Effects of densities and planting mode on photosynthetic characteristics and yield of Cyperus esculentus during tuber growth stage

doi:10.19802/j.issn.1007-9084.2020233

Abstract

Abstract:

Crop yield is closely related to population structure, and rational population structure configuration is one of the effective ways to improve crop light energy utilization rate and increase yield. The effects of different population structures on photosynthetic characteristics and yield in tuber growth stage were studied to provide theoretical basis for further tapping yield potential of Cyperus esculentus in the midwestern of Heilongjiang Province. C. esculentus variety Heiyousha 2 was used as material in 2018. Three factors split-split plot design was used to study the effects of different population structures on photosynthetic characteristics and yield by analyzing canopy apparent photosynthetic （CAP）, Chl（a+b） content, Fv/Fm and qP. The main plots was planting density with 90 000 plants/hm² （A1）, 110 000 plants/hm² （A2）, and 130 000 plants/hm² （A3）; split plot was planting way with 110 cm ridge 3 lines （B1）, 65 cm ridge 2 lines （B2）, and 45 cm ridge 1 line （B3）. Split-split plot was seedling retention with rectangular （C1） and triangles （C2）. Results showed that CAP increased with the planting density in tuber formative stage, and the differences among 3 treatments were significant （P< 0.05）. CAP increased firstly and then decreased with the density in the middle stage of tuber growth and maturity stage. Chl（a+b） content, Fv/Fm and qP increased with the density in 0 d after tuber formative stage in canopy and lower leaves. Chl（a+b） content, Fv/Fm and qP increased firstly and then decreased with the density in 25-75 d after tuber formative stage. The changes of CAP, Chl （a+b） content, Fv/Fm and qP were in B2> B1 and B2> B3, the differences were significant （P< 0.05） under the same density and seedling retention way. The above indicators were C2>C1, the differences were significant （P< 0.05） under the same density and planting way. A2B1C2 treatment had the highest yield （7520.45 kg/hm²）. Thus a reasonable planting density would be the key to increase C. esculentus yield. Under the appropriate density, reasonable wide-narrow row configuration and triangular seedling retention ways could effectively improve the population structure, CAP, Chl（a+b） content, Fv/Fm and qP, and thus would be an important way to achieve coordination between individual plants and the population, and to increase yield.

Key words: Cyperus esculentus, population structure, photosynthetic characteristics, yield

CLC Number:

S565.9

Peng ZHONG, Li-li MIAO, Jie LIU, Jian-li WANG, Hai-yan LU, Hong-jiu YU, Nan ZHANG. Effects of densities and planting mode on photosynthetic characteristics and yield of Cyperus esculentus during tuber growth stage[J]. CHINESE JOURNAL OF OIL CROP SCIENCES, 2021, 43(6): 1099-1107.

Figures/Tables 8

Fig. 1

Table 1

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

Table 6

Table 7

References 28

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处理			叶绿素a+b含量 Chl （a+b） content /（mg/g FW）
Treatments			0 d	25 d	50 d	75 d
A1	B1	C1	1.88±0.19 c	3.84±0.21 c	4.13±0.34 c	3.27±0.24 e
	B1	C2	2.12±0.16 d	4.11±0.37 de	4.38±0.28 de	3.62±0.15 fg
	B2	C1	2.34±0.19 e	4.33±0.42 fg	3.38±0.21 a	2.47±0.08 b
	B2	C2	2.69±0.11 f	4.67±0.36 hi	3.61±0.19 b	2.74±0.12 c
	B3	C1	1.42±0.11 a	3.40±0.24 a	3.65±0.25 b	3.04±0.23 d
	B3	C2	1.65±0.12 b	3.64±0.30 b	3.88±0.16 c	3.34±0.31 e
A2	B1	C1	3.32±0.15 h	5.30±0.45 jk	5.89±0.48 j	4.36±0.27 h
	B1	C2	3.62±0.21 i	5.70±0.43 m	5.82±0.52 i	4.91±0.38 i
	B2	C1	4.12±0.24 j	5.24±0.26 j	5.41±0.37 f	2.79±0.14 c
	B2	C2	4.44±0.26 k	5.49±0.37 k	5.45±0.44 gh	3.21±0.19 d
	B3	C1	2.97±0.14 g	3.95±0.18 cd	5.36±0.45 f	3.60±0.22 f
	B3	C2	3.19±0.22 h	4.18±0.29 ef	5.56±0.51 h	3.82±0.25 g
A3	B1	C1	5.00±0.41 p	4.92±0.32 i	5.24±0.43 f	3.34±0.28 e
	B1	C2	5.24±0.46 q	5.29±0.26 jk	5.42±0.56 gh	3.56±0.15 f
	B2	C1	5.51±0.39 r	5.39±0.46 k	4.18±0.34 d	1.97±0.07 a
	B2	C2	5.76±0.43 s	5.73±0.51 n	4.47±0.26 e	2.28±0.11 b
	B3	C1	4.62±0.28 m	4.51±0.19 g	4.92±0.43e	2.68±0.14 c
	B3	C2	4.87±0.32 n	4.81±0.38 i	5.22±0.47 g	3.02±0.18 d

