Effect of Different Planting Densities and Patterns on Population Structure and Yield of Cyperusesculentus

doi:10.13304/j.nykjdb.2021.0001

Abstract

Abstract:

In order to study the effects of different planting densities and patterns on population structure and yield of Cyperusesculentus， Heiyousha 1 was used as material in 2017—2018. Split plot design was used， which planting density were as main plot with 9×10⁴（A1）， 11×10⁴（A2）， 13×10⁴ plants·hm^-2（A3）； and planting pattern was split plot including 110 cm ridge with three lines （B1）， 65 cm ridge with two lines （B2）， 45 cm ridge with one line （B3）. Growth index， leaf area index （LAI）， percent transimission， chlorophyll content， net photosynthetic rate of leaves， biomass and yield of different treatments were measured. The results showed that the planting densities and patterns had significant effects on plant growth， photosynthetic efficiency of leaves and yield. LAI reached maximum value at late stage of tuber growth under A1 treatment， and reached the maximum value at middle stage of tuber growth under A2 and A3 treatments. Chlorophyll content in canopy and lower leaves of different density treatments reached the maximum at late， middle and formative stages of tuber formation， respectively. Among all treatments， chlorophyll contents and net photosynthetic rates in the canopy and lower leaves of A2B1 treatment were the highest at middle stage of tuber growth. Among all treatments， the yield of A2 treatment （7 469.81 kg·hm^-2） was significant higher than other treatments. In conclusion， reasonable density combined with wide-narrow row planting was an important way to optimize population structure and increase yield， which provided theoretical basis for further improving yield of Cyperusesculentus in cold region.

Key words: Cyperusesculentus, population structure, photosynthetic characteristics, yield

摘要：

为研究种植密度和方式对油莎豆光能利用率和产量的影响，于2017—2018年选取黑油莎1号为试验材料，采用裂区试验设计，以种植密度为主区，分别设置9万（A1）、11万（A2）和13万株·hm^-2（A3）；以种植方式为裂区，分别设置110 cm垄上三行（小行距30 cm）（B1）、65 cm垄上双行（小行距20 cm）（B2）和45 cm垄上单行（B3）。测定不同处理下油莎豆植株的生长指标、群体叶面积指数、透光率、叶绿素含量、叶片净光合速率、生物量和产量。结果表明，种植密度和种植方式对植株生长、叶片光合性能及块茎产量有显著影响。A1密度下，群体叶面积指数在块茎生长后期达到最大值；而A2、A3密度下，在块茎生长中期已达最大值。A1、A2、A3密度下，冠层和下部叶片的叶绿素含量分别在块茎生长后期、生长中期和形成期达到最大值。块茎生长中期，A2B1处理冠层和下部叶片平均叶绿素含量和叶片净光合速率均最高。同一种植模式下，不同种植密度处理的群体产量表现为A2>A3>A1，且处理间差异显著。结合种植模式，即A2B1处理的群体产量最高，为7 469.81 kg·hm^-2。综上所述，合理密度结合宽窄行种植，是实现作物群体结构优化并提高产量的重要途径，为进一步挖掘寒地油莎豆产量潜力提供理论依据。

关键词: 油莎豆, 群体结构, 光合特性, 产量

CLC Number:

S541+.9

Peng ZHONG, Lili MIAO, Jie LIU, Jianli WANG, Haiyan LU, Hongjiu YU, Nan ZHANG. Effect of Different Planting Densities and Patterns on Population Structure and Yield of Cyperusesculentus[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2022, 24(3): 186-196.

钟鹏, 苗丽丽, 刘杰, 王建丽, 陆海燕, 于洪久, 张楠. 种植密度和方式对油莎豆群体结构和产量的影响[J]. 中国农业科技导报, 2022, 24(3): 186-196.

