氮肥后移對綠洲灌區(qū)玉米干物質積累和產(chǎn)量構成的調(diào)控效應

魏廷邦，胡發(fā)龍，趙財，馮福學，于愛忠，劉暢，柴強

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氮肥后移對綠洲灌區(qū)玉米干物質積累和產(chǎn)量構成的調(diào)控效應

魏廷邦，胡發(fā)龍，趙財，馮福學，于愛忠，劉暢，柴強

（甘肅農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，蘭州 730070）

【目的】針對綠洲灌區(qū)傳統(tǒng)施氮技術下，全膜覆蓋玉米生育后期土壤氮肥供應不足、早衰和減產(chǎn)等問題，探討氮肥后移對玉米干物質積累和產(chǎn)量構成的影響，以期為優(yōu)化試區(qū)氮肥管理提供理論依據(jù)?！痉椒ā?012—2015年，于河西綠洲灌區(qū)進行大田試驗，在總施氮量相同且基肥和大喇叭口期追肥分別占總施氮量20%和40%條件下，設3個施氮處理：氮肥后移20%（拔節(jié)肥10%+花粒肥30%，M1）、氮肥后移10%（拔節(jié)肥20%+花粒肥20%，M2）和傳統(tǒng)施氮（拔節(jié)肥30%+花粒肥10%，M3），研究不同氮肥追施制度對玉米干物質積累動態(tài)和產(chǎn)量構成的調(diào)控效應?！窘Y果】氮肥后移增大了玉米干物質最大增長速率和干物質平均增長速率，提前了干物質最大增長速度出現(xiàn)的天數(shù)。在氮肥后移20%施氮制度下，玉米干物質最大增長速率和干物質平均增長速率分別較傳統(tǒng)施氮處理提高15.6%和6.6%，玉米干物質最大增長速率出現(xiàn)的天數(shù)較傳統(tǒng)施氮提前2.9 d。施氮制度對玉米生物產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量、收獲指數(shù)、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均有顯著影響。氮肥后移20%施氮制度下，玉米生物產(chǎn)量較傳統(tǒng)施氮處理高6.6%，但氮肥后移10%處理生物產(chǎn)量與傳統(tǒng)施氮處理差異不顯著；氮肥后移20%和10%處理玉米的籽粒產(chǎn)量分別較傳統(tǒng)施氮處理提高14.1%和5.1%；氮肥后移20%施氮處理收獲指數(shù)較傳統(tǒng)施氮處理高7.5%，但氮肥后移10%施氮處理與傳統(tǒng)施氮處理差異不顯著；氮肥后移20%施氮處理下，玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重分別較傳統(tǒng)施氮處理高8.9%、12.9%、5.8%，但氮肥后移10%處理的千粒重與傳統(tǒng)施氮處理差異不顯著。通徑分析表明，氮肥后移主要通過提高有效穗數(shù)，進一步提高穗粒數(shù)和千粒重，從而提高產(chǎn)量。說明氮肥后移20%施氮處理通過優(yōu)化玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重對產(chǎn)量產(chǎn)生了調(diào)控作用?！窘Y論】在河西綠洲灌區(qū)，總施氮量450 kg·hm-2時，玉米拔節(jié)期追肥45 kg·hm-2、大喇叭口期追肥180 kg·hm-2、花后10 d追肥135 kg·hm-2為該區(qū)獲得玉米高產(chǎn)的理想施氮制度。

