施氮量對(duì)復(fù)播青貯玉米光合特性和產(chǎn)量的影響

王久龍，王振華，李文昊，裴 磊，趙 波，扁青永，朱延凱

（1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子832000；2.石河子大學(xué)現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子832000）

施氮量對(duì)復(fù)播青貯玉米光合特性和產(chǎn)量的影響

王久龍1，2，王振華1，李文昊1，2，裴 磊1，2，趙 波1，2，扁青永1，2，朱延凱1，2

（1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子832000；2.石河子大學(xué)現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子832000）

采用田間試驗(yàn)方法，研究了一管兩行（80 cm＋40 cm）行距模式下灌溉量為288 mm時(shí)，不同施氮量（CK，14.04 kg·hm－2；F1，97.56 kg·hm－2；F2，167.16 kg·hm－2；F3，236.76 kg·hm－2；F4，306.36 kg·hm－2；F5，375.96 kg·hm－2）對(duì)復(fù)播青貯玉米光合特性的影響，觀測(cè)了拔節(jié)期（08－20）和抽雄吐絲期（09－13）光合特性指標(biāo)及生育期末期的干物質(zhì)量、葉面積，計(jì)算葉片水平的水分利用效率、光合勢(shì)及凈同化率。施氮量為236.76 kg·hm－2，青貯玉米產(chǎn)量最大；拔節(jié)期光合有效輻射為 1 500～2 000μmol·m－2·s－1、施氮量為 236.76 kg·hm－2時(shí)，青貯玉米的光合指標(biāo)較大；抽雄吐絲期光合有效輻射為 800～1 900μmol·m－2·s－1、施氮量為 236.76 kg·hm－2時(shí)，水分利用效率較大；施氮量為236.76～306.36 kg·hm－2時(shí)，青貯玉米的光合勢(shì)和凈同化率均達(dá)到最大，施氮量進(jìn)一步增加，光合勢(shì)和凈同化率降低顯著。因此，石河子地區(qū)青貯玉米適宜的光合有效輻射為1 500～2 000μmol·m－2·s－1，施氮量為236.76 kg·hm－2，青貯玉米產(chǎn)量及水分利用效率達(dá)到最大。

施氮量；復(fù)播青貯玉米；光合特性；產(chǎn)量；

book=5,ebook=257新疆充足的水土光熱條件，蘊(yùn)藏著較強(qiáng)的糧食生產(chǎn)能力，擔(dān)負(fù)著國(guó)家糧食戰(zhàn)略后備基地的重要責(zé)任。2010年，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)黨委提出將“增糧”調(diào)整為“穩(wěn)糧”，大力發(fā)展優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、生態(tài)農(nóng)業(yè)。大量學(xué)者研究認(rèn)為，在8℃～34℃的溫度范圍內(nèi)，玉米的葉片生長(zhǎng)發(fā)育速率隨溫度升高而增加，隨溫度升高葉片生長(zhǎng)發(fā)育速率下降，當(dāng)日平均氣溫低于16℃時(shí)，玉米基本上停止灌漿［1］。青貯玉米生長(zhǎng)期一般為80～85 d，麥?zhǔn)蘸?—9月的月平均輻射為2.0～1.99 MJ·m－2、地溫最高溫度 26.3℃～19.9℃、最低溫度為25.5℃～8.6℃，新疆地區(qū)光照、積溫等條件能夠滿(mǎn)足青貯玉米的生長(zhǎng)，“一年兩作”的種植模式得到廣泛推廣應(yīng)用。

不同施氮條件下的光合作用體現(xiàn)著作物的最直接生產(chǎn)力［2］，對(duì)玉米的光合特性有著不同的影響。氮素虧缺會(huì)直接影響玉米的光合作用，造成產(chǎn)量和品質(zhì)下降［3－4］。增加氮肥用量能夠提高水分脅迫狀態(tài)下的 Gs、Tr和Rd，降低水分脅迫處理產(chǎn)生的影響。氮是限制作物產(chǎn)量形成的主要因素［5］，對(duì)玉米產(chǎn)量形成的影響可達(dá)顯著、極顯著水平［6］。不合理施肥、過(guò)量施肥非但不能提高玉米的產(chǎn)量，而且還造成大量的氮素?fù)p失及浪費(fèi)，并導(dǎo)致土壤環(huán)境日益惡化［7－10］、產(chǎn)量下降［11－12］等問(wèn)題。

