不同水肥管理方式對春玉米籽粒灌漿特性、氮素利用及產量的影響

李曉龍，白云龍，閆 東，林利龍，梁淑萍，鄭海春

(1.巴彥淖爾市農牧業(yè)技術推廣中心，內蒙古 臨河 015000；2.內蒙古土壤肥料和節(jié)水農業(yè)工作站，內蒙古 呼和浩特 010011；3.錫林郭勒盟農業(yè)廣播電視學校，內蒙古 錫林浩特 026000 )

不同水肥管理方式對春玉米籽粒灌漿特性、氮素利用及產量的影響

李曉龍1，白云龍2，閆 東2，林利龍2，梁淑萍3，鄭海春2

(1.巴彥淖爾市農牧業(yè)技術推廣中心，內蒙古 臨河 015000；2.內蒙古土壤肥料和節(jié)水農業(yè)工作站，內蒙古 呼和浩特 010011；3.錫林郭勒盟農業(yè)廣播電視學校，內蒙古 錫林浩特 026000 )

為研究內蒙古燕山丘陵區(qū)不同水肥管理條件對春玉米籽粒灌漿特性、氮素利用和產量的影響。以京單128為供試品種，采用不施氮(N0)、農民常規(guī)施氮+漫灌(CK)、農民常規(guī)施氮+膜下滴灌(DI)、膜下滴灌水肥一體化施氮(WF) 4種水肥管理方式，并對其進行了對比研究。連續(xù)2年試驗結果表明，在籽粒灌漿特性方面，WF處理表現最優(yōu)，能有效延長灌漿期、提高灌漿速率，持續(xù)灌漿期較對照平均延長4.4 d，平均灌漿速率提高19.5%，且灌漿速率、灌漿時間均與籽粒產量呈顯著正相關；在氮素利用方面，氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮肥農學效率以及氮肥生理利用率均以WF處理最高、DI處理次之、CK處理最低，其中WF處理氮肥利用率最高達到了60.8%，平均值較對照處理(CK)提高了33.4個百分點；在產量方面，各處理表現為：WF>DI>CK>N0，WF處理較對照平均增產47.1%。綜合分析，膜下滴灌水肥一體化施氮(WF)模式較適宜在該地區(qū)應用推廣。

春玉米；水肥管理；灌漿特性；氮肥利用率；產量

春玉米已經成為內蒙古地區(qū)第一大糧食作物，統(tǒng)計數據顯示2015年內蒙古春玉米播種面積達337.2 萬hm2，占糧食作物總播種面積的45.8%，總產量達2 186.1 萬t，占糧食總產量的79.4%，在全區(qū)國民經濟中具有十分重要的地位[1]。相關研究結果已經表明，單產在玉米總產量增加中的貢獻率為84.9%，面積貢獻率僅為15.1%，因此，提高玉米總產量的主要途徑是提高單產[2]。玉米灌漿過程是產量形成的實質性階段， 對玉米籽粒產量起了決定性作用，同時又是影響玉米整體產量的重要過程[3]，外部條件的變化均會對玉米灌漿特性產生影響[4]。李紹長等[5]研究表明灌漿速率的大小決定了相同品種玉米的粒重，而灌漿持續(xù)時間的長短決定了不同玉米品種的粒重；張俊鵬等[6]研究表明，地膜和秸稈覆蓋能夠提高玉米的灌漿速率、產量等；李軼冰等[7]研究表明，耕作方式會對灌漿快增期和緩增期平均灌漿速率有明顯影響。綜上所述，國內外學者已經從玉米品種、栽培管理[8-10]等方面對玉米的灌漿特性作了一定研究，但針對不同水肥管理方式對玉米灌漿特性及產量的影響研究鮮有報道。本研究基于Logistics方程對不同水肥管理條件下不同氮肥施用方式春玉米的灌漿特性進行擬合，分析籽粒灌漿參數和籽粒產量的關系，從而優(yōu)選出較適宜該地區(qū)玉米種植的水肥管理方式，為該地區(qū)玉米進行科學合理的水肥管理提供理論依據和技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗于2014，2015年連續(xù)2年，在內蒙古自治區(qū)赤峰市喀喇沁旗乃林鎮(zhèn)興隆莊村同一農田進行，該地區(qū)年均氣溫4.2～6.8 ℃，無霜期90～149 d，年均降水量350～500 mm。試驗地土壤類型為壤土，試驗田0～20 cm耕層土壤含有機質28.6 g/kg，全氮1.1 g/kg，有效磷20.7 mg/kg，速效鉀183.0 mg/kg，有效鋅0.8 mg/kg。