綠洲灌區(qū)；氮肥后移；玉米；干物質積累；產(chǎn)量構成

0 引言

【研究意義】玉米是中國主要糧食作物之一，需肥量大，合理的施肥對其高產(chǎn)十分重要[1]。研究表明，玉米干物質的積累是其生物學產(chǎn)量形成的基礎，其轉運效率的高低決定著營養(yǎng)物質的流向和產(chǎn)量高低[2]，其中氮肥用量和施用時期對干物質積累量和產(chǎn)量形成具有決定性影響[3]。玉米生產(chǎn)中，由于中后期追肥困難，氮肥通常在拔節(jié)期或大喇叭口期一次性追施，難以協(xié)調(diào)玉米階段需肥與土壤供肥的關系，易造成灌漿期氮素虧缺，致使灌漿速率和氮肥利用率降低[4-5]，而生育后期缺氮會引起葉片早衰，易造成產(chǎn)量下降[6]。優(yōu)化施氮制度不僅能提供玉米前期生長的氮素需求，促進形態(tài)器官的建成和干物質積累，同時可解決灌漿前中期干物質最大積累速率出現(xiàn)時的氮素匱乏[7]，是玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要保證。鑒于不同生態(tài)區(qū)內(nèi)采用的玉米品種、栽培技術、自然資源具有較大差異，針對性研發(fā)相應的施氮制度，有望為氮肥用量不變或者減量情況下挖掘玉米增產(chǎn)潛力提供理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M展】大量研究表明，增施氮肥、磷肥、鉀肥可提高單位面積上玉米的干物質積累量、干物質轉移效率和干物質積累速率[8]，從而提高產(chǎn)量。增施氮肥可顯著影響玉米最大干物質積累速率和平均干物質積累速率，且追施花粒肥能夠獲得較高的干物質最大增長速率、干物質平均增長速率，提前最大干物質增長速率出現(xiàn)的時間[9]，增加粒重和產(chǎn)量。另外，在施氮條件下結合灌水可充分發(fā)揮出水氮之間的耦合效應，可提高氮肥利用率[10]，且增產(chǎn)效果顯著[11-12]。施肥次數(shù)對玉米的品質也有重要影響，在拔節(jié)、大喇叭口（或開花）期2次或拔節(jié)、大喇叭口期、開花期3次施氮肥，有利于提高玉米的飼用營養(yǎng)價值[13]。此外，分次追施氮肥或氮肥后移相對傳統(tǒng)一次性全施基肥可增加拔節(jié)后玉米葉綠素含量、光合特性[14]，提高籽粒的灌漿速率[15]，減少氮素的田間表觀損失，顯著提高氮肥利用率，最終提高粒重和產(chǎn)量[16]。因此，研究不同氮肥施用時期對作物地上部分干物質積累規(guī)律以及產(chǎn)量形成的影響，是實現(xiàn)作物高產(chǎn)的重要措施之一，也是調(diào)控作物產(chǎn)量及構成的重要手段?！颈狙芯壳腥朦c】綠洲灌區(qū)地膜覆蓋極為普遍，能夠加快作物生育進程，促進生育前期養(yǎng)分轉化，但易造成作物生育中、后期養(yǎng)分供應不足，從而影響生育后期籽粒的灌漿速率，最終造成產(chǎn)量降低[17]。該區(qū)實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮肥施用繼續(xù)保留著重前期、輕后期的管理模式，氮肥施用時期的不合理，影響作物的增產(chǎn)潛力。目前，關于氮肥施用時期對玉米干物質積累和產(chǎn)量的綜合影響鮮有報道。隨著滴灌技術的廣泛應用，后期追肥的可操作性增加，將施氮制度、滴灌和地膜覆蓋集成在同一玉米施肥模式中，有望同步優(yōu)化干物質積累和產(chǎn)量，提高玉米生長氮素需求特性與施氮制度間的吻合度，建立適用于綠洲灌區(qū)玉米高效生產(chǎn)的氮肥管理技術。【擬解決的關鍵問題】在總施氮量相同條件下，將傳統(tǒng)施肥制度中部分拔節(jié)肥后移，量化氮肥后移對玉米干物質積累規(guī)律和產(chǎn)量構成間的影響，明確氮肥后移的可行性及其后移比重，為優(yōu)化試區(qū)施氮制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗于2012年4月至2015年10月在甘肅省武威市涼州區(qū)黃羊鎮(zhèn)“甘肅農(nóng)業(yè)大學校地聯(lián)合綠洲農(nóng)業(yè)科研教學基地”進行。試驗基地位于河西走廊東端（37°96′ N，102°64′ E），平均海撥1 506 m，年平均氣溫約7.2℃，多年平均降水量約156 mm，年蒸發(fā)量約2 400 mm，是典型的非灌不植綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)。試區(qū)土壤為厚層灌漠土，容重1.57 g·cm-3，0—30 cm土層全氮0.68 g·kg-1、全磷1.41 g·kg-1、有機質14.31 g·kg-1。玉米是該區(qū)播種比例最大的作物，均采用地膜覆蓋栽培，結合當?shù)貧夂蛱攸c和灌溉條件，確定氮肥施用量為450 kg·hm-2，主要施氮制度為拔節(jié)期和大喇叭口期追施[18]。

