西北地區(qū)制種玉米產(chǎn)量及氮素吸收對供氮水平的響應

劉丹，安雨麗，陶笑笑，王孝忠，呂典秋，郭彥軍，陳新平，張務帥

西北地區(qū)制種玉米產(chǎn)量及氮素吸收對供氮水平的響應

劉丹1,2,4，安雨麗1,3，陶笑笑5，王孝忠1,3，呂典秋4，郭彥軍4，陳新平1,3，張務帥1,3

1西南大學資源環(huán)境學院/土肥資源高效利用重慶市重點實驗室，重慶 400715；2新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院，新疆昌吉 831100；3西南大學長江經(jīng)濟帶農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究中心，重慶 400715；4西南大學農(nóng)學與生物科技學院，重慶 400715；5新疆昌吉州氣象局，新疆昌吉 831100

【目的】針對我國制種玉米氮素吸收與累積規(guī)律不明確的問題，研究制種玉米生物量累積、產(chǎn)量形成和氮素吸收對供氮水平的響應，旨在為制種玉米高產(chǎn)高效綠色生產(chǎn)提供理論依據(jù)。【方法】以大面積制種的品種組合為試驗材料，于2019—2020年開展田間定位試驗。采用完全隨機區(qū)組設計，共設置4個供氮水平，分別為只施底肥對照（CK）、168 kg N·hm-2、240 kg N·hm-2和320 kg N·hm-2，研究不同供氮水平對制種玉米父母本生物量、雜交種產(chǎn)量和氮素吸收累積的影響?！窘Y果】制種玉米父母本生物量累積隨供氮水平的提高而提高，產(chǎn)量隨供氮水平的提高先增加后保持穩(wěn)定，N240處理同時實現(xiàn)了較高的產(chǎn)量、氮肥利用率和籽粒氮濃度，兩年結果較為一致。N168處理在試驗第2年達到較高產(chǎn)量，但氮濃度低于N240處理。母本秸稈及父本整株氮濃度均為高氮處理高于低氮處理；灌漿期母本實現(xiàn)最大生物量的臨界氮濃度為15.08 g·kg-1，收獲期母本生物量與氮濃度呈線性相關。各追施氮肥處理的花后生物量兩年間均大于花前，且隨供氮水平的提高而提高，花后氮吸收比例隨供氮水平的變化規(guī)律與生物量一致。N320處理與N240處理的產(chǎn)量水平、生物量累積和氮吸收均無顯著差異。綜合考慮產(chǎn)量與制種玉米品質時，N240可作為該區(qū)域制種玉米生產(chǎn)的推薦施氮量?！窘Y論】優(yōu)化施氮通過調控制種玉米父母本花前花后氮吸收比例實現(xiàn)增產(chǎn)增效。本研究揭示了優(yōu)化施氮量穩(wěn)定花前氮吸收，保障花后氮供應是制種玉米高產(chǎn)高效的關鍵，為制種玉米綠色生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