試驗地前茬作物為玉米，供試玉米品種為京單128，試驗設4種水肥管理方式，采用大區(qū)對比試驗，每大區(qū)面積為540 m2(4.5 m×120 m)。于4月下旬播種，種植密度為75 000株/hm2，各處理均基施P2O5130 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2，氮肥施用量及施肥時期見表1，CK和DI處理水分和氮肥分開施用，WF處理氮肥隨水追施實現水肥一體化。各處理均灌水4次，分別于拔節(jié)期、喇叭口期、吐絲期、灌漿期各灌水1次，N0和CK處理單次灌水量750 m3/hm2，DI和WF處理單次灌水量300 m3/hm2。其他管理同大田生產。

表1 施氮方式與灌水管理

1.2 測定項目

1.2.1 籽粒灌漿測定 于吐絲期在各處理中分別選取30株同一天吐絲、長勢相同的植株進行掛牌標記。在吐絲后第7天開始，每隔7 d各處理取3穗掛牌的玉米。每穗在中部各取100粒籽粒，烘干后稱干質量。根據Logistics方程擬合散粉后籽粒干物質量變化規(guī)律。

Logistics方程為W=A/(1+Be-cx)，W為玉米籽粒干質量(g)，A為玉米籽粒的最終生長量(g)，x為吐絲后的天數(吐絲當日記為0 d)，c為生長速率數，B為系數。由方程的一、二階導數推導出相關灌漿參數[11-13]。

1.2.2 產量 每個試驗區(qū)于10月初進行測產，即去除邊行效應，每處理測產2行，量取10 m長，并計算實際面積。調查該區(qū)域內株數、穗數、空稈數等指標，之后隨機選取20個果穗風干考種；考種測定果穗穗行數、行粒數、百粒質量、含水量等指標，計算籽粒產量。

1.2.3 氮素利用 養(yǎng)分吸收和化肥養(yǎng)分效率的計算公式[14-15]如下：氮素積累量=干物質重×植株地上部氮含量；收獲指數(HI)= 籽粒產量/成熟期植株積累量；氮素收獲指數(NHI)=籽粒氮積累量/植株氮素積累量；氮肥利用率(NRE)=(施氮區(qū)氮積累量-無氮區(qū)氮積累量)/肥料投入量×100%；氮肥偏生產力(NPFP)=籽粒產量/肥料投入量；氮肥農學效率(AE)=(施氮區(qū)籽粒產量-無氮區(qū)籽粒產量)/肥料投入量；氮肥生理利用率(PE)=(施氮區(qū)籽粒產量-無氮區(qū)籽粒產量)/(施氮區(qū)氮累積量-無氮區(qū)氮累積量)。

1.3 數據處理和統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0和Origin 8.6進行數據統(tǒng)計分析及作圖。

2 結果與分析

2.1 不同水肥管理對春玉米產量構成的影響

通過春玉米考種和測產結果(表2)可以看出，不同水肥管理條件下，各處理穗長、穗粗、禿尖長、穗粒數以及百粒質量存在一定的差異，其中穗長、穗粗、穗粒數和百粒質量表現為WF>DI>CK>N0，禿尖長表現為WF

不同水肥管理條件下春玉米籽粒產量間存在極顯著差異，連續(xù)2年試驗結果均表現為WF>DI>CK>N0，WF處理分別較CK和DI平均增產47.1%和18.9%，DI處理較CK平均增產23.7%。

表2 不同水肥管理對春玉米穗部性狀及產量的影響

注：不同小寫和大寫字母分別表示差異達顯著(P<0.05)和極顯著水平(P<0.01)。

Note：Different small letters and capital letters in the table express difference at 5% significant level and 1% extremely significant level respectively.