1.2 試驗材料

供試品種為先玉335。播種時間分別為2012年4月20日、2013年4月22日、2014年4月25日和2015年4月23日，收獲時間分別為2012年9月30日、2013年9月31日、2014年10月2日和2015年10月4日。氮肥用含純氮46.6%的尿素，磷肥為過磷酸鈣；地膜為寬1.4 m、厚0.08 mm的聚乙烯農(nóng)用透明地膜。

1.3 試驗設計

試驗設3個施氮處理，各處理總施氮量均為450 kg·hm-2，基肥、大喇叭口期施肥量分別占總施氮量的20%、40%；拔節(jié)期（6葉期）按總施氮量的10%、20%、30%設3個追肥水平；開花后10 d追施相應剩余氮肥，即總施氮量的30%（氮肥后移20%，M1）、20%（氮肥后移10%，M2）、10%（傳統(tǒng)施氮，M3），形成3個處理，每處理重復3次。

所有處理均基施磷肥（P2O5）150 kg·hm-2，玉米覆膜平作，密度90 000 株/hm2，小區(qū)面積45.6 m2，小區(qū)間筑埂，以防串水漏肥。拔節(jié)期、抽雄期分別灌水900 m3·hm-2，大喇叭口期、開花期和灌漿期分別灌水750 m3·hm-2；播種前除草劑和殺蟲劑混配，進行土壤封閉除草殺蟲；玉米大喇叭口期采用除螨靈防止玉米螟和螨蟲。

1.4 測定項目與方法

植株干物質：玉米出苗后，每隔15 d，在每小區(qū)內(nèi)隨機取樣，苗期取樣10 株，玉米拔節(jié)期后每次取樣5 株，分器官稱鮮重后于105℃下殺青15—30 min，之后在80℃下烘干至恒重，計算干物質積累量。

采用Logistic 方程擬合玉米干物質積累過程中最大干物質積累速率及其最大積累速率出現(xiàn)的天數(shù)[9]。

產(chǎn)量及產(chǎn)量構成要素：玉米完全成熟后，測定有效穗數(shù)，每小區(qū)去除邊行后，收獲中間兩行玉米計產(chǎn)。另在中間位置連續(xù)取樣30株，自然風干后考種，測定株高、穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量性狀。

收獲指數(shù)：玉米籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量的比值。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007 整理匯總數(shù)據(jù)，使用SPSS 17.0 統(tǒng)計分析軟件進行回歸分析、通徑分析，并擬合Logistic 方程及檢驗差異顯著性。

2 結果

2.1 氮肥后移對玉米干物質積累特征的影響

2.1.1 不同施氮處理玉米干物質積累量動態(tài) 如圖1，2012—2015年，苗期至拔節(jié)期（0—30 d）各處理干物質積累量與傳統(tǒng)施氮間差異不顯著。拔節(jié)期至大喇叭口期（30—60 d）追肥20 d以后，M3處理平均干物質積累量分別較M1和M2處理高4.6%和13.2%，說明傳統(tǒng)施氮有利于前期干物質積累。大喇叭口期至抽雄期（60—75 d）追肥15 d以后，各處理干物質積累量顯著增加，M3處理干物質積累量分別較M1和M2處理高4.5%和2.1%，說明大喇叭口期適當追肥有利于該生育時期獲得較高的干物質積累量。抽雄期至灌漿期（75—120 d）追肥10 d以后，M1和M2處理干物質積累量分別較M3處理提高33.9%和24.5%。說明灌漿期追施氮肥，可使玉米生育后期保持較高的干物質積累速率，提高干物質積累量。玉米灌漿期至成熟期（120—150 d），各處理干物質積累量趨于穩(wěn)定甚至下降，M1處理成熟期干物質積累量較M3提高6.6%，M2與M3處理干物質積累量差異不顯著?？v觀整個生育期，氮肥后移20%施氮制度能夠明顯加快抽雄期后干物質積累速率，提高成熟期干物質的積累量，為獲得高產(chǎn)奠定基礎。

