張冬梅, 楊 柯, 姜春霞, 張 偉, 黃明鏡, 劉化濤, 閆六英, 劉恩科, 翟廣謙, 王娟玲

密度對(duì)春玉米生理成熟后倒伏變化的影響*

張冬梅, 楊 柯, 姜春霞, 張 偉, 黃明鏡, 劉化濤, 閆六英, 劉恩科, 翟廣謙, 王娟玲**

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)研究院/黃土高原東部旱作節(jié)水技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室/有機(jī)旱作山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 太原 030031)

晉中盆地?zé)崃抠Y源豐富, 后期可供春玉米立稈脫水時(shí)間充足, 抗倒性是該區(qū)域?qū)嵤┐河衩讬C(jī)械粒收的關(guān)鍵因素。增密種植與立稈延期收獲是機(jī)械粒收技術(shù)發(fā)展和推廣的重要措施, 而玉米生長后期倒伏是限制種植密度進(jìn)一步提升的重要因素, 如何合理選擇種植密度同時(shí)兼顧高產(chǎn)和抗倒就成為該區(qū)域?qū)嵤┐河衩讬C(jī)械粒收技術(shù)面臨的重要問題。為此于2017—2019年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗(yàn)示范基地, 以29個(gè)玉米主栽品種和已審定、待審定、有潛力的宜機(jī)收品種為材料, 分析了春玉米3個(gè)種植密度(6.0萬株?hm–2、7.5萬株?hm–2和9.0萬株?hm–2)下生理成熟后倒伏情況。結(jié)果表明, 隨著種植密度增加, 春玉米生理成熟期平均倒折率分別為0.4%、1.2%和2.5%, 生理成熟后平均倒折率呈顯著(<0.05)增加, 且每推遲10 d玉米倒折率分別平均增加0.2個(gè)、0.7個(gè)和1.5個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)擬合方程, 以GB/T 21962—2008規(guī)定的玉米機(jī)械粒收條件倒折率小于5%為標(biāo)準(zhǔn), 9.0萬株?hm–2僅可立稈至10月2日, 7.5萬株?hm–2和6.0萬株?hm–2可充分利用當(dāng)?shù)胤e溫立稈脫水至11月。根據(jù)收獲期產(chǎn)量和倒折率雙向平均法, 3年都穩(wěn)定表現(xiàn)出高產(chǎn)抗倒的品種為‘金科玉3306’(7.5萬株?hm–2)、‘金科玉3306’(9.0萬株?hm–2)、‘迪卡517’(7.5萬株?hm–2)和‘華農(nóng)887’(7.5萬株?hm–2), 收獲期平均產(chǎn)量為14 091.8 kg?hm–2, 平均倒折率為1.7%, 可推薦為該區(qū)域春玉米適宜機(jī)械粒收的品種和密度。一般可根據(jù)降水年型、灌溉條件以及品種耐密性等, 合理選擇6.0萬株?hm–2或7.5萬株?hm–2兩種種植密度, 以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)抗倒, 最終提高春玉米機(jī)械粒收產(chǎn)量和質(zhì)量。

春玉米; 密度; 機(jī)械粒收; 生理成熟; 倒伏

玉米()籽粒機(jī)械收獲是未來玉米生產(chǎn)發(fā)展的趨勢(shì)[1-2]。倒伏是玉米生產(chǎn)中普遍存在的問題。國家標(biāo)準(zhǔn)“玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件”(GB/T 21962—2008)中規(guī)定機(jī)械粒收的條件為田間植株倒伏率應(yīng)低于5%[3]。玉米機(jī)械粒收一般在生理成熟后2~4周進(jìn)行[1,4], 倒伏問題影響田間立稈籽粒脫水的時(shí)間, 不僅降低機(jī)收產(chǎn)量, 影響機(jī)收質(zhì)量和機(jī)收效率, 同時(shí)由倒伏導(dǎo)致的田間落穗落粒損失引起的再生苗問題目前還沒有很好的解決辦法, 成為影響機(jī)械粒收技術(shù)發(fā)展的重要限制因素[5-9]。山西省中南部地區(qū)熱量資源豐富, 春玉米生長后期立稈脫水時(shí)間充足[10-13], 生理成熟后倒伏成為該區(qū)域發(fā)展機(jī)械粒收栽培技術(shù)的關(guān)鍵限制因素。增密種植與田間立稈延期收獲是機(jī)械粒收技術(shù)發(fā)展和推廣的重要措施, 而玉米立稈脫水期間的倒伏是限制種植密度進(jìn)一步提升的重要因素[8]。以往我國玉米收獲以人工收獲和機(jī)械穗收為主, 前人關(guān)于種植密度對(duì)玉米抗倒性影響的研究多集中于生理成熟前或收獲期的某一階段[14-19], 而對(duì)生理成熟后田間立稈脫水至機(jī)械粒收階段倒伏變化的研究較少[6,20-21]。薛軍等[6]分析了玉米生理成熟后倒伏變化及影響因素, 從時(shí)間縱向發(fā)展角度, 認(rèn)為生理成熟后植株自然衰老導(dǎo)致的莖稈干物質(zhì)降低和水分含量下降, 是莖稈機(jī)械強(qiáng)度降低、莖折率增加的主要原因。但目前還很少涉及從橫向角度研究不同栽培技術(shù)對(duì)玉米生理成熟后倒伏變化影響的研究。為此, 本研究于2017—2019年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗(yàn)示范基地, 以生產(chǎn)上主栽品種和已審定、待審定、有潛力的宜機(jī)收品種為材料, 分析了玉米生理成熟后倒伏變化對(duì)3個(gè)不同種植密度的響應(yīng), 以明確不同種植密度的最遲立稈期, 篩選出不同年份穩(wěn)定表現(xiàn)出高產(chǎn)抗倒的品種, 作為該區(qū)域春玉米適宜機(jī)械粒收的品種, 并提出了不同灌溉條件下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)抗倒的適宜播種密度, 以期為區(qū)域推廣應(yīng)用春玉米機(jī)械粒收技術(shù)提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017—2019年在山西省晉中市榆次區(qū)山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗(yàn)基地進(jìn)行, 海拔795~ 805 m, 年平均氣溫9.8 ℃, 年平均降水量388.0 mm, 降水70%以上集中在6—9月, 年均無霜期158 d, ≥10 ℃活動(dòng)積溫約3600 ℃, 屬中晚熟玉米區(qū)。試驗(yàn)地土壤類型為潮土, 主要為耕種壤質(zhì)淺色草甸土。試驗(yàn)前耕層0~20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量為13.2 g?kg–1, 全氮、全磷和全鉀含量分別為1.27 g?kg–1、0.90 g?kg–1和27.32 g?kg?1, 有效氮、有效磷和有效鉀含量分別為39.8 mg?kg–1、4.3 mg?kg–1和177.4 mg?kg–1, 屬中等肥力。

