滴灌条件下不同灌溉定额对玉米品种基部节间长度粗度变化的影响

蔡崭红吴佳瑞殷韶梅张洪银夏学智陈婷婷王科捷马文礼

(1.宁夏回族自治区农垦事业管理局农林牧技术推广服务中心，宁夏 银川 750024；2.宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021)

引言

倒伏是玉米生产中普遍存在的问题。在美国和日本，玉米倒伏导致的减产分别可达5%～25%和15%～28%[1,2]，在中国因极端天气而导致的玉米倒伏会引起10%～24%的减产[3]。目前国内外玉米采取增加种植密度的方式作为获得高产的主要途径，然而，群体密度增加，植株倒伏风险增大，倒伏逐渐成为世界范围内限制玉米增产的主要因素之一[4]。玉米籽粒机械收获是未来玉米生产发展的趋势[5,6]，国家标准《玉米收获机械技术条件(GB/T 21962-2008)》中规定，机械粒收的条件为田间植株倒伏率应低于5%[7]。倒伏降低玉米产量和品质，并给机械收获带来困难[8-10]。因此，防止玉米倒伏成为提高玉米单产中亟待解决的一个重要难题，高密高产滴灌种植水平下选择适宜区域种植的抗倒伏玉米品种尤为重要。玉米的基部节间长度变长，茎粗及茎粗系数呈现降低的趋势，玉米抗倒性也会降低。说明随着茎节形态的变化，玉米抗倒性也随之变化。基部节间长度、茎粗、茎粗系数可作为评价玉米抗倒性的重要指标[11,12]。随着种植密度增加,春玉米每推迟10d玉米倒折率平均增加0.2%～1.5%。通过播期调整适应区域气象及生产特点实现高产抗倒[3,4]。合理的植物生长调节剂能够调控作物株型结构、降低株高和重心高度，减小植株受风面积，增强茎秆的抗倒能力，防止倒伏和增加产量[13-15]。然而，目前不同灌水量水平下适宜区域种植的抗倒伏玉米品种筛选的研究较少。为此，采用大田试验，设计不同灌水量及品种2个因素，研究玉米基于水分胁迫下各品种1～6节节间长度与粗度变化，筛选出适宜滴灌水肥一体化条件件下的抗倒伏、高产优质玉米品种，为宁夏乃至周边水肥一体化应用及管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

参试品种：“先玉1255”、“天赐19”、“迪卡159”、“银玉439”、“宁单42”、“兰山319”、“兰山861”、“东农258”、“绿博6号”、“兴贮88”。

肥料：大量元素水溶肥料(执行标准：NY 1107-2010)。

1.2 试验地概况

试验于2021年在宁夏农垦平吉堡农场农六队开展，地理位置为E106°01′47.46″，N38°25′25.87″，年均辐射量5923.3(MJ·m-3),年均日照时数2893.0h，全年日照66%，年均气温9.2℃，年平均无霜期175d，年均降雨量168.2mm，年平均蒸发量1698.2mm,属于典型的温带大陆性气候。试验区地下水埋深1.5～2m，土壤质地为壤土，土壤类型为灰钙土，前茬种植青贮玉米。实验开始前耕层0～20cm土壤基本性质为pH 8.68，全盐0.700g·kg-1，全氮0.645g·kg-1，有机质11.7g·kg-1，碱解氮53mg·kg-1，速效钾177.3mg·kg-1，有效磷15.2mg·kg-1。2021年试验区生育期有效降雨量61.6mm，为正常年份的50%，生育期蒸发量867.9mm。

1.3 试验设计

本试验采用二因素随机区组设计，以玉米品种和灌溉定额为2个试验因素，灌溉定额设56m3·667m-2(W1,84mm)、129m3·667m-2(W2,193mm)、181m3·667m-2(W3,271mm)、251m3·667m-2(W4,376mm)、314m3·667m-2(W5,471mm)等5个梯度，10个玉米品种，共50个处理，3个重复，150个小区。宽窄行种植，宽行70cm，窄行40cm，平均行距55cm，种植密度5700株·667m-2，窄行正中铺设滴管带。每小区种植8行，宽度8.8m。滴头流量1.38L·h-1,滴头间距30cm,滴灌带铺设间距1.1m。全生育期灌水8次，以旋翼式水表控制记录每次灌水量。施肥5次，其他田间操作同大田。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 形态(生理)指标的测定