2.1.2 不同施氮處理玉米干物質積累速率變化 干物質積累速率是衡量作物干物質積累快慢的指標，可依據(jù)出苗后天數(shù)與生育進程的關系，將全生育期干物質積累具體劃分為五個階段，即苗期—拔節(jié)期（0—30 d）、拔節(jié)期—大喇叭口期（30—60 d）、大喇叭口期—抽雄期（60—75 d）、抽雄期—灌漿期（75—120 d）和灌漿期—成熟期（120—150 d）。從4年平均結果來看（圖2），苗期—拔節(jié)期（0—30 d）各處理干物質積累速率與傳統(tǒng)施氮間差異不顯著。拔節(jié)期—大喇叭口期（30—60 d）追肥15 d以后，M3處理干物質積累速率增幅分別較M1和M2處理高4.1%和7.3%，說明傳統(tǒng)施氮能夠提高拔節(jié)期的干物質積累速率。大喇叭口期—抽雄期（60—75 d）追肥20 d以后，M3處理干物質積累速率增幅分別較M1和M2處理高3.2 %和2.8 %，說明大喇叭口期追肥能夠提高M3處理該生育階段的干物質積累速率，提高干物質積累量。抽雄期—灌漿期（75—120 d）追肥10 d以后，M3處理達到干物質最大積累速率的時期為出苗后84.8 d，同時，M1和M2處理干物質積累速率在該生育時期顯著高于M3處理，分別較M3處理高7.5%和5.2%。隨著生育進程推進，M3處理干物質積累速率急劇降低，但M1與M2處理干物質積累速率降低幅度較小，分別較M3處理低9.6%和10.3%，說明氮肥后移20%施氮處理能夠增加抽雄期后干物質積累速率，延緩抽雄期至灌漿期干物質積累速率的降低，提高干物質積累量，最終獲得高產(chǎn)。

2.1.3 不同施氮處理Logistic方程擬合玉米干物質最大增長速率及其出現(xiàn)的天數(shù) 回歸分析結果表明，各施氮處理玉米植株干物質積累量（Y）依據(jù)出苗后天數(shù)（t）的變化過程均可用Logistic 方程積分形式Y=K/(1+ea-rt)加以描述，并可根據(jù)該方程求得其最大增長速率及出現(xiàn)的日期。獲得的回歸方程經(jīng)檢驗均達極顯著水平，決定系數(shù)2均在0.99以上，說明Logistic方程曲線可以很好的模擬玉米干物質積累動態(tài)變化。

從Logistic方程擬合結果（表1）可以看出，年份對干物質最大增長速率影響顯著，施氮制度對干物質最大增長速率出現(xiàn)的天數(shù)和干物質最大增長速率影響顯著，年份和施氮制度兩因素間的交互作用對干物質最大增長速率影響不顯著。2012年干物質最大增長速率最大，分別較2013、2014、2015年高10.65%、14.9%、19.7%，差異顯著。從4年結果平均值來看，M1和M2處理干物質最大增長速率分別較M3處理提高15.6%和6.9%，其中M1處理干物質最大增長速率較M2處理高8.1%，差異顯著。M1和M2處理干物質最大增長速率出現(xiàn)的天數(shù)較M3處理提前2.9 d和2 d，M1干物質最大增長速率出現(xiàn)的天數(shù)與M2處理差異不顯著。M1處理平均干物質增長速率較M2和M3處理提高3.8%和6.6%，其中M2處理平均干物質增長速率與M3差異不顯著。說明氮肥后移20%施氮制度提前了玉米干物質積累高峰期，增大玉米干物質最大增長速率，維持抽雄期后較長時期的干物質積累天數(shù)，提高干物質積累量，利于高產(chǎn)。

2.2 不同施氮處理對玉米籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)的影響

施氮制度對籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)影響顯著，年份及施氮制度對玉米籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)存在顯著的互作效應（表2）。2012年，M1處理籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)分別較M3處理增加11.5%、7.8%和5.3%，M2處理籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量分別較M3處理高4.1%和6.1%。2013年，M1和M2處理的籽粒產(chǎn)量分別較M3處理增加10.6%、7.1%，M1和M2處理的收獲指數(shù)分別較M3處理增加6.9%、5.4%，差異顯著。2014年，與M3處理相比，M1處理籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)分別增加18.9%、5.8%、12.3%。2015年，M1處理籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)分別較M3處理增加15.6%、9.6%、5.5%。

表1 不同施氮處理玉米干物質積累速率的Logistic 方程回歸分析

NS、*和**分別表示無顯著差異及在0.05和0.01水平上差異顯著。同一列數(shù)字后的不同小寫字母表示在0.05 水平上差異顯著。下同

NS, *, ** indicate non-significant or significant at＜0.05 or＜0.01, respectively. Values followed by different letters within a column are significantly different at＜0.05. The same as below

