马达灵，高慧霞，于晓芳，高聚林，李 博

(内蒙古农业大学农学院，内蒙古 呼和浩特 010019)

内蒙古自治区是我国13个粮食主产省和5个粮食净调出省之一，玉米作为自治区第一大粮食作物，是国家粮食安全与农牧民增产增收的重要保障，因此，确保玉米持续增产增效成为该区农业生产的首要任务之一。20世纪50年代以来，玉米持续增产得益于品种改良及栽培措施改进，其中增加种植密度成为 “结构性增产”的主要途径[1-2]。与我国玉米高产记录种植密度9 000株·667m-2相比，目前内蒙古自治区玉米平均种植密度仅为4 000株·667m-2，差距较大；
由于生产中长期采用小动力农机具整地，土壤犁底层加厚，阻碍玉米根系下扎，导致植株对土壤养分和水分的利用效率降低，再增密倒伏加重(倒伏率8%以上)，造成增密不增产，并且制约了机械化籽粒直收(要求田间植株倒伏率低于5%)[3-4]。因而倒伏成为了限制内蒙古玉米单产和机械化籽粒直收质量提高的瓶颈问题[5]。

茎折占玉米倒伏情况的30%～60%，生育期茎折阻碍植株养分与水分传输，生理成熟后茎折直接决定了机械粒收质量的高低[6]。前人研究表明玉米基部第3茎节穿刺强度、穗下部节间抗压碎强度、弯曲强度可以较直接地反映茎秆抗折能力[7-10]。玉米生理成熟后发生茎折也与茎秆力学强度降低密切相关[6,11]。因此，茎秆力学强度常被作为衡量玉米抗倒伏能力的评价指标。研究表明随着品种的更替，玉米抗茎折能力明显提高，茎秆下部节间的穿刺强度、弯曲强度、压碎强度等力学指标均有增强趋势[12-13]。采用深松耕作可打破犁底层、增加耕层厚度，有利于玉米根系下扎，提高根系生物量和根系活力，促进地上部物质积累，降低玉米倒伏率，有效容纳更大的群体[14-17]。

由此可知，通过耕作措施改善土壤耕层、选育耐密植品种均为提高生育期内茎秆抗倒性能的有效途径，然而关于耕作措施如何影响玉米站秆脱水期间抗倒伏性状却少见报道。因此，本研究以深松耕作为改土措施，以不同年代玉米品种为材料，研究生理成熟后茎秆力学强度演替规律及其对深松的响应，以期为选育适宜机械粒收品种和采取深松改土措施实现玉米再增密增产及机械粒收提质增效提供理论依据。

1.1 试验设计

大田试验于2019—2020年在中国敕勒川现代农业博览园(包头市土默特右旗沟门镇北只图村，40°33′N，110°31′E)进行，该试验地土壤类型为沙壤土，0～30 cm耕层土壤养分含量见表1。2019年5—10月玉米生长期内平均气温为20.54℃，降雨量为370.9 mm；
2020年玉米生长期内平均气温为17.22℃，降雨量为335.6 mm。

表1 试验区土壤基础生产力Table 1 Soil basic productivity in the test area

试验材料选取1970s到2010s曾经在生产上种植面积较大的5个玉米品种，分别为中单2号(1970s)、丹玉13(1980s)、掖单13(1990s)、先玉335(2000s)和登海618(2010s)。试验采用裂裂区设计，耕作方式为主区，设置浅旋耕作(耕作深度15 cm, CK)、深松耕作(深松35 cm后浅旋耕15 cm, SS)2种方式；
密度为副区，设置高、低2个种植密度，分别为45 000株·hm-2(LD)、105 000株·hm-2(HD)；
品种为副副区。每个处理3次重复。小区行长8 m，宽6 m，等行距(0.6 m)种植。

生育期施肥量为：纯N 225 kg·hm-2，P2O5105 kg·hm-2，K2O 45 kg·hm-2，N肥按3∶6∶1比例分别于拔节期、大喇叭口期、灌浆期随水追肥，P2O5和K2O作基肥一次性施入。其他管理同一般大田。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 玉米茎折率 在成熟期(黑层出现，乳线消失)、收获期(籽粒含水量小于25%)调查玉米倒伏情况，每小区取中间4行，植株从果穗下部折断定义为茎折，记载折断位置，计算茎折率。

