氮肥與密度對(duì)夏玉米生理特性、產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力和抗倒性的影響

曹冰 朱紫薇 單娟 姚國旗 朱英華 沈軍輝 黃令軍 王成雨

摘要：以夏玉米品種隆平206為試驗(yàn)材料，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，設(shè)置2個(gè)氮肥水平（180、240 kg/hm2）和3個(gè)種植密度（每公頃6萬株、7.5萬株、9萬株），研究氮肥與密度對(duì)夏玉米生理特性、產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力和抗倒性的影響。結(jié)果表明：適當(dāng)密植（每公頃7.5萬株）有利于增加夏玉米產(chǎn)量;在低密度（每公頃6萬株）條件下提高氮肥水平可以改善光合作用，有利于干物質(zhì)的積累，增產(chǎn)顯著;中高密度時(shí)增氮對(duì)光合作用的改善不明顯，干物質(zhì)積累增加也不顯著，因此，增產(chǎn)效果不顯著。增密降低穗位葉的光合速率，有利于大喇叭口期干物質(zhì)的積累;散粉期和收獲期，增至中密度有利于干物質(zhì)積累，繼續(xù)增密干物質(zhì)積累增加不顯著。低氮水平下增密可以有效提升氮肥偏生產(chǎn)力，而氮肥水平過高即使增加密度提升氮肥偏生產(chǎn)力的效果仍然不佳。密度過高降低植株的抗倒能力導(dǎo)致玉米田間倒伏率增加，適當(dāng)增密不會(huì)導(dǎo)致抗倒能力顯著減弱并保持較低的倒伏率。在本試驗(yàn)條件下，每公頃氮肥施用量180 kg、種植7.5萬株是適合試驗(yàn)地夏玉米高產(chǎn)高效的栽培模式。

關(guān)鍵詞：夏玉米;氮肥;密度;光合速率;氮肥偏生產(chǎn)力;抗倒性

中圖分類號(hào)：S513.01??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A??文章編號(hào)：1001-4942（2019）06-0097-06

Abstract?In this experiment， the summer maize variety Longping 206 was used as experimental material. The split plot design was set with two nitrogen fertilizer levels （180 and 240 kg/hm2） and three planting densities （60 thousand， 75 thousand and 90 thousand plants per hectare） to study their effects on the physiological characteristics， yield， nitrogen partial factor productivity and lodging resistance of summer maize. The results showed that rational close planting （75 thousand plants per hectare） was beneficial to increase the yield of summer maize. Increasing nitrogen fertilizer rate under low density could improve the photosynthesis and dry matter accumulation， so it increased yield significantly. But the effects of increasing nitrogen fertilizer under medium or high density on photosynthesis and dry matter accumulation were not significant， so the yield did not increase significantly. Increasing density decreased the photosynthetic rate of ear leaves and was beneficial to the dry matter accumulation at large trumpet stage. At powder and harvest stages， increasing density to the intermediate density was beneficial for dry matter accumulation， while continuing to increase the density did not increase the dry matter accumulation significantly. Increasing planting density at low-nitrogen level could effectively improve the partial factor productivity of nitrogen fertilizer， but the effect was not better when the nitrogen fertilizer level was too high. Excessive density decreased the lodging resistance of plants and led to an increase of lodging rate of corn in field. A suitable increase of planting density would not lead to the significant weakness of lodging resistance but could keep lower lodging rate. Therefore， in the test conditions， 180 kg/hm2 nitrogen fertilizer and 75 thousand plants per hectare were suitable for high-yield and high-efficient production of summer maize.

Keywords?Summer maize; Nitrogen fertilizer; Planting density; Photosynthetic rate; Nitrogen partial factor productivity; Lodging resistance

氮素是葉綠素的主要成分，而葉綠素含量的高低在很大程度上和光合速率密切相關(guān)并決定了光合產(chǎn)物的形成，因而氮肥用量和作物產(chǎn)量密切相關(guān)[1-3]。為了提高產(chǎn)量，農(nóng)民往往過量施肥，導(dǎo)致近30年來我國化肥用量持續(xù)增長(zhǎng)以及環(huán)境惡化[4，5]。盡管化肥施用量不斷增加，但糧食產(chǎn)量并未顯著增加，因而降低化肥施用量提高肥料利用率成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必由之路[5]。