采用裂區(qū)設(shè)計(jì), 主區(qū)為密度, 設(shè)6.0萬株·hm–2、7.5萬株·hm–2和9.0萬株·hm–2共3個(gè)密度; 裂區(qū)為品種, 3年通過淘汰和新增方式, 分別采用當(dāng)?shù)刂髟云贩N和已經(jīng)審定、待審定、有潛力的玉米宜機(jī)收品種(表1)。2017年共20個(gè)品種, 前8個(gè)品種小區(qū)面積為6 m×12 m=72 m2, 后12個(gè)品種小區(qū)面積為6 m×6 m= 36 m2, 1次重復(fù), 共60個(gè)小區(qū); 2018年共16個(gè)品種, 其中前6個(gè)品種小區(qū)面積6 m×6 m=36 m2, 3次重復(fù), 后10個(gè)品種小區(qū)面積6 m×6 m=36 m2, 1次重復(fù), 共84個(gè)小區(qū)。2019年共17個(gè)品種, 其中前6個(gè)品種小區(qū)面積6 m×6 m=36 m2, 3次重復(fù), 后11個(gè)品種小區(qū)面積6 m×6 m=36 m2, 1次重復(fù), 共87個(gè)小區(qū)。3年參試53個(gè)品次, 共29個(gè)品種。2017年、2018年和2019年分別在5月8日、4月24日和4月24日播種。2017年分別于7月12日和8月11日進(jìn)行畦灌, 每次灌水量為825 m3·hm–2; 2018年分別于6月24日、7月2日和8月3日滴灌補(bǔ)水, 2019年分別于6月6日、6月30日、7月7日和8月13日滴灌補(bǔ)水, 兩年每次灌水量均為525 m3·hm–2。每年于播前一次底施復(fù)合肥1000 kg·hm–2(N-P2O5-K2O: 26.5-11.5-0), 中期不進(jìn)行追肥。其他田間管理措施同大田生產(chǎn)。

表1 2017—2019年試驗(yàn)玉米品種

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 倒折率

玉米倒伏可分為根倒和莖折, 根倒為莖稈與垂直線夾角大于45°, 莖折為莖稈在穗位以下的折斷, 試驗(yàn)?zāi)攴輿]有根倒, 只有莖折。生理成熟后約每周對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行調(diào)查, 調(diào)查持續(xù)至生理成熟后約1個(gè)月, 2017年共5次, 2018年共4次, 2019年共4次。記錄各小區(qū)總株數(shù)、莖折數(shù)(穗位以下折斷的株數(shù))。倒折率(%)=莖折株數(shù)/總株數(shù)×100。

1.2.2 生理成熟期

按照乳線消失、黑層完全形成為標(biāo)準(zhǔn)記錄每個(gè)小區(qū)生理成熟期, 每個(gè)品種的生理成熟期為該品種所有密度處理的平均值。

1.2.3 產(chǎn)量

完成最后1次倒折率調(diào)查后, 按小區(qū)實(shí)際面積進(jìn)行全部收獲, 最后折算成公頃產(chǎn)量(籽粒含水量為14%)。

1.2.4 氣象數(shù)據(jù)

