高密度種植玉米真能增產嗎？

 

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預計到2050年地球人口將達到90億，需要增加60-100%的作物產量來滿足人類的營養需求。由於土地資源有限，特別是在迅速城市化和經濟增長的國家，提高單位面積內的作物產量成為了保障糧食安全的關鍵策略之一。作為全球主要的糧食作物之一，玉米在提高作物產量方面具有重要意義。

高密度種植是提高作物產量的重要農業對策之一，它可以透過更有效地利用可用光照，促進二氧化碳和水的轉化，從而提高作物單位面積的產量。然而，高密度種植也會導致植物之間的內部競爭，影響植物的生長和產量，因此，瞭解高密度種植對作物生長影響的具體機制，對於最佳化種植策略、提高作物產量具有重要意義。

最近的研究，透過系統地分析高密度種植對玉米不同品種在不同種植密度下的生理反應和產量影響，想瞭解在高密度種植條件下，玉米光合作用能力和同化物轉運如何影響穗部發育和最終產量，從而為高產玉米育種和精確農業管理提供科學依據。

研究團隊透過在中國寧夏進行的兩年田間實驗，分析了三個高產玉米品種（LY66、MC670、JK968）在四種種植密度（75,000、105,000、120,000 和 135,000 株/公頃）下的穗部發育、葉片特性和光合參數。他們發現，增加種植密度可以提高整體穀物產量和群體尺度的生物量累積，儘管每株植物的生產力有所減少。

隨著種植密度的增加，整體產量有所提高，但是達到一定密度後，產量會趨於穩定或略有下降。具體來說： 對於LY66品種，在從75,000株/公頃（D1）到135,000株/公頃（D4）的種植密度範圍內，產量增加了1.81%到14.28%。 對於MC670品種，產量增加了3.73%到17.39%。 對於JK968品種，產量變化範圍是-3.83%到8.37%，這表明在某些情況下，過高的種植密度可能會對產量造成負面影響。 這些數據顯示，在進行到一定的種植密度時，可以觀察到產量的提高，但每個品種對於種植密度的最佳反應不同，且增加種植密度超過某一閾值可能不會進一步提高產量，甚至可能由於資源競爭導致產量下降。

MC670對高密度種植條件的適應性最強。生理分析顯示，增加種植密度主要導致LY66和MC670的穗上單葉面積減少，而JK968的穗下單葉面積減少。此外，高種植密度降低了葉綠素含量和光合速率，這是由於下層葉片群的光線傳導減少，導致單株生物量積累大幅度減少。研究團隊還發現，增加種植密度改善了抽穗前的生物量轉移，特別是在下層葉片群。產量與下層葉片群的光合作用和生物量呈顯著正相關，顯示這些葉片對於高密度種植條件下的穀物產量具有重要貢獻。增加種植密度導致的穗部發育延遲與穗部葡萄糖和果糖含量的減少有關，這意味著與有限的穗器官發育、降低的穗數和產量損失相關的糖轉運減少。總的來說，這些發現強調了改善下層葉片群的光合作用能力作為提高高密度種植條件下玉米產量的有前途的目標。

總而言之，儘管增加種植密度可以提高群體產量和生物量，但同時也會影響下層葉片的光合作用和同化物的有效轉運，這對於單株產量和最終的穀物產量具有顯著影響。另外，隨著種植密度上升，玉米的種子變小（LY66、MC670、JK968每1000顆玉米粒的重量，最高種植密度為最低種植密度的87%、89%、90%），意味著每穗的重量也變小。這樣的農產品，對消費者是否有足夠的吸引力呢？

不論如何，這項研究為未來的玉米育種提供了重要見解，特別是在高密度種植條件下，如何透過最佳化下層葉片的光合性能和穗部發育來提高產量。

參考文獻：

Yanyan Yan, Fengying Duan, Xia Li, Rulang Zhao, Peng Hou, Ming Zhao, Shaokun Li, Yonghong Wang, Tingbo Dai, Wenbin Zhou, Photosynthetic capacity and assimilate transport of the lower canopy influence maize yield under high planting density, Plant Physiology, 2024;, kiae204, https://doi.org/10.1093/plphys/kiae204