CN108541531B - 一种确定玉米种植密度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农作物种植领域，特别涉及一种确定玉米种植密度的方法，包括以下步骤：玉米设置不同种植密度，吐丝期测定不同密度条件下植株冠层顶部和冠层底部的光合有效辐射以及单株叶面积，计算得到测定的LAI值；测定的LAI值与种植密度建立关系模型I；利用Beer定律，计算吐丝期不同密度条件下的K值，再次利用Beer定律，计算每个密度处理光截获率均为95％时，所对应的LAI值，即假设的LAI值；假设的LAI值与种植密度建立关系模型II；模型I与模型II交叉的点即为合理种植密度的下限；建立群体产量与种植密度的二次函数模型III，对二次函数进行求导，得到合理种植密度的上限。该方法为玉米合理密植‑提供良好的指导。

Description

一种确定玉米种植密度的方法
技术领域
本发明涉及农作物种植领域，具体而言，涉及一种确定玉米种植密度的方法。
背景技术
适宜种植密度是提高作物光能利用效率，获得高产的重要条件。在作物高产栽培中如何确立适宜种植密度，构建合理的冠层结构一直是研究热点，传统的方法有两种：(1)根据品种的消光系数；(2)利用密度试验法。
消光系数法认为平展型、半紧凑型、紧凑型玉米品种的消光系数(K)是3个定值，首先根据被测品种的株型特征确定K值，其次利用Beer-Lambert定律计算玉米冠层底部达到最适光截获率(95％)时该品种所需要的叶面积指数，即该品种的适宜叶面积指数，最后根据该品种的单株最大叶面积，计算合理的种植密度。这种方法有两个弊端，首先尽管植株的株型相同，但K值还受植株高度、叶片数、叶夹角、叶向值等群体冠层结构的影响，该方法未能真实反映不同品种间K值的差异，因此计算出来群体密度往往低于或高于品种实际最佳密度；另外该方法还受测定时期的限制，因为该方法用于计算合理种植密度时所用的单株最大叶面积数据来自吐丝期，当植株进入吐丝期，无论是单株叶面积还是冠层底部的光截获率均到达整个生育进程中的最大值，其未考虑到吐丝前群体未完全建成所造成的漏光损失以及吐丝后因植株叶片衰老所造成的群体光截获的减少，因此计算出来群体密度往往低于品种实际最佳密度。
密度法是利用密度试验，根据群体产量和密度的关系，得到产量与密度的二次函数模型，然后根据拟合方程求得品种的适宜种植密度。虽然该方法与生产实践较为接近，但鉴定费时费工，不仅需要开展多年多点试验，一般不少于2年，试验点不少于4个，而且鉴定时需要的密度梯度处理较多，一般不少于10个，另外该方法得到的最适种植密度具有专一性即一组密度试验针对一个品种，不适用于大批量确定玉米适宜种植密度。
基于以上分析，在玉米高产栽培过程中，传统方法不能大批量、精准的确定玉米适宜种植密度。因此，在玉米高产高效栽培上急需探索一种大批量、精准的确定玉米适宜种植密度的方法，从而提高作物光能利用效率，获得高产。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确定玉米种植密度的方法，克服了消光系数法确定合理冠层结构时的测定时期限制问题，针对吐丝前群体未完全建成所造成的漏光损失以及吐丝后因植株叶片衰老所造成的群体光截获的减少等问题进行了考虑；简化了密度试验的复杂性，占地面积小，可进行多品种的测定，其积极的效果是可用于作物栽培的合理密植的定量化确定，促进作物高产栽培研究，为作物建立合理高产群体结构提供了有效手段。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种确定玉米种植密度的方法，包括以下步骤：
选用玉米品种，设置不同的种植密度，，在吐丝期测定不同密度条件下植株冠层顶部和冠层底部的光合有效辐射以及单株叶面积，计算得到测定的LAI值；
测定的LAI值与种植密度建立关系模型I；
利用Beer定律，计算吐丝期不同密度条件下的K值，再次利用Beer定律，计算每个密度处理光截获率均为95％时，所对应的LAI值，即假设的LAI值；
假设的LAI值与种植密度建立关系模型II；
关系模型I与关系模型II交叉的点即为合理种植密度的下限；
建立群体产量与种植密度的二次函数模型III，对二次函数进行求导，得到合理种植密度的上限。