制種玉米；生物量；產(chǎn)量；臨界氮濃度；氮吸收

0 引言

【研究意義】玉米是重要的糧食、飼料及能源作物，我國是世界第二大玉米生產(chǎn)國，2020年全國播種面積為4 126萬hm2[1]。雜交玉米種子生產(chǎn)是保障國家糧食安全的重要基礎，近年來我國雜交玉米制種面積不斷擴大，其中新疆和甘肅是最主要的生產(chǎn)基地[2-3]。制種玉米較高的經(jīng)濟價值導致了種植戶常為確保產(chǎn)量而不合理地增施氮肥，進而造成氮素利用率低[4]，產(chǎn)量不穩(wěn)定[5-6]，土壤退化及水體污染越來越嚴重[7]。本團隊前期調研結果表明，制種玉米氮肥用量達395 kg·hm-2[8]，是普通玉米優(yōu)化施氮量的近兩倍[9]，但產(chǎn)量遠低于普通籽粒玉米，投入產(chǎn)出極不平衡。因此，對制種玉米農(nóng)學及肥料效應開展研究，闡明其生物量和氮素累積規(guī)律，對提高制種玉米氮素利用率、精準氮素調控的產(chǎn)量預測、降低環(huán)境風險具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】不合理的氮肥管理會降低氮肥有效性，導致作物減產(chǎn)和大量氮素損失至環(huán)境中造成潛在的環(huán)境風險[10-11]。制種玉米田間管理過程復雜、繁瑣，針對制種玉米氮素吸收規(guī)律和供氮水平的影響研究較少。前期研究表明，氮肥優(yōu)化管理能夠提高普通玉米干物質累積和氮濃度，同時提高產(chǎn)量和氮肥利用率[12-13]。制種玉米對優(yōu)化氮肥管理的響應是否與普通玉米一致尚不明確。遼寧地區(qū)制種玉米產(chǎn)量隨施氮量增加而增加，在225 kg N·hm-2施氮量下多個制種組合的產(chǎn)量達到最高[14]。甘肅河西走廊地區(qū)，推薦施氮量范圍在225 kg N·hm-2至450 kg N·hm-2[15-17]，各主產(chǎn)區(qū)推薦施肥量范圍跨度較大且不十分確切。此外，氮肥用量對制種玉米產(chǎn)量的增益效果會因氣候、土壤類型及農(nóng)藝措施不同會有所不同[18]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，針對供氮水平如何影響制種玉米父母本的生物量累積、雜交種產(chǎn)量和植株氮吸收的理論研究十分缺乏，限制了制種玉米的氮肥優(yōu)化管理與產(chǎn)量提升?！緮M解決的關鍵問題】本研究以試驗區(qū)域大面積制種的品種組合京045×京MT028為供試材料，研究制種玉米產(chǎn)量、氮濃度和氮吸收對供氮水平的響應，闡明供氮水平對花前花后氮素累積比例的影響，明確本研究條件下的優(yōu)化施氮量，以期為制種玉米高產(chǎn)高效及綠色生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019—2020年4月至9月在新疆昌吉州昌吉市榆樹溝鎮(zhèn)勇進村三隊（44°4′N，87°0′E）進行，該區(qū)域海拔522 m，屬于溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫6.8℃，≥10℃積溫3 450℃，多年平均降水量190 mm，年蒸發(fā)量1 760 mm，年均日照2 700 h，無霜期160—190 d，試驗年份主要氣象資料見圖1。2019年制種玉米生育期4—9月降雨量為88.5 mm，2020年生育期降雨量為51.1 mm。0—30 cm土壤pH為8.6，有機質含量為13.8 g·kg-1，全氮0.66 g·kg-1，有效磷12.4 mg·kg-1，速效鉀342 mg·kg-1。

圖1 2019—2020年試驗地點制種玉米生育期日氣溫及日降水

1.2 試驗設計

本試驗采用完全隨機區(qū)組設計，共設置4個試驗處理，分別為施氮量36（CK），168（N168），240（N240），320 kg N·hm-2（N320），每個處理3次重復，每個小區(qū)面積100 m2。在播前施入底肥N-P2O5-K2O用量為 36-92-60 kg·hm-2，底肥選用磷酸二銨和硫酸鉀。除CK外，各處理剩余氮肥作為追肥，氮肥種類為尿素，在第1次灌溉（播種后第45天）至第6次灌溉（播種后第87天）施用，施肥方式滴灌施肥，各處理的施肥用量和施肥次數(shù)見表1。

表1 不同處理的氮肥用量與施肥次數(shù)

試驗材料選用大面積制種品種，為京045×京MT028的制種組合，該組合所育品種在西北春玉米區(qū)、內蒙古部分地區(qū)廣泛種植。定植密度為85 000株/hm2，田間管理及病蟲害防治措施按照種子公司要求，由農(nóng)戶統(tǒng)一管理。在母本雄蕊散粉前按照摸苞去雄的方法，將未展開的2—4片葉與雄蕊一并拔除，并在授粉結束后（吐絲后30 d左右，此時母本處于R4蠟熟期）將全部父本砍除，并測算父本生物量。

