张冬梅, 杨 柯, 姜春霞, 张 伟, 黄明镜, 刘化涛, 闫六英, 刘恩科, 翟广谦, 王娟玲

密度对春玉米生理成熟后倒伏变化的影响*

张冬梅, 杨 柯, 姜春霞, 张 伟, 黄明镜, 刘化涛, 闫六英, 刘恩科, 翟广谦, 王娟玲**

(山西农业大学山西有机旱作农业研究院/黄土高原东部旱作节水技术国家地方联合工程实验室/有机旱作山西省重点实验室 太原 030031)

晋中盆地热量资源丰富, 后期可供春玉米立秆脱水时间充足, 抗倒性是该区域实施春玉米机械粒收的关键因素。增密种植与立秆延期收获是机械粒收技术发展和推广的重要措施, 而玉米生长后期倒伏是限制种植密度进一步提升的重要因素, 如何合理选择种植密度同时兼顾高产和抗倒就成为该区域实施春玉米机械粒收技术面临的重要问题。为此于2017—2019年在山西省农业科学院东阳试验示范基地, 以29个玉米主栽品种和已审定、待审定、有潜力的宜机收品种为材料, 分析了春玉米3个种植密度(6.0万株∙hm–2、7.5万株∙hm–2和9.0万株∙hm–2)下生理成熟后倒伏情况。结果表明, 随着种植密度增加, 春玉米生理成熟期平均倒折率分别为0.4%、1.2%和2.5%, 生理成熟后平均倒折率呈显著(<0.05)增加, 且每推迟10 d玉米倒折率分别平均增加0.2个、0.7个和1.5个百分点。根据拟合方程, 以GB/T 21962—2008规定的玉米机械粒收条件倒折率小于5%为标准, 9.0万株∙hm–2仅可立秆至10月2日, 7.5万株∙hm–2和6.0万株∙hm–2可充分利用当地积温立秆脱水至11月。根据收获期产量和倒折率双向平均法, 3年都稳定表现出高产抗倒的品种为‘金科玉3306’(7.5万株∙hm–2)、‘金科玉3306’(9.0万株∙hm–2)、‘迪卡517’(7.5万株∙hm–2)和‘华农887’(7.5万株∙hm–2), 收获期平均产量为14 091.8 kg∙hm–2, 平均倒折率为1.7%, 可推荐为该区域春玉米适宜机械粒收的品种和密度。一般可根据降水年型、灌溉条件以及品种耐密性等, 合理选择6.0万株∙hm–2或7.5万株∙hm–2两种种植密度, 以实现高产抗倒, 最终提高春玉米机械粒收产量和质量。

