氮素水平和種植密度對(duì)山西省春玉米產(chǎn)量的影響

孫炬仁 邢國(guó)芳

摘要：分別以春玉米品種強(qiáng)盛16、屯玉99為研究對(duì)象，設(shè)置3個(gè)施氮量和4個(gè)種植密度，通過(guò)統(tǒng)計(jì)穗長(zhǎng)、穗粗、穗質(zhì)量、禿尖長(zhǎng)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量，分析不同施氮量和種植密度對(duì)玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，較低的種植密度有利于穗長(zhǎng)，不利于禿尖長(zhǎng)。種植密度對(duì)穗粗、穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量影響不大;在玉米產(chǎn)量方面，強(qiáng)盛16、屯玉99表現(xiàn)出協(xié)同性，均隨著種植密度的上升先上升后下降;強(qiáng)盛16最佳的種植密度為6.0×104 株/hm2，屯玉99最佳的種植密度為7.5×104株/hm2。施氮量對(duì)玉米的穗長(zhǎng)影響不明顯，對(duì)穗粗、穗質(zhì)量、禿尖長(zhǎng)有明顯影響，但最終反映在百粒質(zhì)量和產(chǎn)量上的影響卻不明顯;強(qiáng)盛16、屯玉99較佳的施氮量均為360 kg/hm2。通過(guò)對(duì)山西春玉米施氮量和種植密度互作對(duì)產(chǎn)量的影響研究，強(qiáng)盛16 獲得最高產(chǎn)量為795 kg/667 m2，屯玉99獲得最高產(chǎn)量為684 kg/667 m2。

關(guān)鍵詞：施氮量;種植密度;春玉米;產(chǎn)量;互作影響

中圖分類號(hào)： S513.04;S513.06? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）21-0116-04

收稿日期：2021-03-17

基金項(xiàng)目：山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：201803D221008-4）; 山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新基金（編號(hào)：2015145）;晉中市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：Y192011）。

作者簡(jiǎn)介：孫炬仁（1969—），男，山西朔州人，碩士，副教授，研究方向?yàn)橹参锊∠x(chóng)害防治及設(shè)施園藝生產(chǎn)等。E-mail：sunju09@126.com。

通信作者：邢國(guó)芳，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樽魑餇I(yíng)養(yǎng)高效機(jī)理研究。E-mail：guofxing134@136.com。

山西省農(nóng)作物種植面積達(dá)384.05萬(wàn)hm2，其中玉米種植面積為1 67.65萬(wàn)hm2，是我國(guó)重要的玉米生產(chǎn)區(qū)。根據(jù)山西省玉米最新區(qū)域規(guī)劃，山西省玉米種植分區(qū)可分為7個(gè)區(qū)（5個(gè)春播區(qū)，2個(gè)夏播區(qū)）：分別為春播極早熟、春播早熟、春播中熟、春播中晚熟、春播晚熟、夏播早熟、夏播中熟玉米區(qū)[1]。山西玉米種植區(qū)常年存在氮肥過(guò)量施用、氮肥利用效率低、氮素流失造成農(nóng)田水體污染等問(wèn)題。合理密植以建立優(yōu)勢(shì)的群體構(gòu)造，提高光合作用，已成為實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)最為經(jīng)濟(jì)有效的途徑。大量研究表明，在作物種植過(guò)程中，種植密度會(huì)對(duì)作物的根系發(fā)育、莖稈特性、穗位、株高等方面造成影響。近年來(lái)學(xué)者們一直致力于通過(guò)提高玉米種植密度來(lái)創(chuàng)造高產(chǎn)的研究[2]。干物質(zhì)的累積狀況影響作物籽粒的產(chǎn)量，而單株與群體的干物質(zhì)累積量之間是相互矛盾的，玉米籽粒產(chǎn)量與種植密度呈二次拋物線關(guān)系。氮素是農(nóng)作物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)元素之一，我國(guó)目前施肥不合理的狀況非常嚴(yán)重，農(nóng)作物當(dāng)季利用氮肥的平均值不足40%。蘆大偉等研究發(fā)現(xiàn)，玉米種植控制事宜施氮量可以延長(zhǎng)干物質(zhì)的累積從而促進(jìn)后期物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和籽粒的灌漿[3]。鄭偉等認(rèn)為，在施氮量不足或者過(guò)量的情況下都會(huì)使玉米百粒質(zhì)量下降，只有在氮素施用適量時(shí)百粒質(zhì)量才增加[4]。關(guān)于氮肥和種植密度的互作效應(yīng)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響研究大多集中在棉花、油菜籽、水稻、小麥等作物上。其中對(duì)小麥的研究發(fā)現(xiàn)，施氮量和種植密度均能顯著影響小麥的產(chǎn)量以及產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)，但兩者中種植密度是主要的。在適當(dāng)?shù)姆N植密度和施氮量條件下，如果充分利用二者的協(xié)作效應(yīng)，不僅可以提高氮素的利用效率還能獲得較高的籽粒產(chǎn)量[5-7]。而玉米種植中的氮肥和密度協(xié)同影響研究較少，且研究時(shí)僅考量單一因子如生長(zhǎng)性狀、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量等方面[8]。本研究以山西太行山壽陽(yáng)玉米種植區(qū)的強(qiáng)盛16、屯玉99玉米品種為材料，開(kāi)展施氮量和種植密度互作對(duì)玉米產(chǎn)量的影響研究，以期為山西省春玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與基本情況

