中国是否有必要提高玉米种植密度?

文章基本信息

文章标题：Is it necessary to increase the maize planting density in China?

译  名：中国是否有必要提高玉米种植密度?

期  刊：European Journal of Agronomy

影响因子：4.5

文章亮点

提高我国玉米种植密度（PD）是必须的。

增加种植密度可显著提高玉米籽粒产量。

玉米种植区间最佳种植密度存在差异。

增加PD的效果受环境因素的影响。

摘要

提高玉米种植密度被认为是中国粮食增产的潜在途径，但其增产效果和具体因素的影响尚未达成共识。因此，我们建立了一个数据库(来自187篇出版物的2721对数据)来量化增加玉米种植密度对表型性状和产量的影响，确定每个种植区域的适当玉米种植密度，并量化环境因素和农业投入对增加种植密度结果的影响。结果表明，增加种植密度增加了玉米植株间的个体竞争，对玉米植株的生长有负面影响，但由于种群生物量的增加，籽粒产量提高了11.18 ~ 13.43%。利用该数据库，我们发现不同玉米种植区域的最优密度和籽粒峰值产量存在较大差异，并基于亚群分析分析了造成这些差异的因素。田间管理措施对增加种植密度的效果有显著影响。特别是较高的农业投入(灌水量和氮磷施用量)增强了增加种植密度对最佳种植密度和籽粒峰值产量的正向作用。此外，增加种植密度的效果受环境因子(气候和土壤)的显著影响。当年平均气温为7 ~ 14℃，年平均降水量为400 ~ 800 mm时，相对肥沃(全氮、速效氮和土壤有机质含量较高)和中性(pH值为6 ~ 8)土壤的产量和最大峰值产量最高。研究结果表明，应加大玉米种植密度，为确定中国不同玉米产区的合理种植密度提供科学依据。

试验设计

对2023年1月前发表的中国玉米种植密度增加研究进行综合检索，从中国知识资源综合数据库中获取同行评议的中英文文章、Google 学术搜索数据库使用的关键词包括：“密集种植”、“种植密度”和“玉米”。我们按照PRISMA指南严格筛选检索到的文章(图1)，这些文章必须满足以下筛选标准。(1)试验必须在中国进行，并准确地分配到六个种植区域之一。(2)为了使本研究结果更具参考价值，本研究的对照玉米种植密度为49850 ~ 65180株 ha^-1(中国使用的典型种植密度，定义为低密度)，处理的种植密度(定义为高密度)需要超过该范围。(3)所选研究必须包括至少一个感兴趣的参数，即玉米表型性状(株高、穗高、茎粗、单株叶面积、叶角、地上生物量、根生物量或根冠比)、净光合速率和籽粒产量(穗粒数或百粒重)。(4)试验必须在相同气候条件下进行三次或三次以上的田间试验，不包括室内和盆栽试验。(5)出版物必须提供明确的处理方法、样本量、平均值和标准偏差(SD或标准误差(SE))数据，这些数据可以直接提取或使用软件提取。

经过标准筛选程序，我们获得187篇符合要求的文献(表S1)， 2721对数据被纳入数据库。这些研究覆盖了中国5个玉米种植区，不包括青藏高原地区的玉米种植区。由图2可知，在中国北方春玉米种植区开展了61项研究，在西北内陆玉米种植区开展了34项研究，在黄淮平原玉米种植区开展了38项研究，在南方丘陵地区开展了25项研究，在西南丘陵山区开展了29项研究。

在满足要求的文章中以表格或文本形式提供的数据直接获得并纳入数据库。GetData图形数字化仪用于提取以图像形式呈现的数据。一些重要研究缺少SE或SD值，因此将SE重新分布在平均值的1/10以内(。使用公式(1)将数据集中的SE值转换为SD值。

除上述参数外，我们还获得了每个研究点的经纬度，并将一些元数据作为解释变量输入数据库，包括农学管理措施(灌溉或不灌溉、灌溉量、氮和磷施用量)、气候因子(年平均温度(MAT)和年平均降水(MAP))和土壤因子(全氮(TN)、速效氮(AN)、pH、p、p和p。土壤有机碳(SOC)。为了进一步分析和量化增加种植密度下各因素对粮食产量的影响，我们将每个解释变量划分为不同的亚组，如表1所示。

主要图表

结论

本研究通过Meta分析法分析了提高玉米种植密度对我国玉米表型性状和产量的影响，并确定了其中的关键因素。结果表明：增加种植密度可限制玉米单株生长，削弱光合能力，降低单株籽粒产量，从而加剧玉米单株间竞争。然而，相对于目前我国通常采用的密度，提高种植密度仍能显著提高籽粒产量，表明玉米种植密度有待提高和优化。我们还发现，不同玉米种植区的最佳种植密度之间存在显著差异。除田间管理实践（灌溉和施肥）外，气候参数（MAT和MAP）和土壤因子（TN、AN、pH和SOC）也影响增加种植密度对产量的影响，从而影响最佳种植密度。研究结果表明，玉米种植密度可以因地制宜提高，为提高我国特定地区玉米种植密度提供科学依据和参考。