王令濤, 劉海靜, 劉桂珍

(河南省種子站， 鄭州 450046)

玉米具有產(chǎn)量高、增產(chǎn)潛力大、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣泛等特點，在國家糧食安全和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要作用。2011—2020年河南省玉米種植面積330萬hm2左右，總產(chǎn)量200億kg左右[1-3]，種植面積和總產(chǎn)占全國的十分之一。河南的畜牧養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)加工、食品加工和能源等行業(yè)對優(yōu)質(zhì)原料玉米剛性需求旺盛，導(dǎo)致玉米總產(chǎn)量在全省糧食總產(chǎn)中的比例，以每年0.39%的速度遞增，增速居三大糧食作物之首。但是，由于種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整影響，以及2010年以后河南玉米單產(chǎn)低于全國平均水平，生產(chǎn)效益減少，導(dǎo)致2016年以后玉米種植面積有所下降[1-3]。近年來，河南玉米品種正處于更新?lián)Q代的過渡時期，隨著育種的發(fā)展，為進(jìn)一步提高育種水平，明確育種目標(biāo)，對當(dāng)前審定品種的產(chǎn)量及相關(guān)農(nóng)藝性狀進(jìn)行演變分析顯得尤為重要，明確促進(jìn)產(chǎn)量提升的關(guān)鍵因素，對今后玉米持續(xù)發(fā)展、改善并提高生產(chǎn)效益具有重要意義。本研究通過對2011—2020年河南省審定普通玉米品種的相關(guān)性狀進(jìn)行分析，總結(jié)產(chǎn)量及相關(guān)農(nóng)藝性狀變化趨勢，希望能為河南省玉米品種的選育和篩選提供參考，提高玉米品種的競爭力。

1 材料與方法

1.1 材 料

2011—2020年河南省審定的普通玉米品種共247個，適宜在河南省各地區(qū)推廣種植。數(shù)據(jù)來源于河南省主要農(nóng)作物品種審定委員會2011—2020年會議審定公告以及河南省品種利用面積統(tǒng)計。

1.2 方 法

以通過審定的玉米品種以及當(dāng)前推廣種植的品種為研究對象，統(tǒng)計分析審定品種的產(chǎn)量和相關(guān)的種植密度、生育期、葉片數(shù)、株高、穗位高、穗位系數(shù)、穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重、出籽率等13個農(nóng)藝性狀。各性狀值、相關(guān)分析、通徑分析通過Excel軟件和SPSS Statistics 17.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 2011—2020年河南省審定玉米品種主要性狀分析

根據(jù)河南省主要農(nóng)作物品種審定委員會的審定公告，分析了2011—2020年河南省審定的普通玉米品種產(chǎn)量及相關(guān)農(nóng)藝性狀的演變情況(表1、圖1)。從表1可以看出，近年來河南省審定的不同玉米品種間產(chǎn)量及相關(guān)農(nóng)藝性狀變異幅度不大，所有性狀的變異系數(shù)均在9%以內(nèi)，僅有產(chǎn)量、密度、穗位高、穗位系數(shù)、穗行數(shù)、千粒重的變異幅度稍大，而且多數(shù)性狀的偏度為負(fù)值，表明近年來河南省審定的玉米品種產(chǎn)量在逐步提高的同時，不同品種的各性狀值與對照相當(dāng)，多數(shù)品種的產(chǎn)量低于產(chǎn)量均值。近10年審定品種的平均密度為6.81萬株·hm-2，而6.75萬株·hm-2密度組別審定的品種數(shù)量最多(表2)，由此可知，多數(shù)審定品種的適宜種植密度為6.75萬株·hm-2左右。