從4年結果平均值來看，M1和M2處理籽粒產(chǎn)量分別較M3處理提高14.1%和5.1%。M1處理生物產(chǎn)量較M3處理提高6.6%，其中M2處理生物產(chǎn)量與M3處理差異不顯著。M1處理收獲指數(shù)較M3處理提高7.5%，但M2處理收獲指數(shù)與M3處理差異不顯著。說明與傳統(tǒng)施氮相比，氮肥后移20%施氮制度顯著提高了玉米的籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)，氮肥后移施氮制度利于增產(chǎn)。

2.3 不同施氮處理對玉米產(chǎn)量構成因素的影響

在保證基本苗一定的情況下，分析不同處理對玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的影響。施氮制度對玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重影響顯著，年份對有效穗數(shù)和千粒重的影響不顯著，年份及施氮制度兩因素間的互作效應對玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重無顯著影響（表3）。從年份來看，2015年有效穗數(shù)最多，分別較2012年和2013年高10.5和10.6個百分點，與2014年差異不顯著。2013年穗粒數(shù)最高，分別較2014、2015年高25.1%、21.4%，與2012年差異不顯著。2015年千粒重最高，分別較2012、2013、2014年高7.6%、4.7%、9.9%。從施氮制度來看，4年結果平均值表明，M1和M2處理有效穗數(shù)分別較M3處理提高8.9%和4.9%，M1處理有效穗數(shù)較M2處理高3.8%。M1和M2處理穗粒數(shù)分別較M3處理提高12.9%和3.1%，M1處理穗粒數(shù)較M2處理高9.6%。M1處理千粒重分別較M3和M2處理提高5.8%和3.1%，但M2處理千粒重與M3處理差異不顯著。說明氮肥后移通過增加玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重來實現(xiàn)增產(chǎn)，且氮肥后移20%處理主要通過優(yōu)化玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等產(chǎn)量構成來調(diào)控產(chǎn)量。

表2 不同施氮處理玉米產(chǎn)量方差分析（P值）

表3 不同施氮處理玉米產(chǎn)量構成方差分析（P值）

2.4 玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量構成關鍵因素的通徑分析

對所有處理的玉米產(chǎn)量構成因素與籽粒產(chǎn)量進行相關分析和通徑分析，可以客觀評價各產(chǎn)量構成因素對籽粒產(chǎn)量的相對重要性。不同施氮制度處理下，玉米籽粒產(chǎn)量與有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的相關分析和通徑分析結果表明，玉米籽粒產(chǎn)量與上述指標均呈顯著正相關（表4）。由玉米籽粒產(chǎn)量與各產(chǎn)量構成因素直接通徑系數(shù)大小可以看出，對玉米籽粒產(chǎn)量的影響順序依次為有效穗數(shù)（0.712）＞穗粒數(shù)（0.527）＞千粒重（0.281），表明對籽粒產(chǎn)量影響最大的是有效穗數(shù)，其次為穗粒數(shù)，千粒重影響最小。由玉米籽粒產(chǎn)量與各產(chǎn)量構成因素的間接通徑系數(shù)大小可以看出，有效穗數(shù)通過千粒重表現(xiàn)出對產(chǎn)量的貢獻率最大（0.198），穗粒數(shù)通過千粒重表現(xiàn)出對產(chǎn)量的貢獻率最大（0.193），千粒重通過有效穗數(shù)表現(xiàn)出對產(chǎn)量的貢獻率最大（0.203）。由此說明，氮肥后移施氮制度改變了玉米的產(chǎn)量構成三要素，對籽粒產(chǎn)量的影響主要以直接作用為主，主要通過提高單位面積的成穗數(shù)和穗粒數(shù)，降低空桿率，增加結實率來提高產(chǎn)量。而通過提高千粒重來實現(xiàn)增產(chǎn)效果并不明顯，主要在于千粒重與作物品種本身的遺產(chǎn)基因有關，變異程度相對較小。

