種植密度與施氮量對(duì)旱地地膜玉米產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)的影響

趙 暉，李尚中，樊廷錄，趙 剛，黨 翼，王 磊，張建軍，王淑英，程萬(wàn)莉，唐小明

(1. 甘肅農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 甘肅 蘭州 730030；2. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所, 甘肅 蘭州 730070)

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，玉米已不再作為主要的糧食作物，約70%的玉米用作飼料，為了提高玉米的轉(zhuǎn)化能力和降低飼料成本，在保證高產(chǎn)的同時(shí)，還要提高玉米的品質(zhì)[1]。已有研究表明，近年來(lái)主推玉米品種的產(chǎn)量得到了大幅度提高，但品質(zhì)沒(méi)有得到正向改良[2-4]。因此，通過(guò)栽培技術(shù)調(diào)控玉米品質(zhì)顯得尤為重要。種植密度和施氮量為玉米栽培中最常用的兩種調(diào)控措施，其單個(gè)因子對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)等的影響，前人做了大量研究[5-14]。當(dāng)前玉米單產(chǎn)提高的部分歸因于合理增加種植密度[5-6]，但隨著種植密度的增加，加劇了玉米個(gè)體對(duì)水分、養(yǎng)分和光照等資源的競(jìng)爭(zhēng)。張鶴宇等[7]研究表明，通過(guò)增施氮肥可以緩解玉米增密帶來(lái)的壓力，密度對(duì)產(chǎn)量的調(diào)控作用大于氮肥[8]。一般研究認(rèn)為，適量的氮肥可提高玉米蛋白質(zhì)的含量[9-14]，但施氮對(duì)淀粉與脂肪含量的影響沒(méi)有一致的結(jié)論：有些學(xué)者研究指出，淀粉和脂肪含量隨著施氮量的增加而降低[9]；而有些研究認(rèn)為，淀粉和脂肪含量隨施氮量的增加而增加[10-13]；于寧寧等[14]研究表明，施氮量的增加提高了淀粉含量，降低了脂肪含量。玉米種植密度與籽粒各營(yíng)養(yǎng)成分含量的關(guān)系比較復(fù)雜，目前還沒(méi)有定論[15]。邰書靜、喬慧芳等[16-17]研究表明，玉米較高的種植密度不利于籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的提高。王曉梅等[18]研究表明，密度與蛋白質(zhì)和脂肪含量呈負(fù)相關(guān)，與淀粉含量呈正相關(guān)?？梢?jiàn)，通過(guò)合理增加密度和施氮的互作效應(yīng)，使玉米獲得高產(chǎn)的同時(shí)保持較高的品質(zhì)性狀是當(dāng)前生產(chǎn)中亟待解決的重要問(wèn)題。特別是在旱地地膜覆蓋條件下，尚缺乏針對(duì)不同供氮水平如何與密度匹配才能使玉米產(chǎn)量與品質(zhì)等方面同步調(diào)優(yōu)的研究?；诖?，本研究在不同施氮量和種植密度條件下，系統(tǒng)分析種植密度、氮肥對(duì)旱地地膜玉米籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因子、水分利用效率和主要品質(zhì)指標(biāo)的影響，為旱地地膜玉米優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017―2018年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鎮(zhèn)原試驗(yàn)站(107°29′E ,35°30′N)實(shí)施。該地區(qū)海拔1 297 m，年平均溫度9.3℃，年日照時(shí)數(shù)2 449.2 h，≥0℃積溫3 435℃，≥10℃積溫2 722℃，無(wú)霜期165 d，屬完全依靠自然降雨的西北半濕潤(rùn)偏旱區(qū)。該地區(qū)多年平均年降水量530 mm，降水主要分布在7―9 月。土壤為黑壚土，0～30 cm土層平均有機(jī)質(zhì)含量14.2 g·kg-1，全氮1.07 g·kg-1，全磷0.64 g·kg-1，全鉀18.0 g·kg-1，堿解氮54.0 mg·kg-1，速效磷6.2 mg·kg-1，速效鉀164.5 mg·kg-1，肥力中等。