由圖1可以看出，盡管近年來河南省審定的玉米品種在行粒數(shù)、株高等性狀上演變趨勢并不明顯，葉片數(shù)、穗粗、出籽率、穗位高等呈現(xiàn)下降趨勢，但審定品種的產(chǎn)量水平穩(wěn)步提升，與密度、生育期、穗長、穗行數(shù)、千粒重的演變趨勢一致，線性擬合結(jié)果表明平均每年提高160.8 kg·hm-2，這充分說明玉米增產(chǎn)的潛力是多種農(nóng)藝性狀綜合協(xié)調(diào)的結(jié)果。年際間區(qū)域試驗的栽培管理措施基本相同，而品種不同年份間的產(chǎn)量波動明顯，可見河南多樣化的生態(tài)氣候以及逐漸增加的高溫、干旱等極端天氣[4]，對玉米生產(chǎn)有較大的影響。

圖1 河南省近年審定玉米品種產(chǎn)量及相關(guān)農(nóng)藝性狀演變趨勢Fig.1 Evolution trend of yield and related agronomic traits of maize approved in He’nan province in recent years

2.2 2011—2020年河南省審定玉米品種數(shù)量和密度分析

由表2可知，從2018年開始審定的品種數(shù)量明顯增多，主要是由于2016年開始增設(shè)玉米品種審定綠色通道、聯(lián)合體等渠道，導(dǎo)致品種數(shù)量快速增加。2013年和2019年分別取消了5.25萬株·hm-2、6萬株·hm-2密度的審定組別，2012年和2019年增加了7.5萬株·hm-2和8.25萬株·hm-2密度組，而不同密度組別審定的品種數(shù)量6.75萬株·hm-2組最多，6萬株·hm-2組和7.5萬株·hm-2組也較多，但7.5萬株·hm-2組品種數(shù)量多于6萬株·hm-2組，說明隨著生產(chǎn)的發(fā)展和玉米育種水平的提高，玉米品種的種植密度不斷提升。隨著密度的增加，5.25萬株·hm-2密度組至 7.5萬株·hm-1組的增產(chǎn)比逐漸減小(表3)，7.5萬株·hm-2組的密度較6.75萬株·hm-2組明顯增加，但產(chǎn)量未發(fā)生明顯變化。說明在當(dāng)前育種水平條件下，種植密度是制約玉米產(chǎn)量提高的主要因素，生產(chǎn)中多數(shù)品種的最適宜種植密度是6萬～6.75萬株·hm-2。8.25萬株·hm-2密度組產(chǎn)量較6.75萬株·hm-2和7.5萬株·hm-2組明顯提升，是由于8.25萬株·hm-2密度組是新設(shè)置機(jī)收品種組，對參試品種的要求更高，尤其是抗倒性等要求更嚴(yán)格，僅有少數(shù)品種通過審定。

表2 2011—2020年河南省不同密度組別審定玉米品種數(shù)量統(tǒng)計

表3 2011—2020年河南省不同密度組別審定玉米品種產(chǎn)量統(tǒng)計

2.3 主要性狀間的相關(guān)性分析

分析247個品種產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性(表4)，進(jìn)一步明確各農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)系。結(jié)果表明，各性狀與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)由大到小依次為生育期>穗長>密度>穗行數(shù)>千粒重>株高>行粒數(shù)>穗粗>葉片數(shù)>穗位高>出籽率>穗位系數(shù)，其中生育期、穗長、密度、穗行數(shù)、千粒重與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，穗粗、葉片數(shù)、穗位高、出籽率、穗位系數(shù)與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，株高、行粒數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性不顯著。分析相關(guān)系數(shù)的顯著水平發(fā)現(xiàn)，玉米產(chǎn)量三要素中密度(穗數(shù))、穗行數(shù)(穗粒數(shù))、千粒重與247個品種產(chǎn)量的相關(guān)性較高，而行粒數(shù)(穗粒數(shù))與產(chǎn)量的相關(guān)性不高。

表4 2011—2020年河南省審定玉米品種的主要農(nóng)藝性狀相關(guān)分析

2.4 產(chǎn)量影響因素的通徑分析

由于玉米產(chǎn)量受多種因素影響，且不同性狀之間還存在相互作用，導(dǎo)致相關(guān)系數(shù)的大小不能完全反映各性狀對產(chǎn)量貢獻(xiàn)的重要性，因此要進(jìn)一步分析其對產(chǎn)量構(gòu)成的重要性，對產(chǎn)量和主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行通徑分析，以研究各性狀對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)效應(yīng)。

