種植模式對(duì)寒地玉米莖稈糖分生產(chǎn)力的影響

張發(fā)明，楊克軍，李佐同，趙長(zhǎng)江，王玉鳳，張翼飛，王智慧，徐晶宇

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶 163319）

種植模式對(duì)寒地玉米莖稈糖分生產(chǎn)力的影響

張發(fā)明，楊克軍，李佐同，趙長(zhǎng)江，王玉鳳，張翼飛，王智慧，徐晶宇

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶 163319）

采用大壟雙行覆膜、大壟雙行、傳統(tǒng)小壟三種種植模式，研究不同種植模式對(duì)寒地春玉米（鄭單958）莖稈糖分生產(chǎn)力的影響及其主要作用因素的變化規(guī)律，同時(shí)探討莖稈糖分生產(chǎn)力與產(chǎn)量的相關(guān)性。結(jié)果表明，不同種植模式下，覆膜和大壟能有效的調(diào)節(jié)植株生長(zhǎng)，提高單位面積生物量的積累和出汁率；相關(guān)和通徑分析表明，影響玉米莖稈糖分生產(chǎn)力的因素主要是取決于莖稈鮮重產(chǎn)量和種植密度；偏相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與莖稈糖分生產(chǎn)力的相關(guān)性呈顯著水平，說明適宜的種植模式可以實(shí)現(xiàn)莖稈糖分生產(chǎn)力和子粒產(chǎn)量達(dá)到雙高。

玉米；種植模式；莖稈糖分生產(chǎn)力

玉米（Zea mays L.）是目前世界上產(chǎn)量最高的重要谷類糧食作物，是禾谷類作物中增產(chǎn)潛力最大的作物，也是最具價(jià)值的糧食、飼料、加工和能源等多種用途的作物之一，被譽(yù)為21世紀(jì)的“谷中之王”[1-2]。2013年我國(guó)玉米播種面積繼續(xù)擴(kuò)大，增加高產(chǎn)作物玉米種植面積109.3萬(wàn)hm2，產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高2.18億t，單產(chǎn)首次突破6 t·hm-2，增產(chǎn)158 kg·hm-2，并且仍有較大的提升空間[3-4]。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，玉米生產(chǎn)面積較大，玉米秸稈資源豐富，然而很多地區(qū)都將玉米秸稈丟棄或焚燒處理，每年大約有5億t秸稈被浪費(fèi)掉，我國(guó)又是種草少、秸稈利用率低的國(guó)家，利用率只有20%，不僅污染環(huán)境，而且造成資源的巨大浪費(fèi)[5-6]。玉米不僅是糧食作物，也是能源植物。玉米作為能源植物，不僅其子粒中的淀粉、莖稈中的纖維素和半纖維素可以用來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇，而且其莖稈中糖質(zhì)也可用于生產(chǎn)燃料乙醇[7-12]，利用玉米莖稈中的糖質(zhì)提取燃料乙醇具有一定的優(yōu)勢(shì)，既不與民爭(zhēng)糧，又不與糧征地，而且原料來(lái)源廣泛和價(jià)格低，加上糖質(zhì)乙醇加工本身成本低的優(yōu)勢(shì)，因此利用玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇是一個(gè)一舉多得、具有一定發(fā)展前景的燃料乙醇生產(chǎn)新途徑，同時(shí)燃料乙醇發(fā)展可能會(huì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，并不會(huì)危及我國(guó)糧食安全，符合國(guó)情和政府鼓勵(lì)使用非糧原料生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)業(yè)政策[13-14]。因此，在保證玉米籽粒正常收獲的同時(shí)，如何提高莖稈糖分生產(chǎn)力是玉米燃料乙醇生產(chǎn)的關(guān)鍵。然而，前人僅對(duì)甜高粱的糖分生產(chǎn)力進(jìn)行過研究[14]，對(duì)玉米進(jìn)行的研究未見報(bào)道。試驗(yàn)旨在研究不同種植模式對(duì)寒地春玉米（鄭單958）莖稈糖分生產(chǎn)力的影響及其變化規(guī)律，同時(shí)探討莖稈糖分生產(chǎn)力與產(chǎn)量的相關(guān)性，為玉米高產(chǎn)高效栽培技術(shù)提供參考，對(duì)提高玉米產(chǎn)量和秸稈利用率具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及品種