Figures/Tables 9

References 24

1	章家恩.作物群体结构的生态环境效应及其优化探讨［J］.生态科学，2000，19（1）：30-35.
	ZHANG J E. Discussion on the eco-environmental effects of crop community structure and its optimization ［J］. Ecol. Sci.， 2000， 19（1）：30-35.
2	赵松岭，李凤民，张大勇，等.作物生产是一个种群过程［J］.生态学报，1997，17（1）：100-104.
	ZHAO S L， LI F M， ZHANG D Y， et al.. Crop production is a population process ［J］. Acta Ecol. Sin.， 1997， 17（1）：100-104.
3	杨吉顺，高辉远，刘鹏，等.种植密度和行距配置对超高产夏玉米群体光合特性的影响［J］.作物学报，2010，36（7）：1226-1233.
	YANG J S， GAO H Y， LIU P， et al.. Effects of planting density and row spacing on canopy apparent photosynthesis of high-yield summer corn ［J］. Acta Agron. Sin.， 2010， 36（7）：1226-1233.
4	沈秀瑛，戴俊英，胡安畅，等.玉米群体冠层特征与光截获及产量关系的研究［J］.作物学报，1993，19（3）：246-252.
	SHEN X Y， DAI J Y， HU A C， et al.. Study on relationshiop between canopy characteristics of maize population and light capture and yield ［J］. Acta Agron. Sin.， 1993， 19（3）：246-252.
5	齐华，梁熠，赵明，等.栽培方式对玉米群体结构的调控效应［J］.华北农学报，2010，25（3）：134-139.
	QI H， LIANG Y， ZHAO M， et al.. The effects of cultivation ways on population structure of maize ［J］. Acta Agric. Boreali-Sin.， 2010， 25（3）：134-139.
6	肖继兵，刘志，孔凡信，等.种植方式和密度对高粱群体结构和产量的影响［J］.中国农业科学，2018，51（22）：4264-4276.
	XIAO J B， LIU Z， KONG F X， et al.. Effects of planting pattern and density on population structure and yield of sorghum ［J］. Sci. Agric. Sin.， 2018， 51（22）：4264-4276.
7	陈志坚，胡璇，刘攀道，等.油莎豆栽培技术及开发利用的研究进展［J］.热带农业科学，2017，37（12）：56-60.
	CHEN Z J， HU X， LIU P D， et al.. Research progresses on cultivation and utilization of Cyperusesculentus ［J］. J. Trop. Sci.， 2017， 37（12）：56-60.
8	路战远，刘和，张建中，等.油莎豆产业发展现状、问题与建议［J］.现代农业， 2019（6）：11-13.
9	王瑞元，王晓松，相海.一种多用途的新兴油料作物——油莎豆［J］.中国油脂， 2019， 44（1）：1-4.
10	张向前，方静，路战远，等.种植密度对夏播油莎豆光合特征及光响应影响的研究初报［J］.北方农业学报，2019，47（5）：9-15.
	ZHANG X Q， FANG J， LU Z Y， et al.. The effect of photosynthesis characteristics and light response of summer planting Cyperusesculentus L. was studied ［J］. J. Northern Agric.， 2019， 47（5）：9-15.
11	孙佳尧，李志刚，孟祥军，等.氮肥处理下油莎豆叶片生理特性和籽粒品质与产量相关研究［J］.内蒙古民族大学学报（自然科学版），2020，35（4）：327-332.
	SUN J Y， LI Z G， MENG X J， et al.. Correlation between leaf physiological characteristics，grain quality and yield of Cyperusesculentus under nitrogen treatment ［J］. J. Inner Mongolia Univ. Nation. （Nat. Sci.）， 2020， 35（4）：327-332.
12	张宪政.植物叶绿素含量测定——丙酮乙醇混合液法［J］.辽宁农业科学，1986（3）：26-2.
13	薛珠政，卢和顶.种植密度对玉米单株和群体效应的影响［J］.玉米科学，1999，7（2）：52-54.
	XUE Z M， LU H D. Effects of planting density on maize individual and population effect ［J］. J. Maize Sci.， 1999， 7（2）：52-54.
14	齐延芳，许方佐，周柱华，等.种植密度对玉米鲁原单22光合作用的影响［J］.核农学报，2004，18（1）：14-17.
	QI Y H， XU F Z， ZHOU Z H， et al.. Effect of plant density on photosynthess capability of new maize hybrid Luyuandan 22 ［J］. J. Nucl. Agric. Sci.， 2004， 18（1）：14-17.
15	王祥宇，魏珊珊，董树亭，等.种植密度对熟期不同夏玉米群体光合性能及产量的影响［J］.玉米科学，2015，23（1）：134-138.
	WANG X Y， WEI S S， DONG S T， et al.. Effects of planting densitieson canopy apparent photosynthesis characteristics of summer maize in different maturity periods ［J］. J. Maize Sci.， 2015， 23（1）：134-138.
16	管延安，任莲菊，李晓云，等.夏谷群体光合速率及不同冠层器官的光合贡献［J］.华北农学报，1997，12（1）：51-55.
17	张旺锋，王振林，余松烈，等.种植密度对新疆高产棉花群体光合作用、冠层结构及产量形成的影响［J］.植物生态学报，2004（2）：164-171.
	ZHANG W F， WANG Z L， YU S L， et al.. Effects of planting density on canopy photosynthesis， canopy structure and yield formation of high-yield cotton in Xinjiang， China ［J］. Plant Ecol. J.， 2004（2）：164-171.
18	许海良，赵会杰，蒲文宣，等.种植密度对烟草冠层辐射和群体光合作用的影响［J］.福建农业学报，2017，32（3）：253-257.
	XU H L， ZHAO H J， PU W X， et al.. Effect of planting density on light transmittance and canopy photosynthesis of flue-cured tobacco plants ［J］. Fujian J. Agric. Sci.， 2017， 32（3）：253-257.
19	张俊，刘娟，臧秀旺，等.不同种植方式密植对花生开花结实的影响［J］.中国农业科技导报，2019，21（1）：125-131.
	ZHANG J， LIU J， ZANG X W， et al.. Effect of different close planting patterns on peanut flowering and fruiting ［J］. J. Agric. Sci. Technol.， 2019， 21（1）：125-131.
20	李明，李文雄.肥料和密度对寒地高产玉米源库性状及产量的调节作用［J］.中国农业科学，2004，37（8）：1130-1137.
	LI M， LI W X. Regulation of fertilizer and density on sink and source traits and yield of maize ［J］. Sci. Agric. Sin.， 2004， 37（8）： 1130-1137.
21	梁书荣，赵会杰，李洪岐，等.密度、种植方式和品种对夏玉米群体发育特征的影响［J］.生态学报，2010，30（7）：1927-1931.
	LIANG S R， ZHAO H J， LI H Q， et al.. Effects of planting densities and modes on developmental characteristics of summer maize populations in two varieties ［J］. Acta Ecol. Sin.， 2010， 30（7）：1927-1931.
22	冯国艺，姚炎帝，罗宏海，等.新疆超高产棉花冠层光分布特征及其与群体光合生产的关系［J］.应用生态学报，2012，23（5）：1286-1294.
	FENG G Y， YAO Y D， LUO H H， et al.. Canopy light distribution and its correlation with photosynthetic production in super-high yielding cotton fields of Xinjiang， Northwest China ［J］. Chin. J. Appl. Ecol.， 2012， 23（5）：1286-1294.
23	李万星，刘永忠，曹晋军，等.肥料与密度对玉米农艺性状和产量的影响［J］.中国农学通报，2011，27（15）：194-198.
	LI W X， LIU Y Z， CAO J J， et al.. Effect of fertilizer and density on maize ［J］. Chin. Agric. Sci. Bull.， 2011， 27（15）：194-198.
24	徐宗贵，孙磊，王浩，等.种植密度对旱地不同株型春玉米品种光合特性与产量的影响［J］.中国农业科学，2017，50（13）：2463-2475.
	XU Z G， SUN L， WANG H， et al.. Effects of different planting densities on photosynthetic characteristics and yield of different variety types of spring maize on dryland ［J］. Sci. Agric. Sin.， 2017， 50（13）：2463-2475.