以產(chǎn)量為主變量，其他性狀為自變量，進(jìn)行通徑分析，估算各性狀對產(chǎn)量的直接影響效應(yīng)。通過Kolmogorov-Smirnov Test大樣本檢測模型[5]，對產(chǎn)量進(jìn)行檢驗，結(jié)果表明產(chǎn)量(Y)服從正態(tài)分布。因此，對密度(X1)、生育期(X2)、葉片數(shù)(X3)、株高(X4)、穗位高(X5)、穗位系數(shù)(X6)、穗長(X7)、穗粗(X8)、穗行數(shù)(X9)、行粒數(shù)(X10)、千粒重(X11)、出籽率(X12)與產(chǎn)量(Y)進(jìn)行逐步回歸分析。隨著自變量被引入回歸方程，回歸方程的相關(guān)系數(shù)R和決策系數(shù)R2逐步增大(表5)，可知逐步引入的自變量對產(chǎn)量(Y)的促進(jìn)效應(yīng)逐漸增加。

表5 回歸系數(shù)及模型

由表5中標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)(直接通徑系數(shù))可知，6個性狀對產(chǎn)量的直接作用大小為：生育期(X2)>密度(X1)>穗行數(shù)(X9)>行粒數(shù)(X10)>千粒重(X11)>穗長(X7)，生育期和密度的直接通徑系數(shù)最大，相關(guān)系數(shù)也較大，說明生育期和密度對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)作用最大，因此提高種植密度和千粒重，增加穗行數(shù)和行粒數(shù)，延長生育期對提高玉米產(chǎn)量具有直接的顯著作用。

3 結(jié)論與討論

3.1 審定玉米品種產(chǎn)量及相關(guān)性狀的演變

高產(chǎn)是現(xiàn)階段玉米育種的首要目標(biāo)，玉米產(chǎn)量是多種農(nóng)藝性狀和環(huán)境互作的結(jié)果，產(chǎn)量的提高更多地依賴遺傳改良[6]，一個或少數(shù)幾個性狀的選擇對產(chǎn)量的遺傳增益不大，選育高產(chǎn)品種時，應(yīng)該重點關(guān)注產(chǎn)量主導(dǎo)因素，同時要兼顧各種性狀的協(xié)調(diào)作用。分析不同年代普通玉米產(chǎn)量等性狀的遺傳增益發(fā)現(xiàn)，中國玉米產(chǎn)量每年增益值逐漸減小[7-8]，而美國雜交種適應(yīng)不斷增長的種植密度形成明顯的產(chǎn)量增益[9]，這與中國2009年以前種植密度逐漸增加，2010—2017年種植密度并未明顯增長有關(guān)[10]。通徑分析結(jié)果表明，密度、生育期、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重、穗長對產(chǎn)量具有直接促進(jìn)作用，密度(穗數(shù))和生育期的直接作用最大，產(chǎn)量三要素中穗粒數(shù)(穗行數(shù)、行粒數(shù))、千粒重的作用系數(shù)也較大，2011—2020年間，除行粒數(shù)增長趨勢不明顯外，密度、生育期、穗行數(shù)、千粒重、穗長的演變與產(chǎn)量均呈逐漸增加的趨勢，這與柳家友等[11]、稅紅霞等[12]、顧萬榮等[13]、李清超等[14]、賈曉軍等[15]的研究結(jié)果一致。河南是小麥/玉米一年兩熟的耕作制，玉米從種到收獲的時間有限，不能大幅延長生育期，在選育高產(chǎn)品種時重點關(guān)注密度、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重、穗長這些主要因素，同時還要注重與其他性狀的協(xié)調(diào)性。