1.2.2 茎秆力学强度 在生理成熟期、收获期，每小区选取相邻3株玉米，对茎秆地上基部第3、4、5节间分别测定茎秆穿刺强度，第3、5节间分别测定弯曲强度，第4节间测定压碎强度。

力学强度测定采用SY-S03植物茎秆强度测量仪。用1 mm2的探头垂直于茎秆方向匀速缓慢压下，穿刺强度为穿透茎秆表皮的最大值；
用0.5 cm2的探头垂直于茎秆轴线方向，压住节间中部缓慢匀速加载，弯曲强度为其弯曲折断时的最大值；
用1 cm2的探头垂直于茎秆轴线方向，压住节间中部缓慢匀速加载，压碎强度为其撕裂时的强度值。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2016进行数据处理与制图，利用SAS 9.1统计软件对数据进行方差和相关性分析。采用LSD(least-significant different)法进行多因素方差分析，明确不同耕作措施、密度、品种组合的差异性；
用Pearson法对茎秆力学强度与茎折率进行相关性分析；
品种释放年代与茎折率、力学强度分别进行直线回归分析，明确指标随品种演替的变化规律。

2.1 深松增密对不同年代玉米品种茎折率的影响

由表2可知，不同耕作措施、种植密度、品种间的茎折率有明显差异；
密度与品种互作对成熟期茎折率有显著影响，因素间互作对收获期茎折率也有明显影响。各处理收获期的茎折率均高于成熟期。

表2 2019—2020年耕作措施、密度、 品种对玉米茎折率影响的方差分析Table 2 Analysis of variance about effects of tillage method, density and maize variety on stalk lodging in 2019 and 2020

深松耕作(SS)成熟期、收获期的茎折率分别低于浅旋耕作(CK)0.54、1.22个百分点；
种植密度从4.5万株·hm-2(LD)增加到10.5万株·hm-2(HD)时，倒伏率也随之显著增加，收获期2年分别增加了10.57、4.96个百分点。随着品种的演替，收获期的茎折率以2.21%·10a-1的速率明显降低(2020年)。新品种茎折率小于老品种，以收获期为例，2010s品种茎折率较1970s 2年分别降低了19.61个百分点和9.47个百分点。

由表3可知，深松高密条件下(SSHD)各品种的茎折率高于浅旋低密(CKLD)而低于浅旋高密(CKHD)，且品种间变幅有差异。以收获期为例，1970s品种SSHD两年茎折率分别高于CKLD 28.23、11.36个百分点，较CKHD分别低5.21、2.48个百分点；
2010s品种SSHD茎折率高于CKLD 0.31个百分点，较CKHD低0.30个百分点(2019年)，2020年增密无茎折发生。由此可见，深松耕作可以降低由增密引发的茎折，且老品种茎折降幅大于新品种，2000s、2010s品种在收获期的茎折率低于5%。

表3 2019—2020年深松、增密条件下不同年代品种的茎折率/%Table 3 Stalk lodging of different varieties under subsoiling tillage and density increase in 2019 and 2020

2.2 深松增密对不同年代玉米品种茎秆穿刺强度的影响

耕作措施对成熟期第3、4、5节间穿刺强度(2019年)有明显影响，种植密度间各节间穿刺强度均具有明显差异，品种对第3、5节间收获期穿刺强度、第4节间成熟期穿刺强度有明显影响；
因素间两两互作对部分节间穿刺强度有影响，三者互作对穿刺强度无明显影响(表4)。

SS较CK可明显增加成熟期玉米茎秆穿刺强度，2019年第3、4、5节间分别为5.24×107、5.06×107、4.45×107N· m-2，较CK分别增加了14.16%、14.60%、6.10%。HD各节间穿刺强度比LD显著降低。随着品种的演替，第3节间成熟期穿刺强度以0.26×107N·m-2·10a-1速率呈明显下降趋势，第4节间2020年成熟期也有类似趋势，其他指标变化无明显规律(表4)。

表4 2019—2020年耕作措施、密度、品种对玉米茎秆穿刺强度影响的方差分析Table 4 Analysis of variance about effects of tillage method, density and variety on maize stalk rind puncture strength in 2019 and 2020