1.3 植株及土壤樣品采集

試驗于2019年播前用土鉆采集5點土壤樣品作為基礎土樣，取土深度為0—90 cm，自然風干后，過2 mm和0.25 mm篩，用于測定土壤基本理化性質。

在2019和2020年制種玉米父母本生育期，以母本生育時期為參照進行取樣，在拔節(jié)期、抽雄期和吐絲期采集各處理父本、母本樣品，每個小區(qū)母本和父本分別隨機選取連續(xù)的3株；在灌漿期、蠟熟期以及成熟期進行母本植株樣品的采集。植株樣品采集后在105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，然后用凱氏定氮法測定植株全氮含量。收獲期，選取12 m2樣方進行測產(chǎn)，同時在樣方內取6株母本地上部樣品進行生物量測算。

1.4 氮素吸收和氮肥利用率

按照以下公式計算各處理的氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率、氮肥農(nóng)學效率以及氮收獲指數(shù)：

氮肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=母本籽粒產(chǎn)量/施氮量；

氮肥利用率（%）=（施氮區(qū)氮素吸收量-對照區(qū)氮素吸收量）/施氮量×100；

氮肥農(nóng)學效率（kg·kg-1）=（施氮區(qū)母本籽粒產(chǎn)量-對照區(qū)母本籽粒產(chǎn)量）/施氮量；

氮收獲指數(shù)=收獲期母本籽粒氮吸收/母本氮吸收

花前生物量（kg·hm-2）=吐絲期母本秸稈生物量+果穗生物量；

花后生物量（kg·hm-2）=收獲期母本生物量-吐絲期母本生物量；

花前氮吸收（kg N·hm-2）=吐絲期母本秸稈氮吸收+果穗氮吸收；

花后氮吸收（kg N·hm-2）=收獲期母本氮吸收-吐絲期母本氮吸收。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用SPSS 19.0（IBM Statistic）進行統(tǒng)計分析，采用Duncan法進行顯著性檢驗，顯著水平為＜0.05。采用Microsoft Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理，Sigmaplot 12.5作圖。

2 結果

2.1 供氮水平對制種玉米產(chǎn)量及氮素利用效率的影響

2019—2020年，制種玉米產(chǎn)量隨著施氮量的增加均呈先增加后保持穩(wěn)定的趨勢（表2）。2019年和2020年制種玉米產(chǎn)量分別在N240和N168處理達到最高產(chǎn)量，繼續(xù)提高供氮水平對產(chǎn)量無額外獲益。方差分析表明，制種玉米產(chǎn)量受供氮水平及其與年份交互作用的顯著影響，但無年際間差異。氮肥偏生產(chǎn)力兩年均以N168處理為最高，且均隨著供氮水平的提高而降低，2019年N240處理的氮肥偏生產(chǎn)力與N168處理無顯著差異。N240處理在2019年的氮肥利用率、氮肥農(nóng)學效率和氮收獲指數(shù)均最高，較N168處理和N320處理分別高59%—120%和9%—16%。2020年N240處理仍具有最高的氮肥利用率，但氮肥農(nóng)學效率和氮收獲指數(shù)均以N168處理最高。各氮肥追施處理的氮肥農(nóng)學效率和氮收獲指數(shù)的變化趨勢相近。整體來說，N240處理的產(chǎn)量和各項氮肥利用效率的年際間波動較小，能夠較好地實現(xiàn)產(chǎn)量穩(wěn)定及較高的氮肥效率和氮收獲指數(shù)。N320處理雖然也有較高的產(chǎn)量，但由于過高的施氮量導致其各氮肥效率指標均較低。

2.2 不同供氮水平下制種玉米父母本生物量累積規(guī)律

兩年田間試驗結果均表明，隨著氮肥用量的增加制種玉米父母本生物量的累積速率逐漸增加（圖2）。除CK和N168處理外，其他氮肥處理母本生物量在第1次追肥（播種后第45天左右）后即呈現(xiàn)出較快的增長趨勢，生物量迅速累積。父本生物量較母本生物量積累緩慢，授粉結束后，父本全部砍除，生物量不再繼續(xù)累積。播種后第70天至播種后第100天為父母本生殖生長、母本授粉和產(chǎn)量形成的關鍵時期，該時期母本生物量迅速增加。收獲期母本和父本的兩年平均生物量分別為17.2和2.3Mg·hm-2（2019年）、19.2和2.0 Mg·hm-2（2020年），兩年的生物量及其累積規(guī)律基本一致。N320處理收獲期/移除期父母本生物量均高于其他處理，母本的兩年平均生物量分別較N168和N240處理提高17%和7%，父本生物量分別提高9%和16%。

