玉黄金化控对密植玉米茎秆及产量性状的影响

Effects of Chemical Control of Yuhuangjin on Plant Stalk and Yield Traits of Densely Planted Maize Varieties

摘要

为研究化控剂对密植玉米品种植株茎秆及产量性状的影响，试验以高产玉米新品种永优1583为研究材料，拔节期喷施1.5 mL/L化控剂玉黄金30 L/hm²，以喷施相同量的清水作为对照（CK），分别于大喇叭口期、灌浆期调查玉米植株生理、生态和产量性状指标。结果表明，玉黄金处理能使密植玉米植株穂位降低、地上第3节和穂位节茎秆节间缩短、植株干物质产量增加，其抗倒性能增强。使用玉黄金化控可以使玉米植株的地上3节和穗位节茎秆变粗、单株叶面积减少、植株叶片的叶绿素含量增加，以上均有利于植株光合产物的吸收和营养物质的输送。在产量性状方面，使用化控剂可以显著增加玉米品种的穗长、穗粗、穗粒数和百粒质量，与对照相比，2022年和2023年玉黄金处理的玉米产量分别增加了1 121.55、1 028.64 kg/hm²，增产幅度分别达到了9.36%和8.5%，差异达极显著水平。综上，拔节期喷施化控剂玉黄金可以优化玉米植株生长指标、增强茎秆抗倒性能、提高产量性状指标等，增加密植条件下品种适应性，最终实现玉米品种的高效增产。

Abstract

In order to study the effects of chemical control agents on plant stalk and yield traits of densely planted maize varieties, in this study, a new maize variety Yongyou 1583 with high yield was used as the research material, and a chemical control agent Yuhuangjin was sprayed at jointing stage to investigate the physiological, ecological and yield traits of maize plants at trumpet stage and filling stage respectively, the same amount of water sprayed was used as a control(CK). The results showed that Yuhuangjin treatment could lower the ear position, shorten the stalk internode between the 3rd and ear position node, increase the dry matter yield and lodging resistance. The use of Yuhuangjin control could make the stalks of 3 aboveground nodes and ear nodes thicker, the leaf area per plant decreased, and the chlorophyll content of plant leaves increased, which was conducive to the absorption of photosynthetic products and the transport of nutrients. In terms of yield traits, the use of chemical control agents could significantly increase the ear length, ear thickness, grain number per ear and 100 seed weight of the maize variety. Compared with the water control, the yield of the maize variety treated with Yuhuangjin in 2022 and 2023 increased by 1 121.55 and 1 028.64 kg/ha, respectively, the increase in yield reached 9.36% and 8.5%, respectively, with significant differences. Therefore, the chemical control agent Yuhuangjin could optimize the maize plant growth index, enhance the lodging resistance of the stalk, improve the yield trait index, increase the variety adaptability under dense planting conditions, and finally realize the efficient yield increase of maize varieties.

Graphical abstract

关键词

玉米 / 化控剂 / 玉黄金 / 茎秆 / 产量性状

Key words

maize / chemical control agent / Yuhuangjin / stalk / yield trait

玉米作为全国重要的粮食作物之一，市场需求逐年上升，对玉米产量的要求提高。玉米高产首先取决于稳定的品种特性，其次通过增密来实现，但种植密度增加会导致玉米株高增加、茎秆变细，植株通透性、光合能力下降，使其抗倒能力减弱，最终导致减产^[1-3]。有研究表明，化学调控玉米可以获得理想株型结构，改善密植玉米田间的通风透光条件，增强叶片持绿性，防止倒伏倒折，最终实现高产^[4-6]。玉黄金是专门针对玉米研制的植物生长调节剂，由胺鲜酯和乙烯利复配而成，其中胺鲜酯是具有生物活性的化合物，通过影响细胞中核酸和蛋白质含量，进而增强抗氧化酶活性，可有效提高玉米植株抗倒伏能力^[7]。董学会等^[8-9]研究发现，30%的玉黄金喷施玉米可降低玉米株高、穗位高，使穗下节间变短增粗，增加节间干物质质量，同时增加叶绿素SPAD值，促进光合产物合理分配，增加籽粒产量。还有研究表明，玉黄金能显著增加茎节间穿刺强度、抗折断力，提高茎秆对穗部性状和籽粒产量的贡献率^[10-11]。