密植是作物獲得高產(chǎn)的另一項(xiàng)有效措施，許多研究者在玉米等多種作物上報(bào)道了密植的增產(chǎn)效應(yīng)[6-11]。但是，過度增加種植密度可引起作物冠層郁閉、光照不足、基部節(jié)間發(fā)育不良，進(jìn)而引起作物倒伏而導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)。因此，合理密植是作物高產(chǎn)不倒的技術(shù)措施[2，12，13]。

盡管前人對(duì)施肥和種植密度等單項(xiàng)措施在夏玉米產(chǎn)量形成、肥料利用效率和莖稈倒伏機(jī)理方面的研究較多[14-16]，但關(guān)于氮肥和密度組合技術(shù)在上述方面影響的研究較少。本試驗(yàn)通過研究氮肥與密度對(duì)夏玉米生理特性、產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力和抗倒性的影響，旨在為夏玉米的安全和可持續(xù)生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于 2018年在安徽省宿州市灰古鎮(zhèn)付湖新村進(jìn)行。供試夏玉米品種為隆平206。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)置2個(gè)氮肥水平（純氮），分別為180 kg/hm2（N1）和240 kg/hm2（N2）;副區(qū)設(shè)置3個(gè)種植密度，分別為每公頃6萬株（D1）、7.5萬株（D2）和9萬株（D3）。共6個(gè)處理，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次;小區(qū)面積為30 m2，行距0.6 m，行長(zhǎng)5 m，共10行區(qū)。

試驗(yàn)點(diǎn)土壤為砂姜黑土，0～20 cm土壤養(yǎng)分含量分別為： 有機(jī)質(zhì)10.53 g/kg、全氮0.88 g/kg、堿解氮110.75 mg/kg、速效磷 68.78 mg/kg、速效鉀 125.00 mg/kg。供試肥料品種為尿素，氮肥用量的1/2作基肥，剩余1/2作追肥在大喇叭口期施用。其它管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锕芾硭健?/p>

1.2?測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1?光合速率?于玉米散粉后20天，采用美國產(chǎn)LI-6800光合測(cè)定儀于上午8∶?30進(jìn)行測(cè)定，每處理隨機(jī)選取5株，分別測(cè)定穗位葉光合速率，并取其平均值[17]。

1.2.2?干物質(zhì)積累?于大喇叭口期、散粉期和生理成熟期每小區(qū)取植株樣品3株，放入烘箱105℃下殺青0.5 h，樣品冷卻至室溫，然后再將樣品在70℃下烘干至恒重并稱量每處理的樣品重[18]。

1.2.3?抗倒性能和倒伏率?于散粉期調(diào)查每處理玉米的株高、穗位高，并用游標(biāo)卡尺測(cè)定基部第三節(jié)間莖粗，同時(shí)用YYD-1植物莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀（浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司生產(chǎn)）測(cè)定基部第三節(jié)間抗折力[19]。

于成熟期收獲前調(diào)查玉米田間倒伏株數(shù)，并計(jì)算倒伏率。

1.2.4?產(chǎn)量?夏玉米生理成熟后，調(diào)查小區(qū)實(shí)際穗數(shù)和空稈率，每小區(qū)連續(xù)收取30株玉米的果穗，進(jìn)行考種，測(cè)定穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒重。所有處理的籽粒烘干至13%安全含水量并稱重，并折算成公頃產(chǎn)量[20]。

1.2.5?氮肥偏生產(chǎn)力?氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）指投入的單位肥料氮所生產(chǎn)的作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[5]。計(jì)算公式如下：

PFPN=Y/F 。

式中，Y為施用氮肥后所獲得的作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量;F代表該地塊化肥的投入量。

1.3?數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖，采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?氮肥與密度對(duì)夏玉米光合速率的影響

由圖1可知，在同一氮肥水平下，隨種植密度增加，夏玉米穗位葉光合速率顯著降低。在低密度條件（D1）下，提高氮肥水平可顯著提高穗位葉光合速率;但在中高密度（D2、D3）條件下，提高氮肥水平，穗位葉光合速率增加不顯著。說明，在密度較低時(shí)，氮肥提升穗位葉光合速率的效果明顯，但當(dāng)密度增加到一定水平（超過D2）時(shí)，增加氮肥改善穗位葉光合速率的作用不明顯。

