化控措施下氮肥用量對玉米干物質(zhì)積累、抗倒伏能力及產(chǎn)量的影響

馬 棟，梁玉清，鄭 榮，楊惠玲，李金荷，陳 蒼

（酒泉市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 酒泉 735000）

玉米是我國重要的糧食作物，對保障我國糧食安全作出了重要的貢獻(xiàn)，目前人們生活水平日益提高，對糧食需求量不斷提升，因此，提高玉米產(chǎn)量成為當(dāng)前的重要研究課題。通過增加玉米種植密度，依靠群體發(fā)揮增產(chǎn)來提高產(chǎn)量，是實現(xiàn)作物高產(chǎn)的重要措施之一[1-2]，然而隨著玉米種植密度的增加，玉米基部節(jié)間的長度增加，節(jié)間的機械組織厚度降低，加之株高和穗位高增加，導(dǎo)致抗倒伏能力降低，倒伏率增加，使得玉米群體結(jié)構(gòu)被破壞，嚴(yán)重影響了產(chǎn)量和品質(zhì)形成[3]。玉米化學(xué)調(diào)控技術(shù)應(yīng)用降低了玉米株高、穗位高，增加基部節(jié)間莖粗[4]，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，化學(xué)調(diào)控技術(shù)還能夠調(diào)節(jié)玉米內(nèi)源激素的平衡，改善玉米冠層結(jié)構(gòu)，提高光溫水的利用率，從而促進(jìn)植株生長發(fā)育，提高玉米產(chǎn)量[5]。馬正波等[6]研究表明，矮壯素處理提高了2 個夏玉米品種的灌漿速率，改善了產(chǎn)量構(gòu)成因素，從而提高夏玉米單產(chǎn)水平；在低氮和中氮水平下，矮壯素處理提高了夏玉米灌漿中后期的灌漿速率，從而提高玉米籽粒粒質(zhì)量和穗粒數(shù)，增加了產(chǎn)量。氮肥是作物生長的第一大營養(yǎng)元素，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)不可替代的作用，在高密度栽培下，氮肥的用量對玉米產(chǎn)量至關(guān)重要[7]，但是過多使用氮肥又造成資源浪費，因此，研究化控和氮肥對作物生長特性的影響是降低倒伏、提高產(chǎn)量的重要途徑[8]。張盼盼等[9]研究表明，不同基因型玉米對氮肥需求量不同，在氮肥減施條件下，高氮效率品種的玉米穗位葉有較高的葉綠素含量和氮素代謝相關(guān)酶活性，保證了植株物質(zhì)積累和氮素同化能力，維持氮代謝過程中較高的氮利用效率，但是氮肥減少量不宜太大，以減施20%為宜。張倩等[10]研究表明，氮肥施用量為180 kg/hm2并噴施30%乙烯利有利于塑造玉米高產(chǎn)株型，減少倒伏，顯著提高產(chǎn)量。劉笑鳴等[11]研究表明，化控能夠增加春玉米基部節(jié)間的力學(xué)特性，增加抗倒伏能力，玉米產(chǎn)量提高8.7%。前人對調(diào)節(jié)劑和氮肥對玉米生長的影響主要是在化控條件下對氮肥用量進(jìn)行研究，有關(guān)化控和氮肥互作的研究較少。

本研究選用2 種調(diào)節(jié)劑和3 個氮肥梯度，研究玉米干物質(zhì)積累及抗倒伏特性，旨在為提高玉米產(chǎn)量提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在酒泉市城關(guān)鎮(zhèn)試驗田進(jìn)行，該地屬于大陸性干旱氣候，干燥寒冷，降水奇缺。年平均溫度3.9～9.3 ℃，無霜期127～158 d。夏季干熱而較短促，冬季寒冷而較漫長，但春季升溫迅速。年平均降雨量84 mm，集中在6—10 月，年平均蒸發(fā)量2 141.4 mm，超過降雨量27.3 倍，年平均日照時數(shù)為3 056.4 h。

