密度不同基因型春玉米品种产量效应研究

密度不同基因型春玉米品种产量效应研究

近年来，国内外对玉米高产工量的研究已成为一个热点问题。科研和生产实践证明,增大密度、密植增穗具有显著的增产效应。高密度、超高密度精确栽培是玉米实现超高产的重要手段。赵久然认为,超高产栽培构成要素适宜模式为高密度、中大穗。陈国平等通过对2006~2007年全国出现39块玉米超高产田分析指出,产量在15000kg/hm2以上高产田的产量结构是79725~84630穗/hm2。陈传永以“三合模式”为基础,对东北低温冷凉雨养玉米产区不同高密度下产量超过15000kg/hm2的玉米超高产群体进行生长分析表明,选择适宜品种、增加作物群体数量、实现群体性能最优化是作物超高产潜力挖掘的重要途径。目前,东北地区春玉米种植方式主要是等行距栽培,但高密度群体等行距栽培的弊端是影响玉米群体内部光照和通风条件,同时耕作层浅、犁底层硬,限制了玉米种植密度的提高及其产量潜力的挖掘。为了防止密植下玉米群体发生郁蔽倒伏,使田间结构更加合理,通过调整行间距来改变种植方式是当前密植栽培的主要方式之一。大垄双行栽培是东北地区主要研究的密植方式。杨克军研究表明,大垄双行栽培可以改善玉米的群体结构、减少株间竞争、促进个体生长发育,叶面积、LAI和LAD均有不同程度提高,有效地改善了玉米群体光照条件,提高了群体光合性能和光能利用率,提高了寒地春玉米产量。但大垄双行种植也有其局限性,虽然其疏密相间的行距对田间群体的通风透光起到一定作用,但由于密植群体其株距过小,其密度水平的提高空间受到限制。如何在高密度群体条件下使田间配置更为合理成为玉米实现超高产栽培的关键问题。本试验通过研究玉米不同密度群体“局部精作穴播”与“大小行”种植的产量效应,研究探索高密度群体玉米实现超高产的新途径。1材料和方法1.1试验材料1.3动态模拟模型的建立与检验平均叶面积指数(MLAI)参见《作物高产群体LAI动态模拟模型的建立与检验》;平均净同化率(MNAR)、光合势(LAD)、平均作物生长率(MCGR)的计算参见《作物产量“三合结构”定量表达及高产分析》。2结果与分析2.1不同品种y1的经济产量差异不同基因型品种在“大小行”(CK)和“局部精作穴播”(FX)种植模式下的经济产量具有高度的二次相关性。紧凑型品种和非紧凑型品种在两种种植模式下的产量相关系数分别为0.8642(n=9)和0.7772(n=6)。由图2可以看出,非紧凑型品种在“大小行”和“局部精作穴播”种植模式下的最大产量均低于紧凑型品种。通过对紧凑型品种和非紧凑型品种的二次回归方程进行一阶求导,当y′<1时,即紧凑型品种其对照的经济产量为11879~12170kg/hm2或非紧凑型品种其对照的经济产量为10658~10747kg/hm2时,采用“局部精作穴播”种植模式更有利于群体产量潜力的挖掘。由图2可知,当“大小行”种植模式下的产量水平高于10403kg/hm2时,“局部精作穴播”种植模式选用紧凑型品种的产量效应优于非紧凑型品种。2.2不同栽培模式下玉米产量的组成2.2.1低密度对“局部精作穴播”种植增收的限制因子低密度群体不同基因型品种在不同种植模式下的群体产量效应变化一致(表1)。低密度条件下,5个供试品种“局部精作穴播”模式均比“大小行”模式显著减产,品种P1、P2、P3、P4、P5减产幅度分别为5.9%、13.4%、6.3%、20.5%、8.9%。可见,在低密度条件下“局部精作穴播”种植不具备增产潜力,“大小行”种植更具有产量优势。低密度群体株间竞争压力较小,影响“局部精作穴播”种植增产的限制因子主要是穗粒数和百粒重,单位面积穗数的影响并不显著。由于品种自身特性,影响增产的主要限制因子也不尽相同。