播期對(duì)洱海流域玉米產(chǎn)量和氮磷養(yǎng)分利用的影響

陸 佳，鄧 丹，李 雪，夏于茸，賈俊狀，王 弢，胡小康

（大理大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院，云南大理 671003）

玉米Zea mays L.是重要的糧食和飼料作物〔1〕。在全球人口持續(xù)增長的背景下，對(duì)玉米的產(chǎn)量增加及資源高效利用提出了迫切要求〔2〕。對(duì)于云南而言，玉米在全省糧食生產(chǎn)中的作用更加突出。2017—2019年間，云南省年均玉米播種面積占糧食播種總面積的42.6%，產(chǎn)量占全省糧食產(chǎn)量的49.5%〔3〕。

引進(jìn)高產(chǎn)優(yōu)良品種是提升農(nóng)作物產(chǎn)量的重要途徑之一〔4-5〕。研究表明，新品種對(duì)中國玉米產(chǎn)量增加的貢獻(xiàn)率為53%〔6〕。在當(dāng)前眾多玉米品種中，“先玉335”和“鄭單958”是國內(nèi)玉米主產(chǎn)區(qū)的主推品種，二者具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等特性〔7-9〕。引進(jìn)新品種時(shí)，選擇適宜的播種日期（以下簡稱“播期”）是成功引種的關(guān)鍵〔10〕。播期除影響作物產(chǎn)量以外，還影響?zhàn)B分的利用效率、生長發(fā)育進(jìn)程等〔11-14〕。在河北的一項(xiàng)研究〔12〕表明，相差一個(gè)月的時(shí)間，最佳播期可以使產(chǎn)量增加47%～74%。

從全國播種情況看，大理市為玉米中低產(chǎn)區(qū)〔15〕，區(qū)域內(nèi)玉米平均產(chǎn)量為（8 963±1 255）kg/hm2〔16〕，在有些實(shí)驗(yàn)研究中可達(dá)到14 205 kg/hm2〔17-18〕。而國內(nèi)一些高產(chǎn)生產(chǎn)體系中，玉米產(chǎn)量可超過14 400 kg/hm2〔19-20〕。因此，區(qū)域內(nèi)的玉米產(chǎn)量還有很大提升空間，需從多方面采取措施，特別是引進(jìn)高產(chǎn)新品種〔21〕。基于以上分析，本研究在云南省大理市洱海流域開展田間實(shí)驗(yàn)，以“先玉335”和“鄭單958”為研究對(duì)象，探討播期對(duì)2個(gè)玉米品種的產(chǎn)量及氮磷養(yǎng)分吸收利用的影響，以期為區(qū)域玉米生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)概況 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于大理大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站（25°41′N，100°10′E，海拔2 002 m），地處云南省大理白族自治州大理市洱海西側(cè)的農(nóng)田區(qū)域。流域?yàn)閬啛釒Ц咴撅L(fēng)氣候類型，年平均氣溫15.5℃，最暖月平均氣溫20.1℃（7月），最冷月平均氣溫8.6℃（1月）；年降水量1 060 mm。0～50 cm土壤容重1.22～1.46 g/cm3，pH值5.3，有機(jī)質(zhì)含量3.0%～6.7%。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和田間管理 實(shí)驗(yàn)采用雙因素設(shè)計(jì)，2個(gè)研究因素分別為玉米品種和播期。玉米品種設(shè)2個(gè)水平，分別為“先玉335”和“鄭單958”，均為在中國玉米主產(chǎn)區(qū)廣泛種植的品種。播期設(shè)2個(gè)水平，分別為2021年6月20日和2021年7月5日，2批次播種時(shí)間相隔15 d（第1批播種的“先玉335”用“XY1”表示，第2批播種的“先玉335”用“XY2”表示；第1批播種的“鄭單958”用“ZD1”表示，第2批播種的“鄭單958”用“ZD2”表示）。田間實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組的形式布置小區(qū)，小區(qū)規(guī)格4 m×3 m，各區(qū)組間隔1 m，區(qū)組內(nèi)各小區(qū)間隔0.3 m，每個(gè)處理重復(fù)4次。在各小區(qū)內(nèi)部設(shè)置采樣區(qū)，用于在玉米成熟時(shí)測(cè)定產(chǎn)量，以及采集玉米樣品分析氮、磷養(yǎng)分吸收量。采樣區(qū)有3行共30株玉米。本研究每個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量及地上部生物量以30株玉米的樣本量進(jìn)行測(cè)定。

