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

不同播期春玉米生理成熟后倒伏特征及其影響因素*

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)

山西中南部光熱資源豐富, 適宜春玉米生產(chǎn)的播期范圍較寬, 如何通過播期調(diào)整適應(yīng)區(qū)域氣象及生產(chǎn)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)抗倒, 是該區(qū)域推廣應(yīng)用玉米機(jī)械粒收技術(shù)的重要問題。為此, 于2019年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗(yàn)示范基地, 以前期篩選出的密植高產(chǎn)宜機(jī)收玉米品種‘金科玉3306’和當(dāng)?shù)刂髟杂衩灼贩N‘中地88’為材料, 比較分析了5個(gè)播期(4月16日、4月23日、4月30日、5月7日、5月14日)下生育時(shí)期、生理成熟后倒伏及產(chǎn)量的變化情況, 并探討了影響倒伏的主要生物學(xué)及力學(xué)因素。結(jié)果表明: ‘金科玉3306’生理成熟后倒伏率不同播期之間沒有顯著差異, 其中后4個(gè)播期倒伏率始終為0; 而‘中地88’隨著播期推遲, 生理成熟后倒伏率顯著增加(0.05)。根據(jù)擬合方程, ‘中地88’ 4月30日、5月7日和5月14日播種, 立稈脫水期每推遲10 d, 倒伏率分別增加1.3、2.4和3.2個(gè)百分點(diǎn)。通過抗倒性能影響因素分析, 第3~4節(jié)節(jié)長(zhǎng)、穗位高系數(shù)、重心高度可作為評(píng)價(jià)抗倒性的負(fù)效應(yīng)指標(biāo), 第4節(jié)單位長(zhǎng)度干重、第3節(jié)抗彎折強(qiáng)度和單位長(zhǎng)度濕重可作為評(píng)價(jià)抗倒性的正效應(yīng)指標(biāo)。隨著播期推遲, 兩個(gè)品種生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量都表現(xiàn)出先顯著增加后降低的趨勢(shì)。推薦4月30日左右為該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)抗倒, 推廣玉米機(jī)械粒收技術(shù)的適宜播種日期。

播期; 春玉米; 生理成熟; 倒伏; 立稈脫水

玉米()籽粒機(jī)械收獲技術(shù)是未來玉米生產(chǎn)方式的必然趨勢(shì)[1-2]。美國等西方發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)70年代后已大面積推廣應(yīng)用機(jī)械粒收技術(shù)[3], 與之相比, 中國玉米籽粒機(jī)械收獲技術(shù)還處于起步階段。倒伏是玉米生產(chǎn)中的常見現(xiàn)象, 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低于5%[4]。倒伏不僅降低機(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, 影響下一年作物的生產(chǎn)。因此, 倒伏是影響機(jī)械粒收技術(shù)發(fā)展的重要限制因素[5-12]。山西中南部地區(qū)熱量資源豐富, 播期適應(yīng)性較強(qiáng), 春玉米生長(zhǎng)后期立稈脫水時(shí)間充足[13-16], 籽粒含水率完全可以降至滿足機(jī)械粒收質(zhì)量要求, 抗倒性成為該區(qū)域影響機(jī)械粒收質(zhì)量的關(guān)鍵限制因素。適宜區(qū)域光熱肥水資源的播期不僅可以獲得高產(chǎn), 而且資源利用高效[17-22]。隨著玉米全程機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展, 前人關(guān)于播期對(duì)抗倒性的研究予以更多的關(guān)注和研究, 但較多的是機(jī)械穗收條件下生理成熟前或收獲期某一階段的抗倒性[23-28], 而較少關(guān)注機(jī)械粒收條件下播期對(duì)抗倒性的影響[29-30]。王榮煥等[29]研究了播期和密度對(duì)玉米籽粒機(jī)收主要性狀的影響, 王元東等[30]開展了不同播期對(duì)玉米品種‘京農(nóng)科728’產(chǎn)量及機(jī)收籽粒相關(guān)性狀的影響研究, 但兩者僅關(guān)注了收獲期的倒伏情況, 目前還少有機(jī)械粒收條件下, 播期對(duì)玉米生理成熟后立稈脫水至收獲期倒伏率變化影響的報(bào)道。為此, 于2019年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗(yàn)示范基地, 以前期篩選出的密植高產(chǎn)宜機(jī)收品種‘金科玉3306’[16,31]和當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘中地88’為材料, 比較分析了5個(gè)播期對(duì)生育時(shí)期、生理成熟后倒伏變化及產(chǎn)量的影響, 并分析探討了影響倒伏的主要生物學(xué)及力學(xué)因素, 明確了與區(qū)域光熱水資源相適應(yīng)的春玉米高產(chǎn)抗倒的適宜播期, 以期為發(fā)展春玉米機(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, 年平均氣溫為9.8 ℃, 年平均降水量為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13.3 g?kg-1, 全氮、全磷、全鉀含量分別為1.24 g?kg-1、0.95 g?kg-1、27.42 g?kg-1, 有效氮、有效磷、有效鉀含量分別為39.1 mg?kg-1、4.5 mg?kg-1、175.2 mg?kg-1, 屬中等肥力。