河南省豫北地区作为黄淮海夏玉米高产区，高产玉米品种在本区域玉米生产中占据重要地位。为寻找适合本区域种植的高产玉米品种，在增密的同时提高抗倒伏能力，本试验以高产玉米新品种永优1583为试验材料，研究喷施化控剂玉黄金对密植条件下玉米植株生理、生态和产量性状指标的影响，以期为豫北地区高产玉米品种适应性及化控抗倒伏栽培技术提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

本试验于2022—2023年连续2 a在鹤壁市农业科学院试验基地淇滨区钜桥镇刘寨村（114.296E,35.741N）进行。该地位于鹤壁市中部，属于暖温带半湿润气候，四季分明，光照充足，年平均气温14.2~15.5 ℃，无霜期215 d，年日照时数1 787.2~2 566.4 h，年降水量349.2~970.1 mm，6—9月降水量占全年总降水量的80%~85%。该试验地土壤类型为褐土，0~20 cm有机质含量20.42 g/kg，全氮含量1.49 g/kg，速效磷含量8.96 mg/kg，速效钾含量73.68 mg/kg。

1.2 试验材料

供试玉米品种为永优1583，由鹤壁市农业科学院选育，于2020年通过国家审定。该品种耐密植、品质优、抗逆性强、产量高。玉黄金（EDAH）由当地农资市场购买，由山西浩之大生物科技有限公司生产。

1.3 试验方法

试验在2022年和2023年进行，播期分别为2022年6月12日和2023年6月17日。采用随机区组试验设计，小区面积60 m²，10行区，行距0.6 m，行长10 m，3次重复，种植密度8.25万株/hm²。参照王英华等^[12]的方法，在玉米拔节期，每小区喷施1.5 mL/L玉黄金，喷施量30 L/hm²，喷清水作为对照（CK）。使用背负式电动恒压喷雾器均匀地喷洒在叶片表面，确保每个叶片都能喷到。田间管理措施与大田高产管理方式相同。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 植株生长指标测定

分别在大喇叭口期、灌浆期（吐丝后20 d），选取每个处理中间行，从第3株开始连续测量5株的株高、穗位高；参照刘笑鸣等^[13]的方法，采用长宽系数法分别测定5株所有叶片后计算单株叶面积；用手持式SPAD-502叶绿素仪测定5株穗位叶相对叶绿素含量（SPAD）。

\mathrm{单株}\mathrm{叶面}\mathrm{积}=\sum (\mathrm{叶长}\times \mathrm{叶宽})\times \mathrm{0.75}（1）

1.4.2 茎秆力学特征测定

参照王英华等^[12]的方法分别在大喇叭口期和灌浆期从每个处理中间行连续选取有代表性的3株从地面处切割，将整株带回试验室，分别测定植株重心高度、单株鲜质量。随后将植株地上3节、穗位节切下，用游标卡尺测定地上3节、穗位节的节间长和节间直径，用手持式茎秆强度测定仪测定地上3节、穗位节的穿刺强度、压碎强度。最后将测定后的植株茎秆、茎节放入75 ℃恒温干燥箱中烘干至恒质量后，称取各部分干物质质量，计算地上3节、穗位节的单位长度干质量。

单位长度干质量（g/cm）=节间干质量/节间长度（2）

1.4.3 产量性状测定

玉米成熟后，每个处理收获中间3行进行测产，称取收获果穗鲜质量，按照平均穗质量选取10个均匀标准果穗自然晾干后进行室内考种，测定穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒质量、籽粒水分等指标，并按14%的标准含水量计算理论产量。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2021进行数据整理，用SPSS 22.0进行方差分析、相关分析等，使用Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 玉黄金对玉米植株生长性状的影响