采用條播的方式播種，行距60 cm，株距25 cm，折算成播種密度為66 667株/hm2。播種時(shí)，每個(gè)種植穴播種3粒玉米，待玉米長至3葉期再進(jìn)行間苗，每個(gè)種植穴保留1株壯苗。ZD1于10月30日收獲，生育期共持續(xù)132 d。XY1于11月10日收獲，生育期共持續(xù)143 d。ZD2和XY2于11月18日收獲，2個(gè)品種的生育期共持續(xù)136 d。

在玉米的整個(gè)生育期，各處理的肥料施用量分別為：氮肥（N）200 kg/hm2，磷肥（P2O5）100 kg/hm2，鉀肥（K2O）100 kg/hm2。全生育期30%的氮肥作為基肥，于整地前撒施于地表，并在整地翻土?xí)r與表層0～30 cm土層混合；剩下70%的氮肥作為追肥平均分成2次，分別于6葉期和10葉期進(jìn)行施用。追施氮肥時(shí)，先將氮肥溶于水，然后撒施于地表。磷肥和鉀肥全部用作基肥，與作為基肥的氮肥一起于整地前施用，與表層土壤混合。氮肥為尿素（N含量46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量16%），鉀肥為硫酸鉀（K2O含量52%）。實(shí)驗(yàn)期間為研究區(qū)域的雨季，水分供應(yīng)以雨水為主，僅在播種后，以及追施氮肥時(shí)澆水。定期通過人工拔除實(shí)驗(yàn)地中的雜草。

1.3 產(chǎn)量測(cè)定及樣品采集分析 于蠟熟期收獲玉米，測(cè)定產(chǎn)量和地上部生物量，同時(shí)采集玉米和秸稈樣品用于測(cè)定氮、磷養(yǎng)分含量。測(cè)定產(chǎn)量時(shí)，采集每個(gè)小區(qū)預(yù)留的采樣區(qū)中的玉米，測(cè)量每株玉米的籽粒產(chǎn)量、莖稈干重及葉片干重，計(jì)算每株玉米的秸稈干重（莖稈與葉片的總干量），地上部生物量總干重（籽粒與秸稈的總干重，未測(cè)定玉米穗軸的干重）。籽粒產(chǎn)量為在烘箱中烤種72 h后的籽粒干重。此外，從每個(gè)小區(qū)的30株玉米中選取大小處于中等水平的植株3株，用于測(cè)定莖稈、葉片、籽粒等的水分含量及氮、磷養(yǎng)分含量。玉米莖稈、葉片、籽粒樣品經(jīng)過H2SO4-H2O2消煮后，用凱氏定氮法測(cè)定氮含量，用鉬銻抗顯色法測(cè)定磷含量〔22〕。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析 以30株玉米的均值分別作為各小區(qū)單株玉米的籽粒產(chǎn)量、莖稈干重、葉片干重，最后再分別乘以播種密度，換算成各小區(qū)每公頃的籽粒產(chǎn)量、莖稈干重、葉片干重。本研究中，秸稈產(chǎn)量為每公頃的莖稈和葉片總干重；地上部生物量為每公頃的籽粒和秸稈總干重。每公頃的籽粒、莖稈、葉片的吸氮總量及吸磷總量通過將籽粒、莖稈、葉片等各自的生物量乘以它們相應(yīng)的氮含量及磷含量而得到。收獲指數(shù)＝（籽粒產(chǎn)量/地上部生物量）×100%。