本发明提供的一种确定玉米种植密度的方法，采用消光系数法与密度试验相结合的方法来确定玉米适宜种植密度，不仅考虑到吐丝期，还考虑到吐丝前后期，克服了消光系数法确定合理冠层结构时的测定时期限制问题，也克服了吐丝前群体未完全建成所造成的漏光损失以及吐丝后因植株叶片衰老所造成的群体光截获的减少等问题，构建了合理种植密度的上限和下限，为玉米种植的进行提供良好的指导。
其中，Beer定律公式为：K＝-ln(冠层顶部光合有效辐射/冠层底部光合有效辐射)/LAI。
LAI＝单株叶面积(m2)×小区种植株数(株)/小区植株占地面积(m2)；
单叶叶面积＝叶片长度×叶片宽度×0.75；
单株叶面积为植株所有单叶叶面积的加和。
光截获率＝(冠层顶部的光合有效辐射-冠层底部的光合有效辐射)/冠层顶部的光合有效辐射；
进一步地，所述种植密度设为3个以上。如在不同的实施例中，种植的密度可以为3个、4个、5个、6个、7个、8个等等。
优选地，所述种植密度为3-6个种植密度。
优选地，每个种植密度所用的田地的面积为15m2以上。
优选地，每个种植密度所用的田地的面积为18-30m2。
如在不同的实施例中，每个种植密度所用的田地的面积为15m2、18m2、20m2、24m2、25m2、28m2、30m2等等。
本发明简化了密度试验的复杂性，占地面积小，可进行多品种的测定，其积极的效果是可用于作物栽培的合理密植的定量化确定，促进作物高产栽培研究，为作物建立合理高产群体结构提供了有效手段。
种植密度的选择一般梯度要大，合理种植密度在其范围内，得到的合理种植密度的上下限数值更准确。
优选地，所述不同的种植密度范围为1-20株/m2，所述种植密度的梯度为1-4倍。即依次升高的种植密度，后一个种植密度是前一个种植密度的1-4倍。
优选地，每个种植密度测量的单株叶面积的植株数目为3株以上，优选为5-8株。
如在不同的实施例中，测定的植株的个数可以为3株、4株、5株、6株、7株、8株、9株、10株等等。符合统计学意义即可，并且节约时间和劳力。
进一步地，采用光量子仪测定所述光合有效辐射。
优选地，每个种植密度测定的光合有效辐射在3处以上。
即在吐丝期测定每个密度条件下植株冠层顶部和冠层底部的光合有效辐射测量选址在3处以上，优选为3-4处。
进一步地，所述群体冠层顶部为雄穗上方10cm处。
进一步地，所述冠层底部为植株衰老叶片的上方。
进一步地，所述玉米采用宽窄行种植，测定时将探头水平放置并垂直于植株分别测定宽行，窄行及与行向垂直处三个部位的光合有效辐射，三个部位的均值作为该点光合有效辐射。
当然，玉米也可采用等行宽度的方式种植。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用消光系数法与密度试验相结合的方法来确定玉米适宜种植密度，关键点是找到吐丝期达到最佳光截获所需的种植密度，确定适宜种植密度范围的下限，在成熟期找到适宜种植密度范围的上限，最终得到玉米适宜种植密度范围。
(2)本发明克服了消光系数法确定合理冠层结构时的测定时期限制问题，同时也克服了吐丝前群体未完全建成所造成的漏光损失以及吐丝后因植株叶片衰老所造成的群体光截获的减少等问题。
(3)本发明简化了密度试验的复杂性，占地面积小，可进行多品种的测定，其积极的效果是可用于作物栽培的合理密植的定量化确定，促进作物高产栽培研究，为作物建立合理高产群体结构提供了有效手段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例涉及的确定玉米种植密度方法的流程图；
图2为本发明实施例1涉及的LAI值与种植密度的曲线图；
图3为本发明实施例1涉及的玉米种植密度与产量的二次方程曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施方式对本发明的技术方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如图1所示，本发明提供的一种确定玉米种植密度的方法，包括以下步骤：
设置密度试验，即玉米分区域种植不同的密度；
在玉米吐丝期，测量不同密度条件下玉米冠层顶部和底部的光合有效辐射以及冠层底部到冠层顶部的群体绿色叶面积，计算不同密度条件下LAI即大田值，建立LAI(测定值)与种植密度的相关模型(I)；
