不同种植密度条件下玉米品种间作研究进展

2023-03-14章敏邓宇蕊刘朝巍

南方农业·下旬 2023年12期

章敏邓宇蕊刘朝巍

摘要目前，玉米已成为我国种植面积最大的粮食作物，且玉米单产潜力位于禾谷类作物之首，其产量关系到我国的粮食安全。但未来我国玉米种植面积难以继续扩大，如何在耕地面积有限这一条件下提升玉米产量，成为当前研究热点。适当增加种植密度和合理搭配品种均能有效提高玉米产量，在未来耕地资源日趋紧张的形势下，为给玉米增产提供一定的参考价值，从种植密度和品种2方面分析了玉米品种间作的冠层、干物质积累与分配及产量变化规律。

关键词玉米；密度；品种；间作；冠层；产量

中图分类号：S513 文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.24.013

玉米原产于南美洲，栽培历史距今约有5 000年[1]。现阶段，我国玉米对粮食增产的贡献率高达60%，居粮食作物之首[2]。据初步计算，到2030年，我国的粮食产量必须至少增加35%，才能满足不断增长的人口需求[3]。目前主要通过缩小地区间产量差距来提高产量[4]。

从20世纪30年代末至今，玉米产量大幅提升了6倍，其中种植密度的增加是贡献最大的一个因素，玉米产量、单位面积的穗数随种植密度的提高而增加[5-6]。与其他同科作物相比，玉米分蘖能力较低，易受密度变化的影响[7]。在资源有限的条件下，群体内的单株之间存在竞争，密度增加后单株的生长发育受到限制，从而产生密度效应[8-9]。玉米的生产是群体生产，通过合理密植能发挥群体增产潜能，提高资源利用效率[10]。此外，玉米与其他农作物间作已成为一种常见的作物栽培模式[11]；对于玉米不同品种间作的研究主要集中在提高产量、降低倒伏率和发病率等方面[12-13]。

本文通过总结已报道的文献，归纳了当前密度调控下玉米品种间作对冠层、干物质积累与分配及产量的影响，为玉米的稳产高产提供理论依据。

1 种植密度和品种对玉米冠层的影响

1.1 种植密度

密度对冠层结构影响较大[14]。随着密度的增加，冠层透光率减小，消光系数也随之下降，叶片形态也将受到影响[15]。叶面积指数是衡量冠层光截获量的重要指标之一[6]。随着种植密度的增加，叶面积指数增加，株型变紧凑[15]。同时，增密还会使冠层中下部遮光和CO2浓度下降，限制穗位叶光合能力，最终导致叶片早衰[16]。

1.2 品种

不同品种玉米的株型不同，组合在一起能够构成各式各样的玉米冠层[6]。通过不同玉米品种高矮间作，建立高光效的群体，使群体光合面积变大、光能利用率也明显提高[17]。在间作群体中，群体光分布会通过影响植株下部叶片的光合作用，从而影响光能利用率[18]。不同玉米品种间作，提高了花后光合生产能力，促使玉米能够长時间保持良好的冠层条件，有利于产量的形成，原因是间作使群体由上部平面受光变为立体受光，增加受光面积[19-20]。

2 种植密度和品种对玉米干物质积累与分配的影响

2.1 种植密度

我国玉米单产水平进一步提升的关键是选育高产耐密新品种[21]。近年来，随着紧凑型玉米品种的选育及推广，玉米品种的耐密性显著提高。光合作用是植株干物质积累的重要来源，茎叶夹角则会影响植株的受光环境，最终影响光能利用效率和干物质积累量[18]。因此，在高密度条件下需要植株保持最佳几何角度和叶片方向，提高光合效率及光能利用率，从而提高作物产量。

2.2 品种

想要获得高产，品种选择是关键。在玉米高产潜力突破的过程中，品种的更新起到了重要的作用[21]。玉米的理想株型最早由Donald提出，他认为其耐密性的提高与品种竞争能力的降低有关，作物个体间相互竞争有限的资源，在排除杂草干扰的前提下，个体竞争能力的提高必然以牺牲其他个体利益为代价[22-23]。不同玉米品种间作可以增加干物质积累量[17]。玉米分为紧凑型、半紧凑型、平展型3种[24]。紧凑型玉米株型紧凑，能够在生育后期维持较高的光合叶面积，促进干物质积累，提高籽粒灌浆速率[14]。