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在太行山壽陽(yáng)玉米種植區(qū)，該地區(qū)平均海拔高度753 m，平均氣溫17.8 ℃，無(wú)霜期 78 d，降水量452 mm，日照時(shí)數(shù)1 387 h，土壤類型為沙質(zhì)土壤，播種前土壤pH值為7.64，全氮含量為1.27 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量為17.3 g/kg，速效磷含量為19.6 mg/kg，速效鉀含量為121.3 mg/kg[9]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2個(gè)供試品種分別為強(qiáng)盛16、屯玉99，其中強(qiáng)盛16為春播早熟玉米品種，屯玉99為春播晚熟玉米品種。共設(shè)3個(gè)氮素水平和4個(gè)種植密度（表1），重復(fù)3次，共72個(gè)小區(qū)。各區(qū)種植面積為 36 m2（6 m×6 m，水溝寬度0.5 m）。試驗(yàn)所施磷肥、鉀肥均按照 95 kg/hm2 標(biāo)準(zhǔn)施用[10]。于2020 年6月12日進(jìn)行播種，10月5日收獲。

1.3 測(cè)試方法

于成熟期從每個(gè)小區(qū)中選出長(zhǎng)勢(shì)均勻、具有代表性的玉米植株15株。隨機(jī)選取10個(gè)玉米穗，測(cè)定每穗行數(shù)、列數(shù)并得到每穗粒數(shù)，全部脫粒后，隨機(jī)數(shù)3個(gè)200粒，計(jì)算平均值得到百粒質(zhì)量，然后測(cè)定含水量，計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量（按14%含水量換算）。同時(shí)測(cè)定穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗[11-13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量和密度互作對(duì)玉米果穗長(zhǎng)度的影響

從圖1、圖2中可以看出，果穗長(zhǎng)度隨著種植密度的增大，呈現(xiàn)階梯狀遞減。當(dāng)種植密度為4.5×104、6.0×104 株/hm2（D1、D2）時(shí)，果穗長(zhǎng)度的差異性不明顯。強(qiáng)盛16在無(wú)施氮量下，果穗長(zhǎng)度最長(zhǎng)，為 21.90 cm。屯玉99在施氮量為360 kg/hm2（N3）時(shí)，果穗長(zhǎng)度最長(zhǎng)，為22.31 cm。當(dāng)種植密度增加到7.5×104 株/hm2（D3）時(shí)，2個(gè)品種的果穗長(zhǎng)度均明顯下降，而不同施氮量下差異不明顯。說(shuō)明種植密度和施氮量互作情況下，種植密度是影響果穗長(zhǎng)度的關(guān)鍵因素，適當(dāng)進(jìn)行施氮有利于屯玉99晚熟種的生長(zhǎng)。

2.2 施氮量和密度互作對(duì)玉米果穗粗的影響

從圖3、圖4中可以看出，2個(gè)品種果穗粗隨著種植密度的增大，基本呈現(xiàn)先降低后緩慢上升的趨勢(shì)，總體差異性不明顯。而不同的施氮量果穗粗表現(xiàn)出

較大的差異性，2個(gè)品種果穗粗均隨著施氮量的增大先增大后下降。強(qiáng)盛16、屯玉99在360 kg/hm2施氮量（N3），種植密度為9.0×104 株/hm2（D4）時(shí)，果穗粗最大，分別為6.27、6.34 cm。說(shuō)明種植密度和施氮量互作情況下，施氮量是影響果穗粗的關(guān)鍵因素，在一定范圍內(nèi)，增大施氮量有利于果穗粗增大。

2.3 施氮量和密度互作對(duì)玉米果穗質(zhì)量的影響

從圖5、圖6中可以看出，2個(gè)品種果穗質(zhì)量在種植密度和施氮量互作情況下，表現(xiàn)出一致性，即隨著種植密度的增加，果穗質(zhì)量輕微下降;隨著施氮量的增加，果穗質(zhì)量先上升后下降。但是總體上，強(qiáng)盛16的果穗質(zhì)量要小于屯玉99。不同的種植密度對(duì)果穗質(zhì)量影響不明顯，種植密度和施氮量互作情況下，施氮量是影響果穗質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在一定范圍內(nèi)，增大施氮量有利于果穗質(zhì)量增大，類似于對(duì)果穗粗的影響。施氮量可以提高植株的氮素運(yùn)轉(zhuǎn)率從而促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒的累積，表現(xiàn)在果穗粗和果穗質(zhì)量的增大。