試驗(yàn)為裂區(qū)設(shè)計(jì), 主區(qū)為品種處理, 2個(gè)品種, 為‘金科玉3306’和‘中地88’, 其中‘金科玉3306’為前期篩選出的密植高產(chǎn)宜機(jī)收品種, ‘中地88’為當(dāng)?shù)刂髟云贩N; 裂區(qū)為播期處理, 共5個(gè)播期, 分別為4月16日、4月23日、4月30日、5月7日、5月14日。共10個(gè)處理, 3個(gè)重復(fù), 30個(gè)小區(qū), 小區(qū)面積6 m×6 m=36 m2。播種密度為7.50萬株?hm-2, 播種行距60 cm, 每小區(qū)10行。分別于6月16日、6月30日、7月7日、8月13日通過滴灌進(jìn)行補(bǔ)灌, 每次灌水量為525 m3?hm-2, 于播前一次底施復(fù)合肥1000 kg?hm-2(N-P2O5-K2O: 26.5-11.5-0), 中期不追肥。其他田間管理措施同大田生產(chǎn)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 倒伏率

玉米倒伏可分為根倒和莖折, 根倒為莖稈與垂直線大于45°, 莖折為莖稈在穗位以下的折斷[7-8]。試驗(yàn)?zāi)攴輿]有根倒, 只有莖折。于玉米生理成熟(乳線消失, 黑層完全形成)后的9月15日、10月2日、10月12日和10月24日共4次對(duì)每個(gè)小區(qū)進(jìn)行調(diào)查, 記錄各小區(qū)總株數(shù)、莖折株數(shù)。

倒伏率(%)=莖折株數(shù)/總株數(shù)×100 (1)

1.2.2 莖稈抗折斷力

用山東登海種業(yè)發(fā)明的專利“一種玉米莖稈抗倒伏力測(cè)試儀”于9月16日、10月3日和10月23日分3次從穗位水平拉植株(帶子綁住), 直至折斷, 與之相連的浙江托普生產(chǎn)的拉力計(jì)記錄最大拉折力, 每個(gè)小區(qū)連續(xù)測(cè)量沒有病蟲害的5株。

1.2.3 莖稈力學(xué)強(qiáng)度及單位長(zhǎng)度重量

所有處理玉米生理成熟后, 于9月29日在每個(gè)小區(qū)連續(xù)取9株沒有病蟲害的植株, 穗位以上全部去除, 穗位以下去除葉鞘。測(cè)量第3~6節(jié)節(jié)長(zhǎng)和節(jié)粗, 之后每3株分別進(jìn)行第3~6節(jié)穿刺強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎折強(qiáng)度的測(cè)量。測(cè)量?jī)x器為浙江托普YYD-1植物莖稈強(qiáng)度儀。將莖稈放置在工作臺(tái)面上, 用測(cè)量面積為1 mm2的探針在節(jié)中間垂直勻速插入, 儀器會(huì)記錄把莖稈表面刺穿的一個(gè)最大值, 即為穿刺強(qiáng)度(N); 同樣用測(cè)量面積為1 cm2的探頭, 把莖稈表面壓破, 記錄一個(gè)最大值, 即為壓碎強(qiáng)度(N); 將莖稈測(cè)量節(jié)兩端放在支架上, 記錄把莖稈壓折的一個(gè)最大值, 即為彎折強(qiáng)度(N)。

將測(cè)定過莖稈強(qiáng)度的9株莖稈, 分別及時(shí)稱重第3~6節(jié)鮮重, 然后80 ℃烘干至恒重后測(cè)定干重。

節(jié)單位長(zhǎng)度濕重(g?cm?1)=節(jié)鮮重/節(jié)長(zhǎng) (2)

節(jié)單位長(zhǎng)度干重(g?cm?1)=節(jié)烘干重/節(jié)長(zhǎng) (3)

1.2.4 莖腐病

調(diào)查倒伏率的同期調(diào)查5~9級(jí)莖腐病發(fā)病率。記錄各小區(qū)總株數(shù)、莖腐病發(fā)病株數(shù)。具體調(diào)查日期為9月15日、10月2日、10月13日和10月22日。

莖腐病發(fā)病率(%)=莖腐病發(fā)病株數(shù)/總株數(shù)× 100 (4)

1.2.5 生物學(xué)性狀

于玉米抽雄后(8月7日)用塔尺測(cè)量株高(cm)和穗位高(cm)。同時(shí)用游標(biāo)卡尺測(cè)量地上部第3節(jié)短軸直徑為莖粗(mm)。

穗位系數(shù)(%)=穗位高/株高×100 (5)

莖粗系數(shù)(%)=莖粗/株高×100 (6)

