種植密度對山東夏玉米區(qū)不同品種籽粒機械化收獲特性的影響

張莉，王晶，周筑南，孔德洲

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018)

2020年李少昆團隊在新疆奇臺刷新我國玉米高產(chǎn)記錄的密度高達13.5萬株/hm2，說明密植是玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)[1]。然而，玉米產(chǎn)量并不能隨著種植密度的增加而無限增加，因為隨著密度的增加玉米個體間會相互過度競爭光熱水肥等自然資源而致發(fā)育不良，加之田間通風(fēng)透光條件的變差不利于玉米的光合作用以及光合產(chǎn)物由莖葉向果穗的轉(zhuǎn)運，而且密度過大還會造成田間病害發(fā)生嚴重，最終造成群體產(chǎn)量降低。增加密度作為追求高產(chǎn)的主要措施之一，盡管能在玉米產(chǎn)量潛力的發(fā)揮上起重要作用，但也帶來倒伏率增加、病害加重等一系列制約產(chǎn)量穩(wěn)定性的問題，特別是因莖稈基部節(jié)間變細而致的抗倒性變差和倒伏率增加所產(chǎn)生的大幅減產(chǎn)問題，且倒伏玉米需人工收獲，種植成本增加、經(jīng)濟效益降低，最終玉米生產(chǎn)競爭力降低[2－4]。同時，種植密度的改變還會對玉米籽粒的脫水率造成一定影響，不同種植密度條件下的籽粒含水率存在差異，而收獲時的籽粒含水率是影響籽粒機收的主要因素之一。不少學(xué)者已對種植密度與玉米籽粒脫水特性的關(guān)系進行過研究，有的認為增加密度可使籽粒含水率降低，也有的認為會致籽粒含水率增加，可見對其認識并不統(tǒng)一，因而進一步明確密度對玉米籽粒脫水特性的影響十分必要。

不同地區(qū)玉米的適宜種植密度因品種、種植制度以及環(huán)境的不同而有顯著差異，盡管前人對此開展過系列研究，但基于宜籽粒機收夏玉米上的研究相對較少，特別是關(guān)于山東省夏玉米區(qū)宜籽粒機收夏玉米種植密度與不同基因型之間關(guān)系的研究尚未見報道。因而，本試驗以鄭單958、鄭單309、新單京農(nóng)科728和華皖267這4個山東廣泛種植的夏玉米品種為材料，在大田條件下研究種植密度對不同基因型夏玉米籽粒脫水、抗倒特性、莖腐病和產(chǎn)量的影響，并采用信息熵權(quán)法對3個種植密度下不同基因型夏玉米宜機收特性進行綜合評價，旨在為山東夏玉米區(qū)玉米籽粒機收提供理論參考和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與供試品種

試驗于2021年在山東省泰安市岱岳區(qū)汶口鎮(zhèn)小侯村進行。試驗地土壤為褐土，0～20 cm土層土壤有機質(zhì)含量10.52 g/kg、全氮1.16 g/kg、堿解氮12.3 mg/kg、有效磷58.94 mg/kg、速效鉀105.7 mg/kg，pH值7.1。種植制度為小麥－玉米一年兩熟。

供試玉米品種為鄭單958(Z9)、鄭單309(Z3)、京農(nóng)科728(J7)和華皖267(H2)。

1.2 試驗設(shè)計與田間管理

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為上述4個品種，副區(qū)設(shè)置6.0萬株/hm2(D1)、7.5萬株/hm2(D2)和9.0萬株/hm2(D3)3個種植密度，共12個處理，重復(fù)3次。小區(qū)面積60 m2。行長10 m，行距60cm，等行距種植。氮肥用尿素，用量240 kg/hm2(以純N計)，1/2基施，1/2大喇叭口期追施；磷肥用過磷酸鈣，鉀肥用氯化鉀，均基施，用量分別為120 kg/hm2(以P2O5計)和105 kg/hm2(以K2O計)。6月15日播種，10月5日收獲。其它管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锕芾硭健?/p>

1.3 測定項目及方法

1.3.1 莖稈抗倒伏性狀和倒伏率調(diào)查 于散粉期測定莖粗、穗位高、株高和莖稈的穿刺強度和抗彎折力，于收獲期調(diào)查玉米田間倒伏率。

抗倒形態(tài)指標測定:用游標卡尺測量植株地上部第3節(jié)扁平面直徑，記為莖粗。用塔尺測量植株從地面至穗所在節(jié)下端的高度，記為穗位高。用塔尺測量植株從地面至雄穗頂端的高度，記為株高。以上指標每個小區(qū)連續(xù)10株測定，取平均值。