本研究擬通過(guò)查明兩種行距配置模式在不同施氮條件下的光合有效輻射對(duì)滴灌復(fù)播青貯玉米產(chǎn)量及光合生理指標(biāo)的影響，探究在青貯玉米高產(chǎn)、水分利用效率最高條件下的適宜行距模式和施氮量，探索光合有效輻射在該施氮條件下對(duì)青貯玉米產(chǎn)量及光合生理指標(biāo)的影響機(jī)制，通過(guò)光合有效輻射進(jìn)行大尺度范圍內(nèi)的產(chǎn)量預(yù)測(cè)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年7—10月在現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)基地暨石河子大學(xué)節(jié)水灌溉試驗(yàn)站（44°19′N(xiāo)，86°03′E）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)海拔 451m，年均日照時(shí)間2 865 h，＞10℃積溫為 3 463.5℃，＞15℃積溫為2 960.0℃，無(wú)霜期170 d，多年平均降雨量207 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 660 mm，地下水埋深大于5m，土壤質(zhì)地為中壤土，土壤的平均容重為1.68 g·cm－3，田間持水率為 20.84%，飽和含水率為33.32%。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

麥?zhǔn)蘸螅谟械喂嘞到y(tǒng)的土地上帶茬播種青貯玉米，品種為“瑞玉F98”。每個(gè)小區(qū)由球閥單獨(dú)控制灌溉和施肥，小區(qū)面積為83.7m2（長(zhǎng)×寬：18.6 m×4.5m），滴灌帶（外徑 16mm、壁厚0.3mm、滴頭間距 30 cm、滴頭流量 1.8 L·h－1）采用的是新疆天業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的單翼迷宮式，支管管道內(nèi)壓力控制為0.06 MPa，采用壓差式施肥罐進(jìn)行水肥一體化施肥，行距模式為一管兩行（80 cm＋40 cm）（詳見(jiàn)圖1），播種深度4～5 cm，株距 20 cm，種植密度 83 333株·hm－2。采用干播濕出的播種方法，7月8日播種，7月12日出苗，10月1日收獲，全生育期共81 d，灌溉定額為288mm，灌水次數(shù)7次，即苗期（7月17日）1次。拔節(jié)期（8月1日、8月11日、8月21日）3次、抽雄吐絮期（9月2日、9月8日）2次、灌漿期（9月 23日）1次，施尿素（含純氮46.4%）和磷酸鉀銨（含純氮6%，五氧化二磷51%，氧化鉀17%）的次數(shù)均為6次（除苗期不施肥外，其余施肥和灌水一致），施氮處理詳見(jiàn)表1。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1葉面積、干物質(zhì)量測(cè)定每隔10 d每個(gè)小區(qū)自南向北選取連續(xù)3株玉米，取回實(shí)驗(yàn)室，用直尺對(duì)每片葉片進(jìn)行測(cè)量。葉長(zhǎng)為從葉片基部到葉尖尺寸，葉寬為葉片最寬處尺寸。按照莖、葉、穗分類(lèi)、編號(hào)，稱(chēng)其鮮重和鼓風(fēng)干燥箱85℃下烘干至恒重后的干重。

青貯玉米單片葉面積（cm2）＝長(zhǎng)（cm）×寬（cm）book=252,ebook=258×0.75

單株葉面積（cm2）＝單個(gè)葉片葉面積的總和

光合勢(shì)的計(jì)算公式如下：

式中，LAD為光合勢(shì)（cm2·d－1）；L為葉面積（cm2）；T為時(shí)間（d）。

凈同化率（NAR）的計(jì)算公式為：

式中，NAR為凈同化率（g·d－1·cm－2）；F為葉面積（cm2）；W為干物質(zhì)重（g）；t為時(shí)間（d）。

1.3.2光合指標(biāo)測(cè)定分別在青貯玉米拔節(jié)期（8月20日，晴天）和抽雄吐絲期（9月20日，晴天）進(jìn)行。使用美國(guó)CI－340光合儀測(cè)定光合有效輻射（PAR），采用控光模塊控制該時(shí)刻的光合有效輻射，拔節(jié)期實(shí)測(cè)最大光合有效輻射為2 300μmol·m－2·s－1，抽雄吐絲期實(shí)測(cè)最大光合有效輻射為1 900 μmol·m－2·s－1，因此，分別選擇了拔節(jié)期和抽雄吐絲期的最大光合有效輻射極限值為參考值進(jìn)行研究，選取青貯玉米頂層功能葉片測(cè)定青貯玉米的凈光合速率、蒸騰速率等光合指標(biāo)，每組3次重復(fù)，根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算青貯玉米葉片水分利用效率 WUE，其公式為：WUE＝Pn／Tr。