进一步分析，各品种的穿刺强度在SSLD与CKLD条件下无明显差异；
部分品种SSHD条件下的节间穿刺强度与CKLD也无差异，但明显高于CKHD。以第3节间穿刺强度为例(2 a平均)，1980s、2000s品种成熟期SSHD较CKHD分别增加了125.75%、51.62%，收获期分别增加了175.54%、56.54%(图1)；
2000s品种的第4节间穿刺强度SSHD较CKHD成熟期增加55.22%、收获期增加61.94%(图2)；
1990s和2010s品种成熟期SSHD第5节间穿刺强度较CKHD分别增加了78.01%、69.53%，收获期1980s品种增加了65.90%(图3)。

注: 不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters mean significant difference among different treatments at the same stage (P<0.05)．The same below.图1 2019—2020年深松、增密条件下不同年代品种的基部第3节间穿刺强度Fig.1 The third internode rind puncture strength of different varieties under subsoiling tillage and density increase in 2019 and 2020

图2 2019—2020年深松、增密条件下不同年代品种的基部第4节间穿刺强度Fig.2 The fourth internode rind puncture strength of different varieties under subsoiling tillage and density increase in 2019 and 2020

图3 2019—2020年深松、增密条件下不同年代品种的基部第5节间穿刺强度Fig.3 The fifth internode rind puncture strength of different varieties under subsoiling tillage and density increase in 2019 and 2020

综上可知，在增密条件下深松耕作较浅旋可提高玉米茎秆节间穿刺强度，但不同年代品种的响应无明显规律。

2.3 深松增密对不同年代玉米品种茎秆压碎强度和弯曲强度的影响

耕作措施对成熟期压碎强度(2019年)、收获期压碎强度(2020年)有明显影响，SS压碎强度成熟期、收获期分别为2.70×106、2.83×106N·m-2，与CK相比，分别提高了29.19%、19.92%；
种植密度对压碎强度也有明显影响，LD压碎强度明显高于HD约2倍；
随着品种的更替，压碎强度无明显变化规律，品种间收获期压碎强度(2020年)有显著差异，1990s品种最低，为2.34×106N·m-2(表5)。

耕作×密度对成熟期压碎强度有明显影响(表5)。1990s、2000s品种(2019年)、收获期1980s和1990s品种(2020年)SSLD成熟期的压碎强度显著高于CKLD。各年代品种成熟期压碎强度均低于CKLD，2000s品种SSHD压碎强度高于CKHD 115.45%(2020年)；
收获期SSHD下1980s、1990s品种压碎强度(2019年)较CKLD无明显下降；
且1970s、1990s品种的压碎强度分别高于CKHD 43.6%(2020年)、72.60%(2019年)(图4)。

图4 2019—2020年深松、增密条件下不同年代品种的基部第4节间压碎强度Fig.4 The fourth internode crushing strength of different varieties under subsoiling tillage and density increase in 2019 and 2020

耕作措施、种植密度、品种及其互作(除耕作×密度外)对玉米茎秆第3节间弯曲强度有明显影响;种植密度、品种对第5节间弯曲强度也有明显影响。SS较CK可明显增加玉米茎秆第3、5节间的弯曲强度；
HD节间弯曲强度较LD显著降低。随着品种的演替，第3、5节间弯曲强度无明显变化规律(表5)。

表5 2019—2020年耕作措施、密度、品种对玉米茎秆压碎强度和弯曲强度影响的方差分析Table 5 Analysis of variance about effects of tillage method, density and variety on maize stalk crushing strength and bending strength in 2019 and 2020

进一步分析，由图5、图6可知，1980s品种第3节间弯曲强度在成熟期、收获期SSLD明显高于CKLD 8.03%(2019年)和23.49%(2 a平均)；
2000s品种第5节间弯曲强度在成熟期、收获期SSLD明显高于CKLD 42.28%(2019年)、79.65%(2020年)。不同年代品种第3、5节间弯曲强度SSHD均小于CKLD，但部分品种高于CKHD。以第3节间弯曲强度为例(图5)，1970s、1980s、1990s、2000s品种成熟期SSHD弯曲强度高于CKHD，且1980s、1990s、2000s品种的收获期SSHD弯曲强度仍分别高于CKHD 88.07%(2 a平均)、31.07%(2020年)、58.09%(2020年)。1980s、2000s品种成熟期第5节间弯曲强度SSHD高于CKHD，收获期1970s、1980s品种弯曲强度SSHD仍高于CKHD 33.05%(2020年)、98.37%(2019年)(图6)。