3 种植密度和品种对玉米产量的影响

3.1 种植密度

密度是决定玉米生长发育和产量的重要因素之一。根据品种特性确定种植密度非常有必要，且倒伏率、空秆率和发病率均随密度增加变化明显[25-26]。群体可通过密度调节来影响玉米的产量构成[27]。一定范围内，随着密度增加，低密度品种产量降低，中密品种和高密品种产量增加、单位面积穗数增加、穗粒数和百粒重降低[6，15，28]。还有研究发现，随着密度增加，穗粒数显著减少[10，29]。适当的密度增加使得玉米株型变紧凑，穗位层能够接受更多光能，积累更多的同化物，保证玉米稳产[15]。吐丝期是玉米粒数形成的关键时期，而种植密度对籽粒形成亦有影响[30]。

3.2 品种

同种作物间作比单作增产，在小麦、水稻、玉米上均有报道[30-32]。人们对于不同品种间作能够增产已达普遍共识[33]。不同基因型玉米通过构建生态位互补的作物群体来提高作物群体抗逆性及资源的利用效率，最终实现作物群体的丰产稳产[19]。株型互补的玉米间作有利于提高土地当量比[34]。玉米是雌雄同株异花授粉，当代杂种优势明显，利用玉米品种间的杂种优势也可获得增产[35-36]；反之，区域内的品种结构相对单一仍然是我国玉米育种的主要障碍[37]。从理论上讲，品种越丰富则群体的遗传基础就越复杂，稳产性和丰产性就越好[20]。

4 不同种植密度条件下玉米间作研究的展望

相关研究表明，玉米间作可以增产，合理的间作形成复合群体可协调作物间的竞争与互补关系。目前对玉米品种间竞争与冠层光分布已有初步探究，但对于不同密度条件下玉米不同品种间作所导致的冠层和干物质积累分配差异的竞争互补机制还缺乏系统报道[38]。在此基础上，明确不同密度下玉米间作的冠层资源利用对于未来增密条件下，选择、选育更优群体结构的玉米品种及进一步提高玉米产量具有重要的理论意义。

参考文献：

[1] 季新院.玉米高产栽培技术要点研究[J].种子科技，2021，39（11）：49-50.

[2] 陳印军，王琦琪，向雁.我国玉米生产地位、优势与自给率分析[J].中国农业资源与区划，2019，40（1）：7-16.

[3] 陈百明.未来中国的农业资源综合生产能力与食物保障[J].地理研究，2002，21（3）：294-304.

[4] 陈秧分，王介勇，张凤荣，等.全球化与粮食安全新格局[J].自然资源学报，2021，36（6）：1362-1380.

[5] 邵立威，王艳哲，苗文芳，等.品种与密度对华北平原夏玉米产量及水分利用效率的影响[J].华北农学报，2011，26（3）：182-188.

[6] 郭江，郭新宇，郭程瑾，等.密度对不同株型玉米群体结构的调控效应[J].华北农学报，2008，23（1）：149-153.

[7] 尚玉磊，李春喜，邵云，等.禾本科主要作物生育初期内源激素动态及其作用的比较[J].华北农学报，2004，19（4）：47-50.

[8] 黎磊，周道玮，盛连喜.密度制约决定的植物生物量分配格局[J].生态学杂志，2011，30（8）：

1579-1589.

[9] 杨贵兰，李新海，李红，等.耐密玉米杂交种密度效应研究[J].玉米科学，2009，17（3）：107-112.

[10] LUO C L， ZHANG X F， DUAN H X， et al. Allometric relationship and yield formation in response to planting density under ridge-furrow plastic mulching in rainfed wheat[J]. Field Crops Research，2020，（251）：107785.

[11] 赵建华，孙建好，李伟绮.玉米播期对大豆/玉米间作产量及种间竞争力的影响[J].中国生态农业学报，2018，26（11）：1634-1642.

[12] 沈君辉，聂勤，黄得润，等.作物混植和间作控制病虫害研究的新进展[J].植物保护学报，2007（2）：209-216.

[13] 许士云，皇欣.玉米双品种间作互补增产技术示范效果研究[J].现代农业科技，2019（9）：5.

[14] 柏延文，杨永红，朱亚利，等.种植密度对不同株型玉米冠层光能截获和产量的影响[J].作物学报，2019，45（12）：1868-1879.

[15] 裴文东，张仁和，王国兴，等.玉米冠层结构和群体光合特性对增密的响应[J].玉米科学，2020，28（3）：92-98.

[16] 郭瑶，柴强，殷文，等.玉米密植光合生理机制及应用途径研究进展[J].作物学报，2022，48（8）：

1871-1883.

[17] 于桂霞.玉米高矮秆间作试验研究初报[J].耕作与栽培，1999（2）：8-10.

[18] CHOUDHURY B J. Modeling radiation-and carbon-use efficiencies of maize， sorghum， and rice[J]. Agricultural and Forest Meteorology，

2001，106（4）：317-330.

[19] 赵亚丽，康杰，刘天学，等.不同基因型玉米间混作优势带型配置[J].生态学报，2013，33（12）：

3855-3864.