春玉米; 密度; 机械粒收; 生理成熟; 倒伏

玉米()籽粒机械收获是未来玉米生产发展的趋势[1-2]。倒伏是玉米生产中普遍存在的问题。国家标准“玉米收获机械技术条件”(GB/T 21962—2008)中规定机械粒收的条件为田间植株倒伏率应低于5%[3]。玉米机械粒收一般在生理成熟后2~4周进行[1,4], 倒伏问题影响田间立秆籽粒脱水的时间, 不仅降低机收产量, 影响机收质量和机收效率, 同时由倒伏导致的田间落穗落粒损失引起的再生苗问题目前还没有很好的解决办法, 成为影响机械粒收技术发展的重要限制因素[5-9]。山西省中南部地区热量资源丰富, 春玉米生长后期立秆脱水时间充足[10-13], 生理成熟后倒伏成为该区域发展机械粒收栽培技术的关键限制因素。增密种植与田间立秆延期收获是机械粒收技术发展和推广的重要措施, 而玉米立秆脱水期间的倒伏是限制种植密度进一步提升的重要因素[8]。以往我国玉米收获以人工收获和机械穗收为主, 前人关于种植密度对玉米抗倒性影响的研究多集中于生理成熟前或收获期的某一阶段[14-19], 而对生理成熟后田间立秆脱水至机械粒收阶段倒伏变化的研究较少[6,20-21]。薛军等[6]分析了玉米生理成熟后倒伏变化及影响因素, 从时间纵向发展角度, 认为生理成熟后植株自然衰老导致的茎秆干物质降低和水分含量下降, 是茎秆机械强度降低、茎折率增加的主要原因。但目前还很少涉及从横向角度研究不同栽培技术对玉米生理成熟后倒伏变化影响的研究。为此, 本研究于2017—2019年在山西省农业科学院东阳试验示范基地, 以生产上主栽品种和已审定、待审定、有潜力的宜机收品种为材料, 分析了玉米生理成熟后倒伏变化对3个不同种植密度的响应, 以明确不同种植密度的最迟立秆期, 筛选出不同年份稳定表现出高产抗倒的品种, 作为该区域春玉米适宜机械粒收的品种, 并提出了不同灌溉条件下实现高产抗倒的适宜播种密度, 以期为区域推广应用春玉米机械粒收技术提供理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2017—2019年在山西省晋中市榆次区山西省农业科学院东阳试验基地进行, 海拔795~ 805 m, 年平均气温9.8 ℃, 年平均降水量388.0 mm, 降水70%以上集中在6—9月, 年均无霜期158 d, ≥10 ℃活动积温约3600 ℃, 属中晚熟玉米区。试验地土壤类型为潮土, 主要为耕种壤质浅色草甸土。试验前耕层0~20 cm土壤有机质含量为13.2 g∙kg–1, 全氮、全磷和全钾含量分别为1.27 g∙kg–1、0.90 g∙kg–1和27.32 g∙kg−1, 有效氮、有效磷和有效钾含量分别为39.8 mg∙kg–1、4.3 mg∙kg–1和177.4 mg∙kg–1, 属中等肥力。

采用裂区设计, 主区为密度, 设6.0万株·hm–2、7.5万株·hm–2和9.0万株·hm–2共3个密度; 裂区为品种, 3年通过淘汰和新增方式, 分别采用当地主栽品种和已经审定、待审定、有潜力的玉米宜机收品种(表1)。2017年共20个品种, 前8个品种小区面积为6 m×12 m=72 m2, 后12个品种小区面积为6 m×6 m= 36 m2, 1次重复, 共60个小区; 2018年共16个品种, 其中前6个品种小区面积6 m×6 m=36 m2, 3次重复, 后10个品种小区面积6 m×6 m=36 m2, 1次重复, 共84个小区。2019年共17个品种, 其中前6个品种小区面积6 m×6 m=36 m2, 3次重复, 后11个品种小区面积6 m×6 m=36 m2, 1次重复, 共87个小区。3年参试53个品次, 共29个品种。2017年、2018年和2019年分别在5月8日、4月24日和4月24日播种。2017年分别于7月12日和8月11日进行畦灌, 每次灌水量为825 m3·hm–2; 2018年分别于6月24日、7月2日和8月3日滴灌补水, 2019年分别于6月6日、6月30日、7月7日和8月13日滴灌补水, 两年每次灌水量均为525 m3·hm–2。每年于播前一次底施复合肥1000 kg·hm–2(N-P2O5-K2O: 26.5-11.5-0), 中期不进行追肥。其他田间管理措施同大田生产。

表1 2017—2019年试验玉米品种

1.2 测定项目及方法

1.2.1 倒折率

玉米倒伏可分为根倒和茎折, 根倒为茎秆与垂直线夹角大于45°, 茎折为茎秆在穗位以下的折断, 试验年份没有根倒, 只有茎折。生理成熟后约每周对每个小区进行调查, 调查持续至生理成熟后约1个月, 2017年共5次, 2018年共4次, 2019年共4次。记录各小区总株数、茎折数(穗位以下折断的株数)。倒折率(%)=茎折株数/总株数×100。

1.2.2 生理成熟期

按照乳线消失、黑层完全形成为标准记录每个小区生理成熟期, 每个品种的生理成熟期为该品种所有密度处理的平均值。

1.2.3 产量

完成最后1次倒折率调查后, 按小区实际面积进行全部收获, 最后折算成公顷产量(籽粒含水量为14%)。

1.2.4 气象数据

试验点距离榆次站点(53776)约15 km, 1981—2010年多年旬降水及气温由中国气象数据共享服务网获得, 2017—2019年旬气温由榆次气象局获得, 旬降水量由试验点雨量器记录。