試驗(yàn)點(diǎn)距離榆次站點(diǎn)(53776)約15 km, 1981—2010年多年旬降水及氣溫由中國氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)獲得, 2017—2019年旬氣溫由榆次氣象局獲得, 旬降水量由試驗(yàn)點(diǎn)雨量器記錄。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理, 用DPS統(tǒng)計(jì)軟件, 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)區(qū)多年平均及試驗(yàn)?zāi)攴輾庀髼l件

分析多年(1981—2010年)平均歷史氣象數(shù)據(jù)(圖1), 試驗(yàn)點(diǎn)春玉米生長后期氣溫高且降水少, 適宜玉米立稈籽粒脫水, 其中9月下旬、10月上旬、10月中旬、10月下旬和11月上旬的旬平均氣溫分別為15.1 ℃、12.9 ℃、10.7 ℃、8.2 ℃和5.3 ℃, 旬平均降水分別為13.7 mm、10.1 mm、10.6 mm、5.5 mm、5.7 mm。多年平均初霜日在11月5日, 春玉米籽粒機(jī)械收獲要求的立稈脫水期可延長至10月底。

試驗(yàn)?zāi)攴轂?個(gè)不同降水年型, 雖有補(bǔ)灌條件, 但補(bǔ)灌能力與灌溉面積不配套, 因此, 作物生長水分條件不同。2017年5—9月降水為351.1 mm, 較多年平均降水增加37.5 mm, 屬于降水偏豐年, 但由于第1次補(bǔ)灌時(shí)期較常年推遲了20 d左右, 因此玉米在大口期受旱較重; 2018年5—9月降水為309.3 mm, 為平水年, 玉米生育關(guān)鍵期補(bǔ)灌較為及時(shí), 生育期基本不受旱; 2019年5—9月份降水為209.8 mm, 較多年平均降水減少約1/3, 為干旱年, 雖通過滴灌補(bǔ)水4次, 但在玉米大口期和灌漿期仍受輕旱。

2.2 春玉米生理成熟后可利用立稈脫水時(shí)間

從表2可知, 2017年所有處理生理成熟期平均為9月23日, 50%置信區(qū)間為9月20—26日。根據(jù)多年氣象因素分析, 該區(qū)域多年平均初霜日為11月初, 以可立稈脫水至10月底為標(biāo)準(zhǔn)[22], 2017年玉米生理成熟后可利用立稈脫水天數(shù)為34~40 d; 2018年和2019年播期較2017年提早約半個(gè)月, 2018年平均生理成熟期為9月13日, 50%置信區(qū)間為9月11—14日, 玉米生理成熟后可利用立稈脫水天數(shù)為46~49 d; 2019年由于后期干旱以及莖腐病造成的早衰, 生理成熟期平均為9月11日, 50%置信區(qū)間為9月9—12日, 生理成熟后可利用立稈脫水天數(shù)為48~51 d。綜合3年試驗(yàn)研究結(jié)果, 在目前的品種和栽培技術(shù)條件下, 春玉米生理成熟后至少有35 d以上的立稈脫水時(shí)間, 完全超過玉米機(jī)械粒收要求的7~14 d的立桿脫水時(shí)間[1,4], 收獲期籽粒含水率不是玉米機(jī)械粒收的主要限制因子, 但是對(duì)立稈脫水期的抗倒性提出了更為嚴(yán)格的要求。

2.3 密度對(duì)春玉米生理成熟后倒折變化的影響

隨著密度增加, 春玉米生理成熟后平均倒折率呈顯著(<0.05)增加趨勢(shì)(表3-5)。密度從6.0萬株·hm–2逐步增加為7.5萬株·hm–2和9.0萬株·hm–2時(shí), 2017年倒折率從1.1%顯著增加到4.1%和8.9%, 2018年從1.1%顯著增加為2.7%和5.1%; 2019年春玉米密度從6.0萬株·hm–2增加為7.5萬株·hm–2, 倒折率從0.2%增加為0.5%, 當(dāng)密度增加為9.0萬株·hm–2時(shí), 倒折率顯著增加為2.3%。但不同品種倒折率隨密度增加的程度明顯不同, 2017年‘金科玉3306’ ‘迪卡517’和‘先玉1622’倒折率隨密度增加的變異系數(shù)最大, 為173.2%, 而‘粒收1號(hào)’和‘張1453’ 不同密度倒折率始終為0; 2018年密度間倒伏率變異系數(shù)最大的品種為‘DF607’, 而‘利單638’的倒伏率始終為0; 2019年倒折率隨密度增加變化最大的品種為‘華美1號(hào)’ ‘東單913’ ‘廣德5號(hào)’和‘大豐30’, 而‘華農(nóng)887’ ‘Q9916’ ‘DF6396’ ‘DF607’ ‘DF617’ ‘瑞普909’和‘澤玉8911’不同密度倒折率始終為0。抗倒性強(qiáng)且對(duì)密度反應(yīng)不敏感的品種是進(jìn)行機(jī)械粒收選擇耐密抗倒品種的要求。

