四川春玉米生理成熟后穗下茎秆倒折的影响因素

赵波，吴雅薇，李小龙，袁继超，孔凡磊

(四川农业大学农学院，四川 成都 611130)

玉米机械化籽粒直收是中国玉米机械化收获的发展方向[1-4]。机械化粒收要求收获时籽粒含水率降至28%或者25%以下[5-6]，且玉米植株在生理成熟后具有一定的田间站秆能力。研究[2-3]表明，若要达到机械粒收适宜的籽粒含水率，玉米植株在生理成熟后田间需站秆2～4 周。在玉米生理成熟后田间站秆期间，茎秆含水率下降，自身干物质量降低，节间机械强度降低，抗折断能力下降，如遭受自然天气的影响，玉米的倒伏率会显著提高[7-9]，且易遭受病虫危害，引起品质、产量下降[10]，降低机械粒收作业效率和实际生产效益[11-12]。目前，中国对玉米倒伏倒折特性的研究主要集中于生理成熟前[13-16]，而对生理成熟后的研究较少。本研究中，通过分析四川大面积推广春玉米品种在生理成熟后穗下茎秆倒折率、含水率、干物质、机械强度的动态变化规律，旨在明确春玉米生理成熟后穗下茎秆倒折的主要影响因素，为选育适宜机械粒收的春玉米品种和推广粒收技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种为四川生产上大面积推广应用的主推品种正红6 号(由四川农业大学正红生物技术有限责任公司提供)、仲玉3 号(由四川省南充市农业科学院提供)、先玉1171(由铁岭先锋种子研究有限公司提供)、成单30(由四川省农业科学院提供)，4个品种的生育期相近。

1.2 试验设计

试验于2018 年在四川省德阳市中江县合兴乡(31°03′N, 104°68′E)进行。大区带状种植。每个品种种植3 带(带间距1.2 m，带长75 m)，每带种植3行(行距60 cm)，种植密度为60 000 株/hm2。4 月8日播种。田间管理同当地实际生产。

1.3 测定项目及方法

观测各品种的生育进程，记录各品种的生理成熟日期(以乳线消失、黑色层完全形成作为判定依据)。于生理成熟期(R6)、生理成熟后7 d(R6-7)、13 d(R6-13)、19 d(R6-19)、25 d(R6-25)、31 d(R6-31)，调查各品种田间穗下茎秆倒折情况，测定玉米茎秆基部第3、5、7 节间的机械强度(压折强度和穿刺强度)、穗下茎秆的含水率和干质量。

1.3.1 田间穗下茎秆倒折率的测定

各时期在田间固定的区域(每个品种1 带3 行，长20 m)调查玉米的总株数(Ws)、穗下倒折株数(Wi)、具体各节位倒折株数(We)。3 次重复。按以下公式计算穗下茎秆倒折率(Zi)和各节位的倒折比例(Ze)。

1.3.2 穗下茎秆机械强度的测定

各时期选具代表性植株15 株(每5 株为1 个重复，共3 个重复)，参考薛军等[9]、勾玲等[16]、ROBERTSON 等[17]的方法，采用玉米茎秆强度测定仪(AWOS-SL04，石家庄艾沃士科技有限公司生产)，将直径1 mm 的针头沿垂直于茎秆的方向缓慢插入第3、5、7 节间茎秆，记录穿透茎秆表皮时仪器所显示的最大值，即茎秆的穿刺强度；用三点弯曲法测定茎秆第3、5、7 节间刚被折断时仪器所显示的最大值，即茎秆的压折强度。

1.3.3 穗下茎秆含水率、干质量的测定

将已完成茎秆机械强度测定的玉米植株样品的茎秆分为穗上茎秆和穗下茎秆，称量穗下茎秆的鲜质量(WF)，在烘箱中85 ℃烘干至恒重，称取干质量(W)，计算含水率(C)。