于玉米生理成熟后9月29日, 每小區(qū)選取沒有病害、長(zhǎng)勢(shì)一致有代表性的玉米4株, 將植株沿地面水平截下并橫放(帶穗、葉和鞘), 用食指水平托起, 使其保持平衡不傾斜, 平衡時(shí)手指所在位置距離莖稈基部的距離為重心高度(cm)。

重心高度系數(shù)(%)=重心高度/株高×100 (7)

然后分別稱重整株、第3節(jié)、第4節(jié)、第5節(jié)、第6節(jié)以及第6節(jié)以上所有生物量, 全部風(fēng)干以后再進(jìn)行稱重。

節(jié)承重自重比=節(jié)間承重/節(jié)間重量 (8)

式中: 承重為節(jié)間上方全部組織與器官的重量(不包括該節(jié)間自重)。

某節(jié)含水量(%)=(某節(jié)濕重-某節(jié)風(fēng)干重)/某節(jié)濕重×100 (9)

整株含水量(%)=(整株濕重-整株風(fēng)干重)/整株濕重×100 (10)

1.2.6 產(chǎn)量及相關(guān)性狀

最后一次調(diào)查倒伏后, 每小區(qū)連續(xù)取樣20株, 進(jìn)行室內(nèi)考種, 包括穗行數(shù)、行粒數(shù)及百粒重, 同時(shí)折算生物及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

1.2.7 氣象數(shù)據(jù)

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)榆次站點(diǎn)(53776)獲得, 試驗(yàn)點(diǎn)距離該氣象站點(diǎn)約15 km。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。

1.3 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)的統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對(duì)春玉米生育時(shí)期的影響

2.1.1 生育期內(nèi)氣象因子變化

由圖1可知, 2019年5—9月降水為209.8 mm, 較多年平均降水減少約1/3, 為干旱年, 且是在2018年10月至2019年3月僅5 mm降水基礎(chǔ)上的冬旱連春旱。雖通過滴灌補(bǔ)水4次, 但在玉米生育前期受旱仍較重, 播期越早受旱越重。與多年平均氣溫相比, 2019年氣溫總體偏高, 其中5月下旬至6月下旬, 約40 d, 旬均溫平均提高1.4 ℃, 旬最高和最低氣溫分別高2.0 ℃和0.8 ℃。7月中旬至8月中旬, 旬均溫平均提高1.0 ℃, 旬最高和最低氣溫分別高2.0 ℃和0.2 ℃, 特別是7月下旬, 旬最高氣溫達(dá)33.7 ℃, 較多年平均提高3.3 ℃。玉米立稈脫水期10月上旬至11月上旬, 旬氣溫平均增加1.0 ℃, 主要原因是后期旬最低氣溫平均增加了2.0 ℃。試驗(yàn)?zāi)攴輰儆跉鉁仄?、偏旱的年型?/p>

2.1.2 播期對(duì)春玉米生育時(shí)期的影響

隨著播期推遲, 兩個(gè)品種生育期呈縮短趨勢(shì)(表1)。播期從4月16日推遲到5月14日, ‘金科玉3306’的全生育期縮短10 d, 而‘中地88’全生育期縮短了9 d。全生育期縮短主要是由于縮短了播種至抽雄的時(shí)間?！鹂朴?306’播期從4月16日推遲到5月14日, 播種至抽雄期顯著縮短了14 d, 而抽雄至生理成熟期增加了4 d; ‘中地88’播期從4月16日推遲到5月14日, 播種至抽雄期顯著縮短了12 d, 而抽雄至生理成熟期增加了3 d?！鹂朴?306’生育期要顯著小于‘中地88’。

表1 不同春玉米品種不同播期的生育期進(jìn)程

同列不同小寫字母表示相同品種不同播期間在<0.05水平差異顯著, “′”表示平均值間比較。**和*分別表示<0.01和<0.05顯著水平, ns表示不顯著。Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different for the same cultivars at<0.05 level. Letters with “′” show comparison between averages. ** and * mean significant effects at<0.01 and<0.05 levels, respectively. ns means no significant effect.

試驗(yàn)?zāi)攴?月下旬至6月下旬受旱較重, 前3個(gè)播期已進(jìn)入或即將進(jìn)入大喇叭口期(表1), 對(duì)莖稈形態(tài)建成、碳水化合物積累與分配、莖稈力學(xué)強(qiáng)度等以及最終產(chǎn)量的形成都造成一定的影響, 且播期越早, 影響越重。

該區(qū)域多年平均初霜日在11月初, 不同播期玉米生理成熟后均有4周以上的立稈脫水時(shí)間, 收獲期籽粒含水率完全可以滿足“玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件”(GB/T-21962—2008)中小于25%[4]的要求, 因此, 立稈脫水期的抗倒性成為該區(qū)域機(jī)械粒收的重要限制因素。