年份 Year	处理 Treatment		株高 Plant height/cm	主鳞茎数 Number of main bulb	鳞茎粗 Bulb diameter/cm	鳞茎粗系数 Bulb diameter coefficient/%
2017	A1	B1	117.12±5.42 b	5.32±0.22 a	0.62±0.03 b	0.53±0.03 b
		B2	129.51±6.10 a	5.21±0.21 a	0.45±0.02 d	0.35±.0.02 d
		B3	91.23±3.24 c	5.24±0.19 a	0.68±0.04 a	0.74±0.04 a
	A2	B1	119.37±4.89 b	5.25±0.24 a	0.61±0.03 b	0.51±0.03 b
		B2	127.56±5.67 a	5.32±0.23 a	0.41±0.02 e	0.32±0.02 de
		B3	115.32±4.45 b	5.26±0.18 a	0.54±0.02 c	0.47±0.03 c
	A3	B1	119.11±3.26 b	5.40±0.17 a	0.55±0.03 c	0.46±0.03 c
		B2	127.14±5.51 a	5.43±0.21 a	0.38±0.01 f	0.29±0.01 e
		B3	115.54±4.55 b	5.39±0.23 a	0.42±0.02 e	0.36±0.02 d
2018	A1	B1	113.34±4.41 c	5.22±0.33 a	0.66±0.03 b	0.58±0.03 b
		B2	124.76±5.24 a	5.24±0.37 a	0.46±0.02 d	0.37±0.02 e
		B3	101.13±3.08 d	5.31±0.26 a	0.71±.0.03 a	0.70±0.04 a
	A2	B1	116.78±3.25 b	5.22±0.44 a	0.65±0.03 b	0.56±0.03 b
		B2	123.66±4.62 a	5.27±0.33 a	0.43±0.02 e	0.35±0.02 e
		B3	112.41±4.11 c	5.32±0.18 a	0.58±0.02 c	0.51±0.03 c
	A3	B1	114.68±3.87 c	5.36±0.47 a	0.60±0.03 c	0.52±0.04 c
		B2	123.22±4.71 a	5.38±0.32 a	0.42±0.02 e	0.34±0.02 e
		B3	111.36±3.88 c	5.25±0.37 a	0.45±0.02 d	0.40±0.02 d
F_A			28.31^**	0.32	737.50^**	2003.32^**
F_B			82.71^**	0.16	404.74^**	342.67^**
F_A×B			17.08^**	0.02	48.08^**	86.88^**