表2 2017—2019年不同春玉米品種生理成熟后可利用立稈脫水時(shí)間

隨著生理成熟后立稈脫水時(shí)間延長, 倒伏率呈顯著(<0.05)增加趨勢(shì), 但不同年份不同密度表現(xiàn)不同。2017年密度6.0萬株·hm–2和7.5萬株·hm–2在生理成熟兩周后倒伏率不再顯著增加, 且6.0萬株·hm–2在玉米收獲期倒折率僅為1.5%, 而7.5萬株·hm–2在玉米生理成熟后4周倒折率已經(jīng)為5.1%, 超過了國標(biāo)GB/T 21962—2008中機(jī)械粒收條件倒折率≤5.0%的規(guī)定。密度9.0萬株·hm–2在生理成熟3周內(nèi)倒伏率一直在顯著增加, 且生理成熟后不足兩周倒折率已經(jīng)為8.1%, 收獲期顯著增加為11.8%, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國標(biāo)規(guī)定; 2018年和2019年3個(gè)種植密度都是玉米生理成熟4周后倒折率不再顯著增加, 其中, 2018年玉米收獲期6.0萬株·hm–2和7.5萬株·hm–2倒折率分別為1.5%和3.4%, 但當(dāng)密度增加為9.0萬株·hm–2時(shí), 倒折率增加為6.8%, 2019年雖然隨著密度增加, 收獲期倒折率明顯增加, 但都小于5.0%。

2.4 密度對(duì)春玉米生理成熟后立稈期的影響

以表示生理成熟后天數(shù),表示生理成熟后倒折率(%), 對(duì)每個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴萃幻芏鹊牡拐勐蔬M(jìn)行一元線性回歸(表6)。除2019年密度6.0萬株·hm–2外, 其余年份不同密度處理2都大于0.9, 擬合度較好。根據(jù)擬合方程, 隨著密度增加, 生理成熟期倒折率不斷增加, 6.0萬株·hm–2、7.5萬株·hm–2和9.0萬株·hm–2分別平均為0.4%、1.2%和2.5%。生理成熟后每推遲10 d倒折率增加幅度加大, 2017年6.0萬株·hm–2、7.5萬株·hm–2和9.0萬株·hm–2每推遲10 d倒折率平均增加0.3、1.2和2.5個(gè)百分點(diǎn), 2018年平均增加0.3、0.6和1.1個(gè)百分點(diǎn), 2019年平均增加0.1、0.3和0.8個(gè)百分點(diǎn)。綜合3年研究結(jié)果, 3個(gè)密度生理成熟后每推遲10 d倒折率分別平均增加0.2、0.7和1.5個(gè)百分點(diǎn)。根據(jù)擬合方程, 以國標(biāo)GB/T 21962—2008中規(guī)定的玉米機(jī)械粒收條件倒折率小于5%為標(biāo)準(zhǔn), 預(yù)測不同密度的最遲立稈期, 3年6.0萬株·hm–2都可以立稈脫水至11月10日之后, 7.5萬株·hm–2在2017和2018年可分別立稈至10月20日和11月10日, 2019年可立稈至11月10日之后, 9.0萬株·hm–2除2019年可立稈至11月9日外, 2017年和2018年僅可立稈至9月下旬, 平均最遲立稈期為10月2日, 后期積溫不能很好利用。綜合3年的研究結(jié)果認(rèn)為, 可充分利用當(dāng)?shù)胤e溫進(jìn)行立稈脫水的種植密度為6.0萬株·hm–2和7.5萬株·hm–2。

表6 2017—2019年不同種植密度春玉米生理成熟后最遲立稈期預(yù)測

“—”為11月10日之后?！啊?shows after Nov. 10.

2.5 密度對(duì)春玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響

3年研究結(jié)果表明(表7), 該區(qū)域特定的氣候、土壤和栽培措施條件下, 密度為7.5萬株·hm–2時(shí)產(chǎn)量最高, 其中2017年密度從6.0萬株·hm–2增加到7.5萬株·hm–2時(shí), 產(chǎn)量顯著(<0.05)增加5.5%, 當(dāng)密度增加到9.0萬株·hm–2時(shí), 產(chǎn)量有所降低, 降低幅度為2.3%; 2018年密度從6.0萬株·hm–2增加到7.5萬株·hm–2時(shí), 產(chǎn)量顯著(<0.05)增加11.7%, 當(dāng)密度增加到9.0萬株·hm–2時(shí), 產(chǎn)量略有降低; 2019年密度從6.0萬株·hm–2增加到7.5萬株·hm–2時(shí), 產(chǎn)量提高2.9%, 當(dāng)密度增加到9.0萬株·hm–2時(shí), 產(chǎn)量較7.5萬株·hm–2時(shí)顯著(<0.05)降低5.1%?！峡?17’和‘金科玉3306’連續(xù)3年高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性能最好, 產(chǎn)量較高且年際間變異系數(shù)較小; DF607連續(xù)2年的平均產(chǎn)量最高, 年際變異系數(shù)最小; 僅參試1年的‘DF617’和‘中航102’產(chǎn)量表現(xiàn)較為突出。