2.2 播期對(duì)春玉米生理成熟后倒伏率的影響

由表2可知, ‘金科玉3306’除第1個(gè)播期在每個(gè)調(diào)查日期的倒伏率為0.7%外, 其他播期不同調(diào)查日期的倒伏率都為0?！械?8’在第1個(gè)調(diào)查日期不同播期處理間倒伏率沒有顯著差異, 但在立稈脫水期, 隨著播期的推遲, 倒伏率在顯著增加。3個(gè)時(shí)期‘金科玉3306’倒伏率都極顯著小于‘中地88’, 因此雖然播期對(duì)抗倒性有影響, 但品種本身的抗倒性更重要。以倒伏率(%)為因變量, 不同調(diào)查日期距9月15日的天數(shù)為自變量, ‘中地88’不同播期倒伏率變化情況的擬合方程為直線=+(表3), 其中后3個(gè)播期相關(guān)系數(shù)2較高, 且達(dá)顯著水平。根據(jù)擬合方程, 第2個(gè)播期后, 隨著播期的推遲,不斷增加, 即隨立稈時(shí)間延長(zhǎng)倒伏率增加的幅度在不斷增加。4月30日、5月7日和5月14日播種, 立稈脫水期每推遲10 d, 倒伏率分別提高1.3、2.4和3.2個(gè)百分點(diǎn)。晉中盆地光熱資源豐富, 后期立稈脫水時(shí)間可延長(zhǎng)至10月底, 最大限度降低機(jī)收籽粒含水量, 降低烘干成本, 但是推遲播期后的倒伏風(fēng)險(xiǎn)加大。根據(jù)擬合方程, 5月7日和5月14日播種, 后期立稈至10月初倒伏率就不能滿足“玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件” (GB/T 21962—2008)中倒伏率<5%的要求。4月30日播種立稈脫水期可延長(zhǎng)至10月下旬, 而4月16日和4月23日播種立稈期可延長(zhǎng)至11月以后。

表2 不同播期下不同春玉米品種的立稈期倒伏率

同列不同小寫字母表示相同品種不同播期間在<0.05水平差異顯著, “′”表示平均值間比較。**和*分別表示<0.01和<0.05顯著水平, ns表示不顯著。Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different for the same cultivars at<0.05 level. Letters with “′” show comparison between averages. ** and * mean significant effects at<0.01 and<0.05 levels, respectively. ns means no significant effect.

表3 玉米品種‘中地88’不同播期倒伏率隨立稈時(shí)間延長(zhǎng)的趨勢(shì)線方程

*和**分別表示在<0.05和<0.01水平方程顯著, ns表示方程不顯著。* and ** mean significant equation at<0.05 and<0.01 levels, respectively. ns means no significant equation.

2.3 播期對(duì)春玉米抗倒性能影響因素分析

2.3.1 倒伏率、抗折斷力、莖腐病相關(guān)性分析

倒伏率是通過田間直接觀察法鑒定作物是否抗倒伏最直接的指標(biāo)。莖稈抗折斷力是綜合了植株形態(tài)和莖稈力學(xué)強(qiáng)度來評(píng)價(jià)植株抗倒伏能力的綜合指標(biāo)。而莖腐病是導(dǎo)致玉米倒伏發(fā)生的重要因素, 特別是玉米生育后期及立稈脫水階段。因此, 立稈不同時(shí)期的春玉米倒伏率、莖稈抗折斷力和莖腐病發(fā)病率的相關(guān)分析結(jié)果表明(表4), 生理成熟前后(9月15日)倒伏率和莖腐病發(fā)病率有顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系, 此時(shí)莖稈還未明顯衰老, 莖腐病是引起倒伏的主要原因。隨著莖稈的自然衰老, 立稈時(shí)期倒伏率和莖稈抗折斷力呈顯著負(fù)相關(guān), 和莖腐病發(fā)病率沒有顯著相關(guān)關(guān)系, 表明莖腐病不是引起不同播期處理間抗倒性差異的主要原因, 可能和品種本身抗病性有關(guān)。10月上、中、下旬3個(gè)時(shí)期的倒伏率之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系, 相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.91~0.96。

表4 不同時(shí)期玉米植株倒伏率、抗折斷力和莖腐病發(fā)病率相關(guān)性分析

*和**分別表示在<0.05和<0.01水平顯著相關(guān)。* and ** mean significant correlations at<0.05 and<0.01 levels, respectively.

2.3.2 倒伏率、抗折斷力與莖稈生物學(xué)、力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)相關(guān)分析

倒伏率和莖稈抗折斷力是評(píng)價(jià)玉米不同播期處理立稈期抗倒性的兩個(gè)重要指標(biāo)。將3個(gè)立稈時(shí)期的倒伏率、第1和第3個(gè)時(shí)期的莖稈抗折斷力以及相關(guān)的生物學(xué)、力學(xué)特性共48個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)分析, 結(jié)果表明(圖2), 和倒伏率顯著正相關(guān), 同時(shí)和抗折斷力顯著負(fù)相關(guān)的指標(biāo)有4個(gè): 穗位高系數(shù)、重心高度、第3~4節(jié)節(jié)長(zhǎng); 和倒伏率顯著負(fù)相關(guān), 同時(shí)和抗折斷力正相關(guān)的指標(biāo)有7個(gè): 莖粗系數(shù)、第6節(jié)承重自重比(濕)、第3節(jié)單位長(zhǎng)度濕重、第3~4節(jié)單位長(zhǎng)度干重、第3~4節(jié)抗彎折強(qiáng)度。這11個(gè)性狀是影響抗倒性能的主要指標(biāo)。

“+”表示正相關(guān), “-”表示負(fù)相關(guān) “+” stands for positive correlation. “-” stands for negative correlation.