图5 2019—2020年深松、增密条件下不同年代品种的基部第3节间弯曲强度Fig.5 The third internode bending strength of different varieties under subsoiling tillage and density increase in 2019 and 2020

综上可知，在增密条件下深松耕作较浅旋可提高玉米茎秆压碎强度、弯曲强度，但不同年代品种的响应无明显规律。

2.4 茎秆力学强度与茎折率的相关性分析

由表6可知，2020年成熟期的玉米茎折率与第3、4、5节间穿刺强度、第4节间压碎强度、第3、5节间弯曲强度有显著负相关关系；
2020年收获期的茎折率与第3、4节间穿刺强度、第4节间压碎强度、第3、5节间弯曲强度有显著负相关关系。

表6 茎折与茎秆力学强度的相关分析Table 6 Correlation analysis between stalk lodging and stalk mechanical strength

玉米生理成熟后由于植株不断衰老，碳水化合物分解、细胞壁降解导致茎秆力学强度降低、茎折率随之升高[18-19]。本研究结果显示收获期玉米茎折率高于成熟期，且茎秆力学强度也相应下降。

刘志铭等[13]研究吉林省不同年代玉米主栽品种生理成熟后抗倒伏特性的结果显示，基部第3节间茎秆穿刺强度和第4节间茎秆压碎强度都随品种更替而增加，子粒成熟后田间站秆期间植株抗倒伏能力提高。本研究中随着玉米品种的更替，收获期茎折率以2.21%·10a-1的速率明显降低，茎秆力学指标无明显变化规律。与前人研究结果的差异可能由于试验条件不同所致，本研究中深松改土措施使耕层变厚，新老品种茎秆力学强度对此响应有差异，从而区别于单一耕作条件的结果。

于晓芳等[16,20]认为深松耕作能提高土壤质量，使玉米根系空间分布更加合理，有利于地上部物质积累，可降低由增密引起的茎倒伏。本研究结果与

前人相一致，且老品种茎折率的降幅大于新品种，但2000s、2010s品种生理成熟后的茎折率均低于5%，可适宜机械化籽粒直收[4]。深松耕作较浅旋耕可提高玉米茎秆的力学强度，增密后作用更加明显，且对不同年代玉米品种的影响有差异。本研究高密条件下，与浅旋耕相比，深松耕作使收获期1970s品种第4节间压碎强度增加了43.6%、第5节间弯曲强度增加了33.05%；
1980s品种第3～5节间穿刺强度、第3、5节间弯曲强度也均有不同程度增加；
1990s品种的第4节间压碎强度增加了72.60%，第3节间弯曲强度增加了31.07%；
2000s品种第3～5节间茎秆穿刺强度、第3节间弯曲强度也有明显增加；
2010s品种力学强度无显著变化。茎秆力学强度的增幅随着品种演替并无明显变化规律。

收获期(2020年)玉米的茎折率与第3、4节间穿刺强度、第4节间压碎强度、第3、5节间弯曲强度有明显负相关关系，这与薛军等[6]研究结果相一致，但新品种的茎秆力学强度并非显著高于老品种。由此可见，力学强度可作为构建抗倒伏群体的指标，但评价品种的抗倒性还具有一定片面性。

从生理成熟到收获，玉米的茎折率增加，茎秆力学强度降低。与浅旋相比，深松耕作使玉米茎折率降低1.22个百分点，而增密使玉米茎折率增加7.77个百分点；
随着品种更替，玉米收获期茎折率明显降低；
深松耕作可以降低由增密引发的茎折，且老品种茎折率的降幅大于新品种。

随着品种更替，玉米茎秆力学强度无明显变化规律。深松耕作提高了茎秆力学强度，在高密条件下作用更加明显，除2010s品种外，其他年代品种的茎秆力学强度较浅旋耕作均明显增加；
但增幅随着品种演替并无明显变化规律。

玉米茎折率与第3、4节间穿刺强度、第4节间压碎强度、第3、5节间弯曲强度呈显著负相关，但新品种茎秆力学强度并非明显高于老品种。因此，仅用单个或几个茎秆力学指标评价玉米品种的抗茎折能力具有片面性，后续研究更应该关注综合评价指标体系的构建。

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