氮肥對春玉米‘中單509’葉片生理特性及產量的影響

曹高燚，杜錦，蘇東偉，牛巧龍，田秀平

（天津農學院 農學與資源環(huán)境學院，天津 300384）

氮肥對春玉米‘中單509’葉片生理特性及產量的影響

曹高燚，杜錦，蘇東偉，牛巧龍，田秀平通信作者

（天津農學院 農學與資源環(huán)境學院，天津 300384）

為研究玉米不同生育期葉片光合特性在不同施氮水平下的差異及其與產量間的關系，闡述光合特性的變化規(guī)律，探討玉米高產節(jié)肥的適宜施氮量。本研究采用春玉米‘中單 509’，在5個施氮水平下，測定不同生育期葉片的光合速率、葉綠素含量、可溶性糖含量和產量。結果表明，不同施氮水平下，玉米葉片光合速率和葉綠素含量均在開花期達最大值；玉米葉片光合速率、葉綠素含量及產量等均以施氮量為135.00 kg/hm2時達最高；大喇叭口期和灌漿期施純氮量在135.00 kg/hm2時，葉片可溶性糖含量達到最高；通過試驗建立了施氮量與產量之間的回歸方程。不同施氮量對玉米葉片光合速率、葉綠素含量、可溶性糖含量和產量有顯著的影響，施用適量的氮肥有利于玉米葉片光合作用和產量的提高。

玉米；氮肥；光合速率；葉綠素含量；產量

玉米是世界上廣泛種植的谷類作物之一[1]，也是我國主要的糧飼作物，在國民經濟中占有重要的地位。氮素是影響玉米產量的重要元素，施用適量的氮肥能顯著提高玉米籽粒的產量[2-4]，只有施用適量的氮肥才能促進氮素的吸收積累，促進玉米產量的提高[5]。研究表明，玉米籽粒產量與氮肥施用量呈單峰曲線方程的關系，在一定范圍內，隨著氮肥施用量的增加，玉米產量逐漸增加[6]，當氮肥增加到一定量時，玉米產量有下降的趨勢[7-8]。施氮量影響玉米葉片的光合作用，在氮素脅迫下，幼苗期玉米葉片的光合能力要減弱，表現為光合速率和蒸騰速率等參數降低[9]。適量的氮肥有利于提高玉米葉片的光合速率[10-11]。不同磷肥水平對春玉米品種‘中單509’影響的研究已有報道[12]，由于不同玉米對氮肥的響應不同，對玉米品種‘中單509’的氮肥施用研究尚無報道。從試驗地基本化學性質的測定結果看，供試土壤富含有機質和堿解氮，有效磷和有效鉀含量偏低，而當地玉米純氮施用量高達150～200 kg/hm2。在適量磷、鉀肥施用的基礎上，有效調節(jié)氮肥的施用劑量，探求促進高產、形成高品質的適宜氮肥施用量，是農業(yè)生產亟待解決的問題。本研究以‘中單509’為材料，探討了不同氮肥處理對玉米不同生育期葉片光合速率、葉綠素含量、可溶性糖含量和產量的影響，為春玉米‘中單509’在天津地區(qū)合理施用氮肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種為‘中單509’（津審玉2009004，天津地區(qū)主推春玉米品種），肥料為尿素（含 N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%）。試驗地點在天津市靜海縣良種場，供試土壤為潮土，0～20 cm土層的基本化學性質是，有機質31.32 g/kg；堿解氮174.00 mg/kg；全磷（P）1.17 g/kg；有效磷（P）5.47 mg/kg；速效鉀（K）19.73 mg/kg；pH值為8.2。土壤基本化學性質測定方法為：有機質采用丘林法；全氮采用半微量凱氏法；堿解氮采用堿解擴散法；全磷用碳酸鈉熔融法；有效磷用Olsen法；有效鉀用乙酸銨提取，火焰光度計法；pH為水浸提，酸度計測定。

1.2 試驗方法

本試驗采用隨機區(qū)組試驗設計，施氮量設 5個水平，氮肥分基肥（50%）開溝施入和大喇叭口期追肥（50%）穴施，穴施深度和溝施深度均為10 cm左右，具體用量見表1。磷肥和鉀肥都設一個水平，施過磷酸鈣1 432.12 kg/hm2，氯化鉀143.56 kg/hm2，均以基肥方式一次施入。每個小區(qū)種植10行，行長6 m，行距55 cm，株距28 cm，每個處理3次重復。2014年5月5日進行播種，田間管理同一般生產。