1.2.5 数据分析

用Excel进行试验数据处理, 用DPS统计软件, 进行试验数据的方差分析。

2 结果与分析

2.1 试验区多年平均及试验年份气象条件

分析多年(1981—2010年)平均历史气象数据(图1), 试验点春玉米生长后期气温高且降水少, 适宜玉米立秆籽粒脱水, 其中9月下旬、10月上旬、10月中旬、10月下旬和11月上旬的旬平均气温分别为15.1 ℃、12.9 ℃、10.7 ℃、8.2 ℃和5.3 ℃, 旬平均降水分别为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, 春玉米籽粒机械收获要求的立秆脱水期可延长至10月底。

试验年份为3个不同降水年型, 虽有补灌条件, 但补灌能力与灌溉面积不配套, 因此, 作物生长水分条件不同。2017年5—9月降水为351.1 mm, 较多年平均降水增加37.5 mm, 属于降水偏丰年, 但由于第1次补灌时期较常年推迟了20 d左右, 因此玉米在大口期受旱较重; 2018年5—9月降水为309.3 mm, 为平水年, 玉米生育关键期补灌较为及时, 生育期基本不受旱; 2019年5—9月份降水为209.8 mm, 较多年平均降水减少约1/3, 为干旱年, 虽通过滴灌补水4次, 但在玉米大口期和灌浆期仍受轻旱。

2.2 春玉米生理成熟后可利用立秆脱水时间

从表2可知, 2017年所有处理生理成熟期平均为9月23日, 50%置信区间为9月20—26日。根据多年气象因素分析, 该区域多年平均初霜日为11月初, 以可立秆脱水至10月底为标准[22], 2017年玉米生理成熟后可利用立秆脱水天数为34~40 d; 2018年和2019年播期较2017年提早约半个月, 2018年平均生理成熟期为9月13日, 50%置信区间为9月11—14日, 玉米生理成熟后可利用立秆脱水天数为46~49 d; 2019年由于后期干旱以及茎腐病造成的早衰, 生理成熟期平均为9月11日, 50%置信区间为9月9—12日, 生理成熟后可利用立秆脱水天数为48~51 d。综合3年试验研究结果, 在目前的品种和栽培技术条件下, 春玉米生理成熟后至少有35 d以上的立秆脱水时间, 完全超过玉米机械粒收要求的7~14 d的立杆脱水时间[1,4], 收获期籽粒含水率不是玉米机械粒收的主要限制因子, 但是对立秆脱水期的抗倒性提出了更为严格的要求。

2.3 密度对春玉米生理成熟后倒折变化的影响

随着密度增加, 春玉米生理成熟后平均倒折率呈显著(<0.05)增加趋势(表3-5)。密度从6.0万株·hm–2逐步增加为7.5万株·hm–2和9.0万株·hm–2时, 2017年倒折率从1.1%显著增加到4.1%和8.9%, 2018年从1.1%显著增加为2.7%和5.1%; 2019年春玉米密度从6.0万株·hm–2增加为7.5万株·hm–2, 倒折率从0.2%增加为0.5%, 当密度增加为9.0万株·hm–2时, 倒折率显著增加为2.3%。但不同品种倒折率随密度增加的程度明显不同, 2017年‘金科玉3306’ ‘迪卡517’和‘先玉1622’倒折率随密度增加的变异系数最大, 为173.2%, 而‘粒收1号’和‘张1453’ 不同密度倒折率始终为0; 2018年密度间倒伏率变异系数最大的品种为‘DF607’, 而‘利单638’的倒伏率始终为0; 2019年倒折率随密度增加变化最大的品种为‘华美1号’ ‘东单913’ ‘广德5号’和‘大丰30’, 而‘华农887’ ‘Q9916’ ‘DF6396’ ‘DF607’ ‘DF617’ ‘瑞普909’和‘泽玉8911’不同密度倒折率始终为0。抗倒性强且对密度反应不敏感的品种是进行机械粒收选择耐密抗倒品种的要求。