通過氮肥（磷肥）偏生產(chǎn)力、籽粒氮（磷）利用效率、氮（磷）收獲指數(shù)、籽粒氮（磷）偏平衡、地上部氮（磷）偏平衡等5項(xiàng)指標(biāo)表征氮磷養(yǎng)分利用效率，計(jì)算方法如下：氮肥（磷肥）偏生產(chǎn)力（kg/（kg N）及kg/（kg P2O5））=籽粒產(chǎn)量/氮肥（磷肥）施用量；籽粒氮（磷）利用效率（kg/kg）=籽粒產(chǎn)量/地上部吸氮（磷）總量；氮（磷）收獲指數(shù)（%）=（籽粒吸氮（磷）量/地上部吸氮（磷）總量）×100%；籽粒氮（磷）偏平衡=籽粒吸氮（磷）量/氮肥（磷肥）施用量；地上部氮（磷）偏平衡=地上部吸氮（磷）量/氮肥（磷肥）施用量。

用R 3.4.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以（x±s）表示，方差分析檢驗(yàn)處理效應(yīng)的顯著性，事后檢驗(yàn)用TukeyHSD多重比較分析各處理間的差異顯著性。顯著性檢驗(yàn)水平為α＜0.05，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米產(chǎn)量XY1產(chǎn)量最高，比XY2高36.4%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。ZD1與ZD2的產(chǎn)量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見圖1A。對(duì)于地上部生物量而言，XY1生物量比XY2高68.8%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），比ZD1高34.3%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見圖1B。各處理間的收獲指數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見圖1C。

圖1 玉米產(chǎn)量及地上部生物量和收獲指數(shù)

2.2 玉米吸氮量XY1與XY2的籽粒吸氮量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，ZD1與ZD2的籽粒吸氮量差異也無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明播期對(duì)同一品種玉米籽粒吸氮量無顯著影響。“鄭單958”的籽粒吸氮量比“先玉335”高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見圖2A?！班崋?58”的秸稈吸氮量比“先玉335”高，其中ZD1秸稈吸氮量比XY1秸稈吸氮量高65.0%，ZD2秸稈吸氮量比XY2秸稈吸氮量高160.0%，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。播期對(duì)“先玉335”的秸稈吸氮量有顯著影響，對(duì)“鄭單958”的秸稈吸氮量影響不顯著，其中XY1秸稈吸氮量比XY2秸稈吸氮量高68.8%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見圖2B。XY1地上部吸氮量比XY2高52.1%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；“鄭單958”的地上部吸氮總量高于“先玉335”，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見圖2C。

圖2 玉米吸氮量

2.3 玉米吸磷量XY1籽粒吸磷量比XY2高52.7%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；ZD1與ZD2的籽粒吸磷量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見圖3A。XY1及2批次播種的“鄭單958”秸稈吸磷量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但均比XY2秸稈吸磷量高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見圖3B。2個(gè)品種的玉米，第1批播種地上部吸磷總量比第2批播種的高。其中XY1地上部吸磷總量比XY2高46.4%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；ZD1地上部吸磷總量與ZD2之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見圖3C。

圖3 玉米吸磷量

2.4 養(yǎng)分利用效率XY1的氮肥偏生產(chǎn)力及磷肥偏生產(chǎn)力比XY2高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）?！跋扔?35”的籽粒氮及磷利用效率高于“鄭單958”，其中籽粒氮利用效率在品種間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；籽粒磷利用效率為XY2高于2批次播種的“鄭單958”，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。XY2的氮及磷收獲指數(shù)顯著高于其他3個(gè)處理，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表1～2。

“鄭單958”的籽粒氮偏平衡比“先玉335”高，其中ZD1籽粒氮偏平衡比XY1高66.0%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；ZD2籽粒氮偏平衡比XY2高112.7%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表1～2。

“鄭單958”的地上部氮偏平衡比“先玉335”高，其中ZD1地上部氮偏平衡比XY1高65.7%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；ZD2地上部氮偏平衡比XY2高135.5%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。XY1地上部氮偏平衡比XY2高52.2%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；ZD1與ZD2的地上部氮偏平衡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。XY2地上部磷偏平衡小于其他3個(gè)處理，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），XY1、ZD1及ZD2地上部磷偏平衡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表1～2。