抗倒生理測定:采用莖稈強度測定儀(YYD－1B)進行。穿刺強度的測定:將探頭刺入植株地上部第3節(jié)表皮，讀取此時屏幕數(shù)值即為穿刺強度。抗彎折力的測定:由植株雌穗位置莖稈向地面方向推至與地面夾角為45°，讀取此時屏幕數(shù)值即為抗彎折力。穿刺強度和抗彎折力均為每個小區(qū)連續(xù)10株測定，取平均值。

倒伏率調(diào)查:玉米收獲前，調(diào)查每個小區(qū)實際的根倒株數(shù)、莖倒株數(shù)，計算小區(qū)的倒伏率。倒伏率(%)＝(根倒株數(shù)＋莖倒株數(shù))/總株數(shù)×100。

1.3.2 籽粒含水量測定 于玉米收獲時，每小區(qū)取20穗的穗中部籽粒，利用烘干法測定籽粒含水率，每重復(fù)測定9次。

1.3.3 莖腐病病株率調(diào)查 于生理成熟時每小區(qū)取3行連續(xù)5 m植株，記錄莖腐病株數(shù)和總株數(shù)，計算出莖腐病病株率。

1.3.4 考種與測產(chǎn) 玉米收獲前，調(diào)查每個小區(qū)的實際穗數(shù)并用以折算單位面積穗數(shù)。每個小區(qū)中間雙行連續(xù)30株取穗進行考種，記錄穗粒數(shù)；脫粒風(fēng)干(水分含量為14%)后隨機挑選100粒稱重，記為百粒重，重復(fù)3次。之后根據(jù)單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重折算出單產(chǎn)。

1.4 玉米宜機收綜合性狀評價方法

采用信息熵權(quán)法確定系統(tǒng)內(nèi)各評價指標的客觀權(quán)重。具體計算步驟如下:分別把倒伏率、籽粒含水率、莖腐病病株率、產(chǎn)量的原始數(shù)據(jù)排成各列，把每個評價指標的原始數(shù)據(jù)構(gòu)成初始評價矩陣A＝(aij)m×4，其中aij(j＝1，2，3，4)依次表示倒伏率、籽粒含水率、莖腐病病株率和產(chǎn)量的信息；因各評價指標的量綱不同，所以對各個評價指標進行標準化處理，正項指標利用式子(1)計算，負向指標利用式子(2)計算，得到規(guī)范化矩陣B；利用式子(3)計算各評價指標的信息熵Ej；進而利用式子(4)計算得到評價指標的客觀權(quán)重向量αj；最后計算Bα得到各評價指標的綜合評分向量β，即β＝Bα。

上述各式中，1≤i≤m，1≤j≤n。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)處理與作圖，采用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對不同基因型夏玉米倒伏率的影響

由圖1(A)可知，倒伏率隨著種植密度的增加而顯著增加，D1增加至D2倒伏率升高1.7個百分點，升幅為26.7%；D2增加至D3倒伏率升高11.57個百分點，升幅為143.1%?？梢娒芏扔蒁2增至D3的倒伏率及其升幅均大于D1增至D2的升幅。

由圖1(B)可知，品種間相比較，華皖267的倒伏率最高，顯著高于其它3個品種，鄭單958的倒伏率顯著高于鄭單309和京農(nóng)科728，鄭單309和京農(nóng)科728之間差異不顯著。

由圖1(C)可知，處理間相比較，Z9D1、Z9D2、Z3D1、Z3D2、J7D1、J7D2這6個處理間倒伏率差異不顯著，且均顯著低于其它處理；Z3D3和J7D3之間差異不顯著，但二者均顯著低于Z9D3、H2D1、H2D2和H2D3；H2D1顯著低于Z9D3和H2D2和H2D3；Z9D3和H2D2之間差異不顯著，但二者均顯著低于H2D3。這說明密度和品種的互作，可以得到較多的抗倒組合。滿足國家標準“玉米收獲機械(GB/T 21962—2020)”[5]中規(guī)定的機械粒收植株倒伏標準(田間植株倒伏率應(yīng)低于5%)的處理有Z9D1、Z9D2、Z3D1、Z3D2、J7D1和J7D2。

圖1 種植密度對不同基因型夏玉米抗倒伏特性的影響

2.2 種植密度對不同基因型夏玉米收獲時籽粒含水率的影響

由圖2(A)可知，密度由D1增加至D2，收獲時籽粒含水率顯著降低，降0.88個百分點；密度由D2增加至D3，籽粒含水率也顯著降低，但降幅變小?？梢?，適當(dāng)增密可以顯著降低收獲時籽粒含水率，繼續(xù)增密降幅收窄。