根据假定每个种植密度条件下群体冠层底部截获率均能达到95％(最适光截获)即所有密度条件下群体冠层底部光截获率均为95％，基于Beer定律、不同密度条件下的LAI和光截获率数据，求出吐丝期不同密度条件下的K值；
然后根据计算出来的K值，再次利用Beer定律，计算每个密度处理冠层底部光截获率均为95％时，所对应的LAI值(假设值)，建立LAI值(假设值)与种植密度的相关模(II)；
对(I)和(II)两个模型进行联立求解，确定假设及现实生产条件下，即两者交叉的点即为合理种植密度的下限。
另外，基于设置的密度试验，在成熟期计算不同密度条件下群体产量及收获密度，建立群体产量与种植密度的二次函数模型(III)，对该模型进行二级求导，计算出该品种在当地能够获得的最高群体产量及其对应的种植密度即群体最高产量所需种植密度，得到合理种植密度的上限。
基于上述内容得到确立的合理种植密度范围。该品种的适宜种植密度可在该区间内进行选择即可。
下面结合具体实施例，进行举例说明。
实施例1
以新疆试验基地连续种植3年以上的玉米品种郑单958为例进行说明。
试验采用宽窄行，宽行0.7m，窄行0.5m进行种植，每个小区6行，小区面积18m2，行长5m，行宽3.6m，共设置4个密度处理，其密度分别为1.5、6、12和18株/m2，每个处理重复三次。
吐丝期，选择一个晴朗无云的上午，于10:00-14:00之间采用美国Lincoln公司生产的LI-191SA光量子仪测定不同密度条件下群体冠层顶部(雄穗上方10cm处)和底部(植株衰老叶片的上方)光合有效辐射，测定时将探头水平放置并垂直于植株分别测定宽行，窄行及与行向垂直处三个部位的光合有效辐射，三个部位的均值作为该点光合有效辐射。每个密度测5处。
叶面积指数的测量采用叶面积系数法，每个小区测量5株。
生理成熟期后，收获中间两行用于考种计产。
不同密度对应的测定的LAI如表1所示。
表1不同密度对应的测定的LAI值
Figure BDA0001640340730000071
根据测定的LAI(大田值)，建立其与种植密度的关系模型(I)：y(大田值)＝＝0.533x+0.538，R2＝0.997**，具体见图2。
基于Beer定律、不同密度条件下的LAI和光截获率数据，求出吐丝期不同密度条件下的K值，然后根据计算出来的K值，再次利用Beer定律，计算每个密度处理冠层底部光截获率均为95％时，所对应的LAI值(假设值)。
透光率＝底部光合有效辐射量/顶部光合有效辐射量*100％，数据如表2所示。
表2不同密度条件下冠层底部的透光率
Figure BDA0001640340730000072
Figure BDA0001640340730000081
K＝-ln(透光率/100)/LAI。
吐丝期不同密度条件下的K值如表3所示。
表3不同密度条件下的K值
Figure BDA0001640340730000082
建立LAI值(假设值)与种植密度的相关模(II)：y(假设值)＝0.173x+4.489，R2＝0.983**。
联立(I)(II)两个模型可计算出，冠层底部光截获达到95％光截获率时所需要的种植密度为10.98株/m2，即合理种植密度的下限。
通过分析成熟期群体产量与密度的关系，建立群体产量与种植密度的二次函数模型(III)，如图3所示。即y产量＝-0.098x2+2.36x+5.35，R2＝0.999，通过对二次函数进行求导，可以计算出当种植密度达到12.04株/m2时，群体能获得最高产量19.55t/hm2即合理种植密度的上限。
因此，该品种在该种植区域内的适宜种植密度范围在10.98-12.04株/m2。
实施例2
以新疆试验基地连续种植3年以上的玉米品种先玉335为例进行说明。
试验采用宽窄行，宽行0.7m，窄行0.5m进行种植，每个小区6行，小区面积18m2，行长5m，行宽3.6m，共设置4个密度处理，其密度分别为1.5、6、12和18株/m2，每个处理重复三次。
吐丝期，选择一个晴朗无云的上午，于10:00-14:00之间采用美国Lincoln公司生产的LI-191SA光量子仪测定不同密度条件下群体冠层顶部(雄穗上方10cm处)和底部(地面上方15cm处)光合有效辐射，测定时将探头水平放置并垂直于植株分别测定宽行，窄行及与行向垂直处三个部位的光合有效辐射，三个部位的均值作为该点光合有效辐射。
