玉米光能利用率和產(chǎn)量對密度、施氮量及其互作的響應(yīng)

唐心龍，劉 瑩，秦喜彤，張雨寒，王 騰，李 博，薛瑞鋒，李 濟(jì)，李 昊，石武良，李 斌，李秋祝，王洪預(yù)，崔金虎，姜文洙，曹 寧*，張玉斌*

（1 吉林大學(xué)農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)基地, 吉林長春 130062；2 吉林大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院, 吉林長春 130062；3 蘇州市吳江區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 江蘇蘇州 215200；4 運(yùn)城市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 山西運(yùn)城 044000）

玉米是中國第一大糧食作物，對保障國家糧食安全具有重要戰(zhàn)略地位。近些年來，國內(nèi)學(xué)者圍繞玉米合理密植、高產(chǎn)高效方面取得了一系列成果，品種、密度和氮肥合理組合優(yōu)化管理已成為玉米高產(chǎn)高效的共識(shí)，并指出提高玉米單產(chǎn)水平、籽粒生產(chǎn)效率和資源利用效率是實(shí)現(xiàn)中國今后玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效等主要目標(biāo)的重要突破方向[1-3]；其中，提高光能利用效率是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的主要途徑之一[2,4]。

光能利用率是表征植物固定太陽能效率的重要指標(biāo)[5]，玉米群體結(jié)構(gòu)是影響冠層光分布的重要因素，玉米的高產(chǎn)高效與合理的群體結(jié)構(gòu)、良好的冠層內(nèi)光輻射分布以及光能高效利用密不可分[6-7]。不同玉米品種的光能利用效率對氮素、密度的響應(yīng)程度存在明顯差異[8-10]；合理的密度和施氮量是玉米利用光能資源、發(fā)揮群體優(yōu)勢的基礎(chǔ)和保障，其對作物群體光能利用率具有顯著的調(diào)控作用[11-12]，但在實(shí)際生產(chǎn)中二者需要高度協(xié)調(diào)才能發(fā)揮其互作效應(yīng)[13-14]。徐宗貴等[15]認(rèn)為玉米光能利用率隨著種植密度增加而先增大后降低；過低或過高的施氮量與密度均會(huì)導(dǎo)致葉片早衰而致光能利用率低[16-17]；但李潮海等[18]認(rèn)為，施氮量增加將使玉米吐絲后群體葉面積下降速率減慢并延長高光合持續(xù)期，光能利用率得以提高。對于密度和施氮量互作對光能利用影響方面，馬國勝等[14]認(rèn)為密度對玉米群體生理指標(biāo)的綜合影響大于氮肥；而肖萬欣等[19]則認(rèn)為氮素水平對玉米生產(chǎn)的調(diào)控作用大于密度。前人關(guān)于光溫條件、品種、密度和合理施肥等影響玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵因素方面進(jìn)行了許多研究[20-24]，但對如何提高光溫和肥料等資源利用效率等方面的機(jī)理仍存在爭議[2-3,25]。特別是在全球氣候變暖[26]，而同期太陽輻射強(qiáng)度總體呈下降趨勢背景下[27]，連續(xù)多年針對同一品種，關(guān)于種植密度和施氮量及其互作下玉米光能利用率變化方面的研究相對較少。

選用鄭單958玉米品種，通過3年田間定位試驗(yàn)，探究密度、施氮量及其互作對玉米群體生長、產(chǎn)量和光能利用率的影響及其相關(guān)關(guān)系，為探明區(qū)域高產(chǎn)玉米光能利用機(jī)制、豐富玉米高產(chǎn)理論提供參考，為進(jìn)一步合理提升密植玉米綜合生產(chǎn)能力提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

本試驗(yàn)于2017—2019年在吉林大學(xué)農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)基地 (E125°14.231'～125°14.914'，N43° 56.603'～43° 57.274')進(jìn)行。該基地位于吉林省長春市北郊，面積為80 hm2，地處吉林省中部，地勢平坦，屬中溫帶東亞大陸東部季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，是濕潤區(qū)向半濕潤區(qū)的過渡地帶；該區(qū)多年平均氣溫5.1℃，極端最低氣溫可達(dá)?39℃，最高氣溫38℃；多年平均降水量559.8 mm；≥10℃ 積溫平均為2860℃，無霜期157天左右；種植制度為一年一熟[28]。據(jù)中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn/)數(shù)據(jù)，2017、2018和2019年玉米生育期間(5—10月)降水量分別為 497.6、496.6 和 740.0 mm (圖1)，各年生育期內(nèi)日平均最高溫度依次分別為35.0℃、35.8℃和32.8℃，日平均最低溫度分別為0℃、0℃和?3℃，平均氣溫分別為19.7℃、18.1℃和20℃。試驗(yàn)區(qū)主要土壤類型為黑土，耕層(0—20 cm)土壤pH 5.33、有機(jī)質(zhì) 24.7 g/kg、全氮 1.41 g/kg、堿解氮 140 mg/kg、有效磷 27.1 mg/kg、速效鉀 245 mg/kg。

