增加种植密度是提高玉米产量的重要措施之一,但是种植密度增加后玉米茎秆机械强度降低,倒伏现象严重。倒伏不仅降低了玉米产量和品质,同时也增加了机械收获难度。玉米高密度种植时具有较大的叶面积指数,导致营养生长至灌浆早期冠层中下部叶片的相互遮荫和光合有效辐射大幅下降。叶片在遮荫或者弱光条件下的光合能力下降,使转运到茎秆中的碳水化合物降低。由此推测,密植条件下玉米冠层内部光照强度下降可能是引起基部节间强度降低、倒伏增加的重要因素。基于上述推论,本文设置不同种植密度、整体遮荫和局部剪叶等试验处理改变玉米冠层的光照环境,通过对不同光环境下玉米植株形态、基部节间外部形态及内部碳水化合物组分、解剖结构、机械强度和倒伏率等进行系统研究,探讨冠层光环境对玉米节间发育的影响机制;明确玉米节间碳水化合物变化与解剖结构及机械强度的相互关系;揭示玉米冠层光分布与茎秆机械强度形成及抗倒伏能力的关系。研究结果可为玉米密植高产稳产栽培及耐密抗倒品种选育提供理论依据。主要研究内容和结果如下:1 种植密度对玉米节间发育的影响玉米节间发育过程中先进行快速增粗和伸长,接着节间干物质快速积累、茎壁的结构性化学组分合成,最后是茎秆强度形成。其中基部节间穿刺强度(RPS)快速形成期大约在拔节后14 d至25 d。随着种植密度增加,玉米基部节间形态快速建成的起始时间和终止时间均有所提前。在高密度条件下,玉米基部节间快速伸长速率提高,使节间变长;而节间快速增粗、干物质积累持续期缩短,导致节间变细,节间单位长度干重(DWUL)降低,茎秆抗倒伏强度有所下降。2 密植条件下玉米冠层内部光照强度对茎秆抗倒伏能力的影响增加种植密度降低玉米冠层内部的光照强度,玉米基部节间单位长度干重和穿刺强度有所降低,倒伏率增加。与自然光照下相比较,对玉米冠层进行30%和60%遮荫后,基部节间单位长度干重分别降低40%和50%;穿刺强度分别降低40%和50%;倒伏率增加10%和20%。由此可知,玉米冠层光照强度是影响节间强度形成和倒伏发生的重要因素。3 遮荫和剪叶处理对玉米茎秆强度和倒伏的影响整体遮荫处理后,明显增加了玉米株高和穗位高,但植株重心高度有所降低。遮荫后玉米基部节间长度增加、直径变小;穿刺强度降低,倒伏率增加。进一步分析节间碳水化合物可知:遮荫处理后显著降低基部节间单位长度干重、水溶性碳水化合物(WSC)、纤维素、木质素和半纤维素的含量,且对WSC含量的影响程度最大。由此说明,遮荫后由于玉米节间WSC含量降低,使节间结构性碳水化合物含量显著降低,倒伏率增加。在玉米抽雄期局部剪去棒三叶以上全部或1/2叶片(RAE或RAE/2)后,基部第3节间单位长度结构性碳水化合物含量显著增加,穿刺强度分别提高5.4-11.6%和7.7-8.2%,倒伏率分别下降4.9-7.8%和4.2-4.6%。抽雄前剪去玉米棒三叶以下3片叶(RBE),基部第3节间单位长度结构性碳水化合物含量显著降低,穿刺强度降低9.1-17.4%,倒伏率增加7.0-11.2%。抽雄前剪去玉米冠层底部3片叶(RB),第3节结构性碳水化合物含量、穿刺强度和倒伏率无显著变化。由此表明,玉米棒三叶以下3片叶是基部节间碳水化合物积累和机械强度形成的关键叶层。4 玉米节间碳水化合物、解剖结构与茎秆机械强度的关系茎秆RPS形成主要在节间定长后,节间DWUL中后期积累为RPS形成提供物质来源。高密度条件下玉米基部节间纤维素和木质素积累的起始和终止时间均提前;节间纤维素和木质素快速积累速率下降,使节间外皮组织发育受阻;节间RPS形成速率下降,最终导致RPS显著降低。因此,生产中应在拔节期通过农艺和化学调控等措施,控制玉米节间伸长速率,缩短节长,增加单位长度干重;使茎秆纤维素和木质素积累速率加快,茎秆强度提高,从而降低田间倒伏率。5 改善玉米冠层光分布对茎秆抗倒伏能力的影响玉米穗位至穗下1/2叶层功能对基部节间干物质积累和机械强度形成有至关重要的作用,提高玉米穗位层光照强度以及穗位至穗下1/2层光截获量可显著提高基部节间单位长度干重、结构性碳水化合物含量和穿刺强度,显著减少田间倒伏率。因此,高密条件下选用植株上部叶片较小、直立的玉米高产品种,有利于冠层下部透光,提高基部节间的机械强度和抗倒伏能力,为实现玉米大面积密植高产栽培技术提供必要的保障。