施氮量對旱地春玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)積累及葉面積指數(shù)的影響

摘要：為進一步提高旱地春玉米單產(chǎn)，以天泰33為試驗材料，設(shè)置0、120、240、300、360、420 kg/hm2 6個施氮水平，探討不同施氮量對旱地春玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)積累及葉面積指數(shù)的影響。結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，春玉米子粒產(chǎn)量顯著提高，超過某一施氮量（300 kg/hm2），增產(chǎn)趨緩甚至略減。葉面積指數(shù)隨施氮量增大而增大，在吐絲期達到高峰，然后開始下降。隨著施氮量逐漸增加，群體干物質(zhì)積累量明顯增加。試驗條件下，適當增加氮肥施用量，可以顯著提高旱地春玉米的子粒產(chǎn)量。天泰33在旱地條件下春玉米獲得高產(chǎn)的適宜施氮量為300 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：旱地；春玉米；施氮量；干物質(zhì)積累；葉面積指數(shù)；產(chǎn)量

中圖分類號：S513.062 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）09-2065-05

玉米是中國主要糧食作物之一。玉米產(chǎn)量高低不僅取決于其品種遺傳性，而且受栽培措施和環(huán)境條件的影響[1]。氮是植物必需的營養(yǎng)元素，也是作物產(chǎn)量最重要的養(yǎng)分限制因子[2]。施用氮肥能增加玉米子粒蛋白質(zhì)含量，提高生物量，增產(chǎn)效果明顯[3，4]。發(fā)展中國家糧食的增產(chǎn)作用55%以上歸功于化肥的使用，其中氮素又起了至關(guān)重要的作用，合理使用氮肥的增產(chǎn)貢獻率為45%左右[5，6]。范厚明等[7]通過對畢單15號玉米種植密度和氮肥施用量的研究，指出種植密度和氮肥施用量是影響玉米產(chǎn)量的兩大重要因素，要提高玉米單產(chǎn)，就必須采用合理的種植密度和適量的氮肥施用量。王志剛等[8]認為高施肥水平對玉米群體鮮、干物質(zhì)產(chǎn)量是有利的，在生產(chǎn)中要合理協(xié)調(diào)肥水用量和種植密度條件。因此，玉米產(chǎn)量的突破除了選用緊湊耐密大穗品種外，還要合理增加種植密度，合理運籌施肥，提高施肥效率。

目前，對于旱地春玉米生產(chǎn)技術(shù)研究較少，尤其對于該生態(tài)區(qū)域內(nèi)較高生產(chǎn)條件下，玉米最適需氮量的研究鮮見報道[9-11]。隨著高產(chǎn)玉米新品種的育成和玉米生產(chǎn)的發(fā)展，亟須相應的高產(chǎn)、高效生產(chǎn)技術(shù)。本試驗通過設(shè)置大跨度的施氮水平，在旱地上研究了施氮量對春玉米產(chǎn)量、群體干物質(zhì)積累及葉面積指數(shù)的影響，以期明確旱地春玉米的最適需氮量，為旱地春玉米高產(chǎn)、高效生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試驗于2012年在山東天泰種業(yè)公司試驗田進行。前茬作物為春花生。供試玉米品種為天泰33。試驗地輕壤土，0～20 cm土層土壤化驗結(jié)果為：全氮1.15 g/kg，堿解氮95.36 mg/kg，速效磷15.45 mg/kg，速效鉀102.43 mg/kg，有機質(zhì)12.55 g/kg，pH 6.2。玉米生育期間降雨量676.1 mm，平均氣溫23.9 ℃，日照時間883.2 h。

試驗設(shè)置6個氮肥水平，分別為0 kg/hm2（T1）、120 kg/hm2（T2）、240 kg/hm2（T3）、300 kg/hm2（T4）、360 kg/hm2（T5）和420 kg/hm2（T6）。每個處理3次重復，共18個處理。種植密度75 000株/hm2，等行距種植，行距60 cm，小區(qū)面積48 m2（8 m×6 m），隨機排列。施用氮肥為尿素，含氮量46%，分別在播種期、拔節(jié)期（7葉展）、大喇叭口期（12葉展）、開花期，按照1∶3∶5∶1的比例施入。各處理均施豬糞37 500 kg/hm2、磷肥（P2O5）150 kg/hm2和鉀肥（K2O）300 kg/hm2，豬糞和磷肥全部做底肥施用，鉀肥分別于播種時和大喇叭口期各施入50%。磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。按旱地進行田間管理。5月10日播種，9月18日收獲。