表1 氮肥施用量 kg·hm-2

1.3 測定項目與方法

分別在玉米三葉期、拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期、灌漿期、成熟期測定葉片的光合速率和葉綠素含量，具體取樣方式：晴天在9：30—14：00之間，用TPS-2儀器測定玉米功能葉片光合速率，用 SPAD-502葉綠素儀測定葉綠素含量，每小區(qū)測定5株，在抽雄前測各植株最新完展葉，抽雄后測定穗位葉，在每片葉中部測3點，兩側各測2點，避開葉脈，取平均值，重復測定3次。分別在三葉期、拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期和灌漿期取樣測定玉米葉片的可溶性糖含量，具體取樣方法是三葉期取3個葉片混合樣，拔節(jié)期和大喇叭口期取最后的全展葉，開花期和灌漿期取穗位葉，測定方法采用蒽酮比色法[13]。成熟期每小區(qū)取中間行的中間10個果穗，自然風干，在籽粒含水量為 14%時，測量果穗長、粒重、百粒重，計算產量。

1.4 數據處理與分析

采用Excel、DPS軟件進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量對‘中單509’葉片葉綠素含量的影響

葉片是玉米進行光合作用的主要器官，葉綠素在光合作用中起著重要作用，葉綠素含量與光合利用率有一定的關系，葉綠素含量增大，光合利用率隨之增大，二者呈正相關。從圖1可以看出，隨著‘中單509’的生長，不同施氮水平下‘中單509’葉片的葉綠素含量變化趨勢基本相同，表現為三葉期開始升高至開花期（66.03 mg/g）后開始逐漸降低。不同施氮水平之間的‘中單509’葉片葉綠素含量亦不相同，表現為三葉期和成熟期各施氮處理之間葉綠素含量無顯著差異，施純氮量為 135 kg/hm2時，在大喇叭口期，葉綠素含量達最高值，與其他施氮處理之間達顯著性差異；而在拔節(jié)期、開花期和灌漿期，施純氮量為 135 kg/hm2時，葉綠素含量值最高，僅顯著高于施純氮量為45、180、225 kg/hm2的處理。

圖1 氮肥施用量對玉米葉綠素含量的影響

2.2 施氮量對‘中單509’葉片光合速率的影響

光合速率對作物產量高低有著重要的影響。從圖2可以看出，隨著‘中單509’的生長，不同施氮水平‘中單509’葉片光合速率變化趨勢基本相同，即從三葉期升高至開花期后開始下降至成熟期。不同施氮水平之間‘中單509’葉片光合速率亦不相同，表現為三葉期和灌漿期各施氮處理之間葉片光合速率無顯著差異。施純氮量為 135 kg/hm2時，在拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期和成熟期玉米葉片光合速率值最大，顯著高于施純氮量為225 kg/hm2的處理。

圖2 氮肥施用量對玉米光合速率的影響

2.3 施氮量對‘中單 509’葉片可溶性糖含量的影響

可溶性糖是玉米同化物的重要來源，可維持一定的細胞滲透壓，其含量與土壤施氮量有關。從圖3看出，隨著玉米的生長，不同施氮水平下‘中單509’葉片可溶性糖含量變化趨勢也基本相似，表現為三葉期最高，拔節(jié)期開始下降至開花期，灌漿期又升高。三葉期施純氮量在 180.00 kg/hm2時，玉米葉片可溶性糖含量最高，顯著高于施純純氮量為 45、90、225 kg/hm2時的含量。拔節(jié)期施純氮量為 180 kg/hm2時的可溶性糖含量最高，與施純氮量為45、90 kg/hm2時達顯著性差異。大喇叭口期施純氮量為 135 kg/hm2時，可溶性糖含量最高，顯著高于施純氮量為 225 kg/hm2的值。灌漿期施純氮量在135.00 kg/hm2時，葉片可溶性糖含量達到最高，與其他施氮處理達顯著差異，而開花期各施氮處理之間無顯著差異。