試驗(yàn)于2013年5月至10月在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)田地力均勻，地勢(shì)平坦，0～20 cm耕作層有機(jī)質(zhì)含量16.14 g·kg-1、堿解氮153.06 mg·kg-1、速效磷7.32 mg·kg-1、速效鉀30 mg·kg-1，pH值8.38。試驗(yàn)選用玉米雜交種鄭單958為材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，栽培方式為主區(qū)，密度為副區(qū)。栽培方式分別為大壟雙行覆膜（C1）、大壟雙行（C2）、傳統(tǒng)小壟（C3）。C1：壟距為110 cm，壟上植株行距為50 cm，兩壟間相鄰植株行距為60 cm，邊起壟邊覆膜，膜與膜之間不留空隙，相接處用土壓住地膜；C2：壟距、壟上行距為壟間行距同C1；C3：壟距65 cm；設(shè)計(jì)四個(gè)種植密度分別為6.0萬(wàn)株·hm-2（D1）、7.5萬(wàn)株·hm-2（D2）、9.0萬(wàn)株·hm-2（D3）、10.5萬(wàn)株·hm-2（D4）?？傆?jì)12個(gè)處理，3次重復(fù)，共36個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)6行，長(zhǎng)為10 m。各處理均為人工播種、覆膜、定苗和追肥均為人工完成。在三葉期定苗，達(dá)到設(shè)計(jì)密度。底肥施純N 225.0 kg·hm-2、P2O5172.5 kg·hm-2、K2O 150.0 kg·hm-2，在拔節(jié)期追施純N 138.0 kg·hm-2，其他栽培管理措施同一般高產(chǎn)玉米田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

收獲時(shí)收獲各處理中間兩壟全部果穗，進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并隨機(jī)抽取10穗進(jìn)行考種。分析穗長(zhǎng)，穗行數(shù)，行粒數(shù)，千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素。收獲莖稈，每個(gè)處理取5株，稱量莖稈的鮮重，然后用榨汁機(jī)榨取莖稈汁液，稱重計(jì)算出汁率。使用手持測(cè)糖儀（PAL-1型，日本）測(cè)定榨出液錘度。糖分生產(chǎn)力（即折每公頃可發(fā)酵的糖，kg·hm-2）=莖稈鮮重產(chǎn)量（kg·hm-2）×汁液的錘度（%）×出汁率（%）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和作圖，用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對(duì)出汁率的影響

由圖1可知，不同種植模式下莖稈出汁率表現(xiàn)出隨著密度的升高而逐漸降低的趨勢(shì)，C1與C3種植模式除在D2密度下的出汁率差異不顯著外，其他密度下都顯著高于C2和C3處理。同時(shí)，C1和C2下的出汁率，在各個(gè)密度下都與C3差異顯著。說明覆膜和大壟能有效的調(diào)節(jié)植株生長(zhǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)，更有利于碳水化合物積累，從而提高出汁率。

圖1 不同種植模式下出汁率的變化規(guī)律Fig.1Variation of juice yield with different planting patterns

2.2 不同種植模式對(duì)莖稈鮮重的影響

由圖2可以看出，不同種植模式下莖稈鮮重表現(xiàn)出隨著密度的增加而逐漸增加的趨勢(shì)，不同密度條件下，C1和C2種植模式下的莖稈鮮重均與C3種植模式下的莖稈鮮重存在顯著差異，但D3密度下，不同種植模式下的莖稈鮮重差異不顯著。從D1到D4密度，C1種植模式下莖稈鮮重增加了20 841.26 kg·hm-2，顯著高于種植模式C2（增加15 623.41 kg·hm-2）和C3（增加16 282.68 kg·hm-2）處理?？梢?，不同種植模式下單位面積莖稈鮮重產(chǎn)量結(jié)果表明，覆膜和大壟更有利于單位面積生物量的積累。

2.3 不同種植模式對(duì)莖稈汁液錘度的影響

由圖3可知，隨密度的增加不同種植模式下的莖稈汁液錘度呈降低的趨勢(shì)。除在D4密度下，C1與C3處理下的莖稈汁液錘度差異不顯著外，C1都顯著高于C2和C3處理，但C2和C3之間的差異不顯著。從D1到D4密度，C1種植模式下莖稈汁液錘度下降了23.38%，與種植模式C2（下降19.68%）和C3（下降16.94%）處理差異不顯著。由此可知，低密度下不同種植模式對(duì)莖稈汁液錘度有影響，但高密度下其差異不顯著。

圖2 不同種植模式下莖稈鮮重的變化規(guī)律Fig.2Variation of stem fresh weight with different planting patterns

圖3 不同種植模式下莖稈汁液錘度的變化規(guī)律Fig.3Variation of stalk brix with different planting patterns