1.2 測定項目與方法

分別于拔節(jié)期（V7）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（VT）、花后10 d（VT+10）、花后20 d（VT+20）、花后30 d（VT+30）、花后40 d（VT+40）、成熟期（R6）取5株長勢均勻一致的植株，測定葉面積指數(shù)，105 ℃殺青30 min，75 ℃ 烘干至恒重，稱干物質(zhì)重。成熟期收獲、測產(chǎn)，每小區(qū)選取20個果穗考種。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用DPS 7.05和Microsoft Excel 2003 進行數(shù)據(jù)計算、統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對旱地春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可以看出，施氮量對旱地春玉米產(chǎn)量形成影響明顯，子粒產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先升后降的趨勢。在一定范圍內(nèi)，增加氮肥施用量可以明顯提高旱地春玉米子粒產(chǎn)量，當施氮量超過一定水平后，產(chǎn)量開始降低。T1處理由于整個生育期不施肥，產(chǎn)量最低。施氮量由0增加到300 kg/hm2范圍內(nèi)，產(chǎn)量明顯增加；施氮量超過300 kg/hm2時，產(chǎn)量開始降低。T4處理產(chǎn)量最高，為12 893 kg/hm2，比其他處理分別增產(chǎn)3.8%～41.9%。說明適量增施氮肥對旱地春玉米增產(chǎn)效果明顯，過量施氮反而減產(chǎn)。

施氮量對產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響也具有類似情形。隨著施氮量的增加，行粒數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重表現(xiàn)出先增后減的趨勢。在一定的施氮量范圍內(nèi)，春玉米行粒數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重隨施氮量增加而增加，超過這一范圍則逐漸降低。T4處理的行粒數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重比其他處理分別高2.3%～26.2%、2.2%～28.7%、1.6%～10.0%。施氮量對穗行數(shù)的影響表現(xiàn)為隨著施氮量增加，穗行數(shù)呈上升趨勢。從表1還可以看出，施氮量對穗粒數(shù)的影響比千粒重大。

2.2 施氮量對旱地春玉米植株干物質(zhì)積累的影響

由表2看出，各處理的地上部干物質(zhì)積累量均隨著生育進程的推進呈逐漸上升趨勢。拔節(jié)期（V7）之前，地上部干物質(zhì)積累速率比較緩慢，處理間相差不大；拔節(jié)之后地上部干物質(zhì)積累速率增加迅速；生育后期干物質(zhì)積累增速趨緩。施氮量對群體干物質(zhì)積累作用顯著，花后10 d時隨著施氮量的增加，群體干物質(zhì)積累量呈增加趨勢；花后10 d后群體干物質(zhì)積累量表現(xiàn)出由先升后略減的趨勢?；ê?0 d的群體干物質(zhì)積累量，T6處理最大，T4、T5和T6處理相差不大，明顯高于其他3個處理。成熟期，T4處理的群體干物質(zhì)積累量比其他處理高1.7%～25.2%。表明適當增施氮肥能顯著增加群體的干物質(zhì)積累量。

施氮量對花后群體干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)貢獻率的影響表現(xiàn)出了同樣的規(guī)律。隨著施氮量的增加表現(xiàn)出先增后減的趨勢。各處理開花前群體干物質(zhì)積累量顯著低于開花后，開花后群體干物質(zhì)積累量占總生物量的60%以上（T1除外）。各個施氮處理的花后干物質(zhì)貢獻率都超過60%，明顯高于不施氮處理。說明開花后的干物質(zhì)積累是旱地春玉米子粒產(chǎn)量的主要來源。開花10 d前，T6處理的群體干物質(zhì)積累量最大；開花10 d后，T4處理的群體干物質(zhì)積累量最大，花后干物質(zhì)貢獻率也最大。T4處理的花后群體干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)貢獻率分別為15 009 kg/hm2、64.2%，比其他處理分別高4.6%～34.8%和1.3%～7.7%。表明較高的群體干物質(zhì)積累量，特別是花后群體干物質(zhì)積累量，有利于提高干物質(zhì)對子粒的貢獻率，從而獲得高產(chǎn)。