表2 2017—2019年不同春玉米品种生理成熟后可利用立秆脱水时间

随着生理成熟后立秆脱水时间延长, 倒伏率呈显著(<0.05)增加趋势, 但不同年份不同密度表现不同。2017年密度6.0万株·hm–2和7.5万株·hm–2在生理成熟两周后倒伏率不再显著增加, 且6.0万株·hm–2在玉米收获期倒折率仅为1.5%, 而7.5万株·hm–2在玉米生理成熟后4周倒折率已经为5.1%, 超过了国标GB/T 21962—2008中机械粒收条件倒折率≤5.0%的规定。密度9.0万株·hm–2在生理成熟3周内倒伏率一直在显著增加, 且生理成熟后不足两周倒折率已经为8.1%, 收获期显著增加为11.8%, 远远超过了国标规定; 2018年和2019年3个种植密度都是玉米生理成熟4周后倒折率不再显著增加, 其中, 2018年玉米收获期6.0万株·hm–2和7.5万株·hm–2倒折率分别为1.5%和3.4%, 但当密度增加为9.0万株·hm–2时, 倒折率增加为6.8%, 2019年虽然随着密度增加, 收获期倒折率明显增加, 但都小于5.0%。

2.4 密度对春玉米生理成熟后立秆期的影响

以表示生理成熟后天数,表示生理成熟后倒折率(%), 对每个试验年份同一密度的倒折率进行一元线性回归(表6)。除2019年密度6.0万株·hm–2外, 其余年份不同密度处理2都大于0.9, 拟合度较好。根据拟合方程, 随着密度增加, 生理成熟期倒折率不断增加, 6.0万株·hm–2、7.5万株·hm–2和9.0万株·hm–2分别平均为0.4%、1.2%和2.5%。生理成熟后每推迟10 d倒折率增加幅度加大, 2017年6.0万株·hm–2、7.5万株·hm–2和9.0万株·hm–2每推迟10 d倒折率平均增加0.3、1.2和2.5个百分点, 2018年平均增加0.3、0.6和1.1个百分点, 2019年平均增加0.1、0.3和0.8个百分点。综合3年研究结果, 3个密度生理成熟后每推迟10 d倒折率分别平均增加0.2、0.7和1.5个百分点。根据拟合方程, 以国标GB/T 21962—2008中规定的玉米机械粒收条件倒折率小于5%为标准, 预测不同密度的最迟立秆期, 3年6.0万株·hm–2都可以立秆脱水至11月10日之后, 7.5万株·hm–2在2017和2018年可分别立秆至10月20日和11月10日, 2019年可立秆至11月10日之后, 9.0万株·hm–2除2019年可立秆至11月9日外, 2017年和2018年仅可立秆至9月下旬, 平均最迟立秆期为10月2日, 后期积温不能很好利用。综合3年的研究结果认为, 可充分利用当地积温进行立秆脱水的种植密度为6.0万株·hm–2和7.5万株·hm–2。

表6 2017—2019年不同种植密度春玉米生理成熟后最迟立秆期预测

“—”为11月10日之后。“—” shows after Nov. 10.

2.5 密度对春玉米经济产量的影响

3年研究结果表明(表7), 该区域特定的气候、土壤和栽培措施条件下, 密度为7.5万株·hm–2时产量最高, 其中2017年密度从6.0万株·hm–2增加到7.5万株·hm–2时, 产量显著(<0.05)增加5.5%, 当密度增加到9.0万株·hm–2时, 产量有所降低, 降低幅度为2.3%; 2018年密度从6.0万株·hm–2增加到7.5万株·hm–2时, 产量显著(<0.05)增加11.7%, 当密度增加到9.0万株·hm–2时, 产量略有降低; 2019年密度从6.0万株·hm–2增加到7.5万株·hm–2时, 产量提高2.9%, 当密度增加到9.0万株·hm–2时, 产量较7.5万株·hm–2时显著(<0.05)降低5.1%。‘迪卡517’和‘金科玉3306’连续3年高产稳产性能最好, 产量较高且年际间变异系数较小; DF607连续2年的平均产量最高, 年际变异系数最小; 仅参试1年的‘DF617’和‘中航102’产量表现较为突出。