1.3.4 穗下茎秆倒折模型的建立

为进一步明确四川春玉米生理成熟后穗下茎秆倒折的规律，以生理成熟后天数(t)为自变量，穗下茎秆倒折率(Zi)为因变量，建立两者间回归关系模型。通过观察穗下茎秆倒折率与天数的散点图分布形态，选用Logistic 模型进行回归分析，模型形式如下。

式中：a、b、k为模型参数。根据决定系数R2来评价模型拟合度。

1.4 数据处理

采用 Excel 2013 进行数据处理；采用SPSS Statistics 17.0 进行统计分析；运用Origin 9.0 绘图。

2 结果与分析

2.1 春玉米生理成熟后穗下茎秆倒折情况

从图1 可以看出，4 个参试品种生理成熟后穗下茎秆倒折率随生理成熟后的时间延长呈逐渐增加的趋势，且参试品种间差异明显。采用Logistic模型拟合建立各参试品种生理成熟后穗下茎秆倒折率与生理成熟后天数的回归关系(表1)，拟合度R2为0.963 8～0.991 2。以穗下倒折率＜5%(GB/T 21962—2008[18])为标准，计算出参试品种正红6 号、 仲玉3 号、先玉1171、成单30 分别于生理成熟后2.6、17.9、14.6、19.3 d (参试品种平均为9.8 d)前收获可满足机收倒伏要求。

图1 春玉米生理成熟后的穗下茎秆倒折率 Fig.1 Under ear stalk lodging rate of spring maize after physiological maturity

表1 Logistic 模型拟合参数及结果 Table 1 Logistic model fitting parameters and results

由表2 可知，玉米穗下茎秆倒折在不同节位均有可能发生，主要集中在地上第3、5、7 节，第3、5、7 节平均倒折比例分别为37.98%、28.42%和15.77%。参试品种穗下茎秆倒折发生节位存在差异，正红6 号、成单30 主要为第3、5 节，仲玉3号主要为第5、7 节，先玉1171 主要为第3 节。

表2 玉米穗下茎秆不同节间倒折比例 Table 2 The percentage of inverted internodes of stalk under ear in maize %

2.2 春玉米生理成熟后穗下茎秆含水率、干质量和机械强度的变化

参试品种生理成熟后穗下茎秆的含水率和干质量呈逐渐降低的趋势(表3)。方差分析结果表明：品种、时期以及品种和时期的互作效应对穗下茎秆含水率的影响显著；品种和时期对穗下茎秆干质量 的影响显著，但是两者的互作效应对干质量无显著性影响。生理成熟后1 个月参试品种穗下茎秆含水率由73.35%～83.79%降至26.90%～44.64%，穗下茎秆干质量由107.93～145.14 g 降至86.79～122.24 g；在生理成熟后13 d，参试品种穗下茎秆含水率为48.60%～75.05%，干质量为96.17～136.03 g；先玉1171 在6 个时期的含水率均最低，且在前5 个时期与其余品种的差异达显著水平。成单30 在前4 个时期中的相邻时期间含水率差异均不显著，说明该品种在生理成熟后茎秆失水进程较缓。生理成熟后各时期参试品种穗下茎秆干质量从大到小依次为成单30、仲玉3 号、先玉1171、正红6 号。

表3 春玉米生理成熟后穗下茎秆含水率和干质量 Table 3 Moisture content and dry weight of stalk under ear after physiological maturity of spring maize

从图2 可以看出，随着节位的上升，茎秆节间机械强度逐渐降低。生理成熟7 d 后，穗下茎秆机械强度随时间的延长呈逐渐降低的趋势；生理成熟后各时期参试品种间穗下茎秆机械强度均存在一定的差异，随着时期的延迟，品种间差异逐渐缩小；生理成熟后13 d，参试品种茎秆第3 节压折强度为106.28～180.23 N，穿刺强度为28.32 ～43.68 N。