試驗(yàn)?zāi)甓冉邓治霰砻?表1)，2017年和2018年度玉米生育期總降雨量分別為447.8 mm和507.8 mm，為同期多年平均降雨量的129.5%和146.8%，但玉米生長(zhǎng)旺盛的7、8月降雨量分別為多年同期平均降雨量的53.2%和210.9%、233.5%和72.5%。2017年和2018年玉米播前休閑期降水量(上年度9月中旬-4月中旬)降雨量分別為169.9 mm和206.9 mm，為多年同期平均的106.2%和129.3%?？梢?jiàn)，2017年玉米生育期內(nèi)發(fā)生了嚴(yán)重的伏旱，而2018年玉米生育期內(nèi)降水充沛，未發(fā)生干旱脅迫，生育期降水分布不均和年際間降水變率較大是限制該區(qū)玉米生產(chǎn)的主要因素。

表1 2017—2018年玉米播前休閑期及生育期降水量/mmTable 1 Precipitation of before sowing fallow and maize growth period in 2017-2018

1.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試玉米品種為‘先玉335’，地膜為0.01 mm聚乙烯吹塑農(nóng)用地膜。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 設(shè)種植密度和施氮量(緩釋氮肥)2個(gè)因素。種植密度設(shè)3個(gè)水平：4.5×104株·hm-2(D4.5)、6.0×104株·hm-2(D6.0)和7.5×104株·hm-2(D7.5)；施氮量設(shè)4個(gè)水平(以純氮計(jì))：0 kg·hm-2(N0)、150 kg·hm-2(N150)、300 kg·hm-2(N300)和450 kg·hm-2(N450)。試驗(yàn)處理共12個(gè)，各處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為44.0 m2(5.5 m×8 m)。結(jié)合整地覆膜，各處理統(tǒng)一基施磷肥(含P2O512%的普通過(guò)磷酸鈣)937.5 kg·hm-2和氮肥(含N 45%的緩釋肥)，氮肥用量按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)施肥水平施用，玉米整個(gè)生育期不追肥。試驗(yàn)采用全膜雙壟溝種植方式，即起底寬40 cm、高15～20 cm的小壟和起底寬70 cm、高10～15 cm的大壟，兩壟中間為播種溝。選用120 cm寬的地膜覆蓋，膜與膜之間不留空隙，相接處用土壓住地膜。玉米按照寬窄行在壟溝膜內(nèi)播種，寬行為70 cm，窄行為40 cm，株距為24.2 cm。每穴播2～3粒，播種深度3～5 cm，5葉期時(shí)每穴定苗1株，其他栽培管理同大田。兩個(gè)年度中試驗(yàn)在同一地塊同一位置進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉綠素相對(duì)含量(SPAD值)測(cè)定 每小區(qū)選15株有代表性、長(zhǎng)勢(shì)一致的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，采用SPAD-502 便攜式葉綠素測(cè)定儀(Minolta，日本)，出苗后每隔30 d測(cè)定一次各小區(qū)玉米最上部全展開(kāi)葉(抽穗后為穗位葉)的SPAD 值，測(cè)定部位為葉片中部無(wú)葉脈處。

1.3.2 葉面積指數(shù)測(cè)定 每小區(qū)選5株有代表性、長(zhǎng)勢(shì)一致的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，出苗后每隔30 d測(cè)定一次葉面積，葉面積測(cè)定方法采用系數(shù)法，即單葉面積=葉片中脈長(zhǎng)度(cm)×葉片最大寬度(cm)×系數(shù)(0.75)，累加得單株總?cè)~面積。葉面積指數(shù)=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積。

1.3.3 收獲指數(shù)測(cè)定 收獲指數(shù)=玉米籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)/地上部干物質(zhì)量(kg·hm-2)。

1.3.4 土壤水分測(cè)定和水分利用效率計(jì)算[7-8]玉米播種前和收獲時(shí)分別用土鉆法測(cè)定玉米種植小區(qū)0～2 m土層(每20 cm為一個(gè)層次)的土壤含水量。生育期降水量通過(guò)JQR-1人工雨量器測(cè)定(濰坊金水華禹信息科技有限公司)。利用土壤水分平衡方程計(jì)算每小區(qū)作物耗水量?？挤N、收獲和計(jì)產(chǎn)按照NY/T 1209-2006[19]執(zhí)行。