2.2?氮肥與密度對(duì)夏玉米干物質(zhì)積累的影響

由圖2可知，大喇叭口期，同一氮肥水平條件下，增加種植密度有利于增加干物質(zhì)積累量;當(dāng)種植密度保持不變情況下，只有D1的兩個(gè)處理增加氮肥可以顯著提高干物質(zhì)積累量，而D2和D3兩個(gè)種植密度的不同氮肥處理干物質(zhì)積累量增加不顯著。散粉期和收獲期，同一氮肥水平條件下，種植密度由D1增加到D2水平干物質(zhì)積累量顯著提高，但進(jìn)一步增加種植密度干物質(zhì)積累量提高不顯著;種植密度相同時(shí)，增加氮肥水平而導(dǎo)致干物質(zhì)積累量的變化同大喇叭口期一致。

2.3?氮肥與密度對(duì)夏玉米產(chǎn)量的影響

由表1可知，當(dāng)密度相同時(shí)，提高氮肥水平對(duì)空稈率影響不顯著。在同一氮肥水平下，密度由D1（每公頃6萬株）增加到D2水平（每公頃7.5萬株），夏玉米的空稈率增加不顯著;但當(dāng)密度由D2增加到D3水平（每公頃9萬株）時(shí)，夏玉米的空稈率顯著增加，說明密度過高空稈率顯著增加。無論氮肥水平還是種植密度的增加，穗行數(shù)均變化不顯著，說明穗行數(shù)受氮肥水平和種植密度影響較小，穗行數(shù)主要由品種的遺傳特性決定。在N1水平下，密度由D1增加到D2水平或由D2增加到D3水平，行粒數(shù)下降不顯著，但D3水平顯著低于D1水平;在N2水平下，行粒數(shù)表現(xiàn)為隨種植密度的增加顯著下降。千粒重在同一氮肥水平下表現(xiàn)為隨種植密度的增加顯著下降，但在密度相同的條件下，氮肥水平對(duì)千粒重影響不顯著，說明種植密度對(duì)千粒重的調(diào)控作用大于氮肥用量。在同一氮肥水平條件下，夏玉米種植密度由D1增加到D2水平產(chǎn)量顯著提高，但由D2增加到D3水平產(chǎn)量提高不顯著;低密度（D1）條件下，提高氮肥水平產(chǎn)量顯著增加，但中高密度（D2、D3）條件下，增加氮肥水平產(chǎn)量提高不顯著，說明密度過高（D3）不能帶來產(chǎn)量的增加，N1水平下雖然氮肥用量較小但可以通過增加種植密度至D2水平獲得高產(chǎn)。

2.4?氮肥與密度對(duì)夏玉米氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由圖3可知，在N1水平下，種植密度由D1增加到D2氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高，但種植密度由D2增加到D3時(shí)氮肥偏生產(chǎn)力提高不顯著;在N2水平下，增加種植密度氮肥偏生產(chǎn)力提高不顯著。在同一種植密度下，增加氮肥用量均使氮肥偏生產(chǎn)力顯著下降。說明低氮水平下增加種植密度可以有效提升氮肥偏生產(chǎn)力，而氮肥水平過高即使增加密度提升氮肥偏生產(chǎn)力的效果仍然不佳。

2.5?氮肥與密度對(duì)夏玉米抗倒伏性的影響

由表2可知，提高氮肥水平和增加種植密度，夏玉米株高、穗位高有增加的趨勢(shì)，但各處理間差異均未達(dá)到顯著水平，說明株高、穗位高受其遺傳特性決定。在同一氮肥水平條件下，種植密度由D1增加到D2水平時(shí)基部第三節(jié)間莖粗和抗折力降低不顯著，但當(dāng)密度由D2增加到D3水平時(shí)基部第三節(jié)間莖粗和抗折力顯著降低。在同一種植密度下，增加氮肥水平有提高莖粗和抗折力的趨勢(shì)，但3個(gè)種植密度下上述兩項(xiàng)指標(biāo)均未達(dá)到顯著水平。倒伏率的變化呈現(xiàn)出同莖粗和抗折力相反的變化趨勢(shì)。說明密度過高降低了植株的抗倒能力，導(dǎo)致玉米田間倒伏率增加，適當(dāng)增加種植密度不會(huì)導(dǎo)致抗倒能力顯著減弱并保持較低的倒伏率。