2.6 春玉米高产抗倒品种筛选

单产水平是品种产量潜力及其抗逆能力的综合表现, 抗倒性是目前该区域能否进行玉米机械粒收的关键。利用收获期倒折率和产量按照双向平均法筛选高产抗倒处理, 横坐标为产量, 纵坐标为倒折率, 分别对每年不同品种和密度处理进行分类(表8)。其中, 第Ⅰ象限内倒折率和单产均高于平均值, 表现为高产不抗倒, 可根据具体情况推荐为人工收获和机械穗收; 第Ⅱ象限内单产低于平均值、倒折率高于平均值, 表现为低产不抗倒, 不适于该区域种植; 第Ⅲ象限内倒折率和单产均低于平均值, 表现为低产抗倒, 较为适宜机械粒收, 可作为适宜机械粒收的搭配和补充; 第Ⅳ象限内单产高于平均值、倒折率低于平均值, 表现为高产抗倒, 适宜于该区域进行机械粒收。

3年稳定表现出高产抗倒的品种为‘金科玉3306’(7.5万株·hm–2)、‘金科玉3306’(9.0万株·hm–2)、‘迪卡517’(7.5万株·hm–2)和‘华农887’(7.5万株·hm–2), 平均收获期倒折率为1.7%, 平均单产为14 091.8 kg·hm–2, 可推荐为该区域春玉米适宜机械粒收品种和密度; 3年稳定表现为抗倒(高产抗倒或低产抗倒)的品种包括‘粒收1号’ ‘金科玉3306’ ‘迪卡517’ ‘华美1号’ ‘东单913’ ‘华农887’ ‘广德5号’ ‘Q9916’和‘DF6396’(6.0万株·hm–2)以及‘粒收1号’ ‘华美1号’ ‘东单913’和‘Q9916’ (7.5万株·hm–2), 平均收获期倒折率为1.2%, 平均单产为12 471.4 kg·hm–2, 可推荐为春玉米较为适宜机械粒收品种和密度; 连续3年都稳定表现出不抗倒(高产不抗倒或低产不抗倒)的品种包括‘郑单958’(6.0万株·hm–2、7.5万株·hm–2和9.0万株·hm–2)、‘迪卡517’(9.0万株·hm–2)和‘华美1号’ (9.0万株·hm–2), 平均收获期倒折率为16.0%, 平均单产为13 142.2 kg·hm–2, 不适宜目前栽培条件下机械粒收, 可根据具体情况推荐为人工收获或机械穗收。

参试2年稳定表现出高产抗倒的品种为‘DF607’(6.0万株·hm–2、7.5万株·hm–2); 仅参试1年, 表现出非常有潜力的品种有‘DF617’, 在3个密度下都表现为高产抗倒, 需要后续进一步验证。

2.7 春玉米高产抗倒适宜播种密度选择

从表8可以看出, 不论是什么年型, 随着密度增加, 抗倒处理所占比例逐步降低, 7.5万株·hm–2较6.0万株·hm–2平均降低13.2个百分点, 9.0万株·hm–2较7.5万株·hm–2平均降低40.9个百分点。高产抗倒处理所占比例和降水年型关系密切, 2017年大口期受旱严重, 随着密度增加, 高产抗倒所占比例逐步减少, 表明干旱年份或没有灌溉条件进行机械粒收, 密度以6.0万株·hm–2为宜; 2018年虽然为平水年, 但底墒较好且补灌及时, 玉米生育期基本不受旱, 密度为7.5万株·hm–2时高产抗倒处理比例最高, 是6.0万株·hm–2的4.5倍和9.0万株·hm–2的3倍, 因此, 丰水年或有充分灌溉条件的区域进行机械粒收, 一般采取种植密度7.5万株·hm–2; 2019年为干旱年, 虽通过滴灌补水4次, 但大口期和灌浆期仍受轻旱, 7.5万株·hm–2时高产抗倒处理比例最高, 但仅为6.0万株·hm–2的1.4倍, 是9.0万株·hm–2的2倍, 因此在有补灌条件的区域进行机械粒收时, 可根据品种耐密情况合理选择6.0万株·hm–2和7.5万株·hm–2两种种植密度, 实现高产抗倒。