表2 不同處理制種玉米產(chǎn)量、氮素利用效率和氮收獲指數(shù)

**表示差異較顯著（＜0.01），NS表示差異不顯著，數(shù)據(jù)后帶有相同的小寫字母表示無顯著差異（＜0.05）。下同

** indicated extremely significant difference (＜0.01), NS indicated insignificant difference, and same lowercase letters after data indicated no significant difference (＜0.05). The same as below

A—D和E—H分別依次為2019年和2020年的CK、N168、N240和N320處理

2.3 不同供氮水平下父母本及籽粒氮濃度變化

母本秸稈氮濃度和父本整株氮濃度均隨著生育期的延長而逐漸降低，同一時期植株氮濃度隨著氮梯度的升高而升高（圖3）。同一取樣時期，由于父本比母本播期晚，父本的整株氮濃度高于母本的秸稈氮濃度。各供氮水平下，母本秸稈和父本整株氮濃度的兩年變化范圍分別為24.8—8.9 g·kg-1，28.6—9.0 g·kg-1（2019年）和25.0—8.2 g·kg-1，30.1—9.0 g·kg-1（2020年）。

圖3 不同供氮水平下母本秸稈氮濃度及父本整株氮濃度變化

2019年和2020年從灌漿期開始監(jiān)測母本籽粒氮濃度變化（圖4）。結果表明，灌漿期籽粒氮濃度均以N320處理最高，兩年結果一致。2019年，灌漿期籽粒氮濃度隨供氮水平的提高而升高；2020年，CK的灌漿期籽粒氮濃度低于N320處理，但顯著高于N168和N240處理。蠟熟期平均籽粒氮濃度在試驗開展的兩年間均低于灌漿期，但整體仍保持高氮處理籽粒氮濃度也高的趨勢。兩年田間試驗制種玉米成熟期的籽粒氮濃度均以N240或N320處理最高，在2019年與N168處理無顯著差異，但在2020年顯著高于CK和N168處理。2019年CK和N168處理的成熟期籽粒氮濃度無顯著差異，2020年CK顯著低于N168處理。

2.4 母本生物量與氮濃度的關系

兩年田間試驗表明，線性加平臺模擬是擬合制種玉米灌漿期母本生物量和氮濃度之間關系的最佳模型（圖5-A）。母本灌漿期可達到的最高生物量為12.08 Mg·hm-2，此時對應的臨界氮濃度為15.08 g·kg-1。收獲期母本生物量與氮濃度之間呈顯著正相關，即收獲期母本生物量隨著氮濃度的提高而提高（圖5-B）。

柱形圖上方帶有不同字母的表示處理間差異顯著（P＜0.05）

***代表在P＜0.001水平上顯著相關，**代表在P＜0.01水平上顯著相關

2.5 不同供氮水平下制種玉米父母本氮素吸收規(guī)律

隨著制種玉米的生長進程，父本和母本的氮吸收量均呈不斷增加趨勢（圖6）。母本自拔節(jié)期（播種后50 d）開始氮吸收迅速增加，各追施氮肥處理母本收獲期氮吸收隨氮肥投入量的增加而增加，較CK分別增加27%—84%（2019年）和40%—71%（2020年）。父本氮吸收隨生育期的延長不斷增加，播種后60 d開始，氮吸收迅速增加。不同處理氮吸收隨氮肥用量的增加而增加，N240和N320處理氮吸收在灌漿期結束后趨于穩(wěn)定。播種后60—80 d是父本雄蕊生長及花粉散粉的關鍵時期，也是父本氮吸收的高峰期。