圖1 2017—2019年生長季氣象數(shù)據(jù)Fig. 1 Daily meteorological data during maize growing seasons in 2017 to 2019

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，供試玉米品種為鄭單958(ZD958)；種植密度為主區(qū)，分別為4.5×104株/hm2(M4.5)、6.0×104株/hm2(M6.0)、7.5×104株/hm2(M7.5)、9.0×104株/hm2(M9.0)；施氮量為裂區(qū)，分別為 N 120 kg/hm2(N120，減氮 50%)、180 kg/hm2(N180，減氮 25%)、240 kg/hm2(N240，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣用量[23, 29-30])；各小區(qū)行長 8 m，每區(qū)種植 10 行，65 cm等行距種植，小區(qū)面積為52 m2，四周設(shè)保護(hù)區(qū)。每個(gè)處理3次重復(fù)。

氮肥的基肥施用量為N 60 kg/hm2，播種時(shí)與種子同時(shí)施入，各處理其余氮肥均作為追肥于拔節(jié)期結(jié)合中耕施入；各處理磷肥 (P2O5) 和鉀肥 (K2O) 的用量分別90和90 kg/hm2，均作為底肥一次性施用。

2017和2018年均為5月1日播種、9月30日收獲，2019年雖在5月1日播種、10月13日收獲，但因該年5月27日之前無有效降雨，致使出苗狀況不好，在6月1日進(jìn)行補(bǔ)種，故生育期從6月1日起算。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)(LAI) 在玉米吐絲期進(jìn)行取樣測定，各小區(qū)取有代表性的植株5株，測定其全部展開葉片的長度和寬度，計(jì)算LAI[31]。

1.3.2 凈光合速率 (net photosynthetic rate，Pn) 在玉米吐絲期進(jìn)行取樣分析測定，僅在N180下4個(gè)密度、M7.5下3個(gè)施氮量的各小區(qū)取有代表性的植株5株，測定穗位葉凈光合速率。

1.3.3 干物質(zhì)累積量 在收獲期進(jìn)行測產(chǎn)和考種，各小區(qū)選取5株長勢均勻的植株，置烘箱內(nèi)于105℃下殺青30 min后，于80℃下烘干至恒重，計(jì)算地上部秸稈和籽粒干物質(zhì)累積量。

1.3.4 測產(chǎn)與考種 在玉米收獲期每小區(qū)取20 m2樣方，測定實(shí)際產(chǎn)量和有效穗數(shù)，并隨機(jī)取10穗進(jìn)行室內(nèi)考種，將計(jì)產(chǎn)樣本的果穗風(fēng)干后脫粒，稱其籽粒干重，按標(biāo)準(zhǔn)含水量(14%)折算出小區(qū)產(chǎn)量(kg)，然后用于單位面積玉米籽粒產(chǎn)量計(jì)算(14%含水量產(chǎn)量，kg/hm2)，3次重復(fù)。

1.3.5 光能利用率 (light use efficiency，LUE)[31]

式中：H1為玉米籽粒的產(chǎn)出能量折算參數(shù)，取16.3×106J/kg；H2為玉米秸稈產(chǎn)出能量折算參數(shù)，取14.6×106J/kg；Y1為玉米籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)；Y2為玉米秸稈產(chǎn)量(kg/hm2)；∑Q為玉米生長期間太陽總輻射(MJ/m2)。相關(guān)氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn/)。經(jīng)計(jì)算，本試驗(yàn)玉米生育期內(nèi)2017年(5—9月)、2018年(5—9月)和2019年(6—10月)光合輻射值分別為2428、1925和1553 MJ/m2。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Microsoft Excel 2010 和 SPSS Statistics 19(IBM公司，紐約，美國)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，多重比較采用 General linear model的 Duncan 法(α=0.05)，用 Origin 8.0 (OriginLab Corporation，Northampton，MA，USA)繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度、施氮量及其互作對玉米產(chǎn)量的影響