耗水量 (mm)=播前0～2 m土層土壤貯水量-收獲時(shí)0～2 m土層土壤貯水量+生育期降水量

水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)=玉米籽粒產(chǎn)量/耗水量

1.3.5 玉米品質(zhì)測(cè)定 測(cè)產(chǎn)完畢后，每小區(qū)取混合均勻的玉米籽粒1 kg，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行品質(zhì)分析。淀粉含量按照GB/T 25219-2010[20]方法測(cè)定，脂肪含量采用GB/T 24902-2010[21]方法測(cè)定，蛋白含量采用GB/T 24901-2010[22]方法測(cè)定，容重采用GB/T 5498-2013[23]方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行處理，采用SPSS 16.0進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度與施氮量對(duì)玉米葉片SPAD值的影響

玉米出苗后30 d，種植密度、施氮量及其互作對(duì)玉米SPAD值無(wú)顯著影響，但對(duì)拔節(jié)(出苗60 d)后SPAD值特別是抽雄(出苗90 d)后的SPAD值有顯著影響。由圖1可知，2017伏旱年，在低(D4.5)、中(D6.0)和高(D7.5)密度下，SPAD值隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)先增加后降低。不同氮肥處理間平均SPAD值均表現(xiàn)為N450>N300>N150>N0，N450平均SPAD值為53.5，較N300、N150和N0分別提高1.8%、3.9%和21.6%。2018豐水年，低密度下SPAD值隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)而增加，N450處理下SPAD值為57.5，較N300、N150和N0分別提高2.4%、3.0%和12.1%；中密度下，N450、N300和N150處理SPAD值隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)而增加，N0處理SPAD值隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)低-高-低的變化趨勢(shì)，N450處理下SPAD值最高，平均為57.5，較N300、N150和N0分別提高2.8%、4.5%和15.4%；高密度下，N450和N300處理SPAD值隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)而增加，N150和N0處理SPAD值隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，N450處理平均SPAD值最高，達(dá)54.8，較N300、N150和N0分別提高3.5%、8.0%和22.1%。不管干旱還是豐水年，同樣氮肥處理下，SPAD值均表現(xiàn)為D4.5>D6.0>D7.5，D4.5平均SPAD值為54.4，較D6.0和D7.5增加4.9%和10.5%。可見(jiàn)，種植密度的增加可顯著降低玉米的SPAD值，但通過(guò)合理增施氮肥，可緩解增密帶來(lái)的SPAD值的下降。

2.2 種植密度與施氮量對(duì)玉米葉面積指數(shù)的影響

由圖2可知，玉米葉面積指數(shù)隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)表現(xiàn)為低—高—低的變化趨勢(shì)。2017伏旱年，低密度種植下，玉米出苗90 d前，不同氮肥處理間葉面積指數(shù)差異未達(dá)顯著水平，出苗后120 d，氮肥處理間差異達(dá)顯著水平，N450處理為1.64，較N300、N150和N0分別增加8.0%、12.5%和18.2%；中、高密度條件下，玉米出苗后30 d，種植密度、氮肥及其互作對(duì)玉米葉面積指數(shù)無(wú)顯著影響，但對(duì)拔節(jié)(出苗60d)后葉面積指數(shù)的影響達(dá)顯著水平，平均葉面積指數(shù)均在N300處理下最大，顯著高于N0，但與N450和N150差異不顯著。中密度下N300葉面積指數(shù)平均為2.61，比N0提高20.3%，高密度下N300葉面積指數(shù)平均為2.68，較N0提高41.1%。經(jīng)過(guò)嚴(yán)重伏旱后，高密度施氮處理葉面積指數(shù)迅速降低，出苗后120d未施氮處理(N0)葉面積指數(shù)最大，平均為1.48，比N450、N300和N150分別提高1038.5%、348.5%和378.5%。2018豐水年，低密度種植下于出苗60d以前，中、高密度種植下于出苗后30d以前，種植密度、氮肥及其互作對(duì)玉米葉面積指數(shù)無(wú)顯著影響，其余生育階段處理間的葉面積指數(shù)差異達(dá)顯著水平。不同密度下，葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為N450>N300>N150>N0，低密度種植N450平均葉面積指數(shù)為2.29，較N300、N150和N0分別增加2.8%、4.0%和22.5 %，中密度種植N450平均葉面積指數(shù)為2.72，較N300、N150和N0分別增加2.3%、6.3%和23.1 %，高密度種植N450平均葉面積指數(shù)為3.20，較N300、N150和N0分別增加0.9%、4.9%和46.0 %。無(wú)論干旱年還是豐水年，在施氮(N450、N300和N150)處理下，玉米生育期平均葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為D7.5>D6.0>D4.5，D7.5平均葉面積指數(shù)為2.90，較D6.0和D4.5分別增加14.3%和35.1%。在不施氮(N0)條件下，玉米生育期平均葉面積指數(shù)均表現(xiàn)為D6.0>D7.5>D4.5，D6.0平均葉面積指數(shù)為2.19，較D7.5和D4.5分別增加6.8%和15.9%。可見(jiàn)，通過(guò)合理增加種植密度和施氮量，可顯著提高玉米群體葉面積指數(shù)，延緩葉片衰老，為干物質(zhì)積累提供了保障。