圖6 不同供氮水平下父母本的氮素吸收規(guī)律

2.6 制種玉米母本生物量累積與氮素吸收規(guī)律

各供氮水平下制種玉米花前生物量累積量總體低于花后，花前氮素吸收均大幅高于花后氮素吸收（表3）。2019年，各供氮水平間制種玉米花前生物量累積無顯著差異，花前生物量占比隨供氮水平提高而降低，依次為49%、45%、44%和40%，花后生物量占比隨氮肥用量增加而升高，N320處理顯著高于N168處理和CK，但與N240處理間無顯著差異。2020年，除CK外，仍表現(xiàn)為花后生物量大于花前，花后生物量占比隨供氮水平的提高而提高，依次為49%、57%、55%和63%。N168和N240處理的花后生物量與CK和N320處理均無顯著差異，但N320處理花后生物量顯著高于CK。制種玉米花前生物量累積不受供氮水平、年份以及兩者交互作用的影響，花后生物量累積僅受供氮水平的影響。

2019年和2020年花前氮吸收均隨氮肥用量的增加而增加，且CK與N168處理間無顯著差異，但均顯著低于N240和N320處理。2019年各供氮水平下制種玉米花后生物量變化規(guī)律與花前生物量相同，2020年N168處理和N320處理的花后氮吸收較高且兩處理間無顯著差異，N240處理顯著低于N320處理，但與CK和N168處理間無顯著差異。制種玉米花前花后的氮吸收主要受供氮水平的影響。2019年，生產(chǎn)每噸籽粒的需氮量以CK最低，與N168和N240處理無顯著差異，但顯著低于N320處理。2020年，生產(chǎn)每噸籽粒的需氮量隨供氮水平增加，N168處理顯著低于N240和N320處理。生產(chǎn)每噸籽粒的需氮量在兩年間具有較大差異，以N168處理的變化最為顯著。制種玉米生產(chǎn)每噸籽粒的需氮量主要受供氮水平和年份變化的影響，對兩者的交互作用不敏感。

表3 母本花前花后生物量累積與氮素吸收

3 討論

3.1 供氮水平對生物量累積及產(chǎn)量的影響

生物量的累積是產(chǎn)量形成的基礎[19]，制種玉米生物量累積及產(chǎn)量對供氮水平的響應較為顯著。相比于普通籽粒玉米，制種玉米的種植管理模式等會影響生物量和產(chǎn)量對供氮水平的響應。首先，制種玉米播種后60 d左右進行母本去雄時未進入生殖生長階段，同時去除了母本頂端2—4片未展開葉，造成母本光合面積減少，降低光能截獲能力，導致光合產(chǎn)物合成受阻影響生物量累積[20]。其次，制種玉米授粉結束后的15 d左右砍除父本，其生物量不再累積，只有母本繼續(xù)生長，并最終形成產(chǎn)量，單位面積的生產(chǎn)群體規(guī)模小于普通籽粒玉米。通常情況下，制種玉米從母本去雄前開始追肥至授粉結束，水肥一體化的全生育期根層氮素管理既可促進母本盡快修復因抽雄造成的損傷，又能夠滿足玉米開花后籽粒形成的養(yǎng)分需求，使土壤中的氮供應和母本氮需求同步[21]。然而，養(yǎng)分供應不足時會嚴重限制制種玉米父母本生物量的累積和產(chǎn)量的形成，尤其是花后氮素虧缺導致籽粒氮素吸收不足[22]。但過量的氮肥施用會導致營養(yǎng)器官對氮素的奢侈吸收，從而導致制種玉米貪青晚熟，降低養(yǎng)分向籽粒的轉移比例。本研究中N320處理雖然父母本生物量高于N240處理，但兩年的產(chǎn)量均低于N240處理。過量施用氮肥未獲得額外的產(chǎn)量增益，卻降低了氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率和氮肥農(nóng)學效率。N168處理在第二年產(chǎn)量雖較高，但籽粒氮濃度有所降低，每噸籽粒吸氮量顯著低于N240處理，這勢必影響雜交種子的品質。因此，不能單純把產(chǎn)量作為氮肥優(yōu)化管理的指導性指標，而要綜合考慮對雜交種品質影響較大的氮濃度和氮吸收等指標。