图2 春玉米生理成熟后穗下茎秆的机械强度 Fig.2 Mechanical strength of stalk under ear after physiological maturity of spring maize

2.3 穗下茎秆含水率、干质量、机械强度对倒折率的影响

相关性分析结果(表4) 表明，穗下茎秆倒折率与穗下茎秆含水率、干质量、压折强度、穿刺强度均呈极显著负相关，其中与压折强度的相关系数最高，为-0.71。穗下茎秆含水率、干质量、压折强度、穿刺强度4 个指标间均呈极显著正相关，其中穿刺强度与压折强度的相关系数最大。

表4 春玉米生理成熟后穗下茎秆倒折率、含水率、干质量、机械强度的相关系数 Table 4 Correlation index of stalk lodging rate, moisture content, dry weight and mechanical strength under ear of spring maize after physiological maturity

将本年度参试品种穗下茎秆含水率、干质量、第3 节机械强度与穗下茎秆倒折率进行数学关系拟合(数据采用所有参试品种各指标的平均值)，结果(图3)表明，穗下茎秆含水率、干质量、第3 节压折强度、第3 节穿刺强度与穗下茎秆倒折率均呈指数函数关系。

图3 穗下茎秆含水率、干质量、机械强度与倒折率的关系 Fig.3 The relationship between moisture content, dry weight, mechanical strength and lodging rate of stalk under ear

3 结论与讨论

玉米倒伏分为根倒和茎折。根倒多发生在吐丝期之前，而吐丝期后(特别是生理成熟期后)以茎折为主，且集中发生在穗位以下的节间[15,19-21]。玉米茎秆倒折受植株农艺性状和茎秆机械强度的影响[9]。玉米茎秆的机械强度与抗倒伏、倒折能力呈显著或极显著正相关[14,22-23]。玉米茎秆的单位长度干质量、茎秆髓部含水量与机械强度呈显著正相关[15,24]。玉米生理成熟后植株逐渐进入衰老阶段，玉米茎秆的 含水率逐渐降低[9]，干物质量因自身呼吸消耗而降低。本研究结果表明，参试品种生理成熟后1 个月穗下茎秆含水率由73.35%～83.79%降至26.90%～ 44.64%，穗下茎秆干质量由107.93～145.14 g 降至86.79～122.24 g。相关分析表明，生理成熟后穗下茎秆机械强度与穗下茎秆倒折率呈极显著负相关；茎秆第3 节压折、穿刺强度与穗下茎秆倒折率的关系符合指数函数关系，拟合的方程F检验均达到极显著水平；穗下茎秆含水率、干质量与机械强度呈极显著正相关。综合分析，四川春玉米生理成熟后茎秆含水率、干质量下降，导致茎秆机械强度降低，造成穗下茎秆倒折率增加。

四川春玉米生育后期的高温会加速植株的衰老，加快茎秆脱水，降低茎秆机械强度，提高倒折率，严重影响机械粒收。同时，春玉米生育后期因受多雨的影响，茎腐病的发病率提高[25]。本研究结果显示，正红6 号、仲玉3 号、先玉1171、成单30 在试验年份分别于生理成熟后2.6、17.9、14.6、19.3 d 穗下茎秆倒折率达5%；在生理成熟后13 d，参试品种穗下茎秆含水率48.60%～75.05%，干质量为96.17～136.03 g，茎秆第3 节压折强度为106.28～ 180.23 N，穿刺强度为28.32 ～43.68 N。可见，不同品种在生理成熟后穗下茎秆倒折率、含水率、干质量、机械强度差异较大。本研究的参试品种中，仲玉3 号、先玉1171、成单30 在试验年份基本能满足生理成熟后2～4 周站秆脱水，同时又能保证较低的倒折率，其中以成单30 的田间站秆能力最强，说明通过合理的品种选择，可以有效缓解四川春玉米生理成熟后的田间倒折问题。