1.2 試驗材料

供試玉米品種為京科968，由北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心提供?；貏┻x用北京綠洲之星科技有限公司生產(chǎn)的壯豐靈（30%乙烯利·蕓苔素內(nèi)酯）和福建浩倫生物工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的玉黃金（30%胺酰酯·乙烯利）。試驗用氮肥為尿素，磷肥為磷酸二氫銨，鉀肥為硫酸鉀。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2019 年采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置2 個化控處理，分別為壯豐靈（H1，施用量為400 mL/hm2）和玉黃金（H2，施用量為380 mL/hm2），在玉米6 葉期進(jìn)行化控處理。4 個氮肥處理分別為0（N0）、120（N1）、200（N2）、280 kg/hm2（N3），磷肥和鉀肥的施用均為90 kg/hm2，在玉米播種前將所有氮肥的50%，所有磷肥和鉀肥作為基肥一次施入，剩余氮肥在玉米拔節(jié)期進(jìn)行追施，每小區(qū)面積約38.4 m2，每處理重復(fù)3 次，隨機排列，種植密度為9 萬株/hm2，于2019 年4 月28 日播種，9 月28 日收 獲，其他田 間管理同高產(chǎn)田管理。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 玉米干物質(zhì)積累量的測定 分別在開花抽雄期、灌漿期、乳熟期和完熟期取樣，取玉米地上部于105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，進(jìn)行稱質(zhì)量，并計算花后單株干物質(zhì)積累量和貢獻(xiàn)率。

其中，A為成熟期單株干物質(zhì)積累量，B為開花期單株干物質(zhì)積累量，C為花后單株干物質(zhì)積累量。

1.4.2 莖稈力學(xué)特征的測定 在玉米灌漿期，選擇5 株生長一致的玉米植株，用植物莖稈強度測定儀（石家莊艾沃士科技有限公司，型號AWOS-SL04）測定穿刺強度和彎折強度。用橫斷面積為0.01 cm2的測頭，相距莖稈與2 個支撐點之間10 cm，使探頭勻速緩慢穿破莖稈韌皮部，讀取測量值。玉米發(fā)生莖稈彎折的部位通常在穗下第2～6 節(jié)，本試驗測定玉米第4、5、6 節(jié)間中 部，每莖節(jié)測定3 次，求 平均值。

1.4.3 倒伏率的測定 在完熟期調(diào)查實際倒伏率。

1.4.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測定 在玉米完熟期收獲，在小區(qū)中間取4 行進(jìn)行測產(chǎn)。隨后在每個小區(qū)選取10 穗玉米進(jìn)行考種，分別測定穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 17.0軟件進(jìn)行處理和分析，多重比較釆用Tukey法。

2 結(jié)果與分析

2.1 2 種化控措施下氮肥用量對玉米干物質(zhì)積累量的影響

由表1 可知，隨著玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)，玉米干物質(zhì)積累量呈逐漸升高的趨勢，在各生育時期，干物質(zhì)積累量隨氮肥施用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，均在N2 處理時達(dá)到最大。在抽雄期，H1N1、H1N2 和H1N3 處理分別比H1N0 處 理高17.19%、22.82% 和16.52%，H2N1、H2N2 和H2N3 處理分別比H2N0 處理高12.28%、17.48%和12.57%，同一施氮量時，化控處理間差異不顯著。在灌漿期，H1N1、H1N2 和H1N3 處理分別比H1N0 處理高14.94%、24.25% 和9.38%，H2N1、H2N2 和H2N3 處理分別比H2N0 處理高18.71%、28.89%和19.04%，同一施氮量時，H2 處理的干物質(zhì)積累量顯著高于H1 處理，乳熟期和完熟期變化趨勢和灌漿期相似?；ê蟾晌镔|(zhì)積累量隨氮肥用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，H1N1、H1N2 和H1N3 處理分別比H1N0 處理高19.53%、29.39% 和23.38%，H2N1、H2N2 和H2N3 處理分別比H2N0 處理高21.74%、37.31%和27.02%，同一施氮量時，H2 處理的干物質(zhì)積累量顯著高于H1處理，花后干物質(zhì)貢獻(xiàn)率H2N2 處理最高，除H2N3處理外，顯著高于其他處理。對干物質(zhì)積累進(jìn)行變異來源分析表明，各時期干物質(zhì)積累量、花后干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)貢獻(xiàn)率在H 和N 處理下均達(dá)到顯著水平，而H 和N 互作沒有顯著差異。

表1 2 種化控措施下氮肥用量對玉米干物質(zhì)積累量的影響Tab.1 Effects of nitrogen fertilizer dosage on dry matter accumulation of maize under two chemical control measures