2.4 施氮量和密度互作對(duì)玉米禿尖長(zhǎng)的影響

從圖7、圖8中可以看出，2個(gè)品種果穗禿尖長(zhǎng)隨著種植密度和施氮量的增大，均呈現(xiàn)先快速增加后快速降低，差異明顯?？傮w上，屯玉99的禿尖長(zhǎng)大于強(qiáng)盛16。強(qiáng)盛16、屯玉99在180 kg/hm2施氮量（N2），種植密度為7.5×104 株/hm2（D3）時(shí)，果穗禿尖長(zhǎng)最大，分別為1.75、2.36 cm。說(shuō)明種植密度和施氮量互作情況下，種植密度和施氮量均是影響果穗禿尖長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，都應(yīng)控制在合理范圍。

2.5 施氮量和密度互作對(duì)玉米百粒質(zhì)量的影響

從圖9、圖10可以看出，2個(gè)品種的百粒質(zhì)量在種植密度影響下，基本沒(méi)有變化。但隨著施氮量的增加，百粒質(zhì)量先上升后下降?？傮w上，屯玉99的百粒質(zhì)量要大于強(qiáng)盛16，在180 kg/hm2施氮量（N2），種植密度為6.0×104 株/hm2（D2）時(shí)，強(qiáng)盛16、屯玉99的百粒質(zhì)量分別為58.78、64.32 g。種植密度和施氮量互作情況下，施氮量是影響百粒質(zhì)量的關(guān)鍵因素。屯玉99屬于晚熟品種，在栽培過(guò)程中，適當(dāng)增加施氮量可以提升干物質(zhì)的積累，表現(xiàn)在百粒質(zhì)量的增大。

2.6 施氮量和密度互作對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

影響玉米產(chǎn)量的因素有很多，其中主要影響因素有穗粗、穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量、密度、水分含量和每穗粒數(shù)等指標(biāo)。在標(biāo)準(zhǔn)水分含量為14%條件下，對(duì)不同處理的春玉米品種強(qiáng)盛16、屯玉99的產(chǎn)量測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖11、圖12。

從圖11、圖12可以看出，2個(gè)品種產(chǎn)量在種植密度影響下，產(chǎn)量先上升后下降。當(dāng)種植密度達(dá)到6.0×104 株/hm2（D2）時(shí)，強(qiáng)盛16產(chǎn)量表現(xiàn)出見(jiàn)頂趨勢(shì)，而屯玉99的產(chǎn)量還在上升;直到種植密度達(dá)到7.5×104株/hm2（D3）時(shí)，屯玉99的產(chǎn)量才表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。雖然2個(gè)品種在百粒質(zhì)量上差異不大，但是總體上強(qiáng)盛16的產(chǎn)量要明顯大于屯玉99的產(chǎn)量。2個(gè)品種在一定施氮量范圍內(nèi)，產(chǎn)量均隨著施氮量的增大而增大。在360 kg/hm2施氮量（N3），種植密度為6.0×104 株/hm2（D2）時(shí)，強(qiáng)盛16產(chǎn)量為795 kg/667 m2。在 360 kg/hm2 施氮量，種植密度為7.5×104 株/hm2（D3）時(shí)，屯玉99產(chǎn)量為684 kg/667 m2。種植密度和施氮量互作情況下，種植密度和施氮量均是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。屯玉99屬于晚熟品種，由于栽培時(shí)間長(zhǎng)，在栽培過(guò)程中適當(dāng)增加施氮量和密度對(duì)于產(chǎn)量提升有幫助，而早熟品種強(qiáng)盛16需要適當(dāng)控制種植密度，提高植株群里的綜合光合作用，結(jié)合山西省沙質(zhì)土地的特點(diǎn)，可以通過(guò)增大施氮量來(lái)增加產(chǎn)量。

3 結(jié)論

適宜的施氮量有助于植株生長(zhǎng)中后期葉片的光合能力和氮素的吸收，并可以提高植株的氮素運(yùn)轉(zhuǎn)率從而促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒的累積，達(dá)到氮肥利用率與產(chǎn)量協(xié)同升高。合理增加種植密度，并通過(guò)增加氮肥的施用量是一個(gè)很好的調(diào)節(jié)植株個(gè)體和群體之間矛盾的方法，這樣有利于增加單株和群體的干物質(zhì)積累量，提高穗粒數(shù)，從而可獲得較高的籽粒產(chǎn)量和氮肥利用率。本試驗(yàn)中，山西春玉米在不同種植密度和施氮條件下，產(chǎn)量差異明顯，春玉米品種強(qiáng)盛16獲得高產(chǎn)的最適種植密度為6.0×104 株/hm2，施氮量為360 kg/hm2，最高產(chǎn)量為795 kg/667 m2。春玉米品種屯玉99獲得高產(chǎn)的最適種植密度為 7.5×104 株/hm2，施氮量為360 kg/hm2，最高產(chǎn)量為684 kg/667 m2。該研究可為山西春玉米的規(guī)模化種植提供指導(dǎo)作用，能夠大幅度節(jié)省成本，提高經(jīng)濟(jì)效益、解放勞動(dòng)力[14-15]。

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