表4 各產(chǎn)量構成因素對籽粒產(chǎn)量的直接和間接效應

X1：有效穗數(shù)；X2：穗粒數(shù)；X3：千粒重；Y：籽粒產(chǎn)量

X1: Actual ears number; X2: Kernels per ear; X3: 1000-grain weight; Y: Yield

3 討論

3.1 施肥與作物干物質積累的關系

干物質是作物光合作用產(chǎn)物的最高形式，干物質的積累量與作物產(chǎn)量密切相關。干物質積累量的增加會直接或間接的促進生物產(chǎn)量和粒重的增加，為作物增產(chǎn)奠定基礎[19]。大量研究表明，作物生長過程受多種因素影響，通過農(nóng)藝措施的改良，如灌水、施肥以及水肥耦合和交替灌溉等優(yōu)化作物干物質的積累過程是作物獲得高產(chǎn)的重要方式之一[11-12]。另有研究表明，增施氮肥能夠顯著提高小麥干物質最大積累速率和干物質平均積累速率，縮短達到干物質最大積累速率的時間[20]；氮肥后移（3﹕2﹕5）較傳統(tǒng)施氮可促進玉米花后干物質積累以及向籽粒中轉運，增加干物質最大增長速率，提高干物質積累量和粒重[21]。本研究表明，氮肥后移20%施氮處理干物質最大增長速率和干物質平均增長速率較傳統(tǒng)施氮分別提高15.6%和6.6%，而干物質最大增長速率出現(xiàn)的天數(shù)較傳統(tǒng)施氮提前2.9 d。說明氮肥后移施氮制度在生育后期可保持較高的干物質積累速率，維持生育期內(nèi)較長時間的干物質積累持續(xù)期，延緩生育后期干物質積累速率的降低，其主要原因在于施氮能夠增加葉片中超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的含量[13]，延緩葉片中葉綠素含量的降低，改善作物生育期的光合特性[14-15]，延長生育后期葉片的光合作用持續(xù)期，使得籽?！皫臁睂τ袡C物質的競爭能力增強，從而影響到“源”與“庫”的協(xié)調(diào)關系[22]，最終有利于高產(chǎn)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，從苗期開始，隨著生育進程的推進，各處理玉米干物質積累量由低到高逐漸增加，成熟期達到穩(wěn)定，氮肥后移20%施氮處理成熟期群體干物質積累量最大，傳統(tǒng)施氮成熟期群體干物質積累量最小。其主要原因是傳統(tǒng)施氮由于拔節(jié)期追肥較多，造成植株前期營養(yǎng)生長過快，但籽粒灌漿期氮肥施用不足造成葉片早衰，影響后期葉片光合產(chǎn)物的生產(chǎn)，導致灌漿速率降低[15-17]，從而造成干物質最大增長速率和成熟期干物質積累量較低，氮肥后移則及時彌補抽雄期至灌漿期的氮素虧缺，顯著提高干物質積累速率，延緩葉片的衰老，維持較長時間的干物質積累天數(shù)，加速光合產(chǎn)物向籽粒中轉移[5-7]，促進籽粒灌漿，利于高產(chǎn)。

干物質積累回歸方程能夠明確反映出不同處理下作物干物質積累過程中積累量的變化狀況，李玉英等通過Logistic方程模擬玉米干物質積累過程發(fā)現(xiàn)，干物質積累速率與增施氮肥密切相關[9]，而趙姣等[23]、佟屏亞等[24]等通過Logistic方程描述了不同氮肥運籌方式下冬小麥、夏玉米的干物質積累過程，表明群體干物質積累最大速率與產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因子有緊密的聯(lián)系。本研究發(fā)現(xiàn)，不同年度內(nèi)各處理干物質積累速率方程存在顯著差異，造成這種差異的主要原因是不同施氮制度對特定生育時期干物質積累速率的影響不同。此外，如不同年際間的降水量、光照、溫度變化影響玉米生育期內(nèi)的光合特性、葉綠素含量以及PEPCase和RuBPCase的活性[25]，最終影響干物質的積累和產(chǎn)量。