各年度種植密度、施氮量及其互作對玉米產(chǎn)量影響表現(xiàn)不同(表1、圖2a)。不同年份中，2018和2019年密度對產(chǎn)量有顯著影響(P<0.01)，而2017年則影響不顯著；施氮量在各年試驗(yàn)中均表現(xiàn)為對產(chǎn)量影響顯著(P<0.01)；密度與施氮量互作在2017和2019年顯著影響產(chǎn)量(P<0.05)，2018則影響不顯著(P>0.05)。對3年產(chǎn)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析(表1)發(fā)現(xiàn)，年度間產(chǎn)量存在顯著差異(P<0.01)，說明光合輻射量等氣象因子對產(chǎn)量影響較大；種植密度對產(chǎn)量有顯著影響(P<0.05)，而施氮量和密度與施氮量互作對產(chǎn)量則影響不顯著(P>0.05)。其中，不同密度下的產(chǎn)量平均值表現(xiàn)為：隨種植密度的提高產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增高后下降的趨勢，M7.5密度下最高(12219 kg/hm2)，而M9.0密度下最低(11444 kg/hm2)，說明合理增加種植密度可顯著提高產(chǎn)量，但超過品種適宜種植密度時(shí)則產(chǎn)量下降；不同施氮量下平均產(chǎn)量則表現(xiàn)為N180下最高，為11850 kg/hm2，但與其他施氮量處理的產(chǎn)量無顯著差異，說明ZD958對氮素的吸收適應(yīng)范圍較廣；密度和施氮量互作下，M7.5+N240處理下平均產(chǎn)量最高(12884 kg/hm2)，而在M6.0+N240處理下平均產(chǎn)量最低(10981 kg/hm2)，但與其它處理下的產(chǎn)量水平均差異不顯著。

表1 2017—2019年密度、施氮量及其互作對玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)量、LAI、Pn、LUE影響的方差分析 (P值)Table 1 ANOVA of the effects of density and nitrogen application rate and their interactions on maize yield, dry matter,LAI, Pn and LUE in 2017?2019 (P values)

圖2 2017—2019年種植密度和施氮量及其互作對玉米產(chǎn)量、收獲期干物質(zhì)量、吐絲期葉面積指數(shù)和玉米光能利用率的影響Fig. 2 Effects of planting density, N application rate and their interactions on yield, dry matter at harvest, leaf area index(LAI) at silking stage, and light use efficiency (LUE) of maize in 2017–2019

可知，適當(dāng)增密可在一定程度上顯著提高玉米產(chǎn)量，而合理的施氮量雖在一定程度上提高玉米產(chǎn)量，但不顯著，互作處理間產(chǎn)量水平均差異不顯著。

2.2 種植密度、施氮量及其互作對玉米收獲期干物質(zhì)積累量的影響

各年度(2017、2018和2019年)種植密度、施氮量及其互作對玉米收獲期干物質(zhì)量的影響表現(xiàn)不同(表1、圖2b)。3年中密度均對干物質(zhì)量有顯著影響(P<0.01)，施氮量則僅在2018年對干物質(zhì)量有顯著影響(P<0.05)，互作則僅在2017年顯著影響干物質(zhì)量(P<0.05)。

對3年干物質(zhì)量數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)分析(表1)發(fā)現(xiàn)，年度間干物質(zhì)量存在顯著差異(P< 0.01)，說明光合輻射量等氣象因子對秸稈干物質(zhì)累積影響較大；不同種植密度下的平均干物質(zhì)量表現(xiàn)為隨密度的提高而顯著增加 (P< 0.01)，具體為 M9.0 (25.33 t/hm2) > M7.5 (24.30 t/hm2) > M6.0 (22.13 t/hm2) > M4.5(19.24 t/hm2)；施氮量對干物質(zhì)量有顯著影響(P<0.01)，不同施氮量下平均干物質(zhì)量表現(xiàn)出與產(chǎn)量相同的趨勢，即 N180 (23.91 t/hm2) > N120 (22.44 t/hm2) >N240 (21.90 t/hm2)；密度和施氮量互作下，干物質(zhì)量在M9.0+N180處理下平均干物質(zhì)量最高，為27.31 t/hm2，但各處理間差異不顯著 (P> 0.05)?？芍?，提高玉米種植密度將顯著提高收獲期干物質(zhì)量，而適量施氮?jiǎng)t也將顯著提高干物質(zhì)量，而互作則對其影響不大。