在拔节期选择长势一致、株距均匀的30株玉米植株挂牌，作为定点测定对象。于玉米灌浆期选择挂牌标记的3株玉米取回，分别用钢卷尺测定玉米株高、基部1～6节节长，用游标卡尺测定基部1～6节节粗。

1.4.2 产量指标的测定

成熟期选取小区中间2行挂牌的30株统计每行的总株数。称取长3m样方的所有果穗鲜重，按平均穗重选取10穗进行室内考种。测定穗重、穗长、穗粗、穗粒数、百粒重、籽粒重和水分等。

1.4.3 数据处理

采用SPSS 23.0软件进行方差分析，采用Excel 2016进行数据处理和作图。

2 结果与分析

2.1 基于水分胁迫下各品种节间长度与粗度变化

如图1、表1、表2所示，在本试验条件下，植株基部节间长度和粗度随灌水量的增加其变化差异极显著，其中长度变化呈二次项函数变化规律，二次项系数为负值，粗度随灌水量变化规律较复杂，呈S型变化规律；不同品种节间长度和粗度变化差异极显著；灌水量与品种间交互作用差异达极显著。符合植株生长生物学规律，不同品种在不同灌水量条件下节间性状对植株抗逆性的影响明显。

图1 节间长度和粗度随灌水量变化趋势

表1 基于水分胁迫下各品种节间长度变化

表2 基于水分胁迫下各品种节间粗度变化

2.2 基于水分胁迫下各品种基部6节间长度与株高变化趋势

如图2所示，基部6节间的长度与株高的关联性不尽相同，因品种而异，“绿博6号”、“兰山319”、“兰山861”、“正业8号”关联性较好。

图2 基部6节间长度与株高变化趋势

2.3 基于水分胁迫下各品种基部6节间长度与粗度变化趋势

如图3所示，不同灌水量条件下品种间基部长度与粗度表现差异明显，“绿博6号”较“兰山861”长度增加13.48%，“兰山861”较“迪卡159”粗度增加8.32%。基部6节间平均长度较大的品种是“绿博6号”、“迪卡159”、“东农258”等，长度较短的品种“兰山861”、“兴贮88”等。粗度较大的品种是“兰山861”、“兴贮88”、“兰山319”和“正业8号”等，平均粗度较小的品种是“迪卡159”、“东农258”、“绿博6号”等。

图3 品种间节间长度和粗度变化

如图4所示，基部节间较短、粗度较大抗逆性较好的品种是“兰山861”、“兴贮88”，基本与个体体量大有关，基部节间较长、粗度较小的品种是“绿博6号”和“迪卡159”。

图4 品种节间长度与粗度分布

2.4 品种综合评价

2.4.1 总体状况

通过对穗长、秃尖、行粒数、穗粒数和穗粒重等指标分别与灌水梯度进行拟合回归，回归方程均为一元二次拟合曲线函数，二次项系数为负值，表现出开口向下的抛物线形态，秃尖的拟合函数相反，符合生物学规律。通过对各拟合曲线的求导，分别得出各指标的最大测定值。结果详见表3。

表3 考种指标最大值及其特征

2.4.2 主成分分析

由上述考种指标进行因子分析得到特征值、方差贡献率和累积贡献率，选取4个主成分作为初始因子，公因子方差均在0.982以上，被提取的公因子对各变量的解释能力非常强。采用主成分分析法计算因子成分矩阵，阐述各指标最大值对品种差异的影响程度，为使成分矩阵中系数向0～1分化，对初始因子成分矩阵进行方差最大旋转，旋转在5次迭代后已收敛，旋转后的因子载荷矩阵见表4。

表4 旋转后的成分矩阵a

选取的4个主成分的方差贡献率达到了99.275%，提取了绝大部分的信息量，足够描述考种参数的总体水平。其中，第1因子方差贡献率占所有因子方差的26.623%，秃尖和行粒数载荷较大，定义为秃尖综合因子；第2因子方差占26.182%，穗粒数载荷较大，定义为穗粒数因子；第3因子方差占25.19%，定义为穗长因子；第4因子方差占21.279%，定义为穗粒重因子。