由圖2(B)可知，品種間相比較，華皖267和京農(nóng)科728收獲時籽粒含水率最低，二者差異不顯著但均顯著低于鄭單958和鄭單309，鄭單958顯著低于鄭單309。

由圖2(C)可知，處理間相比較，Z3D1處理收獲時籽粒含水率最高，顯著高于其它所有處理；Z3D2與Z3D3差異不顯著，但顯著高于其余所有處理；除低于上述3個處理外Z9D1顯著高于其余所有處理；除低于上述4個處理外Z9D2顯著高于其余所有處理；Z9D3與J7D1差異不顯著，但顯著高于J7D2、J7D3、H2D1、H2D2和H2D3；H2D1與H2D2差異不顯著，但顯著高于J7D2、J7D3和H2D3；H2D2與J7D2差異不顯著，但顯著高于J7D3、H2D3；J7D2與H2D3差異不顯著。滿足國家標準“玉米收獲機械(GB/T 21962—2020)”中規(guī)定的機械粒收籽粒含水量標準(15%～25%)的處理有J7D1、J7D2、J7D3、H2D1、H2D2和H2D3。

圖2 種植密度對不同基因型夏玉米收獲時籽粒含水率的影響

2.3 種植密度對不同基因型夏玉米莖腐病病株率的影響

由圖3(A)可知，密度由D1增加至D2，夏玉米莖腐病病株率變化不顯著；密度由D2增加至D3，病株率顯著升高。可見適當(dāng)增密并未顯著增加病株率，過度增密則顯著升高。

由圖3(B)可知，品種間相比較，鄭單958莖腐病病株率最低，顯著低于其它3個品種；鄭單309和京農(nóng)科728病株率顯著低于華皖267。

由圖3(C)可知，處理間相比較，H2D3莖腐病病株率最高，顯著高于其它所有處理；Z3D3和J7D3差異不顯著，但二者均顯著高于其余所有處理；Z9D3、H2D1、H2D2之間差異不顯著，但三者均顯著高于J7D2、Z3D2、Z9D1、Z9D2、Z3D1和J7D1；J7D2與Z3D2差異不顯著，但顯著高于Z9D1、Z9D2、Z3D1和J7D1；Z3D2、Z9D1、Z9D2、Z3D1之間差異不顯著；J7D1最小，但與Z9D1、Z9D2和Z3D1差異不顯著。

圖3 種植密度對不同基因型夏玉米莖腐病病株率的影響

2.4 不同密度對不同基因型夏玉米產(chǎn)量的影響

由圖4(A)可知，密度由D1增加至D2，夏玉米產(chǎn)量顯著增加；密度由D2增加至D3，兩者產(chǎn)量差異不顯著?？梢?，適當(dāng)增密可以增產(chǎn)，過度增密略有減產(chǎn)。

由圖4(B)可知，品種間相比較，京農(nóng)科728產(chǎn)量最高，顯著高于鄭單958和華皖267，但與鄭單309差異不顯著；鄭單309與鄭單958的產(chǎn)量差異不顯著，但顯著高于華皖267。

由圖4(C)可知，Z3D2產(chǎn)量最高，與Z9D2、Z3D3、J7D2、J7D3處理差異不顯著，但顯著高于其它處理；Z9D2、Z3D3、J7D2、J7D3與Z9D3之間差異不顯著，但顯著高于Z9D1、Z3D1、J7D1、H2D1、H2D2和H2D3；H2D2、H2D3與J7D1差異不顯著，但顯著高于Z9D1、Z3D1和H2D1；H2D1產(chǎn)量最低，顯著低于其它處理。

圖4 種植密度對不同基因型夏玉米產(chǎn)量的影響

2.5 種植密度對不同基因型夏玉米宜機收特性影響的綜合評價

由表1可知，種植密度水平上比較，D2宜機收性狀綜合評價值最高，顯著高于其它兩個密度水平，D1和D3差異不顯著。這說明總體上山東省宜機收夏玉米的適宜密度為D2。

表1 種植密度對不同基因型夏玉米機收特性影響的綜合評價

品種間相比較，京農(nóng)科728宜機收性狀綜合評價值最高，顯著高于其它3個品種；鄭單958和鄭單309差異不顯著，但二者均顯著高于華皖267。這說明品種選擇可對宜機收特性起到關(guān)鍵作用。