1.3.3產(chǎn)量測(cè)定選取1.2 m×1.2m的 3個(gè)區(qū)域內(nèi)所有青貯玉米進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)定，測(cè)定每個(gè)區(qū)域內(nèi)的玉米總鮮重。選擇其中3株玉米按照莖、葉和穗分類(lèi)、編號(hào)，測(cè)定其鮮重和85℃下烘干至恒重后的干重。

2　結(jié)果與分析

2.1施氮量對(duì)青貯玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響

由圖2可知，青貯玉米施氮量與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，即玉米產(chǎn)量隨施氮量的增加先增加后趨于穩(wěn)定。拋物線型回歸方程為 y＝－0.65787x2＋357.03 x＋52821（R2＝0.93），理論施氮量為 271.35 kg·hm－2，青貯玉米理論產(chǎn)量為 101 261.58 kg·hm－2，施氮量為 236.76 kg·hm－2，青貯玉米的實(shí)際產(chǎn)量為108 194.44 kg·hm－2，比施氮量 271.35 kg·hm－2的理論產(chǎn)量多 6.8%，施氮量為 306.36 kg·hm－2，青貯玉米的實(shí)際產(chǎn)量為 95 138.89 kg·hm－2，比施氮量271.35 kg·hm－2的理論產(chǎn)量少 6.0%。

2.2施氮量對(duì)青貯玉米凈光合速率的影響

由表2可知，拔節(jié)期青貯玉米的凈光合速率隨光合有效輻射的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，光合有效輻射為 1000μmol·m－2·s－1時(shí)，凈光合速率隨著施氮量增加而增大，施氮量為375.96 kg·hm－2時(shí)，凈光合速率最大，為 29.13μmol·m－2·s－1。光合有效輻射為 1 500～2 000μmol·m－2·s－1，施氮量為236.76～306.36 kg·hm－2時(shí)，凈光合速率最大；施氮量超過(guò) 306.36 kg·hm－2時(shí)，青貯玉米的凈光合速率降低。光合有效輻射為 2 300μmol·m－2·s－1時(shí)，凈光合速率顯著降低，施氮量對(duì)凈光合速率的有一定的影響，但未達(dá)到極顯著水平。

book=5,ebook=259由表3可知，抽雄吐絲期，青貯玉米由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)，也是青貯玉米干物質(zhì)積累量較大的時(shí)期，氮素在該生育期內(nèi)消耗量較大，凈光合速率的大小將決定青貯玉米產(chǎn)量的高低，抽雄吐絲期的光合有效輻射最大值為 1 900μmol·m－2·s－1。光合有效輻射為 800μmol·m－2·s－1，凈光合速率隨著施氮量增加而增大，光合有效輻射為1 500～1 900μmol·m－2·s－1、施氮量為 306.36 kg·hm－2時(shí)，凈光合速率較大，施氮量進(jìn)一步增加，凈光合速率降低。

2.3施氮量對(duì)青貯玉米蒸騰速率的影響

由表4可知，拔節(jié)期蒸騰速率隨光合有效輻射增加而先增加后減少。光合有效輻射為1 500～2 000μmol·m－2·s－1時(shí)，蒸騰速率最大；光合有效輻射為 1 000μmol·m－2·s－1時(shí)，施氮量為 375.96 kg·hm－2時(shí)，蒸騰速率最大，為 3.62 mmol·m－2·s－1；光合有效輻射為 1 500～2 000μmol·m－2·s－1時(shí)，施氮量236.76～306.36 kg·hm－2對(duì)蒸騰速率的影響最顯著，蒸騰速率較大，為 4.6～5.4mmol·m－2·s－1；光合有效輻射為 2 300μmol·m－2·s－1時(shí)，施氮量對(duì)青貯玉米蒸騰速率的影響不顯著。

抽雄吐絲期青貯玉米蒸騰速率變化見(jiàn)表5。抽雄吐絲期的光合有效輻射為 800μmol·m－2·s－1時(shí)，蒸騰速率較低，施氮量對(duì)蒸騰速率的影響不顯著，光合有效輻射過(guò)低限制了蒸騰速率的增加；光合有效輻射為 1 500～1 900μmol·m－2·s－1時(shí)，蒸騰速率隨著施氮量的增加先增大后減少，施氮量為306.36 kg·hm－2，蒸騰速率最大，為 3.51～5.50 mmol·m－2·s－1，施氮量進(jìn)一步增加則導(dǎo)致蒸騰速率降低，光合有效輻射增大，青貯玉米的蒸騰速率隨之增加。