2.2 2 種化控措施下氮肥用量對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表2 可以看出，生長調(diào)節(jié)劑和氮肥對玉米有效穗數(shù)和穗行數(shù)沒有顯著影響。氮肥對行粒數(shù)的影響較大，在同一調(diào)節(jié)劑處理下隨氮肥用量增加呈先升高后降低的變化趨勢，其中，H1N1、H1N2 和H1N3 處理分別比H1N0 處理高23.66%、36.35%和25.81%，H2N1、H2N2 和H2N3 處理分別比H2N0處理高25.53%、39.36%和27.66%，同一氮肥處理時調(diào)節(jié)劑處理間差異不顯著。H2N2 處理的千粒質(zhì)量最大，除了H1N2 處理外，顯著高于其他處理。玉米產(chǎn)量隨氮肥用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，其 中，H1N1、H1N2 和H1N3 處 理分別比H1N0 處理高29.52%、52.46%和33.78%，H2N1、H2N2 和H2N3 處理分別比H2N0 處理高27.06%、40.31%和34.39%，化控處理間差異不顯著。分析變異來源，結(jié)果表明，H、N 和H×N 對穗數(shù)和穗行數(shù)的影響均沒有達(dá)到顯著水平，H 和N 對行粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平，H×N影響顯著。

表2 2 種化控措施下氮肥用量對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Tab.2 Effects of nitrogen fertilizer dosage on maize yield and yield components under two chemical control measures

2.3 2 種化控措施下氮肥用量對玉米莖稈力學(xué)特征的影響

由圖1 可知，玉米第3 節(jié)間穿刺強度隨氮肥用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，在H1 處理下，H1N1、H1N2 和H1N3 處理分別比H1N0 處 理增加13.98%、21.62%和17.55%，H1N2 處理最高，顯著高于H1N1 處理；在H2 處理下，H2N1、H2N2和H2N3 處理分別比H2N0 處理增加14.41%、29.57%和23.22%，各處理間差異均顯著，穿刺強度依次為H2N2＞H2N3＞H2N1＞H2N0。

圖1 2 種化控措施下氮肥用量對玉米第3 節(jié)間穿刺強度的影響Fig.1 Effect of nitrogen fertilizer dosage on punctures strength of the third internode of maize under two chemical control measures

由圖2 可知，玉米第3 節(jié)間彎折強度隨氮肥用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，在H1 處理下，H1N1、H1N2 和H1N3 處理分別比H1N0 處 理增加10.45%、18.49%和16.10%，H1N2 處理最高，顯著高于H1N1 處理；在H2 處理下，H2N1、H2N2和H2N3 處理分別比H2N0 處理增加13.69%、21.59% 和19.22%，H2N2 處理最 高，顯著高 于H2N1 處理，在同一施氮量時，H2 處理的穿刺強度和彎折強度均顯著高于H1 處理。

圖2 2 種化控措施下氮肥用量對玉米第3 節(jié)間彎折強度的影響Fig.2 Efects of nitrogen fertilizer dosage on bending strength of the third internode of maize under two chemical control measures

2.4 2 種化控措施下氮肥用量對玉米倒伏率的影響

2 種化控措施下氮肥用量對玉米倒伏率的影響如圖3 所示。

圖3 2 種化控措施下氮肥用量對玉米倒伏率的影響Fig.3 Effects of nitrogen fertilizer dosage on maize lodging rate under two chemical control measures

倒伏率是反映玉米倒伏情況及抗倒伏能力最直觀的指標(biāo)。由圖3 可知，化控處理下增施氮肥可顯著降低玉米倒伏率，且隨氮肥用量的增加呈先降低后升高的變化趨勢，在H1 處理下，倒伏率依次為H1N2＜H1N3＜H1N1＜H1N0，處理間差異均顯著，H1N1、H1N2 和H1N3 處理分別比H1N0 處 理降低34.60%、66.85% 和52.22%；在H2 處理下，H2N1、H2N2 和H2N3 處理的倒伏率分別比H2N0處理降低34.30%、68.79%和61.67%，同一施氮量時化控處理間沒有顯著差異。