叶面积指数的测量采用叶面积系数法，每个小区测量5株。每个密度测5处。
生理成熟期后，收获中间两行用于考种计产。
根据测定的LAI(大田值)，建立其与种植密度的关系模型(I)：y(大田值)＝0.62x+0.26，R2＝0.995**。
基于Beer定律、不同密度条件下的LAI和光截获率数据，求出吐丝期不同密度条件下的K值，然后根据计算出来的K值，再次利用Beer定律，计算每个密度处理冠层底部光截获率均为95％时，所对应的LAI值(假设值)，建立LAI值(假设值)与种植密度的相关模(II)：y假设值)＝0.25x+3.78，R2＝0.996**。
联立(I)(II)两个模型可计算出，冠层底部光截获达到95％光截获率时所需要的种植密度为9.51株/m2，即合理种植密度的下线。通过分析成熟期群体产量与密度的关系，建立群体产量与种植密度的二次函数模型(III)，即y产量＝-0.13x2+2.75x+4.54，R2＝0.928**，通过对二次函数进行求导，可以计算出当种植密度达到10.58株/m2时，群体能获得最高产量19.08t/hm2即合理种植密度的上线。即得到该品种在该种植区域内的适宜种植密度范围应在9.51-10.58株/m2。
另外，统计以往种植密度与产量的关系，发现，相应玉米品种的合理种植的范围均在本发明提供的范围内。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
选用玉米品种，设置不同的种植密度，在吐丝期测定不同密度条件下植株冠层顶部和冠层底部的光合有效辐射以及单株叶面积，计算得到测定的LAI值；所述冠层顶部为雄穗上方10cm处；所述冠层底部为植株衰老叶片的上方；
测定的LAI值与种植密度建立关系模型I；
利用Beer定律，计算吐丝期不同密度条件下的K值，再次利用Beer定律，计算每个密度处理光截获率均为95％时，所对应的LAI值，即假设的LAI值；
假设的LAI值与种植密度建立关系模型II；
关系模型I与关系模型II交叉的点即为合理种植密度的下限；
建立群体产量与种植密度的二次函数模型III，对二次函数进行求导，得到合理种植密度的上限。
2.根据权利要求1所述的一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，所述种植密度设为3个以上。
3.根据权利要求1所述的一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，所述种植密度设为3-6个种植密度。
4.根据权利要求1所述的一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，每个种植密度所用的田地面积为15m2以上。
5.根据权利要求4所述的一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，每个种植密度重复3-4次。
6.根据权利要求1所述的一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，所述不同的种植密度范围为1-20株/m2，所述种植密度之间的梯度为1-4倍。
7.根据权利要求1所述的一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，每个种植密度测量的单株叶面积的植株数目为3株以上。
8.根据权利要求1所述的一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，每个种植密度测量的单株叶面积的植株数目为5-8株。
9.根据权利要求1所述的一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，采用光量子仪测定所述光合有效辐射，每个种植密度测定的光合有效辐射在3处以上。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种确定玉米种植密度的方法，其特征在于，所述玉米采用宽窄行种植，测定时将探头水平放置并垂直于植株分别测定宽行，窄行及与行向垂直处三个部位的光合有效辐射，三个部位的均值作为所述光合有效辐射。
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