产量潜力22.5 t hm~(-2)玉米理想株型及群体结构研究

【摘要】：我国新疆奇台地区(89°34′E,44°12′N)具有良好的光热资源,在近15年的高产探索过程中,本研究团队共选用约300个玉米品种,在无水肥胁迫的理想条件下开展高产潜力探索,结果显示不同基因型品种之间产量差异显著,最高产量超过22.5 t hm~(-2),但有些品种的产量低于15 t hm~(-2),产量差异在50%以上。本研究选择近10年在不同年份获得全国高产纪录的6个品种,对其株型与冠层结构、氮素吸收和分布及群体最适叶面积指数进行研究,主要研究结果如下:1、2013年登海618产量潜力突破22.5 t hm~(-2),2014和2015年在12万株/hm~2和13.5万株/hm~2密度下对其株型和冠层结构特征进行研究,提出实现高产的株型和冠层结构特征:花后和成熟期的物质积累量分别为20 t hm~(-2)和36.5 t hm~(-2),营养器官的物质转移率两年平均为8.7%,收获指数平均为0.54;两年平均吐丝期最大叶面积指数为7.53,穗上和穗下叶面积分别为3.99×10~3 cm~2和1.9×10~3 cm~2,穗上和穗下叶面积空间密度分别为0.17 cm~2 cm~(-3)和0.08 cm~2 cm~(-3);穗位和底部透光率分别为3.7%和1.1%,群体消光系数为0.63;株高和穗位高度分别为287 cm和113 cm;穗上和穗下叶向值分别为51.9和49.2。2、选用22.5t hm~(-2)产量水平的登海618,同时结合文献分析研究不同产量水平下氮的吸收特征,并对高产玉米冠层内光辐射和氮的分布关系进行分析,结果表明,氮的吸收量与玉米籽粒产量显著相关;然而随着籽粒产量的增加,成熟期生产每吨籽粒所需的吸氮量和籽粒氮浓度有降低的趋势;吐丝期氮浓度随着冠层高度的升高而增加,与光辐射的变化一致。因此认为,叶片直立、花后吸氮量较高的玉米品种,能够协调和优化不同冠层层次的光辐射和氮的分布,进而提高高密度生产条件下的玉米产量和氮素利用效率。3、通过对6个获得全国高产纪录的品种SC704、郑单958、良玉66、先玉335、登海618和MC670形态特征研究发现,随着产量潜力的提升,高产玉米品种的株高和穗位高显著降低,穗位高度比(高产品种:0.35—0.36)也显著降低;穗上茎叶夹角(15.0°—17.6°)、穗下茎叶夹角(30.5°—32.4°)及吐丝期单株叶面积和叶面积指数均显著降低;而穗上部的叶片数、穗上节间长度、叶面积空间密度及穗上叶向值、成熟期的叶面积指数显著增加。冠层底部(3.2%—3.8%)和穗位(18.6%—19.4%)的透光率也随着产量潜力的提升而增加。以上这些特征的改变,使得高产潜力品种在高密度下冠层内有更好的光分布。基于此,提出22.5 t hm~(-2)高产玉米“理想株型”结构特征参数,为高产育种提供借鉴。4、在高密度条件下通过对不同株型的玉米品种郑单958和登海618进行去叶,以创造不同叶面积指数的群体,结果表明吐丝后适当的去除叶片可以提高玉米产量,高密度群体存在叶片冗余问题。两年试验中最高产量的处理平均叶面积指数为5.9(郑单958平均为5.6,登海618平均为6.2)。在去叶以后,品种郑单958的光分布、光合速率、气孔导度及花后物质积累增幅均大于登海618。在未来品种选育时,对于株型紧凑的品种,建议减小上部叶片的叶面积或者叶片数,吐丝后下部叶片能够快速衰老,从而改善冠层光分布;但是对于株型更紧凑的品种,建议加速吐丝后下部叶片的衰老以减少后期叶片的呼吸消耗。