2.3.3 抗倒影響因素主成分分析

各抗倒相關(guān)性狀主成分分析結(jié)果表明(表5), 3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)85.29%, 而一般建議取特征值累積貢獻(xiàn)率達(dá)80.00%、特征值大于1、特征值統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)顯著水平(<0.05)的主成分個(gè)數(shù)。3個(gè)新的綜合性狀相互獨(dú)立, 能代表原來的絕大部分信息。

決定第1主成分的性狀主要是第3~4節(jié)節(jié)長(zhǎng)、穗位高系數(shù)、重心高度和第4節(jié)單位長(zhǎng)度干重5個(gè)性狀分量, 主成分1相當(dāng)于5.813個(gè)原始性狀的作用, 它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的52.85%, 這5個(gè)性狀是屬于莖稈生物學(xué)性狀。

決定第2主成分的性狀主要是第3節(jié)抗彎折強(qiáng)度1個(gè)性狀分量, 主成分2相當(dāng)于1.864個(gè)原始性狀的作用, 它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的16.94%, 屬于莖稈力學(xué)性狀。

決定第3主成分的性狀主要是第3節(jié)單位長(zhǎng)度濕重1個(gè)性狀分量, 主成分3相當(dāng)于1.704個(gè)原始性狀的作用, 它可反映原始數(shù)據(jù)信息量的15.50%, 屬于莖稈生物學(xué)性狀。

綜合分析上述結(jié)果, 第3~4節(jié)節(jié)長(zhǎng)、穗位高系數(shù)、重心高度、第4節(jié)單位長(zhǎng)度干重、第3節(jié)抗彎折強(qiáng)度和第3節(jié)單位長(zhǎng)度濕重可作為影響抗倒性的主要性狀, 其中前4個(gè)性狀指標(biāo)對(duì)抗倒性來說是負(fù)效應(yīng), 而后3個(gè)指標(biāo)是正效應(yīng), 可作為評(píng)價(jià)抗倒伏能力的鑒定指標(biāo)。

表5 玉米各性狀主成分的特征向量及貢獻(xiàn)率

2.4 播期對(duì)春玉米主要抗倒性狀的影響

由表6可知, 隨著播期推遲, 穗位系數(shù)、重心高度、第3和第4節(jié)節(jié)長(zhǎng)均顯著增加, 后兩個(gè)播期的各個(gè)指標(biāo)分別較前兩個(gè)播期平均增加13.8%、31.6%、20.4%和23.3%, 因此在立稈期隨著播期推遲抗倒性降低?！鹂朴?306’的穗位高系數(shù)、重心高度、第3和第4節(jié)節(jié)長(zhǎng)都顯著低于‘中地88’, 分別降低3.1個(gè)百分點(diǎn)、15.8 cm、2.9 cm和3.2 cm, 降低幅度為7.6%、15.1%、18.2%和18.6%, 因此‘金科玉3306’倒伏率顯著低于‘中地88’, 表明穗位系數(shù)、重心高度、第3和第4節(jié)節(jié)長(zhǎng)作為抗倒性負(fù)效應(yīng)指標(biāo)是可行的。

隨著播期推遲, 兩個(gè)品種第3節(jié)單位長(zhǎng)度濕重、第4節(jié)單位長(zhǎng)度干重和第3節(jié)抗彎折強(qiáng)度都呈先增加后降低或一直降低的趨勢(shì), 因此播期過晚, 抗倒性明顯降低。‘金科玉3306’的第3節(jié)單位長(zhǎng)度濕重、第4節(jié)單位長(zhǎng)度干重、第3節(jié)抗彎折強(qiáng)度分別較‘中地88’分別增加0.2 g·cm-1、0.2 g·cm-1、26.4 N, 增幅分別為12.1%、17.4%、12.2%。因此‘金科玉3306’倒伏率顯著低于‘中地88’, 表明第3節(jié)單位長(zhǎng)度濕重、第4節(jié)單位長(zhǎng)度干重、第3節(jié)抗彎折強(qiáng)度作為抗倒性正效應(yīng)指標(biāo)是可行的。

表6 不同春玉米品種在不同播期下的主要抗倒性狀

同列不同小寫字母表示相同品種不同播期間在<0.05水平差異顯著, “′”表示平均值間比較。**和*分別表示<0.01和<0.05顯著水平, ns表示不顯著。Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different for the same cultivars at<0.05 level. Letters with “′” show comparison between averages. ** and * mean significant effects at<0.01 and<0.05 levels, respectively. ns means no significant effect.