2.6 春玉米高產(chǎn)抗倒品種篩選

單產(chǎn)水平是品種產(chǎn)量潛力及其抗逆能力的綜合表現(xiàn), 抗倒性是目前該區(qū)域能否進(jìn)行玉米機(jī)械粒收的關(guān)鍵。利用收獲期倒折率和產(chǎn)量按照雙向平均法篩選高產(chǎn)抗倒處理, 橫坐標(biāo)為產(chǎn)量, 縱坐標(biāo)為倒折率, 分別對(duì)每年不同品種和密度處理進(jìn)行分類(表8)。其中, 第Ⅰ象限內(nèi)倒折率和單產(chǎn)均高于平均值, 表現(xiàn)為高產(chǎn)不抗倒, 可根據(jù)具體情況推薦為人工收獲和機(jī)械穗收; 第Ⅱ象限內(nèi)單產(chǎn)低于平均值、倒折率高于平均值, 表現(xiàn)為低產(chǎn)不抗倒, 不適于該區(qū)域種植; 第Ⅲ象限內(nèi)倒折率和單產(chǎn)均低于平均值, 表現(xiàn)為低產(chǎn)抗倒, 較為適宜機(jī)械粒收, 可作為適宜機(jī)械粒收的搭配和補(bǔ)充; 第Ⅳ象限內(nèi)單產(chǎn)高于平均值、倒折率低于平均值, 表現(xiàn)為高產(chǎn)抗倒, 適宜于該區(qū)域進(jìn)行機(jī)械粒收。

3年穩(wěn)定表現(xiàn)出高產(chǎn)抗倒的品種為‘金科玉3306’(7.5萬株·hm–2)、‘金科玉3306’(9.0萬株·hm–2)、‘迪卡517’(7.5萬株·hm–2)和‘華農(nóng)887’(7.5萬株·hm–2), 平均收獲期倒折率為1.7%, 平均單產(chǎn)為14 091.8 kg·hm–2, 可推薦為該區(qū)域春玉米適宜機(jī)械粒收品種和密度; 3年穩(wěn)定表現(xiàn)為抗倒(高產(chǎn)抗倒或低產(chǎn)抗倒)的品種包括‘粒收1號(hào)’ ‘金科玉3306’ ‘迪卡517’ ‘華美1號(hào)’ ‘東單913’ ‘華農(nóng)887’ ‘廣德5號(hào)’ ‘Q9916’和‘DF6396’(6.0萬株·hm–2)以及‘粒收1號(hào)’ ‘華美1號(hào)’ ‘東單913’和‘Q9916’ (7.5萬株·hm–2), 平均收獲期倒折率為1.2%, 平均單產(chǎn)為12 471.4 kg·hm–2, 可推薦為春玉米較為適宜機(jī)械粒收品種和密度; 連續(xù)3年都穩(wěn)定表現(xiàn)出不抗倒(高產(chǎn)不抗倒或低產(chǎn)不抗倒)的品種包括‘鄭單958’(6.0萬株·hm–2、7.5萬株·hm–2和9.0萬株·hm–2)、‘迪卡517’(9.0萬株·hm–2)和‘華美1號(hào)’ (9.0萬株·hm–2), 平均收獲期倒折率為16.0%, 平均單產(chǎn)為13 142.2 kg·hm–2, 不適宜目前栽培條件下機(jī)械粒收, 可根據(jù)具體情況推薦為人工收獲或機(jī)械穗收。

參試2年穩(wěn)定表現(xiàn)出高產(chǎn)抗倒的品種為‘DF607’(6.0萬株·hm–2、7.5萬株·hm–2); 僅參試1年, 表現(xiàn)出非常有潛力的品種有‘DF617’, 在3個(gè)密度下都表現(xiàn)為高產(chǎn)抗倒, 需要后續(xù)進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.7 春玉米高產(chǎn)抗倒適宜播種密度選擇

從表8可以看出, 不論是什么年型, 隨著密度增加, 抗倒處理所占比例逐步降低, 7.5萬株·hm–2較6.0萬株·hm–2平均降低13.2個(gè)百分點(diǎn), 9.0萬株·hm–2較7.5萬株·hm–2平均降低40.9個(gè)百分點(diǎn)。高產(chǎn)抗倒處理所占比例和降水年型關(guān)系密切, 2017年大口期受旱嚴(yán)重, 隨著密度增加, 高產(chǎn)抗倒所占比例逐步減少, 表明干旱年份或沒有灌溉條件進(jìn)行機(jī)械粒收, 密度以6.0萬株·hm–2為宜; 2018年雖然為平水年, 但底墑?shì)^好且補(bǔ)灌及時(shí), 玉米生育期基本不受旱, 密度為7.5萬株·hm–2時(shí)高產(chǎn)抗倒處理比例最高, 是6.0萬株·hm–2的4.5倍和9.0萬株·hm–2的3倍, 因此, 豐水年或有充分灌溉條件的區(qū)域進(jìn)行機(jī)械粒收, 一般采取種植密度7.5萬株·hm–2; 2019年為干旱年, 雖通過滴灌補(bǔ)水4次, 但大口期和灌漿期仍受輕旱, 7.5萬株·hm–2時(shí)高產(chǎn)抗倒處理比例最高, 但僅為6.0萬株·hm–2的1.4倍, 是9.0萬株·hm–2的2倍, 因此在有補(bǔ)灌條件的區(qū)域進(jìn)行機(jī)械粒收時(shí), 可根據(jù)品種耐密情況合理選擇6.0萬株·hm–2和7.5萬株·hm–2兩種種植密度, 實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)抗倒。