3?討論與結(jié)論

增施氮肥和提高種植密度是增加玉米產(chǎn)量的兩項(xiàng)重要栽培技術(shù)措施，這已被很多學(xué)者所證明[20-26]。本試驗(yàn)表明，增加氮肥水平在低密度條件（每公頃6萬株）下可以顯著增產(chǎn)，當(dāng)每公頃密度超過7.5萬株時(shí)增施氮肥的效果不顯著，同時(shí)進(jìn)一步增加密度帶來的增產(chǎn)效應(yīng)不顯著。王楷等[26]研究表明，當(dāng)每公頃密度達(dá)到10.5萬株時(shí)玉米單產(chǎn)最高，這與本試驗(yàn)結(jié)論相差懸殊，可能的原因是本試驗(yàn)開展的地點(diǎn)為黃淮海地區(qū)，該區(qū)主要種植夏玉米，且該區(qū)光照資源明顯低于王楷等開展試驗(yàn)的中國西北地區(qū)，因而對(duì)于種植密度的選擇一定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y源進(jìn)行。盡管有學(xué)者表明玉米獲得最高產(chǎn)量的氮肥施用量至少要達(dá)到300 kg/hm2，但本試驗(yàn)表明，通過把每公頃種植密度由6萬株增加至7.5萬株，在較低氮肥水平下（180 kg/hm2）N1D2處理獲得高產(chǎn)（與最高產(chǎn)量處理差異不顯著），這與周培祿等[27]報(bào)道的施氮200 kg/hm2可獲得最高產(chǎn)量所用的施氮量差別不大?？梢?，通過適當(dāng)增密把氮肥水平由240 kg/hm2降至180 kg/hm2獲得高產(chǎn)是完全可能的。

本研究表明，增密降低穗位葉的光合速率，隨著密度的增加，穗位葉光合作用降幅增大;盡管低密度下增氮可以改善光合作用，提高光合速率，但這是以消耗過量的氮素資源為代價(jià)的，因而，我們關(guān)注的重點(diǎn)是通過適當(dāng)增加密度提高群體的光合性能來促進(jìn)作物的物質(zhì)生產(chǎn)。中高密度時(shí)增氮對(duì)光合作用的改善不明顯，這可能是當(dāng)每公頃密度超過7.5萬株田間過于郁閉、群體內(nèi)光照不足所致，這也是每公頃密度超過7.5萬株增加氮肥用量干物質(zhì)積累增加不顯著的可能原因。

國際上常用來表征氮肥利用效率的參數(shù)主要有4個(gè)，分別為氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥生理利用率[5，28-30]。氮肥偏生產(chǎn)力因無需種植空白區(qū)，易為農(nóng)民所掌握，也是國際農(nóng)學(xué)界常用來衡量氮肥利用效率的指標(biāo)，比較適合我國目前土壤和環(huán)境養(yǎng)分供應(yīng)量大、化肥增產(chǎn)效益下降的現(xiàn)實(shí)。本研究表明，低氮水平下適當(dāng)增加種植密度可以有效提升氮肥偏生產(chǎn)力，而氮肥水平過高即使增加密度提升氮肥偏生產(chǎn)力的效果仍然不佳，其中原因在于高氮水平下增加種植密度產(chǎn)量提高的幅度相對(duì)較小。

密植常會(huì)帶來倒伏問題，原因在于密植可引起作物冠層郁閉、光照不足、基部節(jié)間發(fā)育不良，作物抗倒性減弱[2，12，13]。盡管有學(xué)者研究表明，玉米獲得高產(chǎn)每公頃密度可以大于9萬株，但本試驗(yàn)表明，每公頃密度為9萬株（N1D3和N2D3）的兩個(gè)處理均出現(xiàn)大面積倒伏，原因在于當(dāng)每公頃密度由6萬株增加到7.5萬株，莖粗、抗折力等與抗倒性能有關(guān)的指標(biāo)并未變劣，但當(dāng)每公頃密度由7.5萬株增加到9萬株時(shí)，這些抗倒指標(biāo)大幅弱化。因而，在本試驗(yàn)所在地區(qū)，每公頃密度7.5萬株倒伏風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，高于此密度會(huì)大大增加倒伏風(fēng)險(xiǎn)。在本試驗(yàn)條件下，氮肥施用量180 kg/hm2同時(shí)每公頃增密至7.5萬株是適合試驗(yàn)地區(qū)夏玉米高產(chǎn)高效的栽培模式。

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