3 讨论

3.1 抗倒性是该区域推广机械籽粒技术的关键限制因子

破碎率和田间损失率偏高是当前我国玉米机械粒收存在的主要质量问题, 其中收获期籽粒含水率偏高是导致破碎率高的主要原因[1]。在热量资源相对丰富的春玉米生产区, 玉米生理成熟后有较为充足的热量资源立秆脱水, 收获时籽粒含水率不是制约机械粒收质量和技术推广的首要因素[1,10-12,23-25], 而倒伏是造成玉米机械粒收落穗损失的重要原因之一[5,23], 因此, 该阶段植株的抗倒性更应引起重视。对2013—2017年全国11个省市自治区的41个田块的研究表明[5], 玉米机械粒收总损失率平均为4.76%, 略低于国标(GB/T 21962—2008)≤5%的标准, 但田块间差异较大, 特定条件下也出现了较严重的落粒和落穗损失, 是当前制约玉米籽粒机械收获技术推广的一个重要因素[9,26], 且茎折对机械粒收落穗率的影响远高于根倒。本研究中区域热量资源丰富, 以常年4月下旬至5月上旬播种, 春玉米生理成熟后可利用的立秆脱水期约5~7周, 明显超过一般玉米机械粒收要求的生理成熟后2~4周, 且倒伏连续3年全部表现为茎折, 因此抗倒性对该区域推广应用春玉米机械粒收技术就变得更为重要。

3.2 生理成熟后倒伏变化对密度的响应

增密种植与立秆延期收获是机械粒收技术发展和推广的重要措施[2], 而玉米生长后期倒伏是限制种植密度进一步提升的重要因素[8]。前人研究表明, 增密种植不同程度上增加了玉米植株间的竞争压力,改变了个体和群体的结构与功能, 影响了玉米茎秆形态建成、碳水化合物积累与分配、根系形态与结构、茎秆力学强度等, 增大倒伏风险[14-19,27-29]。而增密种植后随着田间立秆籽粒脱水时间延长, 会加速玉米生长后期茎秆衰老进程[6], 降低茎秆抗病能力[30], 茎秆质量快速下降, 倒伏加重[21]。本研究中也得到类似的结果, 随着密度增加, 生理成熟期倒折率和生理成熟后倒折率随立秆期延长的增加幅度明显增加, 6.0万株·hm–2、7.5万株·hm–2和9.0万株·hm–2玉米生理成熟期倒折率分别为0.4%、1.2%和2.5%, 生理成熟后每推迟10 d倒折率分别平均增加0.2个、0.7个和1.5个百分点, 以国标GB/T 21962—2008的玉米机械粒收条件为标准, 密度越大生理成熟后立秆脱水期越短, 9.0万株·hm–2仅可立秆至10月初, 而6.0万株·hm–2、7.5万株·hm–2可充分利用当地热量资源立秆脱水至11月。密度对生理成熟后倒折率及立秆期的影响显著, 但耐密抗倒品种的选择更为重要[31], 本研究也得到同样研究结果。

3.3 高产抗倒品种筛选是该区域推广机械粒收技术的重要措施

耐密抗倒高产适合机械收粒品种选择是实施玉米密植高产全程机械化生产技术的关键措施[2]。生理成熟前发生倒伏影响玉米籽粒灌浆速率, 对产量影响较大[18,32], 而生理成熟后倒伏对产量影响较小, 但会增加机械粒收过程中的落穗数量, 降低机收产量[5-8]。本研究利用适宜收获期倒折率和产量按照双向平均法筛选高产抗倒品种, 连续3年都处于第Ⅳ象限, 稳定表现出高产抗倒的品种为‘金科玉3306’(7.5万株·hm–2)、‘金科玉3306’(9.0万株·hm–2)、‘迪卡517’(7.5万株·hm–2)和‘华农887’(7.5万株·hm–2),收获期平均倒折率为1.7%, 平均产量为14 091.8 kg·hm–2, 可推荐为该区域推广春玉米机械粒收技术的适宜品种和密度; 连续参试2年都稳定表现出高产抗倒的品种为‘DF607’(6.0万株·hm–2、7.5万株·hm–2); 仅参试1年表现出非常有潜力的品种为‘DF617’, 在3个密度下都表现为高产抗倒, 需要后续进一步进行验证。筛选出的高产抗倒品种生产应用中也表现出适宜机械粒收的特点[13,33], 因此, 利用适宜收获期倒折率和产量按照双向平均法筛选高产抗倒品种, 为目前热量充足地区发展和推广春玉米机械粒收技术提供了重要措施, 但后续还需对品种的籽粒脱水性、抗茎腐病、穗粒腐病等性状进行考察。

