玉米密植技术与套作对光合作用效率及产量的影响分析

引言：

玉米是我国重要的粮食、饲料和工业原料作物，其产量提升对保障国家粮食安全具有重要意义。传统种植模式中，种植密度低、光能利用率不足是限制产量的重要因素。近年来，密植技术和套作模式因其在资源高效利用和增产方面的潜力，成为玉米栽培研究的热点。本文从光合生理角度出发，探讨密植与套作对玉米光合特性及产量的影响机制。

1 玉米密植技术对光合作用与产量的影响

1.1 密植对光能截获的促进作用

作为光合作用的重要能量来源，光辐射的分布情况与结果率将对作物的光合效率与产量产生直接影响。而当玉米作物处于密植状态时将显著影响光辐射分布。根据一般种植数据反馈，当田间种植数量从 3200 株 / 亩提升到 4000 株/ 亩时，上层叶片将处于较为密集的状态，从而拦截光线，促使冠层内无法获得充足的光照，形成显著的光梯度差异。具体来讲，在全日照状态下的冠层顶部可获到的 80%～90% 的光照强度，冠层底部则为全日照的 10%～20% 光照，甚至获得的光照更少。这样的光辐射分布促进上层叶片光合作用，但与此同时下层叶片受到光照限制停止光合作用，实际贡献率仅为 5%～_10% 左右 [1]。对不同密植参数下的光辐射分布情况进行测量，发现当密植强度增加时，在冠层内的光辐射截获率与之形成线性正相关关系，但随着截获率达到一定程度之后，将趋于平缓。这表明通过合理密植将对光能截获产生一定的平衡作用，并满足叶片光照需求，科学调整密植强度，以 2800～3200 株 / 亩的标准进行密植，保障高效截获光能的同时，促使玉米叶片也能够获得充足光照，从而实现最大化光合作用效率，提升玉米产量。

1.2 密植对光合速率的双重效应

作为对作物光合作用进行衡量的核心指标，光合速率对作物生长速度以及最终产量具有直接决定作用。在玉米密植环节中，该指标可能会受到多重因素的影响。在密植初期阶段中，此时玉米作物的生长速度较快，并且随着玉米植株逐渐茂密生长，叶面指数从 1.2 提升到 3.5^～4.0 之间，此时的光能截获率从65% 左右提升到 80% 以上。较高的光能截获率将促使玉米叶片获得更加充足的光能，通过二氧化碳与水实现良好的光合作用变化，进一步提升光合速率，处于这一阶段时的玉米密植为玉米快速生长发育奠定了良好基础。玉米作物充分利用光能资源完成光合作用。但是随着密植程度进一步的加剧，当种植密度超过 8000 株 / 亩时。此时的种植密度过大，进而加剧了玉米植株之间的竞争，叶片过于茂密从而影响叶片光照条件，进一步恶化通风。处于此类环境条件下的叶片气孔引导度将明显受到限制，进一步影响叶绿素的合成，严重影响光合速率。并且高密度种植也会导致玉米作物养分竞争加剧，部分植株养分供给不足，也对光合作用产生影响，明显发现植株光合速率降低，生长发育缓慢。

1.3 密植对产量的影响

玉米产量由单位面积穗数、穗粒数以及千粒重三大要素构成，密植技术通过调控群体结构，直接改变各要素的协同关系，进而影响最终产量。对产量构成要素的动态响应机制进行研究分析，在密植状态下对三大构成要素的变化进行分析，发现种植密度提升将直接增加植株数量，单位面积有效穗数呈现出线性上升趋势。而在密植状态也导致平均穗粒数呈现出明显的下降趋势，造成这一现象的主要原因是由于群体内单株营养空间压缩，从而导致雌穗分化期光合产物分配减少、授粉期花粉密度不足、籽粒败育率升高 [2]。并且过度密植也将会降低玉米千粒重，  灌浆期群体荫蔽加剧，将引发单株光合速率降低，促使碳水化合物合成减少，进而导致库 - 源关系失衡，最后籽粒充实度下降。同时对密植增产的阈值效应进行研究分析，发现在不同种植密度下对于产量产生影响的主要原因也有所不同，在 6500 株 / 亩的低密度区穗数不足为主要限制因子，增产潜力较大；在 6500～₈₀₀₀ 株 / 亩的适宜密度区穗数增加主导产量提升，且穗粒数与千粒重降幅处于 10% 的可控范围内；而当种植密度达到8000 株/ 亩以上时，群体竞争较为激烈，空杆率显著提升，倒伏风险指数倍增，边际产量为负。