提高種植密度是增加產(chǎn)量的重要途徑和必然趨勢。本研究密度的統(tǒng)計結(jié)果偏度為負(fù)值(表1)，表明多數(shù)品種的適宜密度小于6.81萬株·hm-2，6.75萬株·hm-2密度組審定的品種數(shù)量最多(表2)，6.75萬株·hm-2密度組比6萬株·hm-2組產(chǎn)量明顯提升，而7.5萬株·hm-2組產(chǎn)量比6.75萬株·hm-2組并未明顯增加(表3)，說明當(dāng)前最適宜的種植密度為6.75萬株·hm-2左右，6.75萬～7.5萬株·hm-2的種植密度依然是河南玉米生產(chǎn)的瓶頸。黃淮海夏玉米區(qū)種植密度2005—2009年提升明顯，2010—2017年穩(wěn)定在6.3萬株·hm-2左右，2010年后經(jīng)過近10年的發(fā)展，河南玉米的種植密度有所提高，但是與美國8.4萬～10.95萬株·hm-2的密度存在較大差距[10]，同時，單產(chǎn)仍低于全國平均水平，所以河南玉米的種植密度和產(chǎn)量具有較大的提升空間。

密度壓力是植株農(nóng)藝性狀演變的重要原因[16]，特別是近兩年，8.25萬株·hm-2密度籽粒機(jī)收品種通過審定，而且產(chǎn)量較6.75萬株·hm-2和7.5萬株·hm-2密度明顯提高，說明機(jī)收品種審定標(biāo)準(zhǔn)的制定，促進(jìn)了河南玉米品種的發(fā)展，與國外玉米品種相比，這是一個好的開始，但還需要科研人員繼續(xù)加大高產(chǎn)組合的耐密選擇壓力，努力提高所選育品種的高密逆境抗性。

3.2 河南玉米品種存在的問題及發(fā)展方向

從2015年開始，推廣面積6.67萬hm2以上的品種數(shù)量和種植面積急劇下降，而在2011—2019年間0.67～6.67萬hm2的品種數(shù)量和推廣面積總體呈上升趨勢， 33.3萬hm2以上的品種逐漸較少，尤其是從2018年開始已經(jīng)連續(xù)兩年沒有超過33.3萬hm2的品種(表6)。從推廣的主栽品種類型來看，稀植大穗型品種逐步減少，耐密型品種呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢[17]。

表6 2011—2019年河南省推廣種植面積“10萬畝”以上的品種數(shù)量統(tǒng)計

河南處于亞熱帶向溫帶過渡的區(qū)域，具有東部平原向西部丘陵山地過渡的特征，氣候復(fù)雜多樣，造就了多地區(qū)的局部小氣候，而且高溫、干旱極端天氣日益增多，給玉米產(chǎn)量的提升帶來不利影響。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定因素和災(zāi)害性天氣對品種適應(yīng)性要求更高，在今后的育種推廣工作中，應(yīng)著重培育耐密性好、適應(yīng)性強(qiáng)、抗自然災(zāi)害的品種。

籽粒機(jī)收品種是發(fā)展趨勢，為了加快機(jī)械粒收的推廣普及，研究人員提出了“早熟換水分、密植獲高產(chǎn)”的技術(shù)措施，早熟品種通常比晚熟品種耐密性好，利于保持后期站稈的同時加快籽粒脫水。近些年玉米品種更新?lián)Q代過程中，機(jī)收品種的推廣處于起步階段，隨著機(jī)收主導(dǎo)品種的推廣普及，能夠顯著提高我省玉米的種植密度，同時降低碳排放并增加氮素回收利用[18]，所以應(yīng)加強(qiáng)耐密機(jī)收品種的選育和審定。

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入新的發(fā)展階段，由為滿足量的需求、依賴環(huán)境資源消耗，向綠色生態(tài)可持續(xù)、更加注重滿足質(zhì)的需求轉(zhuǎn)變。為滿足農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、綠色發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化對品種的新要求，品種審定應(yīng)向區(qū)域化和多元化方向發(fā)展，在保障產(chǎn)量的同時，品種審定應(yīng)引導(dǎo)向加強(qiáng)綠色優(yōu)質(zhì)、專用類型玉米品種方向發(fā)展。