2.5 播期對(duì)春玉米產(chǎn)量及相關(guān)性狀影響

由表7可知, ‘金科玉3306’和‘中地88’生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量之間均無顯著差異。隨著播期推遲, 兩個(gè)品種生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均呈現(xiàn)出先顯著增加后降低的趨勢(shì), 均以播期5月7日的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高, 且4月30日經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和5月7日無顯著差異。

由于采用開溝探墑抗旱播種, 所以單位面積穗數(shù)在品種和播期間均沒有顯著差異。穗粒數(shù)在品種間無顯著差異, 但隨著播期推遲呈現(xiàn)先顯著增加后降低的趨勢(shì), 以播期5月7日穗粒數(shù)最高。主要因?yàn)樵囼?yàn)?zāi)攴?月和6月較為干旱, 而前3個(gè)播期的玉米在6月下旬正處于穗分化階段, 此時(shí)水分供應(yīng)不足引起小穗、小花數(shù)目減少, 因而穗粒數(shù)減少。播期晚, 受旱相對(duì)較輕, 因此第3個(gè)播期穗粒數(shù)顯著高于前兩個(gè)播期。第4、5個(gè)播期孕穗期旱情得到緩解, 因此穗粒數(shù)較高, 且兩個(gè)播期間沒有顯著差異。

‘金科玉3306’百粒重顯著低于‘中地88’。隨著播期推遲, 百粒重先增加后降低, 以第3個(gè)播期的百粒重最高。前兩個(gè)播期百粒重顯著降低, 主要是由于灌漿期出現(xiàn)在7月下旬, 是一年中溫度最高時(shí)期, 旬均溫達(dá)26.1 ℃, 旬最高氣溫達(dá)33.7 ℃, 分別較多年平均提高1.8 ℃和3.3 ℃, 不利于灌漿。而后3個(gè)播期的灌漿期出現(xiàn)在8月上、中旬, 旬均氣溫分別為24.2 ℃和24.0 ℃, 利于灌漿, 但在玉米成熟期的9月中下旬旬均溫為16.8 ℃, 較9月上旬降低4.9 ℃, 受氣溫降低的影響, 后期養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)和累積受到抑制, 播期越晚影響越重, 因此, 隨播期推遲, 百粒重顯著降低。

3 討論

3.1 播期對(duì)春玉米倒伏率的影響

熱量相對(duì)充足地區(qū), 播期適應(yīng)性較強(qiáng), 收獲期籽粒含水率不是實(shí)施玉米機(jī)械粒收的主要限制因子,玉米生長(zhǎng)后期的倒伏應(yīng)引起重視[12-16]。大量研究表明, 隨著播期推遲, 玉米抗倒性降低, 倒伏率呈增加趨勢(shì)[24-27,30,32], 本研究也得到了類似的研究結(jié)果。立稈期‘中地88’隨著播期推遲倒伏率顯著增加, 而且隨著立稈期的延長(zhǎng), 倒伏率增加的幅度在增加。以“玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件”(GB/T 21962—2008)中倒伏率<5%為標(biāo)準(zhǔn), 4月16日和4月23日播種立稈期可延長(zhǎng)至11月以后, 4月30日播種立稈脫水期可延長(zhǎng)至10月下旬, 而5月7日和5月14日播種則僅能立稈至10月初。推遲播期不僅前期不能合理利用光熱資源形成產(chǎn)量, 而且后期由于倒伏原因不能充分利用有效積溫進(jìn)行立稈脫水。前人有不同研究結(jié)果, 豆攀[23]通過春、夏播長(zhǎng)時(shí)間大跨度的播期試驗(yàn)表明, 田間倒伏率隨播期推遲呈先升高后降低的趨勢(shì); 王榮煥等[29]認(rèn)為, 隨著播期推遲, 倒伏率呈降低趨勢(shì), 主要是由于早播處理在大喇叭口期經(jīng)歷了持續(xù)降雨及大風(fēng)不利天氣, 造成明顯倒伏, 播期越晚, 倒伏越輕; 張桂花[33]的研究表明, 田間倒伏率在5個(gè)不同播期間差異不顯著, 可能是由于后兩個(gè)播期未能正常成熟的緣故。播期對(duì)倒伏率的影響和試驗(yàn)區(qū)氣候及生產(chǎn)特點(diǎn)、播期范圍設(shè)定以及參試品種抗倒性等條件有關(guān), 不同區(qū)域應(yīng)根據(jù)具體情況, 選擇合理播期, 充分利用當(dāng)?shù)毓鉄崴Y源, 實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)抗倒。雖然播期對(duì)抗倒性影響明顯, 但抗倒品種的選擇更重要[25-26], 本研究中‘金科玉3303’立稈期倒伏率顯著低于‘中地88’。

表7 不同春玉米品種在不同播期下的產(chǎn)量及產(chǎn)量要素

同列不同小寫字母表示相同品種不同播期間在<0.05水平差異顯著, “′”表示平均值間比較。**和*分別表示<0.01和<0.05顯著水平, ns表示不顯著。Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different for the same cultivars at<0.05 level. Letters with “′” show comparison between averages. ** and * mean significant effects at<0.01 and<0.05 levels, respectively. ns means no significant effect.