2.3 種植密度與施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因子和水分利用效率的影響

由表2可知，2017年和2018年種植密度和氮肥及其互作效應(yīng)對(duì)玉米產(chǎn)量、百粒重、穗粒數(shù)和水分利用效率均有顯著影響。不同施氮量下增加密度增產(chǎn)幅度不同，2017伏旱年，N0條件下低密度(D4.5)和中密度(D6.0)產(chǎn)量差異不顯著，顯著高于高密度(D7.5)處理，D7.5較D4.5減產(chǎn)15.8%；N150、N300和N450處理下， D7.5處理產(chǎn)量均達(dá)最高，分別為10 683.8、11 660.8 kg·hm-2和10 956.8 kg·hm-2，較D4.5依次增產(chǎn)18.9%、30.8%和21.5%，但D7.5與D6.0產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平。2018年豐水年份，D7.5產(chǎn)量顯著高于D4.5，D7.5條件下，N0、N150、N300和N450處理下產(chǎn)量分別為11 379.0、16 844.0、17 425.0、17 516.0 kg·hm-2，較相應(yīng)的D4.5處理依次增產(chǎn)13.2%、37.8%、42.7%和42.9%。低密度條件下，2017伏旱年N0、N150、N300和N450各處理間產(chǎn)量差異不顯著，2018豐水年N150、N300和N450之間產(chǎn)量差異不顯著，但顯著高于N0；中密度和高密度條件下，2個(gè)年份產(chǎn)量均表現(xiàn)為N150、N300和N450之間差異不顯著，而均顯著高于N0。水分利用效率的變化規(guī)律與產(chǎn)量一致。產(chǎn)量構(gòu)成因子分析表明，施氮量相同時(shí)，百粒重和穗粒數(shù)隨著密度的增加顯著降低，2個(gè)年份D7.5和D6.0處理平均百粒重為30.0 g和32.3 g，較D4.5降低13.3%和7.0%；平均穗粒數(shù)為552.1和593.5粒，較D4.5降低19.5%和11.1%。不同降雨年型，百粒重和穗粒數(shù)變化在不同施氮處理間表現(xiàn)出一定的差異，低密度條件下，2017年伏旱年，百粒重隨著氮肥的增加呈減小趨勢(shì)，但差異未達(dá)顯著水平，2018豐水年，百粒重隨著施氮的增加呈增加趨勢(shì)；中密度和高密度條件下，2個(gè)年份百粒重隨著施氮量的增加呈顯著增加趨勢(shì)。在低、中、高3個(gè)密度條件下，2017年穗粒數(shù)隨著施氮量的增加先增高后降低，2018年穗粒數(shù)隨著施氮量的增加而增加?？梢?jiàn)，不管干旱還是豐水年份，施氮量為150～450 kg·hm-2條件下，增加種植密度是獲得群體高產(chǎn)和水分高效利用的關(guān)鍵措施，適宜的施氮水平可以消減增密帶來(lái)的穗粒數(shù)和百粒重下降對(duì)產(chǎn)量和水分利用效率造成的負(fù)面影響。但過(guò)量的氮肥(高于150 kg·hm-2施氮量)投入并沒(méi)有顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率，因此依靠高密度增產(chǎn)和提高水分利用效率需合理增加氮肥投入。