表1 玉米氮利用效率

表2 玉米磷利用效率

3 討論

本研究中，“先玉335”產(chǎn)量可達(dá)16 580 kg/hm2，“鄭單958”產(chǎn)量可達(dá)15 706 kg/hm2，與研究區(qū)域其他品種的產(chǎn)量相比處于較高水平。盡管“先玉335”的產(chǎn)量高于“鄭單958”，但二者間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明二者在區(qū)域內(nèi)的環(huán)境和氣候適應(yīng)性相似。有研究〔17〕報(bào)道本地區(qū)的玉米產(chǎn)量可達(dá)14 205 kg/hm2。另一在本區(qū)域的研究〔18〕探討了14個(gè)玉米品種的生產(chǎn)表現(xiàn)，其產(chǎn)量在9 623～11 781 kg/hm2之間。張艷明等〔23〕在本區(qū)域?qū)?9個(gè)玉米品種（系）進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)，產(chǎn)量最高的品種（系）為“9-5”，達(dá)到16 335 kg/hm2，作為對(duì)照的“路單8號(hào)”產(chǎn)量為13 484 kg/hm2。研究結(jié)果表明“先玉335”和“鄭單958”2個(gè)玉米品種均能很好地適應(yīng)洱海流域的氣候和土壤條件，與該區(qū)域的一些傳統(tǒng)主栽品種相比，產(chǎn)量更具優(yōu)勢(shì)。通過引進(jìn)這2個(gè)品種，同時(shí)加強(qiáng)肥料管理，將能夠幫助提升研究區(qū)域玉米產(chǎn)量。

播期對(duì)2個(gè)品種的玉米產(chǎn)量有影響。研究區(qū)域6月中旬比7月初更適宜播種2個(gè)品種的玉米，7月初播種“先玉335”，產(chǎn)量顯著降低，與6月中旬播種相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。不同處理間的收獲指數(shù)在43%～50%，各處理間收獲指數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但低于全國51%的平均值〔19〕。因此，播期可能主要是通過影響玉米生物量的積累而影響產(chǎn)量的形成。此外，播期還可能從其他方面影響玉米產(chǎn)量的形成。

2個(gè)品種的玉米都在最佳時(shí)期播種（6月中旬的播期處理），盡管“先玉335”的產(chǎn)量比“鄭單958”略高，且其地上部生物量顯著高于“鄭單958”，但其地上部吸氮量比“鄭單958”少近40%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。這一結(jié)果表明，在產(chǎn)量相同的情況下，“先玉335”是氮利用更高效的品種。從氮利用效率指標(biāo)表現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)2個(gè)玉米品種對(duì)氮利用的差異。例如，“先玉335”的氮肥偏生產(chǎn)力比“鄭單958”略高；同時(shí)，“先玉335”的籽粒氮利用效率比“鄭單958”高74%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；但從氮收獲指數(shù)來看，二者在成熟過程中地上部吸收的氮向籽粒轉(zhuǎn)移的效率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，“先玉335”氮利用更高效的原因在于形成單位質(zhì)量的籽粒和單位質(zhì)量的地上部干物質(zhì)所需的氮更少。2個(gè)品種的玉米對(duì)磷的利用效率指標(biāo)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這一結(jié)果也表明，從降低氮肥投入，提升玉米生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益的角度看，“先玉335”是比“鄭單958”更好的選擇。

6月份播種與7月份播種相比，能顯著增加“先玉335”的產(chǎn)量，并促進(jìn)對(duì)氮磷養(yǎng)分的吸收。2個(gè)播期對(duì)“鄭單958”的影響較小，但6月份播種更有利于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，并促進(jìn)對(duì)氮磷養(yǎng)分的吸收。2個(gè)品種的玉米產(chǎn)量超過區(qū)域已知品種的產(chǎn)量。因此，通過引進(jìn)“先玉335”和“鄭單958”2個(gè)品種，并在6月份進(jìn)行播種，將有助于提升區(qū)域玉米產(chǎn)量，同時(shí)促進(jìn)玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。若進(jìn)一步從減少氮肥投入及提高氮肥利用效率的角度看，“先玉335”則是比“鄭單958”更好的選擇。