2.4 不同種植模式對(duì)莖稈糖分生產(chǎn)力的影響

由圖4可以看出，隨著密度的增加，不同種植模式下的莖稈糖分生產(chǎn)力整體表現(xiàn)出逐漸升高的變化趨勢(shì)；從低密度D1到高密度D4，莖稈糖分生產(chǎn)力始終表現(xiàn)為C1>C2>C3，并且C1處理增加了148.80 kg·hm-2，顯著高于種植模式C2（增加104.10 kg·hm-2）和C3（增加108.79 kg·hm-2）處理?？梢?，適宜的種植模式更有利于糖分生產(chǎn)力的提高。

圖4 不同種植模式下糖分生產(chǎn)力的變化規(guī)律Fig.4Variation of sugar productivity with different planting patterns

2.5 不同種植模式下影響莖稈糖分生產(chǎn)力的相關(guān)性分析

對(duì)不同種植模式下影響莖稈糖分生產(chǎn)力進(jìn)行相關(guān)性分析，由表1可以看出，不同種植模式下，4個(gè)變量中莖稈鮮重和密度都與莖稈糖分生產(chǎn)力呈高度極顯著正相關(guān)，說明二者的提高對(duì)莖稈糖分生產(chǎn)力具有明顯的積極效應(yīng)；出汁率和錘度與莖稈糖分生產(chǎn)力呈負(fù)相關(guān)，其中C1下的莖稈錘度呈中度顯著負(fù)相關(guān)，出汁率呈中度負(fù)相關(guān)；C2和C3下的莖稈出汁率和錘度與莖稈糖分生產(chǎn)力呈高度極顯著負(fù)相關(guān)。不同種植模式對(duì)莖稈糖分生產(chǎn)力的直接影響中，C1和C2下的莖稈鮮重的直接作用最大，而C3下的密度的直接作用最大。通過分析各個(gè)間接通徑系數(shù)發(fā)現(xiàn)，不同種植模式下，莖稈鮮重與密度通過互相作用對(duì)莖稈糖分生產(chǎn)力都產(chǎn)生較大正值的間接作用，出汁率和錘度通過莖稈鮮重和密度對(duì)莖稈糖分生產(chǎn)力產(chǎn)生負(fù)值的間接作用，同時(shí)二者之間通過互相作用對(duì)莖稈糖分生產(chǎn)力的間接作用較小，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的負(fù)間接效應(yīng)掩蓋了直接效應(yīng)使它們的相關(guān)系數(shù)也表現(xiàn)為負(fù)值；剩余因子的通徑系數(shù)分別為0.161、0.158和0.134，該值較大，說明在影響莖稈糖分生產(chǎn)力的因素中有較大未知因素沒考慮，有待于進(jìn)一步研究。

表1 不同種植模式下影響莖稈糖分生產(chǎn)力的相關(guān)性分析Table 1Correlation analysis of the effect of stem sugar productivity with different planting patterns

續(xù)表1不同種植模式下影響莖稈糖分生產(chǎn)力的相關(guān)性分析Continued table 1Correlation analysis of the effect of stem sugar productivity with different planting patterns

2.6 莖稈糖分生產(chǎn)力與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明（表2），不同種植模式下，莖稈糖分生產(chǎn)力與產(chǎn)量、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和千粒重呈極顯著正相關(guān)，由此可以說明，提高莖稈糖分生產(chǎn)力的同時(shí)，不會(huì)制約產(chǎn)量的增加。

表2 莖稈糖分生產(chǎn)力與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的相關(guān)性分析Table 2Correlation analysis of productivity and stalk sugar yield and its component factors

2.7 莖稈糖分生產(chǎn)力與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的偏相關(guān)分析

對(duì)產(chǎn)量、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和千粒重與莖稈糖分生產(chǎn)力作偏相關(guān)分析（表3），不同種植模式下對(duì)莖稈糖分生產(chǎn)力起主要作用的為產(chǎn)量和千粒重2個(gè)性狀，其中，產(chǎn)量與莖稈糖分生產(chǎn)力的相關(guān)性顯著，千粒重與莖稈糖分生產(chǎn)力呈不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表3 莖稈糖分生產(chǎn)力與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的偏相關(guān)分析Table 3Partial correlation analysis of productivity and stalk sugar yield and its component factors

綜合相關(guān)分析中千粒重與莖稈糖分生產(chǎn)力呈顯著正相關(guān)關(guān)系，由此可以推斷，提高玉米莖稈糖分生產(chǎn)力對(duì)玉米的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素?zé)o顯著影響。所以，適宜的種植模式有助于莖稈糖分生產(chǎn)力和子粒產(chǎn)量都達(dá)到雙高。