3 討論

3.1 抗倒性是該區(qū)域推廣機(jī)械籽粒技術(shù)的關(guān)鍵限制因子

破碎率和田間損失率偏高是當(dāng)前我國玉米機(jī)械粒收存在的主要質(zhì)量問題, 其中收獲期籽粒含水率偏高是導(dǎo)致破碎率高的主要原因[1]。在熱量資源相對(duì)豐富的春玉米生產(chǎn)區(qū), 玉米生理成熟后有較為充足的熱量資源立稈脫水, 收獲時(shí)籽粒含水率不是制約機(jī)械粒收質(zhì)量和技術(shù)推廣的首要因素[1,10-12,23-25], 而倒伏是造成玉米機(jī)械粒收落穗損失的重要原因之一[5,23], 因此, 該階段植株的抗倒性更應(yīng)引起重視。對(duì)2013—2017年全國11個(gè)省市自治區(qū)的41個(gè)田塊的研究表明[5], 玉米機(jī)械粒收總損失率平均為4.76%, 略低于國標(biāo)(GB/T 21962—2008)≤5%的標(biāo)準(zhǔn), 但田塊間差異較大, 特定條件下也出現(xiàn)了較嚴(yán)重的落粒和落穗損失, 是當(dāng)前制約玉米籽粒機(jī)械收獲技術(shù)推廣的一個(gè)重要因素[9,26], 且莖折對(duì)機(jī)械粒收落穗率的影響遠(yuǎn)高于根倒。本研究中區(qū)域熱量資源豐富, 以常年4月下旬至5月上旬播種, 春玉米生理成熟后可利用的立稈脫水期約5~7周, 明顯超過一般玉米機(jī)械粒收要求的生理成熟后2~4周, 且倒伏連續(xù)3年全部表現(xiàn)為莖折, 因此抗倒性對(duì)該區(qū)域推廣應(yīng)用春玉米機(jī)械粒收技術(shù)就變得更為重要。

3.2 生理成熟后倒伏變化對(duì)密度的響應(yīng)

增密種植與立稈延期收獲是機(jī)械粒收技術(shù)發(fā)展和推廣的重要措施[2], 而玉米生長后期倒伏是限制種植密度進(jìn)一步提升的重要因素[8]。前人研究表明, 增密種植不同程度上增加了玉米植株間的競爭壓力,改變了個(gè)體和群體的結(jié)構(gòu)與功能, 影響了玉米莖稈形態(tài)建成、碳水化合物積累與分配、根系形態(tài)與結(jié)構(gòu)、莖稈力學(xué)強(qiáng)度等, 增大倒伏風(fēng)險(xiǎn)[14-19,27-29]。而增密種植后隨著田間立稈籽粒脫水時(shí)間延長, 會(huì)加速玉米生長后期莖稈衰老進(jìn)程[6], 降低莖稈抗病能力[30], 莖稈質(zhì)量快速下降, 倒伏加重[21]。本研究中也得到類似的結(jié)果, 隨著密度增加, 生理成熟期倒折率和生理成熟后倒折率隨立稈期延長的增加幅度明顯增加, 6.0萬株·hm–2、7.5萬株·hm–2和9.0萬株·hm–2玉米生理成熟期倒折率分別為0.4%、1.2%和2.5%, 生理成熟后每推遲10 d倒折率分別平均增加0.2個(gè)、0.7個(gè)和1.5個(gè)百分點(diǎn), 以國標(biāo)GB/T 21962—2008的玉米機(jī)械粒收條件為標(biāo)準(zhǔn), 密度越大生理成熟后立稈脫水期越短, 9.0萬株·hm–2僅可立稈至10月初, 而6.0萬株·hm–2、7.5萬株·hm–2可充分利用當(dāng)?shù)責(zé)崃抠Y源立稈脫水至11月。密度對(duì)生理成熟后倒折率及立稈期的影響顯著, 但耐密抗倒品種的選擇更為重要[31], 本研究也得到同樣研究結(jié)果。

