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期刊：Field Crop Ressearch 1区TOP/IF=5.6![]() 全球范围内平均种植密度增加57.8 %，粮食产量增加11.2 %；![]() 产量增加得到了更大的吐丝前生物量生产和调动的支持；![]() 吐丝前高密度对个体生物量的影响小于吐丝后的影响；![]() 密度越高，根系和籽粒生物量分配越少。 |
提高玉米种植密度是提高群体籽粒产量的主要农艺措施，但高密度的冠层遮蔽限制了植株生长和单株籽粒产量。干物质的积累、分配和再分配是决定籽粒产量的关键因素。然而，这些过程对增加种植密度的响应了解有限。本研究对253项同行评审研究中的2363组观察进行了整合分析。本研究的目的是阐明高种植密度下DM生产、分配和调动对玉米产量的影响。研究结果对了解玉米产量随种植密度变化的生理机制具有重要意义，为今后玉米育种提供指导。![]()
本研究全面搜索了科学网站(http://www.webofscience.com)、谷歌学术(http://scholar.google.com)、中国知网(CNKI;https://www.cnki.net)用于研究在2022年12月之前增加种植密度的玉米生物量生产和分配。使用的关键词如下:“plant*density*” OR “plant*population*” OR “population*density*” OR “seeding rate*” OR “sowing rate*” AND “maize*” OR “corn*” AND “grain yield*”。根据以下标准筛选出版物:(1)研究必须在农田进行，不包括使用人工盆栽土壤(即沙子、粘土和蛭石等的混合物)种植植物的室内试验;(2)研究必须在单一栽培或轮作制度下进行，不包括间作;(3)研究必须使用普通商品玉米品种，不包括自交系、青贮玉米和甜玉米;(4)研究必须有充足的氮供应;任何使用零氮添加或低氮供应的研究都被排除在外;(5)研究的均值、样本量和标准偏差(SD)或标准误差(SE)可以从表格中导出，从数字中进行数字化(Getdata Graph digittizer http://getdata-graph-digitizer.com/)，或使用metagear R包进行估计;(6)全文以英文撰写，或提供英文摘要。每个研究以与当地农民实践最相似的种植密度(FP)为对照，以较高的种植密度(HD)为处理。不包括低于对照组的植物密度。meta分析中使用的研究分布如下:东亚(68.0%)、北美(17.2%)、南美洲(4.6%)、非洲(3.3%)、南亚(2.6%)、欧洲(2.3%)、西亚(1.9%)。其中，中国和美国分别占66.7%和14.9%(图2)。这些研究发表于1966—2020年。每项研究的实验年限包括1年(28.7%)、2年(43.8%)、3年及以上(26.2%)。种植密度从每公顷1万株到每公顷18万株不等。![]()
其余方法见原文。
增加种植密度对干物质积累、分配和转运的总体影响
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图3 增加种植密度对单株地上部和根干物质量(a)和每公顷地上部干物质量(b)的影响。SDM-V6是指V6期地上部干物质量;SDM-V9为V9期地上部干物质量;SDM-V12是指V12期地上部干物质量;SDM-R1表示吐丝期的地上部干物质量;SDM-R6表示成熟期地上部干物质量，包括地上部秸秆和籽粒;RDM-R1为吐丝期根干物质量;RDM-R3为灌浆期根系干物质量;RDM-R6为生理成熟期的根干物质量。
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图4 增加种植密度对玉米籽粒产量、收获指数和地上部秸秆的影响(a)根冠比(b)。R/S-R1、R/S-R3和R/S-R6分别表示吐丝期、灌浆期和成熟期的根冠比。
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图5 增加植株密度对干质量积累的影响(a);干质量再动员(b)。PrS-DM表示在吐丝前阶段的干物质量积累。PoS-DM是指吐丝后干物质量积累。DMRA为干物质量再动员量。DMRE是指营养组织内干物质的再动员效率。DMRC是指干物质再动员对粮食产量的贡献。
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图6 株型和增加密度对单株地上部和根干物质量的交互作用(a)每公顷(b);产量、收获指数、秸秆(c);干质量积累(d);干物质再动员(e)。
农田氮素管理的效果
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图7 施氮量与增加密度对单株地上部干物质量的交互效应。(a)每公顷(b);产量、收获指数、秸秆(c);干质量积累(d);干物质再动员(e)。
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图8 施氮次数和增加密度对单株地上部和根干物质量的交互效应。(a)每公顷(b);产量、收获指数、秸秆(c);干质量积累(d);干物质再动员(e)。
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图9 水分管理和增加植物==密度对单株地上部和根干物质量的交互作用。(a)每公顷(b);产量、收获指数、秸秆(c);干质量积累(d);干物质再动员(e)。
干物质积累、分配、植株结构、氮肥与水分管理因子的关系
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图10 基于结构方程模型(SEM)，研究了植物构型、氮肥用量、施氮次数和施肥方式对干物质积累、干物质再分配、收获指数和籽粒产量的影响。与箭头相邻的数字为标准化路径系数，类似于相对回归权重，表示关系的效应大小。连续箭头和虚线箭头分别表示显著和不显著的关系。箭头的宽度与强度成正比关系。在模型中，方差被解释比例(R2)出现在每个响应变量旁边。各模型的拟合优度统计量显示在右下角。PrS-DM指吐丝前群体干物质积累。PoS-DM是指吐丝后群体干物质积累。DMRE是指营养组织内干物质的再动员效率。
增加种植密度可使全球玉米产量提高11.2%，这是由于吐丝前干物质生产和再分配到籽粒。此外，较少的光合产物分配到根，以确保更多的干物质为茎部生长。本研究首次探索在高种植密度下通过优化植物结构、农田氮和水管理措施来提高粮食产量的潜力。理想型植株结构主要通过增强花后干物质生产来提高籽粒产量。分次施氮通过提高吐丝后干物质生产和再分配来提高产量。合理增加施氮量可通过提高吐丝后干物质生产提高粮食产量。施肥通过协调水和氮肥供应，增加DM在籽粒中的分配，从而提高粮食产量。研究结果可为今后育种和田间管理提供理论依据，以提高群体干物质生产和籽粒分配，构建营养和水分利用效率高、抗倒伏的优良根系。(欢迎大家投稿、转发和建议，也希望与您共同讨论相关知识，共同进步！)