3.2 氮肥運籌對作物產(chǎn)量的影響

施氮水平及其運籌方式對玉米產(chǎn)量和品質均有重要影響。大量研究表明，傳統(tǒng)施氮的產(chǎn)量隨施氮量的增加整體呈二次拋物線趨勢[26-27]，而氮肥后移卻顯著提高夏玉米籽粒粗蛋白含量，改善玉米籽粒的品質[28]，有利于增加玉米粒重和產(chǎn)量。氮肥運籌通過增大玉米灌漿期葉片凈光合速率和蒸騰速率[14,29]，提高玉米的光合勢、葉面積指數(shù)和穗位葉層的透光率[30]，從而使有機物的同化能力明顯增加，最終獲得高產(chǎn)[11]。說明氮肥合理運籌有效促進了玉米地上部分生物量的積累以及灌漿期干物質從營養(yǎng)體向籽粒的轉移[31]，對提高籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)效果更明顯。本研究發(fā)現(xiàn)，氮肥后移20%施氮制度玉米的籽粒產(chǎn)量、收獲指數(shù)和生物產(chǎn)量均顯著高于傳統(tǒng)施氮，且氮肥后移20%施氮處理對籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)的提高作用更明顯，較傳統(tǒng)施氮分別提高14.1%和7.5%，而生物產(chǎn)量較傳統(tǒng)施氮提高6.6%，其主要原因是氮肥后移有效協(xié)調(diào)大喇叭口期與灌漿期玉米的需氮特性，能夠增大生育中后期葉片的光合速率，加速大喇叭口期干物質向各營養(yǎng)器官的轉運，而后又保持相對較高的穗部籽粒灌漿速率，同時降低葉片氣孔阻力和細胞膜脂過氧化水平，提高生育后期葉片的SPAD含量[32]，延緩植株葉片衰老，顯著提高有效穗數(shù)和百粒重[33]，獲得高產(chǎn)。

3.3 氮肥后移對作物產(chǎn)量構成的調(diào)控效應

對于禾谷類作物而言，產(chǎn)量構成因素之間的協(xié)調(diào)發(fā)展是實現(xiàn)高產(chǎn)的基礎。增施氮肥對作物產(chǎn)量的影響主要體現(xiàn)在對有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的影響上，提高產(chǎn)量構成因素的任何一個因素都是提高產(chǎn)量的重要途徑。大量研究表明，氮肥適量后移可顯著增加冬小麥和春玉米的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重[34-36]，其主要原因是提高植株體內(nèi)活性氧清除酶的代謝合成量，延緩植株衰老，增強玉米抽雄吐絲期葉片的光合作用，有利于籽粒進行灌漿，提高玉米的結實率。此外，適期施肥還能夠顯著促進玉米穗粒數(shù)、粒重的增加[37]，主要原因是拔節(jié)后施肥使得玉米穗位葉有機物的合成能力仍處于相對旺盛水平，促使葉片制造積累較多的同化產(chǎn)物[27]，表現(xiàn)出源端較強的同化物持續(xù)供應能力，滿足籽粒灌漿期對光合產(chǎn)物的需求[28]，從而加速籽粒灌漿，獲得高產(chǎn)[38]。氮肥后移還可以通過提高玉米葉面積指數(shù)[30]和水分利用效率[39]，調(diào)控生育后期干物質積累特征，提高穗粒數(shù)和粒重，利于高產(chǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)，氮肥后移處理對玉米產(chǎn)量構成要素的影響4年表現(xiàn)基本一致，即通過提高單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，從而提高籽粒產(chǎn)量。其中，氮肥后移20%施氮處理玉米的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)分別較傳統(tǒng)施氮提高8.9%和12.9%。通徑分析結果進一步表明，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)對籽粒產(chǎn)量貢獻率最大。說明氮肥后移20%施氮制度通過提高有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，營造抽雄吐絲期前后良好的營養(yǎng)條件，提高結實率，減少籽粒敗育，利于高產(chǎn)。氮肥后移20%施氮處理的千粒重較傳統(tǒng)施氮提高5.8%，其中，10%施氮處理對千粒重無顯著影響。說明氮肥后移對千粒重的促進作用不明顯，而千粒重與作物本身的遺產(chǎn)特性有關，施氮制度對其影響較小。此外，是否可以通過其他施肥措施來提高作物的千粒重還有待進一步探討。