2.2 籽粒灌漿模型

方程自變量為春玉米授粉后天數(x)，因變量為籽粒的百粒質量(y)，對不同水肥管理條件下春玉米的籽粒灌漿過程進行擬合，模擬結果見表3。

由表可知，Logistics方程能夠較好地擬合春玉米的籽粒灌漿過程，方程決定系數介于0.993～0.999，擬合效果較好。各處理籽粒終極生長量即方程系數A表現為：WF>DI>CK>N0。

表3 不同水肥管理下春玉米籽粒灌漿的擬合方程

2.3 方程次級參數分析

通過Logistics方程計算出的次級參數見表4。由表4可知，各處理春玉米灌漿持續(xù)期(T)和活躍灌漿期(D)以WF處理時間最長，N0處理時間最短，最大灌漿速率出現日期(Tm)從N0開始各處理逐漸后移，其中WF處理持續(xù)灌漿時間分別較其他處理平均增長了6.5，4.4，1.2 d，活躍灌漿期時間分別較其他處理平均增長了6.3，4.6，2.1 d；各處理平均灌漿速率(Va)、最大灌漿速率(Vm)、灌漿速增期持續(xù)天數(T2)和灌漿緩增期持續(xù)天數(T3)均表現為WF>DI>CK>N0，其中WF處理平均灌漿速率分別較其他處理平均增長了43.3%，19.5%，5.8%，最大灌漿速率分別較其他處理平均增長了35.6%，14.4%，3.1%；受灌漿速率和灌漿時間的影響，各處理各階段籽粒干物質積累量(W1、W2、W3)以WF處理最大，N0處理最小。

表4 不同水肥管理下春玉米籽粒灌漿參數

注：T1.灌漿漸增期持續(xù)天數；V1.該時期平均灌漿速率；W1.累積籽粒重；T2.灌漿速增期持續(xù)天數；V2.該時期平均灌漿速率；W2.累積籽粒重；T3.灌漿緩增期持續(xù)天數；V3.該時期平均灌漿速率；W3.累積籽粒重。

Note：T1.The number of days in early filling stage;V1.the average rate;W1.grain weight accumulation；T2.The number of days in fast filling stage;V2.The average rate;W2.Grain weight accumulation；T3.The number of days in late filling stage;V3.The average rate，W3.Grain weight accumulation.

2.4 籽粒產量與籽粒灌漿特性的相關性分析

由表5可以看出，最大灌漿速率、緩增期灌漿速率和速增期灌漿速率與春玉米穗長、穗粗和穗粒數之間均呈顯著正相關；平均灌漿速率與穗粗、穗粒數呈顯著正相關；漸增期灌漿速率與穗部性狀無顯著相關性。

進一步分析籽粒產量與灌漿特性的相關性(表6)可見，籽粒產量與最大灌漿速率、平均灌漿速率、持續(xù)灌漿期和活躍灌漿期呈顯著正相關。

表5 春玉米穗部性狀與籽粒灌漿特性的相關性分析

注：表中數據后**和*分別表示相關性達1%和5%顯著水平。表6同。

Note：After data**and*indicated significantly different at the 0.01 and 0.05 probability levels，respectively. The same as Tab.6.

表6 籽粒產量與灌漿特性相關分析

2.5 不同水肥管理對春玉米氮素利用的影響

通過計算不同水肥管理對春玉米氮素利用的影響可以看出，各處理氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮肥農學效率以及氮肥生理利用率均以WF處理最高、DI處理次之、CK處理最低；其中氮肥利用率WF處理平均值為57.6%，最高值達到了60.8%，較CK處理提高了33.4個百分點，DI處理較CK處理提高了15.2個百分點；氮肥偏生產力、氮肥農學效率和氮肥生理利用率WF處理分別較CK平均提高了46.9%，175.2%，27.7%，DI處理較CK平均提高了23.5%，88.1%，17.2%(表7)。