年份 Year	处理 Treatment		株高 Plant height/cm	主鳞茎数 Number of main bulb	鳞茎粗 Bulb diameter/cm	鳞茎粗系数 Bulb diameter coefficient/%
2017	A1	B1	117.12±5.42 b	5.32±0.22 a	0.62±0.03 b	0.53±0.03 b
		B2	129.51±6.10 a	5.21±0.21 a	0.45±0.02 d	0.35±.0.02 d
		B3	91.23±3.24 c	5.24±0.19 a	0.68±0.04 a	0.74±0.04 a
	A2	B1	119.37±4.89 b	5.25±0.24 a	0.61±0.03 b	0.51±0.03 b
		B2	127.56±5.67 a	5.32±0.23 a	0.41±0.02 e	0.32±0.02 de
		B3	115.32±4.45 b	5.26±0.18 a	0.54±0.02 c	0.47±0.03 c
	A3	B1	119.11±3.26 b	5.40±0.17 a	0.55±0.03 c	0.46±0.03 c
		B2	127.14±5.51 a	5.43±0.21 a	0.38±0.01 f	0.29±0.01 e
		B3	115.54±4.55 b	5.39±0.23 a	0.42±0.02 e	0.36±0.02 d
2018	A1	B1	113.34±4.41 c	5.22±0.33 a	0.66±0.03 b	0.58±0.03 b
		B2	124.76±5.24 a	5.24±0.37 a	0.46±0.02 d	0.37±0.02 e
		B3	101.13±3.08 d	5.31±0.26 a	0.71±.0.03 a	0.70±0.04 a
	A2	B1	116.78±3.25 b	5.22±0.44 a	0.65±0.03 b	0.56±0.03 b
		B2	123.66±4.62 a	5.27±0.33 a	0.43±0.02 e	0.35±0.02 e
		B3	112.41±4.11 c	5.32±0.18 a	0.58±0.02 c	0.51±0.03 c
	A3	B1	114.68±3.87 c	5.36±0.47 a	0.60±0.03 c	0.52±0.04 c
		B2	123.22±4.71 a	5.38±0.32 a	0.42±0.02 e	0.34±0.02 e
		B3	111.36±3.88 c	5.25±0.37 a	0.45±0.02 d	0.40±0.02 d
F_A			28.31^**	0.32	737.50^**	2003.32^**
F_B			82.71^**	0.16	404.74^**	342.67^**
F_A×B			17.08^**	0.02	48.08^**	86.88^**