圖3 氮肥施用量對玉米葉片可溶性糖含量的影響

2.4 施氮量對‘中單509’產量性狀的影響

從表2看出，在不同施氮水平下，‘中單509’產量、穗長、穗粒重和百粒重的變化趨勢基本相同。施純氮量在 45.00～135.00 kg/hm2之間時，產量表現為增加趨勢，在135.00～225.00 kg/hm2之間時，產量呈下降趨勢。各性狀最大值均表現在施純氮135.00 kg/hm2時，產量為10 195.73 kg/hm2、穗長21.37 cm、穗粒重193.53 g和百粒重31.88 g。本研究建立了施氮量與產量之間的回歸方程：y＝-0.162x2＋44.418x＋6 695.400，通過方程可知，施純氮量在137.01 kg/hm2時，玉米產量最高9 738.21 kg/hm2，與田間實際產量相符，可作為天津地區(qū)‘中單509’的氮肥施用參考量。

表 2 氮肥對‘中單509’產量性狀的影響

3 討論與結論

氮是氨基酸的重要組成成分，適量的氮肥有利于玉米葉片的氮代謝和葉綠素含量的增加。但施入量過高則會影響玉米正常的氮代謝和造成氮肥浪費，影響生態(tài)環(huán)境。氮含量、葉綠素含量和糖代謝三者密切相關，施用適量氮肥可促進葉片光合作用的進行[14]。本試驗中‘中單509’在整個生育期期間，光合作用和葉綠素含量呈單峰變化趨勢，其中開花期光合作用最大。氮肥施用不足會影響葉片細胞葉綠體結構，影響葉綠素含量，從而影響光合作用[15]。施氮量影響玉米的產量，隨著施氮量的增加，玉米產量、穗長、穗粒重和百粒重都是先升高后下降，呈單峰曲線變化的趨勢[16-17]?！袉?509’葉片中可溶性糖含量在不同施氮處理的不同生長期的變化規(guī)律基本一致，均是從三葉期下降到灌漿期上升。崔金虎[18]對‘先玉335’和‘軍單8’的研究表明，拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期玉米植株呼吸作用旺盛，消耗葉片中的可溶性糖，過量施氮可使玉米葉片中可溶性糖含量下降[19]，本試驗也得出了相同的結果。本研究結果表明，并不是施氮量越高，葉綠素含量、光合速率、產量指標就高；在施氮量為135.00 kg/hm2時，產量指標達最大值，進一步說明，追求高產而盲目加大氮肥投入是不可行的，這樣不僅浪費了肥料、增加了農民的種地成本，還對環(huán)境造成嚴重污染。根據土壤性質、作物品種進行合理的測土施肥勢在必行。本研究在天津市潮土上建立了施氮量與產量之間的回歸方程，為本地區(qū)玉米‘中單509’的氮肥施用量提供了科學指導。

[1] Ladha J K, Tirol-Padre A, Reddy C K, et al. Global nitrogen budgets in cereals：a 50-year assessment for maize,rice, and wheat production systems[J]. Sci Rep, 2016, 6：19355.

[2] 劉煜，程道全，閆軍營，等. 不同類型肥料種肥同播對玉米產量及氮生產效率的影響[J]. 河南農業(yè)科學，2015，44（8）：68-70.

[3] 房琴，高影，王紅光，等. 密度和施氮量對超高產夏玉米干物質積累和產量形成的影響[J]. 華北農學報，2015，30（增刊）：133-138.

[4] 景立權，趙福成，王德成，等. 不同施氮水平對超高產夏玉米氮磷鉀積累與分配的影響[J]. 作物學報，2013，39（8）：1478-1490.

[5] 王宜倫，劉天學，趙鵬，等. 施氮量對超高產夏玉米產量與氮素吸收及土壤硝態(tài)氮的影響[J]. 中國農業(yè)科學，2013，46（12）：2483-2491.

[6] 胡加如，薛林，陸虎華，等. 施氮量對蘇玉10號產量形成的作用[J]. 天津農學院學報，2011，18（1）：5-8.

[7] Plett D, Holtham L, Baumann U, et al. Nitrogen assimilation system in maize is regulated by developmental and tissue-specific mechanisms[J]. Plant Mol Biol, 2016, 92:293-312.

[8] Yu J, Han J, Wang R, et al. Down-regulation of nitrogen/carbon metabolism coupled with coordinative hormone modulation contributes to developmental inhibition of the maize ear under nitrogen limitation[J]. Planta, 2016,244: 111-124.