表2 種植密度與施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響Table 2 Effect of planting density and nitrogen fertilizer rate on yield and water use efficiency

2.4 種植密度與施氮量對(duì)玉米收獲指數(shù)的影響

由圖3可知，不同施氮量和種植密度與施氮量互作對(duì)收獲指數(shù)(HI)的影響不顯著，密度對(duì)HI影響達(dá)顯著水平。2017年伏旱年，同一施氮條件下，HI隨著密度的增加而減小，N0、N150、N300和N450下，高密度處理(D7.5)的HI分別為0.46、0.47、0.45和0.50，較低密度處理(D4.5)降低12.3%、9.4%、16.1%和4.9%。2018豐水年，HI隨著密度的增加而增加，N0、N150、N300和N450下，高密處理(D7.5)的HI分別為0.58、0.55、0.56 和0.55，較低密度處理(D4.5)增加12.1%、10.0%、10.5%和6.6%?？梢?jiàn)，在干旱條件下增密種植，加劇了植株間的水分競(jìng)爭(zhēng)，影響籽粒灌漿，進(jìn)而影響收獲指數(shù)。增施氮肥并未有效地提高收獲指數(shù)，施氮增產(chǎn)與生物量積累緊密相關(guān)，而與收獲指數(shù)相關(guān)性較弱。

2.5 種植密度與施氮量對(duì)玉米品質(zhì)的影響

由表3可知，2個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴?，D4.5和D6.0密度條件下，容重隨著氮肥的增加呈先增加后降低趨勢(shì)，2017年N150處理達(dá)到最高，2018年N300處理達(dá)到最高，在D7.5密度條件下，容重隨著施氮量的增加而增加，N450平均容重為741.1 g·L-1，較N0提高15.5 g·L-1。在干旱(2017年)條件下，容重隨著密度的增加顯著降低，D7.5容重為730.9 g·L-1，較D4.5減小10.7 g·L-1；豐水年(2018)，N0處理容重隨著密度的增加而減小，N150和N300處理容重隨著密度的增加呈先增加后減小趨勢(shì)，N450處理容重隨著密度的增加而增加，但密度對(duì)容重影響未達(dá)顯著水平。隨著施氮量的增加蛋白質(zhì)含量呈顯著增加趨勢(shì)，N450處理平均蛋白質(zhì)含量為10.11%，較N0提高29.3%。隨著密度的增加蛋白質(zhì)含量顯著降低，D7.5平均蛋白質(zhì)含量為8.82%，比D4.5降低10.9%。氮肥和密度互作對(duì)蛋白質(zhì)含量影響不顯著。隨著施氮量的增加脂肪含量呈減小趨勢(shì)，N450處理平均脂肪含量為3.55%，較N0降低2.9%。D7.5處理平均脂肪含量為3.66%，比D4.5增加3.1%。但氮肥、密度及其互作對(duì)脂肪含量影響不顯著。淀粉含量隨著施氮量的增加呈減小趨勢(shì)，N450平均淀粉含量為73.0%，比N0降低0.6%，差異不顯著。隨著密度的增加淀粉含量大致呈增加趨勢(shì)，D7.5平均淀粉含量為73.6%，比D4.5增加1.3%，差異不顯著，氮肥與密度互作對(duì)淀粉含量影響不顯著?？梢?jiàn)，增密有利于淀粉和脂肪的積累，但不可避免的減少蛋白質(zhì)含量，容重也有降低風(fēng)險(xiǎn)；增加施氮量提高了玉米的蛋白質(zhì)和容重，但不利于脂肪和淀粉的積累。種植密度為7.5×104株·hm-2和施氮量(純氮)150 kg·hm-2組合處理下，玉米籽粒容重和蛋白質(zhì)含量分別達(dá)到飼用玉米一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17980-2008)≥710 g·L-1和≥8.0%的要求；種植密度不變，施氮量增至300 kg·hm-2，玉米籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量分別達(dá)到食用玉米三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 519-2002)≥9.0%和≥3.0%的要求。

表3 種植密度與施氮量對(duì)玉米主要品質(zhì)參數(shù)的影響Table 3 Effect of planting density and nitrogen fertilizer rate on maize quality traits