年份 Year	处理 Treatment		透光率 Percent transimission/%
年份 Year	处理 Treatment		块茎形成期 S1	块茎生长中期 S2	块茎生长后期 S3	成熟期 S4
2017	A1	B1	5.86±0.33 b	4.45±0.29 b	4.04±0.23 d	6.32±0.48 c
		B2	5.48±0.28 b	5.23±0.24 a	4.52±0.20 d	6.79±0.34 b
		B3	6.11±0.29 a	5.12±0.20 a	4.37±0.18 d	6.53±0.42 c
	A2	B1	4.51±0.24 c	3.84±0.20 d	4.83±0.17 c	4.91±0.24 e
		B2	4.32±0.19 c	4.16±0.15 cd	5.77±0.28 bc	5.45±0.23 d
		B3	4.72±0.25 b	4.05±0.16 d	5.28±0.21 c	5.16±0.24 de
	A3	B1	4.45±0.17 c	3.95±0.14 d	5.33±0.21 b	7.33±0.37 b
		B2	4.23±0.17 c	4.28±0.15 c	6.67±0.39 ab	7.95±0.54 a
		B3	4.53±0.18 c	4.14±0.19 cd	5.54±0.29 b	7.55±0.52 b
2018	A1	B1	6.25±0.24 ab	5.08±0.23 b	4.22±0.22 e	6.12±0.33 d
		B2	5.66±0.19 b	5.54±0.20 a	4.73±0.26 d	6.58±0.21 c
		B3	6.87±0.21 a	5.32±0.27 a	4.54±0.24 de	6.23±0.29 cd
	A2	B1	5.01±0.20 cd	4.02±0.17 c	5.12±0.15 d	5.02±0.25 f
		B2	4.82±0.18 ad	4.36±0.15 bc	5.67±0.17 b	5.64±0.17 e
		B3	5.63±0.24 c	4.28±0.18 c	5.34±0.24 c	5.35±0.21 f
	A3	B1	4.68±0.19 d	4.01±0.11 c	5.54±0.23 c	7.01±0.23 b
		B2	4.66±0.21 d	4.42±0.13 b	6.17±0.24 a	7.64±0.44 a
		B3	4.54±0.19 cd	4.36±0.19 c	5.98±0.27 bc	7.28±0.29 ab
F_A			155.29^**	1 152.53^**	4 307.35^**	81.19^**
F_B			16.29^**	286.84^**	659.32^**	9.09^**
F_A×B			1.9	41.92^**	64.06^**	1.07

