群體單位葉面積和葉片凈同化率,提高經(jīng)濟系數(shù),促進物質(zhì)由源向庫轉(zhuǎn)化,協(xié)調(diào)各光合因子的關(guān)系,可以改善(下轉(zhuǎn)第94頁)(上接第89頁)群體光合能力,提高群體產(chǎn)量?！熬植烤餮úァ蓖ㄟ^田間植株疏密相間配置,避免了常規(guī)模式高密度種植中出現(xiàn)的玉米生育后期植株基部過早郁閉,改善了田間通風(fēng)透光,防止葉片早衰,提高了群體的光合能力。試驗于2009年在遼寧省鞍山市臺安縣王家村進行。供試品種為鄭單958(P1)、先玉335(P2)、超試1號(P3)、東單60(P4)、沈單16(P5)。1.2玉米田整地施肥方式田間采用裂區(qū)設(shè)計,主區(qū)為種植方式,將試驗用地分為“局部精作穴播”區(qū)(FX)和“大小行”區(qū)(CK);副區(qū)為種植密度,每個種植區(qū)設(shè)3個種植密度,分別為低、中、高(67500、82500、97500株/