从表1可以看出，玉黄金处理能够改变玉米植株各项生长指标。玉黄金处理后大喇叭口期的株高、地上3节直径变化不明显；与CK相比，2022、2023年，灌浆期株高分别降低了7.34 cm和7.23 cm，地上3节直径则分别增加了0.28 cm和0.23 cm。与CK相比，2022、2023年，玉黄金处理后，大喇叭口期的单株干物质量分别增加了10.44 g和7.27 g，灌浆期的单株干物质量分别增加了17.53 g和33.12 g，年份间、处理间差异极显著（P<0.01）。与CK相比，玉黄金处理能显著降低穗位高和重心高度（P<0.05），2022年，玉黄金处理使玉米穗位高、重心高度分别降低了8.55、4.99 cm；2023年，玉黄金处理使玉米穗位高、重心高度分别降低了6.00、6.48 cm。

2.2 玉黄金对灌浆期玉米植株茎秆性状的影响

从表2可以看出，玉黄金处理使灌浆期玉米植株茎秆力学各指标均有差异。2 a试验中，与CK相比，玉黄金处理使玉米植株地上3节和穗位节茎秆长度均缩短，2022年分别缩短10.27%和4.66%，2023年分别缩短7.06%和3.33%。玉黄金处理后显著增加了地上3节的茎秆穿刺强度、压碎强度和单位长度干质量（P<0.05），2022年较CK分别增加10.06%、11.34%和30.23%，2023年较CK分别增加8.77%、17.53%和18.75%。玉黄金处理后玉米穗位节茎秆力学指标均显著增加（P<0.05），综合2 a试验，穗位节单位长度干质量、穿刺强度和压碎强度较CK分别增加15.48%、10.28%和8.99%。

2.3 玉黄金对玉米植株叶绿素含量和单株叶面积的影响

玉黄金处理可以显著增加玉米植株相对叶绿素含量、降低单株叶面积（图1）。大喇叭口期玉米穗位叶的SPAD较CK在2022年和2023年分别增加了13.9%和17.06%；灌浆期玉米穗位叶SPAD较CK在2022年和2023年分别增加了7.05%和8.10%。玉黄金处理使2022年单株叶面积在大喇叭口期和灌浆期分别较CK减少了7.21%和2.61%；2023年使单株叶面积在大喇叭口期和灌浆期分别较CK增加了4.50%和3.75%。以上处理间差异均达极显著水平（P<0.01），年份间差异不显著。

2.4 玉黄金处理对玉米穗部性状和产量的影响

2 a试验结果表明（表3），玉黄金处理显著影响玉米穗部性状和产量。玉黄金处理使玉米穗长、穗粗、行粒数和百粒质量较CK显著增加（P<0.05），穗行数差异不显著。2022年，玉黄金处理使玉米穗长、穗粗、行粒数和百粒质量分别较CK增加2.69%、2.2%、5.59%和5.58%；2023年，玉黄金处理使玉米穗长、穗粗、行粒数和百粒质量分别较CK增加2.32%、3.89%、4.19%和5.66%。与清水对照相比，2022年和2023年玉黄金处理的玉米产量分别增加了1 121.55、1 028.64 kg/hm²，增产幅度分别达到了9.36%和8.5%。

2.5 玉米植株茎秆性状与产量的相关性分析

玉米植株茎秆性状与其抗倒性状、产量均显著相关（表4）。

由表4可知，株高、穗位高、重心高度、茎长与茎秆穿刺强度、茎秆压碎强度以及茎秆单位长度干质量均呈负相关，茎粗与茎秆穿刺强度、茎秆压碎强度和茎秆单位长度干质量均呈显著或极显著正相关，相关系数分别为0.96、0.89、0.91、0.86。产量与株高、穗位高、重心高度和茎长均呈显著或极显著负相关，与地上3节和穗位节平均茎粗、茎秆穿刺强度、茎秆压碎强度、茎秆单位长度干质量呈显著或极显著正相关，其中产量与茎秆单位长度干质量的相关系数达到0.98。