3.2 供氮水平對制種玉米氮濃度的影響

植株氮濃度的監(jiān)測能夠為氮素供應及氮肥管理決策提供依據(jù)。制種玉米父母本營養(yǎng)器官氮濃度的變化反映了植株的養(yǎng)分供應狀況。臨界氮濃度被用作氮管理效果反饋的重要指標來評估作物需氮狀況[21]，用以表征植株獲得最大生物量所需的最低氮濃度[23]。前人研究表明，在玉米V12—VT（十二葉期—抽雄吐絲期）時期擬合的臨界氮濃度稀釋曲線更穩(wěn)定，更有利于對作物生長和產(chǎn)量的準確預測[24]。制種玉米由于在V12期時去雄，導致母本營養(yǎng)生長在開花后10 d左右才達到最大生物量，導致制種玉米實現(xiàn)植株臨界氮濃度的時期較普通玉米延遲。此外，實現(xiàn)最大生物量的植株臨界氮濃度與品種、氮肥用量等有緊密的關系[25]。華北地區(qū)夏玉米在與本試驗相同生育期時，臨界氮濃度范圍在14.9—15.5 g·kg-1之間[26]，與本研究中的15.08 g·kg-1較為接近，但其取得最大生物量的臨界氮濃度對應的施氮量卻大幅低于本研究結果（240 kg N·hm-2），這可能與制種玉米更低的氮素吸收能力有關。玉米花前的氮素虧缺會影響果穗對氮的吸收繼而影響產(chǎn)量[27]，臨界氮濃度對于判斷玉米氮素狀況，指導花后施肥及預估產(chǎn)量具有重要指導意義。

3.3 供氮水平對制種玉米氮素吸收的影響

制種玉米籽粒氮吸收有兩個來源，即花前氮轉移和花后氮吸收[28]。制種玉米籽粒形成前期，花前氮轉移對籽粒的貢獻率大于花后氮的吸收，但隨著灌漿的進行，花后氮吸收的貢獻也逐漸加大，而花后氮吸收增加是高產(chǎn)玉米的主要特征[29-30]?；?5N示蹤的研究結果表明，吐絲前植株吸收的氮有60%轉移到籽粒中，而花后吸收的氮有65%轉移到籽粒中[31]。玉米生長中后期生物量和氮素累積率隨產(chǎn)量的增加而增加[32]。因此，通過優(yōu)化供氮水平提高花后生物量生產(chǎn)能力和向籽粒轉移同化物的能力是獲得高產(chǎn)的重要途徑。制種玉米產(chǎn)量的提高同樣依賴于花后對氮素的吸收，本研究中產(chǎn)量較高的優(yōu)化施氮量處理（N240）其花后氮吸收平均為母本總吸氮量的32%—35%，較其他處理占比較高，但相較于普通玉米仍有進一步提升的潛力。通過兩年田間定位試驗開展供氮水平調控研究可知，單純地提高花后氮吸收而不能兼顧花前氮吸收作為產(chǎn)量形成的基礎作用，或是花后氮吸收虧缺使得花前氮吸收只占比例上的優(yōu)勢，均不能達到較高的產(chǎn)量水平。因此，通過保證制種玉米開花前的營養(yǎng)生長來構建群體基礎，并滿足花后籽粒吸收的肥料供給，協(xié)調花前花后的氮素吸收比例，是實現(xiàn)制種玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關鍵。

4 結論

制種玉米父母本生物量累積及產(chǎn)量隨供氮水平先上升后保持穩(wěn)定。供氮水平為240 kg N·hm-2同時實現(xiàn)了較高的產(chǎn)量、氮肥利用率和籽粒氮濃度，兩年結果較為一致。收獲期母本生物量與氮濃度呈線性相關。各氮肥處理的花后生物量兩年均大于花前，花后氮吸收比例隨供氮水平的變化規(guī)律與生物量一致。優(yōu)化施氮通過調控制種玉米母本和父本生物量累積、氮濃度、花前花后氮吸收比例，協(xié)同實現(xiàn)了增產(chǎn)和提高氮肥利用率。本研究首次明確了制種玉米關鍵生育期實現(xiàn)最大生物量的臨界氮濃度，揭示了通過優(yōu)化供氮水平穩(wěn)定制種玉米花前生物量累積，并增加花后氮素供應是制種玉米高產(chǎn)高效的關鍵，為制種玉米綠色增產(chǎn)增效提供了理論依據(jù)。