2.4.3 指标线性模型系数及其权重

由成分得分系数矩阵表明，4个主成分的线性组合模型系数如表5所示，权重最大的指标是行粒数(31.67%)，其次是穗粒重(19.77%)，再次是穗长(17.61%)、秃尖(17.48%)和穗粒数(13.47%)。

表5 成分得分系数矩阵及其权重

2.4.4 基于最大指标值的品种综合评价

品种间各主成分的影响力不尽相同，见表6。

表6 主成分得分及综合评价

其中，f1(秃尖综合因子)得分最高的4个品种是“兰山319”、“迪卡159”、“先玉1225”和“绿博6号”，表现为秃尖较小，对水分敏感性较差，而“兰山861”、“东农258”、“兴贮88”和“正业8号”秃尖较大，对水分敏感。

f2(穗粒数因子)得分最高排在前4的品种依次是“兰山861”、“东农258”、“银玉439”和“兴贮88”，其穗粒数较高。而“正业8号”、“迪卡159”、“天赐19”和“兰山319”品种穗粒数较少，大体与喜水习性有关。

f3(穗长因子)得分最高的品种是“先玉1225”、“兴贮88”、“绿博6号”和“兰山861”，得分最低的品种是“银玉439”、“东农258”、“兰山319”和“正业8号”，基本与水分的需求量有关。

f4(穗粒重因子)最高得分依次是“先玉1225”、“兰山319”、“正业8号”和“绿博6号”等品种，得分最低的品种是“迪卡159”、“兴贮88”、“东农258”和“银玉439”等。

综合生产能力较强的品种由大到小依次是“先玉1225”、“绿博6号”、“兰山319”、“兰山861”、“兴贮88”、“天赐19”、“东农258”、“银玉439”、“迪卡159”和“正业8号”。

3 讨论与结论

节长、节粗对玉米抗倒伏能力均存在显著相关关系。有研究表明，玉米节间与倒伏关系极为紧密，基部节间较短且粗壮的植株具有较强的抗倒伏能力。玉米茎粗、茎长主要受到基因非加性效应控制，茎秆长的狭义遗传力较高，稳定遗传给子代的能力强。李峰等研究发现，玉米的抗倒强度与穗下茎粗呈显著正相关关系，与茎长呈负相关关系。丰光等在研究中表明，倒伏性与节间长呈显著性负相关，说明了缩短节间长度会提高玉米的抗倒伏能力。本研究结果，在本试验条件下，植株基部节间长度和粗度随灌水量的增加其变化差异极显著，其中长度变化呈二次项函数变化规律，二次项系数为负值，适宜灌水量对玉米提升抗倒伏能力具有重要意义；不同品种间基部长度与粗度表现极显著差异，说明筛选适宜品种可以有效提高玉米抗倒伏能力。

总体看玉米基部节间粗度第2节较其他节粗，具体呈现为第2节>第1节>第3节>第4节>第5节>第6节；随灌水量的增加基部6节间长度呈现开口向下的抛物线形态，在灌水量W4(376mm)时节间长度达到最大值，灌水量W4(376mm)应作为灌溉重点调控对象；节间较短、茎粗较大的品种为“兰山861”、“兴贮88”、“兰山319”、“正业8号”，而节间较长、茎粗较小的品种为“绿博6号”、“迪卡159”和“东农258”；节间较短、茎粗较大的品种较节间长茎粗细的品种稳定性好抗倒，“兰山861”、“兴贮88”、“兰山319”、“正业8号”等品种较其他品种明显具有节间较短、茎粗较大的特点。综合生产能力较强的品种由大到小依次是“先玉1225”、“绿博6号”、“兰山319”、“兰山861”、“兴贮88”、“天赐19”、“东农258”、“银玉439”、“迪卡159”和“正业8号”。结合生产能力和抗倒特性，“先玉1225”、“兰山861”、“兰山319”等品种可作为风力较大地区抗倒高产优选推荐品种。