3.2 播期對(duì)春玉米主要抗倒性狀的影響

不同栽培措施通過影響莖稈本身化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、農(nóng)藝性狀等, 進(jìn)而影響植株力學(xué)特性, 最終影響到植株的抗倒性[34]。采用與抗倒性密切相關(guān)、易于觀察或準(zhǔn)確測(cè)量的性狀可作為評(píng)價(jià)抗倒性的間接指標(biāo)[35]。大量研究表明, 基部節(jié)單位長(zhǎng)度干重[8,23,28,36-37]和基部節(jié)間力學(xué)強(qiáng)度[8,23,25,38-39]可以作為評(píng)價(jià)玉米莖稈抗倒伏能力的重要指標(biāo)。另外株高、穗位高、莖粗系數(shù)、第3節(jié)節(jié)長(zhǎng)及節(jié)粗等農(nóng)藝性狀和倒伏率顯著相關(guān)[25-26,37,39]。本研究也得到類似的研究結(jié)果, 通過相關(guān)和主成分分析, 認(rèn)為第3~4節(jié)節(jié)長(zhǎng)、穗位高系數(shù)、重心高度可作為評(píng)價(jià)抗倒性的負(fù)效應(yīng)指標(biāo), 第4節(jié)單位長(zhǎng)度干重、第3節(jié)抗彎折強(qiáng)度和第3節(jié)單位長(zhǎng)度濕重可作為評(píng)價(jià)抗倒性的正效應(yīng)指標(biāo)。根系研究也表明[26,40], 根系數(shù)量、根干重及10 cm處根幅等指標(biāo)與倒伏密切相關(guān)。

隨著播期推遲, 株高、穗位高、莖基部節(jié)長(zhǎng)及穗位高系數(shù)呈增高趨勢(shì)[25,29-30,32], 莖粗及莖粗系數(shù)降低[26,32], 節(jié)間力學(xué)強(qiáng)度呈降低趨勢(shì)[24-25], 本研究也得到類似研究結(jié)果, 因此植株抗倒性隨播期推遲而降低。而豆攀[23]的研究結(jié)果為, 隨著播期推遲, 玉米株高、穗位高、重心高、莖粗和單位節(jié)長(zhǎng)干重總體均呈先升高后降低的趨勢(shì), 同樣劉勝群等[27]和蔣文瑛[26]也認(rèn)為, 隨著播期推遲, 株高有降低的趨勢(shì)。不同的研究結(jié)果可能和播期的設(shè)置和特定的氣象條件有關(guān)。

3.3 播期對(duì)春玉米產(chǎn)量及相關(guān)性狀的影響

大量研究表明, 適期早播有利于產(chǎn)量的形成[19,25-26,30-33], 過早過晚播種會(huì)造成產(chǎn)量的降低[23-24,29-30], 而在冬小麥-夏玉米一年兩作區(qū)種植春玉米, 以晚播產(chǎn)量最高[17]。合理播期提高產(chǎn)量的關(guān)鍵是在保證出苗的基礎(chǔ)上如何提高穗粒數(shù)和粒重, 而影響這兩個(gè)因素的主要環(huán)境因素是溫度和降水。本研究中, 過早播種受前期干旱以及關(guān)鍵期高溫的影響, 穗粒數(shù)和百粒重都顯著降低, 而過晚播種受成熟前氣溫降低的影響, 養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)和累積受到抑制, 百粒重顯著降低, 因此適宜產(chǎn)量形成的播期為4月30日至5月7日, 主要是在穗分化階段錯(cuò)開了6月下旬的干旱, 灌漿期避開一年中氣溫最高的7月下旬, 且能在氣溫較高時(shí)高質(zhì)量成熟。本研究?jī)H為1年的研究結(jié)果, 還要結(jié)合多年的降水和氣溫的變化以及補(bǔ)灌條件進(jìn)行合理分析。

3.4 與氣候相適應(yīng)高產(chǎn)抗倒的春玉米適宜播期

熱量資源相對(duì)豐富的玉米產(chǎn)區(qū), 選擇適宜播期在收獲期獲得高產(chǎn)抗倒是實(shí)施玉米機(jī)械粒收的重要措施。于吉琳[32]和蔣文瑛[26]對(duì)東北南部和冀東地區(qū)春玉米的研究表明, 適期早播, 不僅高產(chǎn)而且抗倒, 東北南部春玉米的合理播期應(yīng)在4月25日至5月10日, 而冀東地區(qū)春玉米的適宜播期為5月15日。豆攀[23]對(duì)川中丘區(qū)春、夏玉米產(chǎn)量及抗倒性的研究結(jié)果表明, 春播不宜過早, 在4月上旬播種為宜, 夏播則宜早不宜遲, 盡量在5月中上旬完成播種, 保證獲得較高產(chǎn)量的同時(shí)有效避免倒伏。在北京地區(qū), 王元東等[30]認(rèn)為‘京農(nóng)科728’在5月25日晚春播為高產(chǎn)抗倒且機(jī)收質(zhì)量較好的適宜播期, 王榮煥等[29]認(rèn)為夏播以6月10—20日為最佳播期, 可實(shí)現(xiàn)籽粒機(jī)械直收。本研究中, 生理成熟后可充分利用當(dāng)?shù)赜行Хe溫立稈至10月下旬、且獲得高產(chǎn)的適宜播期為4月30日左右。