2.3 種植密度、施氮量及其互作對玉米吐絲期葉面積指數(shù)(LAI)的影響

2017—2019年各年內(nèi)，密度和施氮量均對玉米吐絲期 LAI影響顯著 (圖2c、表1，P< 0.05)，而互作對LAI的影響僅在2018年顯著(P< 0.05)；3年綜合分析來看，隨密度的提高LAI呈顯著增加的趨勢(P< 0.001)，即 M9.0 (6.12) > M7.5 (5.20) > M6.0(4.32) > M4.5 (4.22)；施氮量對 LAI也有顯著影響 (P<0.05)，表現(xiàn)出與產(chǎn)量、干物質(zhì)量相同的趨勢，即N180 (5.16) > N120 (4.89) > N240 (4.84)；互作條件下則M9+N180處理下LAI最大，為6.40，但各處理間差異不顯著(P> 0.05)?？芍岣哂衩追N植密度、適量施氮將顯著提高玉米吐絲期LAI。

2.4 種植密度和施氮量對吐絲期玉米凈光合速率(Pn)的影響

2017—2019年各年內(nèi)，在吐絲期對施氮量N 180 kg/hm2下4個(gè)密度處理的玉米穗位葉測定的凈光合速率進(jìn)行逐年分析(表1和圖3)發(fā)現(xiàn)，不同年份密度和施氮量對玉米凈光合速率的影響不同，僅2019 年影響顯著 (P< 0.01)；3 年綜合分析 (表1)發(fā)現(xiàn)，不同密度下凈光合速率顯著不同(P< 0.05)，呈現(xiàn)出隨密度的增加Pn先降低再增加的趨勢，具體為M4.5 [28.19 μmol/(m2·s)] > M9.0 [26.21 μmol/(m2·s)] >M7.5 [26.03 μmol/(m2·s)] > M6.0 [23.09 μmol/(m2·s)]；而施氮量則對其無顯著影響(P> 0.05)，但Pn呈隨施氮量的增加而增加的趨勢，從N120到N240氮量下依次為 25.47、26.03 和 27.50 μmol/(m2·s)。

圖3 2017—2019年吐絲期施氮量180 kg/hm2下不同種植密度和7.5萬株/hm2密度下不同施氮量對玉米吐絲期葉片凈光合速率的影響Fig. 3 Effects of plant densities under N rate of 180 kg/hm2 and the effects of N rates under density of 75000 plants/hm2 on Pn at silking stage of maize in 2017?2019

2.5 種植密度、施氮量及其互作對玉米光能利用率(LUE)的影響

2017—2019年各年內(nèi)種植密度對鄭單958(ZD958)的光能利用率(LUE)影響顯著不同(表1和圖2d)，2017—2019年LUE平均分別為1.58%、1.99%和2.20%。從各年的光照強(qiáng)度(圖1)來看，2017年光合輻射值為2427.84 MJ/m2均高于其后兩年(2018和2019年分別為1925.14和1553.31 MJ/m2)，該年低種植密度下光能利用率高于其他密度(表1，P< 0.001)，具體表現(xiàn)為 M4.5 (1.90%) > M7.5 ≈ M9.0(1.50%) > M6.0 (1.43%)；2018 年不同密度下，ZD958 光能利用率表現(xiàn)為 M7.5 (2.23%) > M6.0(2.10%) > M9.0 (2.08%) > M4.5 (1.56%)，且各密度下LUE 存在顯著差異 (表1，P< 0.001)；而 2019 年光合輻射值低于其他兩年，但較高密度時(shí)其光能利用率高于低密度時(shí)(表1，P< 0.001)，表現(xiàn)為M9.0(2.52%) > M7.5 (2.48%) > M6.0 (1.93%) > M4.5(1.89%)。這可能與2017年玉米倒伏率有關(guān)，田間倒伏調(diào)查結(jié)果顯示2017年ZD958在不同密度下倒伏率的表現(xiàn)為 M9 (15.6%) > M6 (8.3%) > M7.5 (5.5%) >M4.5 (4.9%)，致使2017年ZD958在M4.5密度下產(chǎn)量(圖2a)和干物質(zhì)量(圖2b)較高有關(guān)，從而其LUE較高；而2018和2019年未發(fā)生倒伏。同時(shí)，綜合3年不同密度下光能利用率發(fā)現(xiàn)(表1)，種植密度顯著影響鄭單 958 (ZD958)的 LUE (P< 0.001)，在7.5萬株/hm2密度下平均LUE最高(2.07%)，較密度M4.5、M6.0和M9.5處理平均分別顯著提高了0.29%、0.25%和0.04%。