处理			叶绿素a+b含量 Chl（a+b） content of leaves /（mg/g FW）
Treatments			0 d	25 d	50 d	75 d
A1	B1	C1	1.36±0.08 ab	2.42±0.12 cd	2.13±0.14 f	1.21±0.06 c
	B1	C2	1.59±0.06 c	3.16±0.18 f	2.36±0.16 g	1.57±0.08 d
	B2	C1	1.83±0.09 d	3.31±0.14 f	1.37±0.07 b	0.96±0.02 a
	B2	C2	2.14±0.11 e	3.67±0.17 h	1.59±0.06 d	1.23±0.05 c
	B3	C1	1.21±0.06 a	2.39±0.11 cd	1.63±0.09 d	1.52±0.07 d
	B3	C2	1.44±0.04 bc	2.81±0.12 e	1.86±0.07 e	1.77±0.07 e
A2	B1	C1	2.82±0.12 g	4.24±0.23 i	3.69±0.16 k	2.25±0.14 f
	B1	C2	3.11±0.14 h	4.60±0.27 j	3.87±0.18 m	2.63±0.17 g
	B2	C1	3.60±0.16 jk	4.11±0.24 i	3.12±0.17 h	1.21±0.05 c
	B2	C2	3.92±0.18 m	4.46±0.26 j	3.42±0.16 j	1.57±0.07 d
	B3	C1	2.39±0.14 f	3.57±0.19 g	3.36±0.20 g	1.75±0.07 e
	B3	C2	2.54±0.12 f	3.18±0.21 f	3.56±0.26 j	1.80±0.08 e
A3	B1	C1	2.98±0.16 gh	3.22±0.23 f	3.23±0.21 i	1.44±0.06 d
	B1	C2	3.21±0.11 i	2.26±0.14 c	3.41±0.24 g	1.69±0.07 e
	B2	C1	3.47±0.17 j	2.37±0.12 c	1.20±0.04 a	0.92±0.02 a
	B2	C2	3.73±0.15 km	2.72±0.13 de	1.42±0.05 bc	1.05±0.03 b
	B3	C1	3.26±0.13 i	1.42±0.08 b	1.41±0.06 b	1.01±0.02 a
	B3	C2	3.84±0.14 m	1.86±0.09 a	1.56±0.07 c	1.16±0.04 bc

处理			最大光能转换效率 Fv/Fm
Treatments			0 d	25 d	50 d	75 d
A1	B1	C1	0.273±0.018 b	0.480±0.024 f	0.426±0.031 f	0.227±0.022 e
	B1	C2	0.320±0.026 c	0.507±0.025 g	0.454±0.022 g	0.262±0.031 f
	B2	C1	0.327±0.029 c	0.530±0.028 h	0.352±0.012 d	0.147±0.011 b
	B2	C2	0.364±0.031 d	0.563±0.023 i	0.385±0.014 f	0.175±0.020 c
	B3	C1	0.248±0.017 a	0.440±0.025 d	0.381±0.020 f	0.204±0.021 d
	B3	C2	0.263±0.018 b	0.460±0.022 e	0.419±0.021 e	0.234±0.022 e
A2	B1	C1	0.437±0.032 f	0.633±0.017 k	0.592±0.025 m	0.337±0.012 h
	B1	C2	0.456±0.030 g	0.657±0.032 m	0.692±0.032 n	0.391±0.022 i
	B2	C1	0.513±0.027 h	0.613±0.020 j	0.520±0.021 h	0.179±0.011 c
	B2	C2	0.540±0.037 i	0.636±0.031 k	0.564±0.022 j	0.221±0.022 de
	B3	C1	0.392±0.031 e	0.480±0.024 f	0.541±0.027 i	0.261±0.011 f
	B3	C2	0.425±0.021 f	0.524±0.017 gh	0.587±0.023 k	0.283±0.031 g
A3	B1	C1	0.591±0.026 j	0.372±0.016 ab	0.362±0.027 de	0.234±0.022 e
	B1	C2	0.623±0.027 k	0.421±0.015 c	0.384±0.016 ef	0.256±0.030 f
	B2	C1	0.654±0.026 m	0.433±0.021 cd	0.223±0.022 a	0.112±0.011 a
	B2	C2	0.685±0.029 n	0.470±0.023 ef	0.267±0.024 b	0.128±0.011 b
	B3	C1	0.557±0.027 i	0.368±0.028 a	0.320±0.020 c	0.169±0.022 c
	B3	C2	0.582±0.030 j	0.383±0.032 b	0.372±0.012 de	0.203±0.021 d