2.4施氮量對(duì)青貯玉米水分利用效率的影響

拔節(jié)期水分利用效率見(jiàn)表6。青貯玉米葉片水平的水分利用效率隨著施氮量增加先增加后減少，施氮量為 167.16～236.76 kg·hm－2時(shí)，水分利用效率較大，隨著光合有效輻射增加，水分利用效率呈現(xiàn)出逐漸遞減趨勢(shì)，光合有效輻射為2 000μmol·m－2·s－1時(shí)，水分利用效率增加較為顯著，光合有效輻射為 2 300μmol·m－2·s－1時(shí)，水分利用效率最小。

抽雄吐絲期水分利用效率見(jiàn)表7。抽雄吐絲期的水分利用效率隨著光合有效輻射增加而逐漸遞減，隨著施氮量增加，水分利用效率呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，光合有效輻射為 800μmol·m－2·s－1、施氮量為 236.76～306.36 kg·hm－2時(shí)，水分利用效率最大，光合有效輻射為 1 500～1 900μmol·m－2·s－1、施氮量為 97.56～236.76 kg·hm－2時(shí)，水分利用效率最大。

book=254,ebook=260

2.5施氮量對(duì)青貯玉米光合勢(shì)的影響

青貯玉米光合勢(shì)的變化見(jiàn)表8。拔節(jié)期光合勢(shì)最大，其次為苗期和抽雄吐絲期的光合勢(shì)，灌漿期為青貯玉米生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，葉面積的變化較小，光合勢(shì)的變化也較小。苗期施氮處理對(duì)青貯玉米光合勢(shì)影響不顯著；拔節(jié)期施氮量增加，青貯玉米光合勢(shì)增加，施氮量為 236.76～306.36 kg·hm－2，光合勢(shì)最大，為 266.60±3.85 cm2·d－1，施氮量進(jìn)一步增加，光合勢(shì)則降低；抽雄吐絲期，施氮量增加，青貯玉米的光合勢(shì)先增加后減少，施氮量為236.76 kg·hm－2時(shí)光合勢(shì)最大，為 75.50 cm2·d－1，施氮量超過(guò)306.36 kg·hm－2時(shí)，光合勢(shì)則逐漸降低；灌漿期，施氮量小于167.16 kg·hm－2，光合勢(shì)的差異性不顯著，施氮量為 306.36 kg·hm－2時(shí)，光合勢(shì)最大，為 13.33 cm2·d－1，施氮量進(jìn)一步增加，光合勢(shì)則降低。

2.6施氮量對(duì)青貯玉米凈同化率的影響

施氮量對(duì)青貯玉米凈同化率的影響見(jiàn)表9。苗期和拔節(jié)期為青貯玉米凈同化率較大的時(shí)期，其次為抽雄吐絲期，灌漿期最小。苗期，青貯玉米的凈同化率為 0.36±0.1 g·d－1·cm－2；拔節(jié)期，凈同化率隨著施氮量增加而先增加后減少，施氮量為236.76 kg·hm－2時(shí)，凈同化率最大，為 0.29±0.01 g·d－1·cm－2；抽雄吐絲期，凈同化率隨施氮量增加而增大，施氮量為 236.76～306.36 kg·hm－2時(shí)，凈同化率最大，為 0.16±0.1 g·d－1·cm－2；灌漿期，青貯玉米的凈同化率較小，施氮量間的差異不顯著。

3　討　論

青貯玉米的光合有效輻射較低（≤1 000μmol·m－2·s－1）時(shí)，凈光合速率和蒸騰速率隨著施氮量增加而增大。云菲等［13］研究也發(fā)現(xiàn)光合有效輻射較低時(shí)，增施氮肥能夠顯著改善光合性能，提高光能利用率。光合有效輻射為 1 500～2 000μmol·m－2·s－1，施氮量為 236.76～306.36 kg·hm－2時(shí)，凈光合速率和蒸騰速率最大，施氮量為375.96 kg·hm－2時(shí)，青貯玉米的凈光合速率和蒸騰速率呈現(xiàn)一定程度的降低，這與韓永超、葉君等［14－16］的研究結(jié)果相同。光合有效輻射為 2 300μmol·m－2·s－1時(shí)青貯玉米的凈光合速率和蒸騰速率出現(xiàn)了一定程度的降低，施氮量對(duì)其產(chǎn)生的影響均不顯著，這與裴磊［17－18］、李book=5,ebook=261云光［19］、趙宏瑾［20］等人在青貯玉米、棉花等光合日變化過(guò)程出現(xiàn)的“午休”現(xiàn)象導(dǎo)致凈光合速率和蒸騰速率降低的研究結(jié)果相同。但也有學(xué)者認(rèn)為光合有效輻射 1 000～2 500μmol·m－2·s－1時(shí)，凈光合速率增速放緩，且維持在較高水平，并未出現(xiàn)下降趨勢(shì)［21］。該現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于在直角雙曲線修正模型本身在參數(shù)設(shè)定時(shí)充分考慮了光合有效輻射進(jìn)一步增加，光合性能指標(biāo)出現(xiàn)下降的可能，另外由于在使用直角雙曲線修正模型前人為設(shè)定了氣源CO2濃度及空氣濕度等參數(shù)導(dǎo)致擬合結(jié)果的偏差；青貯玉米施氮量為 236.76～306.36 kg·hm－2時(shí)，光合勢(shì)最大，施氮量過(guò)大后，光合勢(shì)則降低，由于施氮量過(guò)大，生育前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺，致使植株生育后期貪青晚熟，這與李衛(wèi)華［22］、楊新泉［23］等人的研究結(jié)果類(lèi)似。