表7 不同水肥管理對氮素利用效率的影響

3 討論與結論

科學的灌水和合理的氮肥運籌是影響玉米產量的因素[16-18]，同時玉米庫容的大小是由玉米籽粒灌漿速率和灌漿持續(xù)期決定的，進而決定玉米的籽粒重量。楊升恒等[19]研究表明，合理的氮肥統(tǒng)籌能夠促進玉米籽粒干物質的積累，張俊鵬等[6]研究表明，不同灌水處理能夠影響玉米灌漿速率和灌漿持續(xù)時間。本研究結果表明，不同水肥管理對玉米灌漿過程產生了較大影響，水肥一體化能夠有效延長玉米灌漿時間，同時增加玉米灌漿速率，對玉米籽粒干物質積累起到了積極的作用，有利于玉米獲得高產穩(wěn)產。最大灌漿速率、速增期灌漿速率和緩增期灌漿速率均與穗長和穗粗呈顯著正相關。因此，在栽培過程中應適當選擇穗粗和穗長較大的品種，在今后的研究中要針對水肥一體化等新技術開展品種篩選。

我國糧食生產過程中過量施用氮肥是導致氮素利用效率較低的主要原因[20]，相關研究表明，水肥耦合能夠起到節(jié)水、省肥、增產的作用[21-24]。本研究結果表明，通過水肥一體化追施氮肥能夠使氮肥利用率達到60%以上，較常規(guī)“一炮轟”施肥大水漫灌種植模式(CK)氮肥利用率提高了33.4個百分點，同時節(jié)水60%，是提高水肥利用率最為有效的栽培模式之一。因此，在今后農業(yè)技術推廣中應加大水肥一體化等新型節(jié)水農業(yè)技術的推廣力度。

綜合灌漿特性、產量及氮素利用3個指標，從增產增效角度考慮，水肥一體化(WF)能夠有效改善春玉米灌漿特性，延長灌漿時間并且提高灌漿速率，持續(xù)灌漿期較對照延長了4.4 d，活躍灌漿期較對照延長了4.6 d，平均灌漿速率提高了19.5%；水肥一體化(WF)栽培模式下產量較對照增加了47.1%，同時氮肥利用效率提高了33.4個百分點。

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Effects of Different Water and Fertilizer Management on Spring Maize Grain Filling Characteristics and Nitrogen Utilization and Yield

LI Xiaolong1，BAI Yunlong2，YAN Dong2，LIN Lilong2，LIANG Shuping3，ZHENG Haichun2

(1. Bayannaoer Agriculture and Animal Husbandry Technology Promotion Center，Linhe 015000，China；2.Inner Mongolia Autonomous Region Soil Fertilizer and Water Saving Agricultural Work Station，Huhhot 010011，China；3.Xilinguole Meng Agricultural Radio and Television School，Xilinhot 026000，China)

The effects of the different models of water and fertilizer management on grain filling characteristics and nitrogen utilization of spring maize in Hilly Regions of Mount Yanshan in Inner Mongolia were studied. The Jingdan 128 as the maize variety and four patterns of water and fertilizer management：no nitrogen(N0)，nitrogen with flooding according to the local practice (CK)，application rate with drip irrigation under mulch according to the local practice (DI)，nitrogen with the model of drip irrigation and fertilization under mulch(WF)we used. The results of successive two years experiment showed：the management of fertigation performed best in grain filling characteristics. It could extend filling stage about 4.4 days compared with CK and improved filling rate effectively with 19.5% compared with CK. Meanwhile，the grain yield had a significantly positive correlation with grain filling rate and filling time. As for nitrogen utilization， the order of (nitrogen use efficiency，partial factor productivity，agronomic efficiency and nitrogen physiological utilization ) performance in treatments (WF，DI and CK) was：WF>DI>CK. The nitrogen use efficiency of WF reached 60.8% and increased 33.4 percentage points compared with CK. The yield order was WF>DI>CK>N0 and，WF increased 47.1% compared with CK. Comprehensive analysis，drip irrigation fertigation nitrogen (WF) model is suitable for application and promotion in the region.

Spring maize； Water and fertilizer management； Filling characteristics； Nitrogen use efficiency(NRE)； Yield

2017-03-15

農業(yè)部2015年農業(yè)技術試驗示范 (種植業(yè))項目

李曉龍(1989-)，男，河北衡水人，農藝師，碩士，主要從事節(jié)水農業(yè)與水肥一體化技術研究。

鄭海春(1960-)，男，河北保定人，研究員，碩士，碩士生導師，主要從事土壤肥料與節(jié)水農業(yè)技術研究與推廣。

S143.1；S513.01

A

1000-7091(2017)03-0182-06

10.7668/hbnxb.2017.03.028