3 結(jié)論與討論

干物質(zhì)積累反映玉米植株生長狀況，干物質(zhì)的積累還直接影響玉米產(chǎn)量[12]。戴明宏等[13]研究認(rèn)為，生長后期的光合生產(chǎn)力決定了玉米籽粒產(chǎn)量，對籽粒的貢獻(xiàn)率在78%～84%。大量研究表明，在一定范圍內(nèi)只有干物質(zhì)積累量達(dá)到一定數(shù)量玉米籽粒才能夠形成產(chǎn)量[14]，施用氮肥能夠提高干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運的速率[15]。王佳等[16]研究表明，施氮量為270 kg/hm2是提高玉米葉片光合特性的最佳處理，且在此處理下玉米獲得最高產(chǎn)量。張雪彪等[17]研究表明，甜糯玉米秸稈生物量隨著施氮量增加呈拋物線變化，最佳施氮量為363 kg/hm2。調(diào)節(jié)劑能夠調(diào)控玉米株型，改善形態(tài)建成，進(jìn)而影響玉米產(chǎn)量。蔣遷等[18]研究表明，在噴施不同植物生長調(diào)節(jié)劑后，玉米的生長發(fā)育及產(chǎn)量均受到不同程度影響，并且在高密條件下影響更加明顯；在高密條件下，噸田寶處理使玉米的千粒質(zhì)量、產(chǎn)量顯著增加。本研究表明，干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)積累隨氮肥施用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，均在200 kg/hm2處理時達(dá)到最大。在同一施氮量時，玉黃金處理化控的干物質(zhì)積累量顯著高于壯豐靈。本研究表明，氮肥對行粒數(shù)、千粒質(zhì)量的影響較大，并最終影響玉米產(chǎn)量，在同一調(diào)節(jié)劑處理下隨氮肥用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，在施氮量為200 kg/hm2時，壯豐靈和玉黃金處理產(chǎn)量達(dá)到最高，和佟桐等[19]的研究結(jié)果一致。因此，化控處理下施氮量為200 kg/hm2，有助于塑造合理的群體結(jié)構(gòu)，提高干物質(zhì)積累量，最終實現(xiàn)高產(chǎn)。

玉米莖稈易受環(huán)境條件的影響，導(dǎo)致莖稈基部倒伏或折斷，引起作物收獲和大量減產(chǎn)，因此，研究玉米抗倒伏能力是目前玉米生產(chǎn)的重要課題。化控能夠調(diào)節(jié)玉米內(nèi)部的激素平衡和物質(zhì)轉(zhuǎn)化，提高基部莖節(jié)的纖維素含量，縮短基部節(jié)間長度，增加抗倒伏的能力[20]。樊海潮等[21]研究表明，化控處理提高玉米抗倒伏能力主要是由于增加了玉米第3節(jié)間強度，與此同時，氮肥也是影響秸稈抗倒伏能力的重要因素，過量施氮會降低莖稈機械強度，增加倒伏風(fēng)險，降低產(chǎn)量[22]。因此，在玉米生產(chǎn)中，適宜的氮肥施用量是提高玉米抗倒伏能力和產(chǎn)量的重要措施[23]。吳旺嬪等[24]研究表明，施氮量較大有利于提高玉米莖粗，氮肥基追比例對玉米抗倒伏性狀有一定影響，在基追比為2∶6 時，株高、穗位高、倒折率最低。劉笑鳴[25]研究表明，隨氮肥水平的提高，莖稈抗折斷力和穿刺強度顯著降低，最大、最小直徑先增加后降低，基部節(jié)間長顯著增加。本研究表明，玉米第3 節(jié)間穿刺強度和彎折強度隨氮肥用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，氮肥用量為200 kg/hm2時最大，倒伏率最低，主要是由于氮肥促進(jìn)了莖稈物質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而增強抗倒伏能力。

綜上所述，壯豐靈和玉黃金都能夠提高玉米抗倒伏能力，在施氮量為200 kg/hm2時，干物質(zhì)積累量及花后干物質(zhì)積累量達(dá)到最大值，顯著提高莖稈穿刺強度和彎折強度，產(chǎn)量分別比不施氮肥增加52.46%和40.31%，因此，在高密度栽培化控處理下，氮肥施用量為200 kg/hm2，能夠增加干物質(zhì)積累量，降低倒伏率，最終實現(xiàn)高產(chǎn)。