3 結(jié)論與討論

從試驗(yàn)影響莖稈糖分生產(chǎn)力的主要因素的變化規(guī)律可以看出，不同種植模式下，莖稈的出汁率、糖錘度隨著密度的升高而逐漸下降，而莖稈鮮重隨著密度的增加而增加。同時(shí)，覆膜和大壟能有效的協(xié)調(diào)植株生長(zhǎng)，更有利于光合產(chǎn)物積累，從而提高單位面積生物量的積累和出汁率；低密度下不同種植模式對(duì)莖稈汁液錘度有影響，但高密度下其差異不顯著。因此，不同種植模式下影響玉米莖稈糖分生產(chǎn)力主要是單位面積生物量，所以調(diào)節(jié)好植株個(gè)體和群體的矛盾，保證群體產(chǎn)量的增加是提高玉米產(chǎn)量和莖稈糖分生產(chǎn)力的有效途徑之一。

相關(guān)研究表明，一個(gè)品種能否獲得高產(chǎn)糖量決定于生物產(chǎn)量、莖稈含糖量及汁液含量[16]。該研究表明，不同種植模式下影響玉米莖稈糖分生產(chǎn)力的因素主要是取決于莖稈鮮重產(chǎn)量和種植密度，并呈顯著正相關(guān)；莖稈糖錘度與出汁率的較大的負(fù)間接效應(yīng)掩蓋了直接效應(yīng)，表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)，所以僅考慮相關(guān)系數(shù)不全面的。由此可知，不同種植模式并不是通過顯著提高玉米莖稈糖錘度和出汁率來(lái)提高莖稈糖分生產(chǎn)力，而是通過提高群體和單株莖稈鮮重來(lái)增加莖稈糖生產(chǎn)力的。楊克軍[17]等研究認(rèn)為大小行栽培方式有效地調(diào)節(jié)了植株個(gè)體與群體間的矛盾，提高了干物質(zhì)積累量，為產(chǎn)量形成和提高奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。C1種植模式更能有效地緩解植株間的競(jìng)爭(zhēng)，協(xié)調(diào)群體結(jié)構(gòu)，增加莖稈鮮重。同時(shí)，三種種植模式下的剩余因子通徑系數(shù)值較大，說明在影響莖稈糖分生產(chǎn)力的因素中有較大未知因素沒考慮，有待于進(jìn)一步研究。

在提高玉米莖稈糖分生產(chǎn)力的同時(shí)，玉米子粒產(chǎn)量的高低仍然是首先要考慮的因素。適當(dāng)種植模式可以協(xié)調(diào)高密度條件下群體內(nèi)的光照、溫度、濕度、養(yǎng)分供給等狀況，提高作物群體光合作用并最終作用于產(chǎn)量[18]。孫占祥等[19]研究表明，田間種植形式的改變可以顯著影響玉米群體產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。相關(guān)和偏相關(guān)分析顯示，不同種植模式下產(chǎn)量與莖稈糖分生產(chǎn)力的相關(guān)性呈顯著水平，千粒重與莖稈糖分生產(chǎn)力呈不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。研究認(rèn)為，適宜的種植模式可以實(shí)現(xiàn)莖稈糖分生產(chǎn)力和子粒產(chǎn)量達(dá)到雙高。該結(jié)論是在特定區(qū)域的試驗(yàn)中獲得，品種單一，適用范圍還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

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Effects of Planting Pattern on Corn Stalk Sugar Productivity in Cold Area

Zhang Faming，Yang Kejun，Li Zuotong，Zhao Changjiang，Wang Yufeng，Zhang Yifei，Wang Zhihui，Xu Jingyu
（College of Agronomy，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

Three different planting patterns，wide ridge with double covered lines，wide ridge with double lines，and the traditional small ridge were used to study their effects on stalk sugar productivity of spring maize（Zhengdan 958）in cold region，the changes of the main factors and the correlation of stalk sugar productivity and yield.The results showed that with different planting patterns，film-covered and wide ridge could effectively regulate plant growth，thereby increase the accumulation of biomass per unit area and the juice yield.Correlation and path analysis showed that the factors affecting the productivity of sugar corn stalk were mainly stem fresh weight yield and plant density.Partial correlation analysis showed that the correlation between stalk sugar productivity and yield was significant，which indicated that appropriate planting patterns could increase high levels on both stalk sugar production and grain yield.

maize；planting patterns；stalk sugar productivity

S513

A

1002-2090（2017）01-0028-05

2015-03-27

糧食豐產(chǎn)科技工程（2011BAD16B11-03）；國(guó)家科技計(jì)劃課題（2013BAD07B01-07）；黑龍江省農(nóng)墾總局科技攻關(guān)項(xiàng)目（HNK11A-03-02）；大慶市科技計(jì)劃項(xiàng)目（SJH-2013-35）。

張發(fā)明（1988-），男，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院2012級(jí)碩士研究生。

楊克軍，男，教授，博士研究生導(dǎo)師，E-mail：byndykj@163.com。