4 結(jié)論

山西中南部地區(qū)熱量資源豐富, 播期適應(yīng)性較強(qiáng), 春玉米生理生熟后可利用立稈脫水時(shí)間較長(zhǎng), 因此抗倒性成為該區(qū)域機(jī)械粒收的重要限制因素。隨著播期推遲, ‘中地88’生理成熟后倒伏率顯著增加, 且隨立稈期延長(zhǎng), 倒伏率增加幅度明顯增加, 4月30日、5月7日和5月14日播種的玉米立稈脫水期每推遲10 d, 倒伏率分別增加1.3、2.4和3.2個(gè)百分點(diǎn)。4月30日之前播種可充分利用當(dāng)?shù)赜行Хe溫立稈脫水至10月下旬之后, 而5月7日和5月14日播種則僅能立稈至10月初?！鹂朴?306’倒伏率顯著低于‘中地88’。通過生理成熟后倒伏率、抗折斷力與莖稈生物學(xué)、力學(xué)強(qiáng)度相關(guān)分析以及抗倒影響因素主成分分析表明, 第3~4節(jié)節(jié)長(zhǎng)、穗位高系數(shù)、重心高度可作為評(píng)價(jià)抗倒性的負(fù)效應(yīng)指標(biāo), 第4節(jié)單位長(zhǎng)度干重、第3節(jié)抗彎折強(qiáng)度和單位長(zhǎng)度濕重可作為評(píng)價(jià)抗倒性的正效應(yīng)指標(biāo)。隨著播期推遲, 兩個(gè)品種生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量都表現(xiàn)出先顯著增加后降低的趨勢(shì), 適宜產(chǎn)量形成的播期為4月30日至5月7日。一般推薦4月30日左右為該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)抗倒, 推廣春玉米機(jī)械粒收技術(shù)的適宜播種日期。

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Lodging characteristics after physiological maturity of spring maize sowed at different dates and its influencing factors*

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)

In the middle-south of Shanxi Province, light and heat resources are abundant leading to a wide range of sowing date for spring maize. A suitable sowing date should achieve high yield and lodging resistance by adapting to the regional meteorological and production characteristics. Therefore sowing date adjustment is an important issue in the popularization and application of mechanical grain harvesting technology for spring maize in this region. A field experiment was conducted in Dongyang Experiment and Demonstration Base of Shanxi Academy of Agricultural Sciences in 2019, consisting of 2 maize cultivars (‘JKY3306’ and ‘ZD88’) and 5 sowing date (April 16, April 23, April 30, May 7 and May 30). ‘JKY3306’ is a screened out cultivar with high yield and suitable for high population and mechanical grain harvesting; while ‘ZD88’ is a local cultivar. The results showed that lodging rates after physiological maturity of ‘JKY3306’ at different sowing dates had no significant difference. And lodging rates at the last four sowing dates was always 0. However, the lodging rate after physiological maturity of ‘ZD88’ increased significantly with the delay of sowing date (<0.05). According to the fitting equation, the lodging rate of ‘ZD88’ sowed at April 30, May 7 and May 14 was respectively increased by 1.3, 2.4 and 3.2 percentage points for every 10 days during grain dehydration period. Through the analysis of influencing factors on lodging resistance, the length of the third and fourth internode, the coefficient of ear height and the gravity center height could be used as the negative effect indexes to evaluate the lodging resistance. And the dry weight per unit length of the fourth internode, the bending strength of the third internode and the wet weight per unit length of the third internode could be used as the positive effect indexes. With the delay of sowing date, the biological yield and economic yield of the two varieties increased significantly at first and then decreased. Spring maize sowed around April 30 can achieve high yield and lodging resistance in this region. Therefore, April 30 is a suitable sowing date to popularize mechanical grain harvesting technology in spring production.

Sowing date; Spring maize; Physiological maturity; Lodging; Grain dehydration in the field

10.13930/j.cnki.cjea.200593

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. 不同播期春玉米生理成熟后倒伏特征及其影響因素[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2021, 29(4): 725-737

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. Lodging characteristics after physiological maturity of spring maize sowed at different dates and its influencing factors[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(4): 725-737

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)資助

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

張冬梅, 主要從事旱作栽培技術(shù)研究。E-mail: 13803401159@163.com

2020-07-21

2020-12-16

* The 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).

, E-mail: wjl_bb@163.com

Jul. 21, 2020;

Dec. 16, 2020