3 討 論

3.1 種植密度與施氮量對(duì)玉米主要群體質(zhì)量指標(biāo)的影響

實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)不僅靠群體數(shù)量，更重要的靠群體的質(zhì)量。玉米群體質(zhì)量指標(biāo)是指群體結(jié)構(gòu)中與產(chǎn)量具有密切聯(lián)系的性狀指標(biāo)，高產(chǎn)栽培的核心是讓玉米群體沿著高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)軌跡發(fā)展[24]。SPAD值能間接反映葉片光合性能，較高的SPAD值和葉面積指數(shù)可以提高作物的光能截獲和利用能力[25]，研究表明，施氮量增加顯著提高了SPAD值，而增密降低了SPAD值[25-28]，與本研究結(jié)論基本一致。合理增施氮肥和增密均能有效提高玉米葉面積指數(shù)[25-26,29]，本研究表明，在水分正常的條件下，合理施氮肥和增密顯著提高了玉米的葉面積指數(shù)，但發(fā)生嚴(yán)重伏旱(2017年)后，低、中密度施氮處理的葉面積指數(shù)顯著高于未施氮處理，而高密度施氮處理葉面積指數(shù)迅速降低，顯著低于未施氮處理。從產(chǎn)量構(gòu)成因子來(lái)看，玉米增加種植密度和氮肥主要是通過(guò)調(diào)控穗粒數(shù)和粒重進(jìn)而影響玉米產(chǎn)量[7-8]，張學(xué)林[9]、宋尚有[13]等研究表明，隨施氮量增加，玉米穗粒數(shù)和百粒重均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，而隨著種植密度的增加公頃穗數(shù)增加，穗粒數(shù)和百粒重則呈下降趨勢(shì)[5，15，30]。本研究表明，隨著密度的增加百粒重和穗粒數(shù)顯著降低，但不同降雨年型間百粒重和穗粒數(shù)變化在不同施氮處理間表現(xiàn)出一定的差異：低密度條件下，2017年伏旱年百粒重隨著氮肥的增加呈減小趨勢(shì)，而2018豐水年百粒重隨著施氮的增加呈增加趨勢(shì)；中密度和高密度條件下，2個(gè)年份百粒重隨著施氮的增加呈顯著增加趨勢(shì)。2017年穗粒數(shù)隨著施氮量的增加先增高后降低，2018年穗粒數(shù)隨著施氮量的增加而增加。從物質(zhì)分配的角度來(lái)看，干物質(zhì)向籽粒中的分配比例也是影響產(chǎn)量的重要因素。肖萬(wàn)欣等[28]研究表明，緊湊型玉米在高密條件下(6.0～7.5萬(wàn)株·hm-2)具有較高且差異不顯著的收獲指數(shù)，張賓等[30]研究表明，隨著栽培密度的增加收獲指數(shù)降低，魏淑麗等[31]研究指出，適宜施氮和增密可顯著提高收獲指數(shù)。本研究表明，不同施氮量對(duì)收獲指數(shù)的影響不顯著。密度對(duì)收獲指數(shù)的影響因降雨年型而異，2017年伏旱年，隨著密度的增加收獲指數(shù)減小，2018豐水年，收獲指數(shù)隨著密度的增加而增加，可能與在干旱條件下增密種植加劇了植株間水分競(jìng)爭(zhēng)，影響籽粒灌漿有關(guān)。可見(jiàn)，旱地玉米種植應(yīng)該以水定密、以密定氮，通過(guò)水、肥、密度的互作，提高玉米群體質(zhì)量，增強(qiáng)玉米抗逆能力。