2.3 施氮量對旱地春玉米葉面積指數(shù)（LAI）的影響

玉米植株95%以上的干物質(zhì)都是由葉片光合作用合成的，葉面積是植物截獲光能的物質(zhì)載體，其大小直接影響到玉米對光能的截獲和經(jīng)濟產(chǎn)量的形成，尤其開花期的群體最大LAI是花后光合生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[12，13]。由表3可見，在整個生育期，各個處理的葉面積指數(shù)（LAI）變化動態(tài)均表現(xiàn)出先升后降的趨勢，呈現(xiàn)單峰曲線變化。拔節(jié)前LAI較小，各處理間差別不大；自拔節(jié)期開始LAI迅速增加，大喇叭口期后增勢變緩，至吐絲期達到最大值，之后隨著生育期的推進逐漸降低。由于T1整個生育期不施氮肥，造成其各個生育時期的LAI都明顯低于其他處理。其他各處理拔節(jié)期的LAI無明顯差異。大喇叭口期隨著施氮量的增加LAI逐漸增大，T3、T4、T5和T6處理的LAI明顯高于其他2個處理，說明拔節(jié)前施入較多的氮肥，可以明顯促進植株前期營養(yǎng)生長。吐絲期T4處理的LAI最大，比其他處理高1.1%～28.0%。吐絲期后各處理LAI逐漸下降。增施氮肥處理的LAI下降較為緩慢，特別是施氮量較高的處理，成熟期LAI仍較高，維持在3.0以上。說明適量施用氮肥對葉面積維持有促進作用，延緩了葉片衰老進程，使吐絲期至成熟期植株維持較高的綠葉面積，延長了光合時間，相應增加了灌漿時間，有利于高產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

干物質(zhì)積累是作物生長發(fā)育的重要指標[14]，作物子粒產(chǎn)量的高低主要是由干物質(zhì)積累量所決定的，同時也受到收獲指數(shù)的影響[15]。研究表明，在一定范圍內(nèi)，干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系[16]，高生物量是高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)[17]，因此增強玉米生育期內(nèi)干物質(zhì)的積累能力是提高子粒產(chǎn)量的有效途徑[18]。王慶成等[19]認為，干物質(zhì)是形成產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，只有積累多的干物質(zhì)才能形成高的子粒產(chǎn)量。還有研究表明，禾谷類作物經(jīng)濟產(chǎn)量的60%～100%來自開花到成熟期的光合產(chǎn)物，生育后期的光合功能直接影響到子粒產(chǎn)量[20]。

春玉米子粒產(chǎn)量在很大程度上決定于后期的光合生產(chǎn)能力，生育后期的光合生產(chǎn)干物質(zhì)子子粒的貢獻率為78%～84%[17]，高產(chǎn)、超高產(chǎn)玉米生育后期具有較大的干物質(zhì)積累優(yōu)勢[17，21-23]。馬赟花等[24]研究指出，花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移對子粒增產(chǎn)的貢獻較大，是子粒增產(chǎn)的主要來源。本試驗表明，隨著施氮量的逐漸增加，群體干物質(zhì)積累量顯著增加。在同一密度下，成熟期群體干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)積累量最大的處理，產(chǎn)量也最高。各個施氮處理的花后干物質(zhì)貢獻率都超過60%，明顯高于不施氮處理。說明旱地春玉米子粒產(chǎn)量的主要來源是開花后的同化產(chǎn)物。較高的群體干物質(zhì)積累量，特別是花后群體干物質(zhì)積累量，有利于提高干物質(zhì)對子粒的貢獻率，從而獲得高產(chǎn)。與前人研究結(jié)果基本一致。