P1、P3主要受穗粒数的影响显著,较“大小行”分别减少12.7%、22.5%,穗行数和行粒数分别减少5.1%、7.6%和9.3%、14.5%,百粒重减少6.2%和增加2.8%;P2、P4、P5则主要受百粒重的影响较大,与“大小行”相比,百粒重分别减少1.8%、10.9%、13.6%。可见,低密度群体影响“局部精作穴播”种植增产的限制因子与紧凑型或非紧凑型品种不相关。2.2.2密度对“局部精作穴播”产量效应的影响中密度群体不同基因型品种在不同种植模式下的群体产量效应也不相同(表2)。中密度条件下,“局部精作穴播”模式下紧凑型品种P1、P3产量变化不显著,P2显著减产,减产幅度为12.3%;非紧凑型品种P4、P5显著增产,增产幅度分别为28.3%、14.9%。可见,在中密度条件下非紧凑型品种P4、P5采用“局部精作穴播”种植模式其产量效应要优于常规“大小行”模式。在中密度条件下,随着密度增加,“局部精作穴播”种植采用疏密相间的种植方式,提高了田间的通风透光能力,合理配置了田间结构,与“大小行”模式相比,单位面积穗数均显著增加。但由于穴播的特点,株间竞争较为激烈,致使单株穗粒数显著减少,P1、P2、P3、P4、P5比“大小行”种植分别减少了15.2%、14%、30.6%、22.9%、23.8%。因此,增加穗粒数是该密度条件下产量提高的重要途径。2.2.3密度对产量的影响高密度群体紧凑型品种产量效应表现不同,非紧凑型品种产量效应表现一致(表3)。与“大小行”模式相比,“局部精作穴播”模式下P1增产18.6%,P2减产7.5%,P3采用两种种植模式其产量变化并不显著;非紧凑型品种P4、P5显著减产,幅度分别为7.0%、15.3%。随着密度的进一步增加,高密度条件下穗粒数成为限制产量形成的主要因子。与“大小行”模式相比,P1、P2、P3、P4、P5穗粒数分别降低7.5%、17.6%、19.9%、18.1%、16.4%。增加单穗粒数成为高密度群体“局部精作穴播”种植能否增产的关键。2.3不同植物模型中玉米群光特性的分析2.3.1不同群体对叶面积指数lad、mcgr、p3的变化规律由表4可见,低密度群体不同基因型品种的同一光合参数变化趋势基本一致。采用“局部精作穴播”种植,穴间距大于“大小行”模式的株间距,改善了群体后期基部通风透光条件,延缓了基部叶片衰老,持绿期延长,平均叶面积指数较“大小行”模式均有不同程度增加,P1、P2、P3、P4、P5分别增加15.1%、60.5%、43.1%、40.7%、35.6%。由于群体光合势(LAD)反映的是全生育期群体平均叶面积指数的积累,而各供试品种生育期相差很小,所以LAD也有相同比例增加。低密度条件下由于群体对空间竞争压力不大,而“局部精作穴播”种植采用穴内双株紧靠种植,其竞争主要集中在地下部根系对土壤肥、水的争夺,致使个体单位叶面积干物质的积累降低,P1、P2、P3、P4、P5群体全生育期平均净同化率分别降低21.2%、36.1%、39.7%、36.2%、35.3%。平均作物生长率是平均叶面积指数与平均净同化率共同作用的结果,但地上部单位土地叶面积的增加不足以弥补地下部根系的竞争,所以造成P1、P3、P4、P5群体MCGR的降低,分别减少9.3%、13.8%、10.2%、12.2%。P2在低密度条件下其地上部与地下部竞争相当,致使平均净同化率略有增加。2.3.2叶面积指数和平均净同化率随着密度增加,中密度群体不同基因型品种的同一光合参数变化出现差异(表5)。紧凑型品种由于品种差异,平均叶面积指数变化较大,P1、P3分别增加58.5%、1.1%,P2减少4.6%;非紧凑型品种P4、P5减少5.6%和21.3%。除P1外,其余供试品种与低密度群体相比,平均叶面积指数的增幅减小。这是因为随着密度的增加,群体空间竞争开始加剧,致使“局部精作穴播”种植较对照群体叶面积增长缓慢或减少。P1的平均叶面积指数大幅增加,说明该品种在中密度条件下空间竞争不激烈,群体叶面积得到有效增加。