3.4 春玉米机械粒收适宜播种密度的选择

增加种植密度是增产的重要措施, 而密度过高后, 植株抗倒性会显著降低[15-16,18-19], 特别是春玉米生理成熟后立秆脱水过程中抗倒性加速降低[8,21], 最终影响到机械粒收质量和产量[5-7], 因此适宜播种密度是保证获得高产抗倒的前提, 是发展玉米机械粒收技术的关键栽培措施。王荣焕等[17]的研究表明, 综合产量、倒伏率和机收指标, ‘京农科728’以7.5万株·hm–2为籽粒机收最佳播种密度; 曹冰等[19]认为7.5万株·hm–2是适合区域夏玉米高产高效抗倒的栽培模式; 邓妍等[34]认为, 根据品种特性进行合理密植, 协调茎秆生长、土壤水分应用, 更有利于降低倒伏率, 提高产量。本研究中, 在大口期受旱严重年份,随着密度增加, 高产抗倒处理所占比例逐步减少, 推荐干旱年份或在没有灌溉条件的情况下, 机械粒收以播种密度6.0万株·hm–2为宜; 玉米生育关键期基本不受旱的年份, 密度为7.5万株·hm–2时高产抗倒处理比例远高于其他密度, 推荐丰水年或有充分灌溉条件的情况下, 机械粒收播种密度以7.5万株·hm–2为宜; 大口期和灌浆期受轻旱年份, 密度7.5万株·hm–2时高产抗倒处理比例最高, 其次为6.0万株·hm–2, 因此在灌溉能力有限的区域, 机械粒收可根据品种耐密情况合理选择6.0万株·hm–2和7.5万株·hm–2两种播种密度, 来实现高产抗倒。

4 结论

玉米机械粒收技术需求的增密种植与立秆延期收获均会加大玉米生育后期的倒伏风险, 玉米生长后期倒伏是限制种植密度进一步提升的重要因素, 因此, 高产抗倒品种选择更为重要。春玉米6.0万株·hm–2、7.5万株·hm–2和9.0万株·hm–2种植密度下生理成熟期倒折率分别为0.4%、1.2%和2.5%, 生理成熟后倒折率每推迟10 d分别平均增加0.2个、0.7个和1.5个百分点。以国标GB/T 21962—2008中规定的玉米机械粒收条件倒折率小于5%为标准, 密度9.0万株·hm–2仅可立秆至10月2日, 而6.0万株·hm–2和7.5万株·hm–2可充分利用当地积温立秆脱水至11月。连续3年稳定表现出高产抗倒的品种为‘金科玉3306’(7.5万株·hm–2)、‘金科玉3306’(9.0万株·hm–2)、‘迪卡517’(7.5万株·hm–2)和‘华农887’(7.5万株·hm–2), 可推荐为该区域春玉米适宜机械粒收的品种和密度。一般情况下, 当没有灌溉条件时, 播种密度选择6.0万株·hm–2, 满足充分灌溉条件时, 选择7.5万株·hm–2, 当灌溉条件受限时, 可根据品种耐密性合理选择6.0万株·hm–2或7.5万株·hm–2两种种植密度, 以实现高产抗倒, 最终提高春玉米机械粒收的质量和产量。

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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

张冬梅, 杨柯, 姜春霞, 张伟, 黄明镜, 刘化涛, 闫六英, 刘恩科, 翟广谦, 王娟玲. 密度对春玉米生理成熟后倒伏变化的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(5): 855-869

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S513; S352

* 国家重点研发计划项目(2016YFD0300305)、山西省重点研发计划重点项目(201703D211002)和山西省农业科学院应用基础研究计划项目(YCX2020YQ59, YBSJJ2016)资助

王娟玲,主要研究方向为旱作节水技术研究。E-mail: wjl_bb@163.com

张冬梅, 主要研究方向为旱作栽培技术研究。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