4 結論

綠洲灌區(qū)氮肥后移20%施氮制度可顯著提高生育期內(nèi)玉米干物質最大增長速率，增大全生育期玉米干物質平均增長速率，能夠提前玉米干物質最大增長速率出現(xiàn)的天數(shù)。氮肥后移20%施氮制度可長時間維持較高的干物質積累速率，有效延緩拔節(jié)期至灌漿期玉米干物質積累速率的降低，延長玉米生育期內(nèi)干物質積累的持續(xù)期，有效協(xié)調(diào)玉米生育后期氮素需求的矛盾，優(yōu)化干物質的積累特性，提高成熟期干物質積累量。氮肥后移有利于提高玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)，其中氮肥后移20%施氮制度的增產(chǎn)效果更佳，其高產(chǎn)主要歸因于氮肥后移通過優(yōu)化玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重對產(chǎn)量產(chǎn)生了調(diào)控作用。因此，氮肥后移20%施氮制度，即玉米拔節(jié)期追肥45 kg·hm-2、大喇叭口期追肥180 kg·hm-2、花后10 d追肥135 kg·hm-2，可作為該區(qū)優(yōu)化玉米干物質積累特性及獲得高產(chǎn)的理想施氮制度。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Response of Dry Matter Accumulationand Yield Components of Maize under N-fertilizer Postponing Application in Oasis Irrigation Areas

WEI Tingbang, HU Falong, ZHAO Cai, FENG Fuxue, YU Aizhong, LIU Chang, CHAI Qiang

(College of Agronomy, Gansu Agricultural University/Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Lanzhou 730070)

【Objective】In oasis irrigation agricultural region, the traditional fertilizer application in maize production has caused serious problems, such as soil available nitrogen hunger, premature-senescence and yield reduction in the late growth stages under plastic-film mulching. The aim of this study was to provide academic and practical evidence for enhancing dry matter accumulation and yield parameters of maize through the optimization of nitrogen fertilizer management. 【Method】The three-year field experiment was carried out in Hexi Oasis irrigation region of Gansu province from 2012 to 2015. Each of the treatment in this study received the same amount of total nitrogen and with 10% as basal N and 40% as pre-tasseling N. Three N application treatments were set with application of different N amounts postponed from jointing N to post-flowering N: 20% of N postponing applied (M1), 10% of N postponing applied (M2), and traditional nitrogen application (M3). 【Result】Postponing of application of nitrogen fertilizer increased the highest dry matter accumulation rate, the average dry matter accumulation rate and advanced the days of emergence of the highest dry matter accumulation rate. Compared with traditional nitrogen application, the maximum dry matter accumulation rate and the average rate of maize in the treatment with postponing application of 20% of N was increased by 15.6% and 6.6%, respectively. Meanwhile, the days of emergence of the highest dry matter accumulation rate was advanced by 2.9 days. Nitrogen fertilizer application had significant influence on biomass yield, grain yield, harvest index, number of productive ear, seed number per ear, and 1000-grain weight. Compared with traditional nitrogen application treatment, biomass yield of maize in the treatment postponing of application of 20% of N was increased by 6.6%, but not significant between the treatment with postponing of application of 10% of N and the traditional treatment. Similarly, grain yield of maize in the treatment with postponing of application of 20% and 10% of N was respectively, increased by 14.1% and 5.5%. The harvest index of maize in treatment with postponing of application of 20% of N was increased by 7.5%, but not significant between the treatment with postponing of application of 10% of N and the traditional treatment. Compared with traditional nitrogen application, the number of productive ear, seed number per ear, 1000-grain weight of maize in the treatment with postponing of application of 20% of N were increased by 8.9%, 12.9%, 5.8%, respectively, however, 1000-grain weight of maize in the treatment with postponing of application of 10% of N was not significant. The facts showed that the treatment with postponing of application of 20% of N has regulated grain yield with the improvement of number of productive ear and the enhancement of seed number per ear and 1000-grain weight. 【Conclusion】The treatment with postponing of application of 20% of N, (i.e. N application with 45 kg·hm-2at maize jointing, 180 kg·hm-2at pre-tasseling stage, and 135 kg·hm-2at 10 days post-flowering stage of maize) could be considered as the best feasible nitrogen fertilizer management for optimizing dry matter accumulation and obtain high yield for maize in oasis irrigation region.

oasis irrigation region; N-fertilizer postponing application; maize; dry matter accumulation; yield components

2016-11-16；接受日期：2016-12-14

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503125-3）、國家科技支撐計劃（2015BAD22B04）

魏廷邦，E-mail：weitingbang@163.com。胡發(fā)龍，E-mail：falong_hu@126.com。魏廷邦和胡發(fā)龍為同等貢獻作者。通信作者柴強，E-mail：Chaiq@gsau.edu.cn