2 玉米套作技术对光合作用与产量的影响

2.1 套作优势

套作技术的实施，在于对作物的科学选择，根据不同作物的生长特性、生态功能以及功能等选择相互促进、互不干扰的作物进行套作，如以玉米与蔬菜、玉米与豆类或玉米与草本作物的套作模式，不仅能够增加农业生产额外作物收益，同时也能够通过合理设计种植行距与密度的方式保障作物具有良好的养分供给与光照、通风等条件。基于空间互补维度对套作模式的优势进行分析，其通过打造立体冠层的方式，玉米占据 1.5^～2.5m 上层空间，大豆或花生高度约为[ 0.4^～0.8m 填充下层，形成“光 - 温 - 气梯度分布”，从而促使冠层光截获率提升至 85% 。基于光能梯度利用维度对该种植模式的优势进行分析，通过光谱分频利用，玉米冠层吸收 400^～700nm 高能波段直射光，下层作物利用 透射或散射红光与 >700nm 的远红光，群体光能利用率（LUE）达 1.8^～2.2g/ MJ。

2.2 套作对光合效率的调控

分析套作模式对于玉米光合效率的调控机制，一方面，能够优化小气候。具体来讲，在套作模式下，冠层温度相较于单作玉米降低 3^～5^∘C 左右，尤其是在午间高温段的温度变化较为明显，有效减少高温胁迫，促使 RuBP 羧化酶活性提升 20% 并促使光呼吸损耗下降 15% 。同时在套作模式下，相较于单作玉米的田间相对湿度提升 10%^～15% 左右，进一步环节水分斜坡影响，通过增加 30% 气孔导度的方式，促使蒸腾速率降低 12%^[3] 。此外，在套作模式下的冠层下部C0₂ 浓度提升 20^～50ppm ，增强 C0₂ 扩散效率，C4 玉米羧化优势进一步放大。另一方面，在这一模式下也能够有效延展光和时间，玉米抽雄期需强光照射完成光合作用，而这一时期与较为耐荫的大豆分枝期同步，大豆需光结荚期衔接玉米成熟后弱光时段，形成交错生育期，互不干涉光合作用，全年内的光合周期有效延长，据西南部玉米与马铃薯套作模式进行分析，套作系统有效光合日数延长 15^～25 天左右。

2.3 套作对产量的协同效应

根据土地当量比计算结果对套作增产表现进行量化，以最为典型的玉米、大豆套作模式为例，分别对相同条件下的套作玉米产量、套作大豆产量、单作玉米产量与单作大豆产量进行计算，发现相较于单作模式，套作模式的土地当量比能够达到 1.28 左右。以最为典型的玉米 - 大豆 2：4 比例为例，实际计算土地当量比约为 1.28^～1. .45，受到玉米边际效应影响，边行产量比内行高 20% ，并且通过大豆固氮供氮，从而有效减少 15% 的玉米氮肥需求量。且根据气候变化影响分析，在气候异常年景中，套作系统总产波动率比单作玉米低 40% ，如干旱年玉米减产 20% ，但大豆增产 30% ，系统总产持平。并且通过观察发现，在套作模式下，对玉米病虫害起到了有效的抑制作用，通过大豆植株对瓢虫与草蛉等玉米螟虫天敌具有一定的吸引作用，从而实现生物防治。

结束语：

通过对玉米密植与套作技术影响玉米光合作用效率与产量的实际表现进行分析，发现通过合理密植以及套作技术能够有效提升玉米光合作用效率，以6500～₈₀₀₀ 株 / 亩的密植标准进行种植，并套种大豆、花生等，可提升玉米作物产量。

参考文献：

[1] 陈跃增 . 玉米密植技术与套作对光合作用效率及产量的影响分析 [J].种子世界 ，2025，（08）：75-77.

[2] 于倩倩 ， 生雷雷 ， 刘杰 . 黄河三角洲夏玉米密植精准调控提升单产关键技术[J]. 中国农业文摘- 农业工程，1-5.

[3] 刘自坚 . 玉米密植技术与套作对光合作用效率及产量的影响分析 [J].种子世界 ，2025，（05）：57-59.