3.2 種植密度與施氮量對(duì)玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

提高作物產(chǎn)量和水分利用效率是旱作農(nóng)業(yè)研究的主要目標(biāo)[32]。玉米產(chǎn)量除受品種和生態(tài)環(huán)境條件影響外，與種植密度和施氮量也有很大的關(guān)系。大量研究表明，產(chǎn)量隨著種植密度和施氮量的增加呈二次拋物線變化關(guān)系，即產(chǎn)量先隨種植密度和施氮量的增加而提高，當(dāng)密度和施氮量增加到一定限度時(shí)，由于玉米個(gè)體與群體協(xié)調(diào)關(guān)系發(fā)生變化，超過(guò)了玉米群體自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，產(chǎn)量又隨密度和施氮量的增加而下降[8-15,25-26,31]。密度和氮肥之間存在明顯的互作效應(yīng)，通過(guò)增施氮肥，可以消減玉米增密帶來(lái)的個(gè)體之間對(duì)水分、養(yǎng)分和光照等資源的競(jìng)爭(zhēng)[7-8]。有關(guān)種植密度和施氮量對(duì)旱地玉米水分利用效率影響的報(bào)道不多，張平良等[33]研究表明，適當(dāng)增密和增施氮肥均能提高玉米水分利用效率。本研究表明，在不施氮肥條件下，干旱年(2017)增密并未顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率，而豐水年(2018)增密顯著提高了產(chǎn)量和水分利用效率。低密條件下，干旱年(2017)施氮未顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率，而豐水年(2018)施氮顯著提高了玉米產(chǎn)量和水分利用效率。不管干旱還是豐水年份，施氮量為150～450 kg·hm-2條件下，玉米增密播種均能顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率，但同一密度下，過(guò)量(高于150 kg·hm-2施氮量)的氮肥投入并沒(méi)有顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率?？梢?jiàn)，旱作區(qū)玉米產(chǎn)量和水分利用效率的提高受自然降水、種植密度和施氮量等多種因素的共同制約，依靠增密增產(chǎn)和提高水分利用效率需合理增加氮肥投入，以保證群體增大對(duì)氮素需求的增加。

3.3 種植密度與施氮量對(duì)玉米籽粒品質(zhì)的影響

玉米籽粒中，部分營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)成分主要受到遺傳基因的控制，難于因施用氮肥而改變，但大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)成分既受到遺傳基因的控制，又受到施用氮肥的影響[10]。大量的研究表明，適量施氮可顯著提高玉米籽粒蛋白質(zhì)含量[9-14]。但氮肥對(duì)玉米籽粒淀粉與脂肪含量的影響研究結(jié)論不盡一致，于寧寧等[14]研究表明，施氮量的增加提高了玉米籽?？偟矸酆?，而降低了粗脂肪含量。張學(xué)林等[9]研究表明，淀粉含量隨著施氮量的增加而降低，而脂肪含量在年際間表現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)。有些研究認(rèn)為，淀粉和脂肪含量隨施氮量的增加均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，當(dāng)?shù)视昧窟_(dá)到一定數(shù)量之后，則不隨氮肥用量的增大而增加，甚至有所降低[10-13]。玉米種植密度與籽粒各營(yíng)養(yǎng)成分含量的關(guān)系比較復(fù)雜，目前還沒(méi)有較為一致的結(jié)論[15]，有些研究表明，較高的種植密度不利于玉米籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的提高[16-17]。王曉梅等[18]研究認(rèn)為，隨著栽培密度的增加玉米蛋白質(zhì)、脂肪含量減少，淀粉含量增加。本研究表明，增加施氮提高了玉米的蛋白質(zhì)含量和容重，但不利于脂肪和淀粉的積累；增密有利于淀粉和脂肪的積累，但不可避免地降低了蛋白質(zhì)含量，容重也有降低風(fēng)險(xiǎn)?？梢?jiàn)，種植密度和施氮量對(duì)玉米容重、蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉含量的調(diào)控比較復(fù)雜，在生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)選擇適宜調(diào)控途徑。

4 結(jié) 論

旱作區(qū)玉米產(chǎn)量、水分利用效率和主要品質(zhì)指標(biāo)等受自然降水、種植密度、施氮量及其互作效應(yīng)等多種因素的共同制約，在生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟邓亢陀衩拙唧w生產(chǎn)目標(biāo)，以水定密、以密定氮、以氮控質(zhì)，通過(guò)水、氮、密度互作提高玉米群體質(zhì)量，使玉米產(chǎn)量、水分利用效率和主要品質(zhì)協(xié)同提升。在本試驗(yàn)實(shí)施區(qū)域(年降水量500 mm左右)，種植密度為7.5×104株·hm-2和施氮量(純氮)150～300 kg·hm-2組合下，可使玉米產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)同步提高。