合理的葉面積指數(shù)（LAI）是反映玉米群體光合能力的重要指標[25-27]。適宜的葉面積系數(shù)能夠保證光熱資源的有效利用，同時也避免了玉米葉片間、植株間的相互遮蔽，創(chuàng)造一個通風透光性好的群體環(huán)境，有利于光合作用的進行、有機產(chǎn)物的合成與積累以及產(chǎn)量的形成[28，29]。有研究表明，在一定范圍內(nèi)玉米群體的葉面積指數(shù)與群體光合速率、子粒產(chǎn)量呈正相關(guān)[30]。保持玉米中后期有較大的綠葉面積是實現(xiàn)玉米高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)[31]。高的葉面積指數(shù)及其合理發(fā)展動態(tài)，是玉米高產(chǎn)的重要生理基礎(chǔ)[32]。本研究表明，在一定范圍內(nèi)，葉面積指數(shù)隨施肥量增加而增大，拔節(jié)期前呈緩慢增長狀態(tài)，拔節(jié)期后葉面積指數(shù)迅速增大，開花期后又開始緩慢下降。各處理的葉面積指數(shù)最大值均在開花吐絲期出現(xiàn)，葉面積指數(shù)最大的T4處理為5.48。施氮量300 kg/hm2處理的花后葉面積指數(shù)較大，高葉面積持續(xù)期較長，群體光合勢大，其產(chǎn)量比其他處理高3.8%～41.9%。

在同一種植密度條件下，玉米子粒產(chǎn)量隨著施氮量增加呈單峰曲線趨勢。普遍認為過量施氮降低了子粒氮素積累，不利于玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量提高[33]。玉米施用氮肥符合報酬遞減規(guī)律，在一定范圍內(nèi)，玉米產(chǎn)量隨施氮量增加而提高，但超過一定量后增施氮肥并不能使產(chǎn)量持續(xù)增加，反而下降。與姜濤[34]的研究結(jié)論一致。呂麗華等[35]認為，在高氮條件下由于作物生育前期冠層內(nèi)透光率較低，冠層結(jié)構(gòu)較不合理，導致生育后期葉片提早衰老，使后期光合性能降低，不但起不到增產(chǎn)效果，還會造成肥料的浪費和對環(huán)境的污染。Osaki等[36]指出，過量施氮導致葉片早衰及光合能力下降，最終可能影響到正在發(fā)育子粒的碳、氮代謝，不利于產(chǎn)量形成和氮肥利用率的提高。何萍等[37]研究表明，不施氮或施氮不足可能導致營養(yǎng)體氮素外運過多；施氮過量由于營養(yǎng)體氮素代謝過旺，使運往子粒的氮素減少，在氮素供應較好的條件下，營養(yǎng)體氮素再分配率和對子粒氮貢獻率越高越有利于經(jīng)濟產(chǎn)量的形成[38]。本研究表明，適量施用氮肥可以顯著提高旱地春玉米子粒產(chǎn)量，超過一定范圍再增施氮肥產(chǎn)量會逐漸下降。施氮量對玉米穗粒數(shù)、千粒重的影響也具有類似情形。氮肥的增產(chǎn)效應主要是提高穗粒數(shù)，其次是千粒重增加。在本試驗條件下，旱地春玉米的適宜施氮量為300 kg/hm2左右。

適宜的施氮量既保持了較高的碳氮運轉(zhuǎn)率，又避免生育后期葉片早衰，從而維持了生長中后期葉片的高光合能力，為氮肥利用率與產(chǎn)量協(xié)同提高奠定了基礎(chǔ)[33]。說明玉米不同種植密度適宜的施氮量范圍不同，氮肥的施用量要根據(jù)種植密度、地力和品種特性控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)。要獲得高產(chǎn)或超高產(chǎn)，需要適當密植和適量追肥。

高產(chǎn)品種適量施氮能提高玉米生長中后期植株體內(nèi)氮含量和氮素產(chǎn)量生產(chǎn)效率，增加子粒產(chǎn)量，但施氮過量或不足均不表現(xiàn)增產(chǎn)效果，反而導致利用率降低[39-42]。因此，合理運籌氮肥是夏玉米實現(xiàn)高產(chǎn)高效的重要措施。在選用耐密植品種的基礎(chǔ)上，適當增加種植密度，合理確定氮肥施用量，保證充足的氮肥供應，協(xié)調(diào)好群體和個體的發(fā)展，可以最大限度地發(fā)揮品種的增產(chǎn)潛力。本試驗條件下，旱地春玉米在種植密度75 000株/hm2條件下，施氮量300 kg/hm2左右子粒產(chǎn)量較高。

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