種植密度和品種互作處理間相比較，J7D2宜機收性狀綜合評價值最高，顯著高于其它所有處理；Z9D2綜合評價值位次第二，表現(xiàn)較好，與J7D3、Z9D2、J7D3、J7D1和Z3D2差異不顯著，但Z9D2和J7D3顯著高于Z9D1、Z3D1、H2D1、H2D2、Z9D3、Z3D3和H2D3；Z9D1、J7D1、Z3D2、Z9D3、H2D2之間差異不顯著，但顯著高于Z3D1、H2D1、Z3D3和H2D3，H2D1和Z3D3顯著高于H2D3，但與Z3D1差異不顯著；H2D3綜合評價值最小。這說明品種與種植密度互作可以改善夏玉米的宜機收綜合性狀。

3 討論

合理增加密度能夠提高玉米對光、熱、水和營養(yǎng)元素等資源的利用效率，是玉米獲得高產(chǎn)的主要途徑，但密度過大也會給玉米穩(wěn)產(chǎn)帶來一定隱患。這是因為:隨著種植密度的增加，群體內(nèi)個體因過度競爭而導(dǎo)致素質(zhì)變差，穗粒數(shù)和千粒重下降，加之群體通風(fēng)透光條件變差、病蟲害發(fā)生加重；同時，種植密度過大還會導(dǎo)致玉米莖稈發(fā)育不良，抗倒性變差，倒伏率增加，最終產(chǎn)量反而下降。倒伏率的增加會在至少3個方面對玉米生產(chǎn)帶來影響:一是倒伏使玉米葉片相互折疊影響光合產(chǎn)物的生成以及倒折造成的光合產(chǎn)物由源向庫轉(zhuǎn)運途徑的阻斷；二是倒伏率上升導(dǎo)致的機收效率下降引起的產(chǎn)量損失；三是額外人工收獲導(dǎo)致的種植成本上升?？梢?，通過合理密植降低玉米田間倒伏率是玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。

前人關(guān)于玉米適宜種植密度的報道很多，但同種作物在不同地區(qū)的適宜密度存在很大差異，同地區(qū)同種作物不同基因型間的適宜密度亦存在很大差異。程雅婷等[1]報道，新疆奇臺縣刷新的我國玉米高產(chǎn)記錄的密度高達13.5萬株/hm2；我國西南玉米產(chǎn)區(qū)合理的種植密度約為6.75萬株/hm2[6]；侯云鵬等[7]的研究表明，我國東北玉米區(qū)種植密度7.5萬株/hm2時產(chǎn)量最高。黃淮海玉米區(qū)各省份自然資源條件差異大，不同省份間的玉米適宜密度差別很大:劉玲等[8]以百玉2號為材料在河南開展的密度試驗表明，該區(qū)9.0萬株/hm2時產(chǎn)量最高；劉淑靜[9]、潘廣元[10]等認為，河北、安徽適宜的種植密度為7.5萬株/hm2；石德楊等[11]在山東開展的密度試驗表明，7.5萬株/hm2可以獲得較高產(chǎn)量。由上看出，前人對玉米適宜密度的研究多以產(chǎn)量為評價指標，尚未見有關(guān)從宜機收角度研究夏玉米適宜密度的報道。本研究表明，密度由D1(6.0萬株/hm2)增加至D2(7.5萬株/hm2)，夏玉米產(chǎn)量顯著增加；密度由D2增加至D3(9.0萬株/hm2)，產(chǎn)量略降，說明適當(dāng)增密增產(chǎn)，過度增密減產(chǎn)。品種間相比較，京農(nóng)科728產(chǎn)量最高；品種與密度的互作顯示，Z3D2、Z9D2、Z3D3、J7D2、J7D3共5個處理能取得較高產(chǎn)量。

本研究表明，玉米倒伏率隨著密度的增加而顯著增加，這與伍舒悅等[12]的研究結(jié)果一致。但本研究發(fā)現(xiàn)，密度由D1增加至D2倒伏率只升高1.7個百分點，升幅26.7%；密度由D2增加至D3，倒伏率升高11.57個百分點，升幅143.1%，可見密度由D2增至D3倒伏率及其升幅均大于D1增至D2的升幅，且倒伏率的增幅與密度增幅并不是線性關(guān)系。品種間相比較，鄭單309的倒伏率最低，與京農(nóng)科728差異不顯著，且二者均顯著低于鄭單958，華皖267的倒伏率最高，顯著高于其它品種。密度和品種互作顯示，Z9D1、Z9D2、Z3D1、Z3D2、J7D1、J7D2這6個處理能夠滿足玉米籽粒機收條件。