4　結(jié)　論

施氮量為236.76 kg·hm－2時(shí)，青貯玉米產(chǎn)量最大，施氮量增加，青貯玉米產(chǎn)量降低顯著。

拔節(jié)期光合有效輻射為1 500～2 000μmol·m－2·s－1、施氮量為 236.76～306.36 kg·hm－2時(shí)，凈光合速率和蒸騰速率最大，施氮量為167.16～236.76 kg·hm－2時(shí)，水分利用效率較大。

抽雄吐絲期光合有效輻射為 800μmol·m－2·s－1、施氮量為 236.76～306.36 kg·hm－2時(shí)，水分利用效率最大，光合有效輻射為1 500～1 900μmol·m－2·s－1、施氮量為 97.56～236.76 kg·hm－2時(shí)，水分利用效率最大。

施氮量為 236.76～306.36 kg·hm－2時(shí)，青貯玉米的光合勢(shì)和凈同化率均達(dá)到最大，施氮量進(jìn)一步增加，光合勢(shì)和凈同化率降低顯著。

因此，推薦石河子地區(qū)青貯玉米獲得最高產(chǎn)量時(shí)的適宜光合有效輻射為 1 500～2 000μmol·m－2·s－1、施氮量為 236.76 kg·hm－2。

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Effects of nitrogen application rate on photosynthetic characteristics and yield of silagemaize

WANG Jiu-long1，2，WANG Zhen-hua1，2，LIWen-hao1，2，PEILei1，2，ZHAO Bo1，2，BIAN Qing-yong1，2，ZHU Yan-kai1，2
（1.College ofWater＆Architectural Engineering，ShiheziUniversity，Shihezi，Xinjiang 832000，China；2.Corps Key Laboratory ofModern Watersaving Irrigation，Shihezi，Xinjiang 832000，China）

In this study，a field experimentused a tube of two lines（80 cm＋40 cm）spacedmode，irrigation quota of288mm，to study the effects of N application rate（CK，14.04 kg·hm－2；F1，97.56 kg·hm－2；F2，167.16 kg·hm－2；F3，236.76 kg·hm－2；F4，306.36 kg·hm－2；F5，375.96 kg·hm－2）on silagemaize and photosynthetic characteristics.At the jointing stage（08－20）and tasseling stage（09－13），photosynthesis characteristic indexes，fertility of the final quality of drymatter，leaf area，the leaf level ofwater use efficiency，photosynthetic potential and netassimilation rate were calculated.When the N application rate was 236.76 kg·hm－2，silagemaize yield was the largest and when photosynthetic active radiation was1 500～2 000μmol·m－2·s－1，N application ratewas236.76 kg·hm－2，silage corn WUE was larger；at spinning tasseling stage，photosynthetic active radiation was 1 500～2 000μmol·m－2·s－1，and N application ratewas 236.76 kg·hm－2，theWUE was larger；when N application rate was 236.76～306.36 kg·hm－2，silagemaize photosynthetic potential and netassimilation rate achieved themaximum level.When the N application rate was increased，photosynthetic potential and net assimilation rate decreased significantly.Therefore，in Shihezi area，the photosynthetic active radiation of1 500～2 000μmol·m－2·s－1，and N application rate of236.76 kg·hm－2，are the appropriate level to achieve themaximum silage corn yield and WUE.

N application；multiple cropping silagemaize；photosynthetic characteristics；yield

S275.6

A

1000-7601（2017）05-0250-06

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.05.37

2016-09-29

2016-12-08

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD20B03）

王久龍（1988—），男，河北承德人，碩士，研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉理論與技術(shù)。E-mail：wjl2013007＠126.com。

王振華（1979—），男，河南扶溝人，教授，博導(dǎo)，博士，主要從事干旱區(qū)節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail：wzh2002027＠163.com。