3 结论与讨论

玉米高产主要通过增加群体密度来实现，但种植密度增加会使玉米倒伏率增加。勾玲等^[14]研究表明，增密使玉米植株节间变长，茎秆抗拉强度、节间直径、干物质质量显著降低。而化控剂在缩短玉米节间长度、降低重心、增加茎粗和产量上具有良好效果^[15]。王晓燕等^[16]研究表明，化控剂是塑造理想株型、改善田间通风透光条件、提高光合性能的有效途径，有利于解决玉米高密度栽培下空秆率、倒伏率增加的问题。有研究表明，玉黄金在降低株高、穗位高，提高抗逆性、增加产量等方面效果显著^[17-18]。研究还发现，玉米穗位叶是产量形成的关键器官，玉黄金处理通过改善玉米穗位冠层结构，以增加穗位叶的相对叶绿素含量来实现增产^[12，19]。本研究中，喷施玉黄金能显著降低密植玉米品种的株高、穗位高和重心高度，同时大喇叭口期、灌浆期的单株叶面积减小，叶绿素含量和单株干物质量均显著增加，这与大多数的研究结果是一致的。

玉米基部节间质量对玉米抗倒伏性能的形成至关重要，拔节至大喇叭口期是影响玉米茎秆强度发育的关键时期^[20-21]。拔节期喷施玉黄金，能有效地调节玉米植株冠层结构，调控生长发育进程，为灌浆期干物质有效积累提供保障。杨振芳等^[22]研究发现，玉黄金处理后玉米基部第3节的单位长度干物质量和穿刺强度都有显著上升。樊海潮等^[23]研究表明，喷施玉黄金后，玉米基部节间穿刺强度、压折强度、单位长度干质量及茎秆结构性化合物含量均显著增加。本研究结果表明，玉黄金处理密植玉米品种的地上3节、穗位节节间均显著缩短增粗，其茎节穿刺强度、压碎强度及单位长度干物质含量均显著增加，增幅达8.77%~30.23%。

喷施玉黄金使玉米产量提高是通过穗长、穗粗、穗粒数和百粒质量增加共同实现的^[10,24]。本研究2 a的试验结果表明，玉黄金处理后的穗粗、行粒数、百粒质量显著增加，平均产量增幅达8.93%，差异极显著；同时产量与株高、穂位、节间长、重心高度呈显著负相关，与茎粗、茎秆穿刺强度、压碎强度、单位节间干物质量呈极显著正相关。以往相关研究指出，产量的提高一方面得益于植株生长指标的优化，另一方面得益于茎秆抗倒性能的增强^[25-26]。玉米拔节期喷施的玉黄金被植株吸收后，其株型结构得到优化，株高、穂位、重心高度和单株叶面积显著降低；茎粗、茎秆抗倒性状和干物质量显著增加，最终实现产量增加。玉黄金调控可以有效增加密植条件下玉米品种的增产潜力，后续还需要设置不同密度梯度，研究玉黄金处理对不同类型高产玉米的调控机制。

本研究表明，化控剂玉黄金处理密植玉米品种后，其穂位降低、节间缩短、干物质量增加，抗倒性能增强；其茎秆变粗、叶面积减少、叶绿素含量增加，利于光合产物的吸收和营养物质的输送；其穗长、穗粗、穗粒数和百粒质量显著增加，最终获得13 115 kg/hm²的产量。因此，化控剂可以优化玉米植株生长指标，增强茎秆抗倒性能，提高产量性状指标等，提高增密条件下玉米品种的环境适应性，最终实现高产玉米品种高效增产。

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基金资助

河南省科技攻关项目(222102110475)