平均净同化率除P5外均有降低,P1、P2、P3、P4分别降低6.7%、14.9%、21.7%、13.0%,P5增加了15.6%。分析认为,随着密度增加,群体地下部对土壤肥、水的争夺逐渐转移为地上部对光照和氧气的争夺,由于栽培方式的改变而引起净同化率降低的这种趋势在逐渐减缓。与低密度群体相比,采用“局部精作穴播”种植较“大小行”种植平均净同化率的差距正在减小甚至有些品种的平均净同化率大于“大小行”种植模式。由于在某一群体中平均叶面积指数和平均净同化率占据的主导地位不同,所以平均作物生长率表现也不尽相同。P1、P5平均作物生长率的变化主要是由群体平均叶面积指数的变化引起的,分别增加47.8%和减少9.0%;P3的平均作物生长率降低20.8%,并与平均净同化率的减少是同时的;P2、P4由于平均叶面积指数和平均净同化率降低导致其平均作物生长率分别降低18.8%、17.9%。2.3.3粮食生长率比较随着密度的进一步增加,群体结构也发生变化(表6)。紧凑型品种P1、P2、P3采用“局部精作穴播”种植较“大小行”种植的全生育期平均叶面积指数分别减少17.1%、15.5%、13.7%;非紧凑型品种P4增加8.8%,P5减少19.3%。随着密度的增加,地上部空间竞争加剧,常规的大小行模式不利于平均净同化率的增加。高密度群体平均净同化率除P2外均增加,P1、P3、P4、P5分别增加52.7%、33.3%、7.9%、32.8%,P2减少39.4%。P1、P3、P5平均作物生长率的变化主要是由群体平均净同化率变化引起,分别增加26.7%、15.1%、7.2%;P2、P4受平均叶面积指数和平均净同化率共同作用导致其平均作物生长率降低48.8%和增加17.4%。3改进种植模式,提高群体光合能力随着种植密度的增加和种植方式的调整,品种的配套种植技术已成为玉米超高产的必然选择。若把某品种在常规“大小行”模式下的经济产量看成是该品种在该条件下的地力水平,那么当地力水平高于10403kg/hm2时,“局部精作穴播”种植模式选用紧凑型品种的产量效应要优于非紧凑型品种。因为“局部精作穴播”种植模式采用穴内双株紧靠种植,株型紧凑可以避免双株叶片相互遮挡,减少无效光合面积,弱化株间竞争,使群体光能利用效率得以提升,因此高水平地力为紧凑型品种产量潜力的挖掘提供了保证。在相应种植密度条件下,不同基因型品种采用“局部精作穴播”种植模式可以达到增产的目的。低密度条件下由于穗粒数和穗数的限制,“局部精作穴播”种植不具有增产优势。当种植密度由67500株/hm2提高到82500株/hm2时,非紧凑型品种采用“局部精作穴播”种植较“大小行”模式显著增产,紧凑型品种与“大小行”模式相比较低密度时减产幅度在缩小甚至小幅增产;当种植密度达到97500株/hm2时,穗粒数成为“局部精作穴播”种植下产量提高的主要限制因子,供试品种中只有郑单958增产显著。如何在保证产量构成因素的前提下充分挖掘单穗粒数成为该种植模式高产的关键。通过改变栽培模式,适当调整群体单位叶面积和叶片净同化率,提高经济系数,促进物质由源向库转化,协调各光合因子的关系,可以改善(下转第94页)(上接第89页)群体光合能力,提高群体产量。“局部精作穴播”通过田间植株疏密相间配置,避免了常规模式高密度种植中出现的玉米生育后期植株基部过早郁闭,改善了田间通风透光,防止叶片早衰,提高了群体的光合能力。试验于2009年在辽宁省鞍山市台安县王家村进行。供试品种为郑单958(P1)、先玉335(P2)、超试1号(P3)、东单60(P4)、沈单16(P5)。1.2玉米田整地施肥方式田间采用裂区设计,主区为种植方式,将试验用地分为“局部精作穴播”区(FX)和“大小行”区(CK);副区为种植密度,每个种植区设3个种植密度,分别为低、中、高(67500、82500、97500株/