而施氮量對玉米光能利用率的影響在不同年份表現(xiàn)不同，僅2017年ZD958的LUE受到了施氮量的顯著影響(P<0.05)，但各年內(nèi)其LUE隨施氮量的增加均呈現(xiàn)出先升高再降低的趨勢；綜合3年田間試驗(yàn)結(jié)果(表1、圖2d)來看，施氮量對ZD958的LUE影響不顯著(P>0.05)，但呈現(xiàn)出隨施氮量的增加LUE先增加后降低的趨勢，LUE在施氮量為N 180 kg/hm2水平下最高，3年平均為2.0%，較N120和N240處理分別提高了0.06%和0.17%。

密度與施氮量互作對ZD958的LUE影響在不同年份之間也表現(xiàn)不同(表1和圖2d)，2017年互作顯著影響 ZD958的 LUE (P<0.05)，而在 2018和2019年影響則不顯著(P> 0.05)；但對3年結(jié)果綜合分析(表1)發(fā)現(xiàn)，互作對LUE的影響顯著(P< 0.01)，不同密度下LUE的平均變幅為9.93% (1.95%～16.2%)，而施氮量引起LUE的變幅則平均為6.01%(3.01%～9.11%)，故密度對于LUE的影響大于施氮量；同時(shí)，3年內(nèi)LUE在M7.5+N240處理下平均值最高，為2.16%。

2.6 密度和施氮量互作條件下玉米主要指標(biāo)間的相關(guān)性分析

光能利用率與產(chǎn)量、秸稈干物質(zhì)量、葉面積指數(shù)和凈光合速率之間的相關(guān)關(guān)系如表2所示。光能利用率與產(chǎn)量、秸稈干物質(zhì)量、LAI和光合作用呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P< 0.01)，產(chǎn)量又與秸稈干物質(zhì)量和凈光合速率顯著正相關(guān)(P< 0.01)，干物質(zhì)量與LAI顯著正相關(guān) (P< 0.01)，LAI和凈光合速率顯著正相關(guān)(P< 0.05)。說明密度和施氮量互作通過調(diào)控玉米生育期的群體內(nèi)部通風(fēng)、光照條件和凈光合速率，提高了光能利用率，影響了群體生長和干物質(zhì)積累，促進(jìn)光合產(chǎn)物的積累，從而提高玉米的產(chǎn)量。

表2 玉米光能利用率與產(chǎn)量等性狀的相關(guān)性分析Table 2 Pearson correlation analysis of LUE and yield and other agronomic parameters of maize

3 討論

作物光能利用率(LUE)是一個(gè)復(fù)雜的過程，其受品種、氣象因素、密度、水肥管理措施和生育時(shí)期等因素的綜合影響[2,8-9,31-32]；而作物產(chǎn)量的高低主要取決于光能資源質(zhì)量和其對光能利用率的大小，太陽輻射是影響玉米產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蛩刂籟8,32]。本研究結(jié)果再次驗(yàn)證了年際間光合輻射能量(圖1)顯著影響ZD958光能利用率和產(chǎn)量(圖2)[33]，Shafiq等[34]也指出光照強(qiáng)度 (PAR，photosynthetic active radiation，光合有效輻射)的強(qiáng)弱影響作物對光能的利用，低光強(qiáng)抑制了葉片的生長[35]，引起CO2同化速率和光合速率降低，從而導(dǎo)致生物量和產(chǎn)量降低。因此，本研究結(jié)果認(rèn)為在低光強(qiáng)(或輻射強(qiáng)度)下可通過合理提高種植密度、增加群體等方法改變作物形態(tài)，增強(qiáng)葉片對光的截獲能力，提高其光合速率、光能利用效率和產(chǎn)量[4,10]。