3.3 高產(chǎn)抗倒品種篩選是該區(qū)域推廣機(jī)械粒收技術(shù)的重要措施

耐密抗倒高產(chǎn)適合機(jī)械收粒品種選擇是實(shí)施玉米密植高產(chǎn)全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵措施[2]。生理成熟前發(fā)生倒伏影響玉米籽粒灌漿速率, 對(duì)產(chǎn)量影響較大[18,32], 而生理成熟后倒伏對(duì)產(chǎn)量影響較小, 但會(huì)增加機(jī)械粒收過程中的落穗數(shù)量, 降低機(jī)收產(chǎn)量[5-8]。本研究利用適宜收獲期倒折率和產(chǎn)量按照雙向平均法篩選高產(chǎn)抗倒品種, 連續(xù)3年都處于第Ⅳ象限, 穩(wěn)定表現(xiàn)出高產(chǎn)抗倒的品種為‘金科玉3306’(7.5萬株·hm–2)、‘金科玉3306’(9.0萬株·hm–2)、‘迪卡517’(7.5萬株·hm–2)和‘華農(nóng)887’(7.5萬株·hm–2),收獲期平均倒折率為1.7%, 平均產(chǎn)量為14 091.8 kg·hm–2, 可推薦為該區(qū)域推廣春玉米機(jī)械粒收技術(shù)的適宜品種和密度; 連續(xù)參試2年都穩(wěn)定表現(xiàn)出高產(chǎn)抗倒的品種為‘DF607’(6.0萬株·hm–2、7.5萬株·hm–2); 僅參試1年表現(xiàn)出非常有潛力的品種為‘DF617’, 在3個(gè)密度下都表現(xiàn)為高產(chǎn)抗倒, 需要后續(xù)進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證。篩選出的高產(chǎn)抗倒品種生產(chǎn)應(yīng)用中也表現(xiàn)出適宜機(jī)械粒收的特點(diǎn)[13,33], 因此, 利用適宜收獲期倒折率和產(chǎn)量按照雙向平均法篩選高產(chǎn)抗倒品種, 為目前熱量充足地區(qū)發(fā)展和推廣春玉米機(jī)械粒收技術(shù)提供了重要措施, 但后續(xù)還需對(duì)品種的籽粒脫水性、抗莖腐病、穗粒腐病等性狀進(jìn)行考察。

3.4 春玉米機(jī)械粒收適宜播種密度的選擇

增加種植密度是增產(chǎn)的重要措施, 而密度過高后, 植株抗倒性會(huì)顯著降低[15-16,18-19], 特別是春玉米生理成熟后立稈脫水過程中抗倒性加速降低[8,21], 最終影響到機(jī)械粒收質(zhì)量和產(chǎn)量[5-7], 因此適宜播種密度是保證獲得高產(chǎn)抗倒的前提, 是發(fā)展玉米機(jī)械粒收技術(shù)的關(guān)鍵栽培措施。王榮煥等[17]的研究表明, 綜合產(chǎn)量、倒伏率和機(jī)收指標(biāo), ‘京農(nóng)科728’以7.5萬株·hm–2為籽粒機(jī)收最佳播種密度; 曹冰等[19]認(rèn)為7.5萬株·hm–2是適合區(qū)域夏玉米高產(chǎn)高效抗倒的栽培模式; 鄧妍等[34]認(rèn)為, 根據(jù)品種特性進(jìn)行合理密植, 協(xié)調(diào)莖稈生長、土壤水分應(yīng)用, 更有利于降低倒伏率, 提高產(chǎn)量。本研究中, 在大口期受旱嚴(yán)重年份,隨著密度增加, 高產(chǎn)抗倒處理所占比例逐步減少, 推薦干旱年份或在沒有灌溉條件的情況下, 機(jī)械粒收以播種密度6.0萬株·hm–2為宜; 玉米生育關(guān)鍵期基本不受旱的年份, 密度為7.5萬株·hm–2時(shí)高產(chǎn)抗倒處理比例遠(yuǎn)高于其他密度, 推薦豐水年或有充分灌溉條件的情況下, 機(jī)械粒收播種密度以7.5萬株·hm–2為宜; 大口期和灌漿期受輕旱年份, 密度7.5萬株·hm–2時(shí)高產(chǎn)抗倒處理比例最高, 其次為6.0萬株·hm–2, 因此在灌溉能力有限的區(qū)域, 機(jī)械粒收可根據(jù)品種耐密情況合理選擇6.0萬株·hm–2和7.5萬株·hm–2兩種播種密度, 來實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)抗倒。

4 結(jié)論

玉米機(jī)械粒收技術(shù)需求的增密種植與立稈延期收獲均會(huì)加大玉米生育后期的倒伏風(fēng)險(xiǎn), 玉米生長后期倒伏是限制種植密度進(jìn)一步提升的重要因素, 因此, 高產(chǎn)抗倒品種選擇更為重要。春玉米6.0萬株·hm–2、7.5萬株·hm–2和9.0萬株·hm–2種植密度下生理成熟期倒折率分別為0.4%、1.2%和2.5%, 生理成熟后倒折率每推遲10 d分別平均增加0.2個(gè)、0.7個(gè)和1.5個(gè)百分點(diǎn)。以國標(biāo)GB/T 21962—2008中規(guī)定的玉米機(jī)械粒收條件倒折率小于5%為標(biāo)準(zhǔn), 密度9.0萬株·hm–2僅可立稈至10月2日, 而6.0萬株·hm–2和7.5萬株·hm–2可充分利用當(dāng)?shù)胤e溫立稈脫水至11月。連續(xù)3年穩(wěn)定表現(xiàn)出高產(chǎn)抗倒的品種為‘金科玉3306’(7.5萬株·hm–2)、‘金科玉3306’(9.0萬株·hm–2)、‘迪卡517’(7.5萬株·hm–2)和‘華農(nóng)887’(7.5萬株·hm–2), 可推薦為該區(qū)域春玉米適宜機(jī)械粒收的品種和密度。一般情況下, 當(dāng)沒有灌溉條件時(shí), 播種密度選擇6.0萬株·hm–2, 滿足充分灌溉條件時(shí), 選擇7.5萬株·hm–2, 當(dāng)灌溉條件受限時(shí), 可根據(jù)品種耐密性合理選擇6.0萬株·hm–2或7.5萬株·hm–2兩種種植密度, 以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)抗倒, 最終提高春玉米機(jī)械粒收的質(zhì)量和產(chǎn)量。