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Effects of Different Nitrogen Gradients on Yield and Nitrogen Uptake of Hybrid Seed Maize in Northwest China

LIU Dan1, 2, 4, AN Yuli1, 3, TAO Xiaoxiao5, WANG Xiaozhong1, 3, Lü Dianqiu4, GUO Yanjun4, CHEN Xinping1, 3, ZHANG Wushuai1, 3

1College of Resources and Environment, Southwest University/Key Laboratory of Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources, Chongqing 400715;2Xinjiang Agricultural Vocational Technical College, Changji 831100, Xinjiang;3Interdisciplinary Research Center for Agriculture Green Development in Yangtze River Basin, Southwest University, Chongqing 400715;4College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400715;5Changji Prefecture Meteorological Bureau, Changji 831100, Xinjiang

【Objective】The law of nitrogen uptake and accumulation of maize in seed production in China is unclear. In view of this, the responses of biomass accumulation, yield formation, and the nitrogen uptake to nitrogen supply were studied in order to provide the theoretical basis for green and efficient hybrid maize seed production. 【Method】Taking the parent varieties combination of large area seed production as the experimental material, the on-site experiment was carried out from 2019 to 2020. A completely random block design was applied to study the effects of different nitrogen gradients on parental biomass, grain yield and nitrogen uptake and accumulation of maize seed production. Four nitrogen gradients were set up as basal fertilizer control (CK), 168, 240 and 320 kg N·hm-2, respectively. 【Result】The accumulation of parental biomass of hybrid maize seed production increased with the increase of nitrogen gradients. The yield of maize seed production increased at first and then remained stable with the increase of nitrogen gradients. N240 treatment achieved higher yield, nitrogen use efficiency and grain nitrogen concentration at the same time, which were consistent in the two years. The yield under N168 treatment was higher than that under N240 treatment in the second year, but the nitrogen concentration was lower than that under N240 treatment. The nitrogen concentration of the whole plant of female parent straw and male parent was higher in high nitrogen gradient treatment than that in low nitrogen gradient treatment. The critical nitrogen concentration of maximum biomass of female parent at filling stage was 15.08 g·kg-1, and there was a linear correlation between female parent biomass and nitrogen concentration at harvest stage. The post-silking biomass of each topdressing nitrogen fertilizer treatment was higher than that of pre-silking stages in two years, and increased with the increase of nitrogen gradients. The change rule of post-silking nitrogen uptake ratio with nitrogen gradients was consistent with the biomass. There was no significant difference in yield level, biomass accumulation, and nitrogen uptake between N320 treatment and N240 treatment. Under the premise of comprehensive consideration of yield and hybrid seed quality, N240 could be regarded as the recommended nitrogen application rate for hybrid maize seed production in this region. 【Conclusion】The optimal nitrogen application rate could increase yield and nitrogen use efficiency by regulating the ratio of nitrogen uptake for maize parents in pre- and post-silking in seed maize production. This study revealed that optimizing nitrogen application rate to stabilize nitrogen uptake in the pre-silking stage and ensure nitrogen supply after anthesis was the key to achieve high yield and nitrogen use efficiency of seed maize, and provided a theoretical basis for sustainable production of hybrid seed maize.

hybrid seed maize; biomass; yield; critical nitrogen concentration; nitrogen uptake

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.03.004

2022-01-23；

2022-04-18

國家玉米產(chǎn)業(yè)技術體系（CARS-02）

劉丹，E-mail：106296938@qq.com。通信作者張務帥，E-mail：wszhang@swu.edu.cn

（責任編輯 楊鑫浩）