除太陽有效輻射等氣象因素外，密度和氮肥均對玉米葉片光合特性、光能利用和產(chǎn)量產(chǎn)生重大影響[19,33-36]。本研究中，總體上ZD958光能利用率隨著密度的增加呈先增加后降低的趨勢，合理密植可以提高群體對光能的截獲，進(jìn)而提高光能利用率[14,27-28]，但過度密植則會(huì)降低光能利用率[37-38]。已有研究表明葉面積指數(shù)(LAI)是影響玉米光合作用和光能利用率的重要因素，LAI隨密度的增加而顯著提高[27,36-37]；本研究發(fā)現(xiàn)，LAI受密度的顯著影響，總體上隨密度增加的變化趨勢基本上與光能利用率的變化趨勢一致 (表1，圖2)，這與崔曉朋等[38]研究結(jié)果相似，即適當(dāng)?shù)脑黾用芏?，其冠層特性?yōu)勢明顯，可增大LAI、提高作物的光合面積，充分利用不同層次的光資源，提高光能利用率；雖然種植密度、品種、區(qū)域及管理措施不完全一致，但本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果相似，即相對于適宜密度或低密度條件，高密度條件下(≥90000株/hm2)的葉片凈光合速率下降，光能利用率和光合產(chǎn)物顯著降低[17,33,39-40]。

同時(shí)，合適的氮肥施用量是作物利用適宜種植密度充分發(fā)揮群體優(yōu)勢進(jìn)行光合生產(chǎn)的營養(yǎng)物質(zhì)保障，可促進(jìn)玉米生育后期營養(yǎng)器官中有機(jī)物的合成及防止葉片早衰，保證碳氮代謝的順利進(jìn)行，有利于作物增產(chǎn)[15,17,19,32]。氮素通過影響光合作用進(jìn)一步調(diào)控作物產(chǎn)量的形成，合理的施氮量是塑造作物高效冠層的重要因素，增強(qiáng)生育期的凈光合速率，提高光能利用率，促進(jìn)光合產(chǎn)物積累和轉(zhuǎn)移，有利于增產(chǎn)潛力的發(fā)揮[14,41-43]。本研究結(jié)果表明，施氮量可對玉米的光能利用率產(chǎn)生一定的影響，但其顯著與否會(huì)受到種植年限的影響，并對LAI、產(chǎn)量也產(chǎn)生顯著影響，但對凈光合速率無顯著影響(圖3)，但肖萬欣等[19]指出，適宜的施用氮素對玉米灌漿期光合速率的提高有明顯的促進(jìn)作用，這可能與品種、測量時(shí)期不同有關(guān)；徐麗娜等[44]指出，減施氮肥，特別是前期低氮投入可改善冠層結(jié)構(gòu)、提高透光率并增強(qiáng)群體的光合能力，從而提高玉米產(chǎn)量；本研究也表明減量施氮(N120、N180)情況下其光能利用率高于常規(guī)施氮量(N240)，但差異不顯著。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氮密互作對玉米光能利用率的影響受到了年際間氣候條件(圖1、表1)，特別是開花灌漿關(guān)鍵時(shí)期的太陽輻射量的影響[22]，2017年的光合輻射量明顯高于2018年，2017年ZD958的光能利用率顯著受到氮密互作的影響，而氮密互作對2018年ZD958的光能利用率影響則不顯著(圖2、表1)；同時(shí)，通過方差分析結(jié)果(表1)可知，本研究中密度對光能利用率的影響(平均變幅9.93%)大于施氮量(平均變幅6.01%)，這與李明等[36]對玉米產(chǎn)量影響最大的是種植密度，其次是氮肥用量的研究結(jié)論一致；也與馬國勝等[14]密度對產(chǎn)量和群體生理指標(biāo)的綜合效應(yīng)大于氮肥相一致。這是由于密度直接且有效地改變了田間的光照、溫度、通風(fēng)狀況等與玉米生長關(guān)系極為密切的氣象條件，而氮肥對以上田間氣象條件改變的能力相對有限，因而對玉米光能利用效率、籽粒產(chǎn)量形成綜合影響效應(yīng)[14,17]，從而表現(xiàn)為密度的影響顯著大于氮肥。本研究結(jié)果與肖萬欣等[19]氮素水平對玉米生產(chǎn)的調(diào)控作用大于密度的結(jié)果不一致。

4 結(jié)論

玉米光能利用率受到密度和密度與施氮量互作的顯著影響，且密度對玉米光能利用率的影響顯著大于施氮量。結(jié)合本試驗(yàn)各處理下的產(chǎn)量水平，建議在當(dāng)?shù)赜衩自耘嗉夹g(shù)條件和太陽輻射強(qiáng)度呈下降趨勢背景下，通過適當(dāng)增密和合理施氮來提高玉米的光能利用率，以提高玉米產(chǎn)量。