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Effect of planting density on lodging change of spring maize after physiological maturity*

ZHANG Dongmei, YANG Ke, JIANG Chunxia, ZHANG Wei, HUANG Mingjing, LIU Huatao, YAN Liuying, LIU Enke, ZHAI Guangqian, WANG Juanling**

(Shanxi Institute of Organic Dryland Farming, Shanxi Agricultural University / National Local Joint Engineering Laboratory of Water-Saving Techniques for Dry Farming in the Eastern Loess Plateau / Key Laboratory of Organic Dry Farming of Shanxi Province, Taiyuan 030031, China)

Heat resources are abundant in the Jinzhong Basin and can be used for dehydration in the late growth stage of spring maize. Lodging resistance is the key limiting factor for direct mechanical grain harvesting in this region. High planting density and harvest delay are important factors for the development and popularization of mechanical grain harvesting technology, but lodging in the late growth stage of maize limits the increase in planting density. One problem with implementing spring maize mechanical grain harvesting technology in the Jinzhong Basin is the selection of an appropriate planting density with high yield and lodging resistance. A field experiment was conducted in the Dongyang Experiment and Demonstration Base of Shanxi Academy of Agricultural Sciences from 2017 to 2019, with three planting densities (6.0×104, 7.5×104, and 9.0×104plants?hm–2) and 29 maize cultivars. Changes in lodging at three planting densities were analyzed after the spring maize matured physiologically. The results showed that the average lodging rate for three planting densities at physiological maturity was 0.4% (6.0×104plants?hm–2), 1.2% (7.5×104plants?hm–2), and 2.5% (9.0×104plants?hm–2). After physiological maturity, the average lodging rate increased significantly (<0.05). For every 10 days of delay, the lodging rate for three planting densities increased by 0.2 (6.0×104plants?hm–2), 0.7 (7.5×104plants?hm–2) and 1.5 (9.0×104plants?hm–2) percentage points. The national standard GB/T 21962—2008 mentions that the lodging rate of maize should be less than 5% under mechanical grain harvesting conditions. According to the fitting equation, the lodging rate for the 9.0×104plants?hm–2density was higher than 5% after October 2. However, the lodging rates for the 6.0×104plants?hm–2and 7.5×104plants?hm–2densities were less than 5% until November. Therefore, maize grown at 6.0×104plants?hm–2and 7.5×104plants?hm–2could make full use of the local accumulated temperature for dehydration. According to the two-way average method with yield and lodging rate of the harvest period, the varieties and densities with high yield and lodging resistance in three years were always ‘Jinkeyu3306’ (7.5×104plants?hm–2), ‘Jinkeyu3306’ (9.0×104plants?hm–2), ‘Dika517’ (7.5×104plants?hm–2), and ‘Huanong887’ (7.5×104plants?hm–2). The average yield was 14 091.8 kg?hm–2, and the average lodging rate was 1.7%. These varieties and densities of spring maize were suitable for mechanical grain harvesting in the region. The planting densities of 6.0×104plants?hm–2or 7.5×104plants?hm–2were suitable according to the annual precipitation, irrigation conditions, and the density tolerance of the varieties to achieve high yield and lodging resistance.

Spring maize; Density; Mechanical grain harvest; Physiological maturity; Lodging

10.13930/j.cnki.cjea.200592

張冬梅, 楊柯, 姜春霞, 張偉, 黃明鏡, 劉化濤, 閆六英, 劉恩科, 翟廣謙, 王娟玲. 密度對(duì)春玉米生理成熟后倒伏變化的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2021, 29(5): 855-869

ZHANG D M, YANG K, JIANG C X, ZHANG W, HUANG M J, LIU H T, YAN L Y, LIU E K, ZHAI G Q, WANG J L. Effect of planting density on lodging change of spring maize after physiological maturity[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(5): 855-869

S513; S352

* 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300305)、山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(201703D211002)和山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(YCX2020YQ59, YBSJJ2016)資助

王娟玲,主要研究方向?yàn)楹底鞴?jié)水技術(shù)研究。E-mail: wjl_bb@163.com

張冬梅, 主要研究方向?yàn)楹底髟耘嗉夹g(shù)研究。E-mail: 13803401159@163.com

2020-07-21

2020-11-09

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2016YFD0300305), the Key Projects of Research and Development Plan of Shanxi Province (201703D211002) and the Applied Basic Research Project of Shanxi Academy of Agricultural Sciences (YCX2020YQ59, YBSJJ2016).

, E-mail: wjl_bb@163.com

Jul. 21, 2020;

Nov. 9, 2020