年份 Year	处理 Treatment		透光率 Percent transimission/%
年份 Year	处理 Treatment		块茎形成期 S1	块茎生长中期 S2	块茎生长后期 S3	成熟期 S4
2017	A1	B1	5.86±0.33 b	4.45±0.29 b	4.04±0.23 d	6.32±0.48 c
		B2	5.48±0.28 b	5.23±0.24 a	4.52±0.20 d	6.79±0.34 b
		B3	6.11±0.29 a	5.12±0.20 a	4.37±0.18 d	6.53±0.42 c
	A2	B1	4.51±0.24 c	3.84±0.20 d	4.83±0.17 c	4.91±0.24 e
		B2	4.32±0.19 c	4.16±0.15 cd	5.77±0.28 bc	5.45±0.23 d
		B3	4.72±0.25 b	4.05±0.16 d	5.28±0.21 c	5.16±0.24 de
	A3	B1	4.45±0.17 c	3.95±0.14 d	5.33±0.21 b	7.33±0.37 b
		B2	4.23±0.17 c	4.28±0.15 c	6.67±0.39 ab	7.95±0.54 a
		B3	4.53±0.18 c	4.14±0.19 cd	5.54±0.29 b	7.55±0.52 b
2018	A1	B1	6.25±0.24 ab	5.08±0.23 b	4.22±0.22 e	6.12±0.33 d
		B2	5.66±0.19 b	5.54±0.20 a	4.73±0.26 d	6.58±0.21 c
		B3	6.87±0.21 a	5.32±0.27 a	4.54±0.24 de	6.23±0.29 cd
	A2	B1	5.01±0.20 cd	4.02±0.17 c	5.12±0.15 d	5.02±0.25 f
		B2	4.82±0.18 ad	4.36±0.15 bc	5.67±0.17 b	5.64±0.17 e
		B3	5.63±0.24 c	4.28±0.18 c	5.34±0.24 c	5.35±0.21 f
	A3	B1	4.68±0.19 d	4.01±0.11 c	5.54±0.23 c	7.01±0.23 b
		B2	4.66±0.21 d	4.42±0.13 b	6.17±0.24 a	7.64±0.44 a
		B3	4.54±0.19 cd	4.36±0.19 c	5.98±0.27 bc	7.28±0.29 ab
F_A			155.29^**	1 152.53^**	4 307.35^**	81.19^**
F_B			16.29^**	286.84^**	659.32^**	9.09^**
F_A×B			1.9	41.92^**	64.06^**	1.07

年份 Year	处理 Treatment		叶绿素含量 Chlorophyll content/（mg·g^-1）
年份 Year	处理 Treatment		S1	S2	S3	S4
2017	A1	B1	2.39±0.13 c	4.66±0.35 c	4.74±0.22 c	3.14±0.18 d
		B2	2.54±0.11 c	4.17±0.31 d	4.23±0.16 de	2.67±0.15 e
		B3	2.15±0.12 c	4.04±0.27 d	4.34±0.17 d	2.74±0.17 e
	A2	B1	4.42±0.24 b	5.74±0.47 a	5.61±0.52 a	4.21±0.22 a
		B2	4.44±0.29 b	5.13±0.32 b	5.05±0.41 bc	3.31±0.19 cd
		B3	4.29±0.22 b	5.06±0.23 b	5.16±0.44 b	3.42±0.25 c
	A3	B1	5.64±0.42 a	5.59±0.36 a	4.49±0.32 d	3.86±0.15 b
		B2	5.66±0.44 a	5.12±0.41 b	3.92±0.21 e	3.28±0.17 cd
		B3	5.57±0.38 a	5.22±0.38 ab	4.04±0.27 e	3.32±0.18 cd
2018	A1	B1	2.22±0.16 c	4.54±0.23 c	4.73±0.26 c	3.07±0.14 d
		B2	2.31±0.15 c	4.03±0.22 d	4.12±0.22 d	2.56±0.11 e
		B3	2.12±0.11 c	4.12±0.25 d	4.25±0.23 d	2.74±0.13 de
	A2	B1	4.16±0.18 b	5.68±0.33 a	5.59±0.28 a	4.18±0.25 a
		B2	4.24±0.25 b	5.02±0.25 b	4.93±0.17 bc	3.31±0.18 bc
		B3	4.07±0.21 b	5.15±0.28 b	5.06±0.25 b	3.50±0.20 b
	A3	B1	5.40±0.33 a	5.29±0.31 b	4.24±0.23 d	3.54±0.23 b
		B2	5.49±0.32 a	4.32±0.23 cd	3.71±0.14 e	2.97±0.17 d
		B3	5.32±0.27 a	4.61±0.19 c	3.86±0.20 de	3.18±0.19 cd
F_A			1246.89^**	24.89^**	40.78^**	884.71^**
F_B			116.05^**	10.54^**	1.39	838.34^**
F_A×B			16.80^**	0.39	1.20	40.82^**