[9] 蔣達波，宗秀虹，李幫秀，等. 氮素脅迫對玉米光合及葉綠素熒光參數的影響[J]. 西南師范大學學報（自然科學版），2015，40（1）：135-139.

[10] 李廣浩，趙斌，董樹亭，等. 控釋尿素水氮耦合對夏玉米產量和光合特性的影響[J]. 作物學報，2015，41（9）：1406-1415.

[11] 孔令中，孟瑤，顧萬榮，等. 東北超高密度種植下氮肥對春玉米光合、氮代謝及產量的影響[J]. 西南農業(yè)學報，2015，28（3）：1020-1026.

[12] 石博文，蘇東偉，袁鷹，等. 不同磷肥水平對春玉米‘中單509’葉片光合特性及產量的影響[J]. 天津農學院學報，2015，22（4）：17-20.

[13] 陳建勛，王曉峰. 植物生理學實驗指導[M]. 廣州：華南理工大學出版社，2002.

[14] 黃持都，胡小松，廖小軍，等. 葉綠素研究進展[J].中國食品添加劑，2007（3）：114-118.

[15] 何萍，金繼運. 氮鉀互作對春玉米養(yǎng)分吸收動態(tài)及模式的影響[J]. 玉米科學，1999，7（3）：68-72.

[16] 申麗霞，王璞，張軟斌. 施氮對不同種植密度下夏玉米產量及子粒灌漿的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2005，11（3）：314-319.

[17] 楊德光，牛海燕，張洪旭，等. 氮脅迫和非脅迫對春玉米產量和品質的影響[J]. 玉米科學，2008，16（4）：55-57，60.

[18] 崔金虎. 春玉米高產穩(wěn)產品種篩選及配套栽培技術研究[D]. 哈爾濱：東北農業(yè)大學，2010.

[19] 王艷. 供氮方式對不同基因型玉米氮素吸收及可溶性糖的影響[J]. 天津農學院學報，2003，10（3）：1-4，11.

責任編輯：楊霞

Effects of Nitrogen Fertilizer on Physiological Characteristics of Leaves and Yield in Spring Maize ‘Zhongdan509’

CAO Gao-yi, DU Jin, SU Dong-wei, NIU Qiao-long, TIAN Xiu-pingCorrespondingAuthor
（College of Agronomy and Resource Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

For expounding photosynthetic characteristics and yield traits associated with nitrogenous fertilizers supplement and optimization of nitrogenous fertilizers suitable amount for high efficient maize production and clarifying the variation of photosynthetic rate, we monitored the yield and physiological characteristics of leaves in each growth stage using five levels of nitrogenous fertilizers sets in a spring maize ‘Zhogndan509’. The results showed that photosynthetic rates and chlorophyll content reached the maximum value on flowering time under different nitrogenous fertilizers treatment; Further, a level of 135.00 kg/hm2for nitrogenous fertilizers could provide maximum for photosynthetic rate, chlorophyll content and yield. Soluble sugar content could achieve a maximum at large bell period and filling stage of maize in the dose of 135.00 kg/hm2simultaneously.This research established a correlation equation between nitrogenous supplement and yield. The results showed that nitrogenous fertilizers supplement possess significant relationship with yield photosynthetic rate, chlorophyll content and soluble sugar content. Our work provide theoretical and technical guidance for the efficiency of using nitrogenous and high yield production of‘Zhongdan509’ in Tianjin.

maize; nitrogen fertilizer; photosynthetic rate; chlorophyll content; yield

S513

：A

2016-04-22

農業(yè)部公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項經費項目“華北主要作物秸稈飼用技術及優(yōu)質化生產技術集成與示范”（201503134）；天津市高等學校創(chuàng)新團隊計劃“作物品質及抗逆性的遺傳改良”（TD12-5017）；天津市科技攻關計劃項目“飼用高油玉米相關性狀的遺傳研究及新品種選育”（06YFGZNC01200）；天津農學院科技發(fā)展基金項目“玉米耐冷相關基因的功能分析”（2014N04）

曹高燚（1984-），男，河南南陽人，講師，博士，主要從事種子科學與分子育種研究。E-mail：445490795@qq.com。

田秀平（1965-），女，山東泰安人，教授，博士，主要從事土壤和植物營養(yǎng)學的教學與科研工作。E-mail：tian5918@sohu.com。

1008-5394（2017）02-0001-04