处理			最大光能转换效率 Fv/Fm
Treatments			0 d	25 d	50 d	75 d
A1	B1	C1	0.123±0.010 a	0.144±0.013 a	0.124±0.011 ab	0.111±0.009 cd
	B1	C2	0.164±0.011 bc	0.213±0.011 cde	0.140±0.010 de	0.114±0.008 d
	B2	C1	0.181±0.012 c	0.235±0.021 ef	0.117±0.011 ab	0.100±0.007 a
	B2	C2	0.212±0.020 d	0.267±0.014 h	0.135±0.010 cd	0.112±0.008 d
	B3	C1	0.123±0.011 a	0.137±0.011 a	0.112±0.010 ab	0.111±0.009 cd
	B3	C2	0.145±0.012 b	0.176±0.010 b	0.153±0.012 ef	0.108±0.007 c
A2	B1	C1	0.282±0.023 fg	0.324±0.031 i	0.221±0.021 i	0.122±0.009 e
	B1	C2	0.317±0.022 hi	0.353±0.032 j	0.254±0.030 j	0.127±0.010 f
	B2	C1	0.363±0.024jk	0.326±0.028 i	0.195±0.013 h	0.123±0.010 ef
	B2	C2	0.398±0.026 m	0.338±0.030 j	0.228±0.021 i	0.126±0.011 f
	B3	C1	0.274±0.022 f	0.221±0.021 de	0.173±0.014 g	0.123±0.012 ef
	B3	C2	0.248±0.021 e	0.257±0.024 g	0.227±0.022 i	0.126±0.012 ef
A3	B1	C1	0.291±0.023 fgh	0.211±0.018 cd	0.171±0.021 g	0.111±0.008 cd
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	B2	C2	0.378±0.028 km	0.228±0.022 de	0.158±0.011 fg	0.102±0.006 ab
	B3	C1	0.332±0.026 i	0.131±0.011 a	0.106±0.010 a	0.103±0.005 ab
	B3	C2	0.374±0.024 km	0.174±0.013 b	0.138±0.011 bcd	0.102±0.005 ab

处理			光化学猝灭系数 qP
Treatments			0 d	25 d	50 d	75 d
A1	B1	C1	0.373±0.031 d	0.542±0.012 i	0.696±0.032 i	0.363±0.019 g
	B1	C2	0.424±0.027 e	0.583±0.026 j	0.734±0.033 j	0.416±0.018 i
	B2	C1	0.312±0.029 b	0.441±0.033 e	0.552±0.031 d	0.280±0.012 c
	B2	C2	0.354±0.032 c	0.514±0.030 h	0.593±0.035 f	0.295±0.014 d
	B3	C1	0.283±0.025 a	0.470±0.031 f	0.626±0.031 g	0.318±0.016 e
	B3	C2	0.317±0.028 b	0.534±0.027 i	0.668±0.028 h	0.346±0.018 f
A2	B1	C1	0.532±0.024 j	0.727±0.029 q	0.763±0.026 k	0.551±0.022 m
	B1	C2	0.557±0.031 k	0.778±0.022 r	0.815±0.027 n	0.596±0.023 n
	B2	C1	0.461±0.032 g	0.617±0.028 k	0.721±0.025 j	0.425±0.017 i
	B2	C2	0.513±0.028 i	0.643±0.021 m	0.754±0.031 k	0.467±0.019 j
	B3	C1	0.440±0.021 f	0.660±0.023 n	0.750±0.028 k	0.474±0.016 j
	B3	C2	0.483±0.023 h	0.704±0.024 p	0.785±0.013 m	0.531±0.024 k
A3	B1	C1	0.662±0.029 p	0.442±0.032 e	0.520±0.019 c	0.384±0.018 h
	B1	C2	0.725±0.023 q	0.486±0.026 g	0.572±0.034 e	0.427±0.023 i
	B2	C1	0.607±0.026 n	0.327±0.029 a	0.423±0.019 a	0.211±0.010 a
	B2	C2	0.643±0.028 p	0.358±0.031 b	0.456±0.021 b	0.253±0.011 b
	B3	C1	0.582±0.025 m	0.385±0.026 c	0.511±0.031 c	0.280±0.012 c
	B3	C2	0.625±0.030 n	0.426±0.027 d	0.545±0.034 d	0.322±0.015 e