籽粒含水率是表征夏玉米是否適合籽粒機收的重要指標，含水率過高是機收時籽粒破碎率、雜質(zhì)率高的重要因素[13，14]。本研究表明，密度由D1增加至D2，收獲時籽粒含水率隨著密度的增加而顯著降低，降0.88個百分點；密度由D2增加至D3，籽粒含水率也顯著降低，但降幅變小。品種間相比較，華皖267和京農(nóng)科728收獲時籽粒含水率最低，二者均顯著低于鄭單958，鄭單958又顯著低于鄭單309。滿足國家標準“玉米收獲機械(GB/T 21962—2020)”中規(guī)定的籽粒含水量標準(15%～25%)的處理有J7D1、J7D2、J7D3、H2D1、H2D2和H2D3，達到試驗處理的半數(shù)以上。事實上，山東夏玉米區(qū)實行一年兩熟種植制度，玉米季熱量相對緊張，大部分年份籽粒含水量難以降到25%以下。本試驗之所以有較多處理收獲時籽粒含水量降到25%以下，主要得益于兩點:一是4個供試品種中有2個為偏早熟；二是合理利用了玉米早播遲收技術(shù)，兩者結(jié)合成為降低籽粒含水量的關(guān)鍵。

玉米莖腐病是世界性的土傳病害，其主要病原體為腐霉、炭疽菌和鐮刀菌。玉米莖腐病發(fā)病時下部葉片率先出現(xiàn)水浸狀灰綠色，然后向上蔓延，莖基與髓部腐爛，造成玉米倒伏和減產(chǎn)[15，16]。莖腐病除與品種關(guān)系密切外，還與栽培措施、種植制度和田間環(huán)境有關(guān)，如禾本科作物的秸稈還田、小麥玉米的復(fù)種連作和免耕播種等是近年來玉米莖腐病愈發(fā)嚴重的重要原因。本研究表明，密度由D1增加至D2，玉米莖腐病病株率變化不顯著；密度由D2增加至D3病株率顯著升高。其原因可能是，D3密度下田間群體過大使得水蒸氣不能逸出冠層造成冠層濕度過大所致。品種間相比較，鄭單958莖腐病病株率最低，華皖267最高。處理間相比較，Z9D1、Z9D2、Z3D1和J7D1病株率較低，說明品種與密度互作可以降低玉米莖腐病病株率。

育種家認為，適宜機收的玉米品種應(yīng)具備較高產(chǎn)量、收獲時較低含水量、耐密植、抗莖腐病、抗倒伏等特點[17]。宜機收品種的選育周期相對較長，而在現(xiàn)有品種中篩選出具有上述特點的宜機收品種同時匹配相應(yīng)的栽培措施是解決現(xiàn)階段機收問題的可行措施[18]，這也是本試驗的目的。然而，宜機收性狀是通過多個指標來共同衡量的，如何在同一尺度下比較多個指標對機收性狀的影響是值得研究的課題。熵權(quán)法通過計算各評價指標在單個評價對象間的波動情況來確定評價指標的組合權(quán)重，從而可減少單獨主觀賦權(quán)帶來的偏差[19－22]。本試驗利用熵權(quán)法對不同基因型夏玉米宜機收特性進行綜合評價，表明京農(nóng)科728在D2密度下宜機收特性綜合評價值最優(yōu)。事實上，該處理(Z7D2)除莖腐病病株率單項指標略高外，倒伏率、收獲時籽粒含水率和產(chǎn)量均接近或最優(yōu)，整體評價較為客觀。綜上所述，我們認為京農(nóng)科728采用D2種植密度適宜在山東夏玉米籽粒機收區(qū)推廣。

4 結(jié)論

本研究表明，供試玉米品種的倒伏率隨著密度增加而顯著增加，由D2增加至D3的倒伏率及其升幅均大于D1增加至D2；密度由D1增加至D2，收獲時玉米籽粒含水率隨著密度增加而顯著降低，莖腐病病株率變化不顯著，產(chǎn)量顯著增加；密度由D2增加至D3，籽粒含水率降幅雖小但也顯著，莖腐病病株率顯著升高，產(chǎn)量略降。品種間相比較，鄭單309和京農(nóng)科728的倒伏率最低；華皖267和京農(nóng)科728收獲時籽粒含水率最低；鄭單958莖腐病病株率最低；京農(nóng)科728產(chǎn)量最高。種植密度水平上比較，D2宜機收性狀綜合評價值最高；品種間比較，京農(nóng)科728宜機收性狀綜合評價值最高；種植密度和品種間互作相比較，J7D2宜機收性狀綜合評價值最高，即京農(nóng)科728采用D2種植密度適宜在山東夏玉米籽粒機收區(qū)推廣。