施氮量對旱地春玉米產量、干物質積累及葉面積指數的影響

摘要：為進一步提高旱地春玉米單產，以天泰33為試驗材料，設置0、120、240、300、360、420 kg/hm2 6個施氮水平，探討不同施氮量對旱地春玉米產量、干物質積累及葉面積指數的影響。結果表明，在一定范圍內，隨著施氮量的增加，春玉米子粒產量顯著提高，超過某一施氮量（300 kg/hm2），增產趨緩甚至略減。葉面積指數隨施氮量增大而增大，在吐絲期達到高峰，然后開始下降。隨著施氮量逐漸增加，群體干物質積累量明顯增加。試驗條件下，適當增加氮肥施用量，可以顯著提高旱地春玉米的子粒產量。天泰33在旱地條件下春玉米獲得高產的適宜施氮量為300 kg/hm2。

關鍵詞：旱地；春玉米；施氮量；干物質積累；葉面積指數；產量

中圖分類號：S513.062 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）09-2065-05

玉米是中國主要糧食作物之一。玉米產量高低不僅取決于其品種遺傳性，而且受栽培措施和環境條件的影響[1]。氮是植物必需的營養元素，也是作物產量最重要的養分限制因子[2]。施用氮肥能增加玉米子粒蛋白質含量，提高生物量，增產效果明顯[3，4]。發展中國家糧食的增產作用55%以上歸功于化肥的使用，其中氮素又起了至關重要的作用，合理使用氮肥的增產貢獻率為45%左右[5，6]。范厚明等[7]通過對畢單15號玉米種植密度和氮肥施用量的研究，指出種植密度和氮肥施用量是影響玉米產量的兩大重要因素，要提高玉米單產，就必須采用合理的種植密度和適量的氮肥施用量。王志剛等[8]認為高施肥水平對玉米群體鮮、干物質產量是有利的，在生產中要合理協調肥水用量和種植密度條件。因此，玉米產量的突破除了選用緊湊耐密大穗品種外，還要合理增加種植密度，合理運籌施肥，提高施肥效率。

目前，對于旱地春玉米生產技術研究較少，尤其對于該生態區域內較高生產條件下，玉米最適需氮量的研究鮮見報道[9-11]。隨著高產玉米新品種的育成和玉米生產的發展，亟須相應的高產、高效生產技術。本試驗通過設置大跨度的施氮水平，在旱地上研究了施氮量對春玉米產量、群體干物質積累及葉面積指數的影響，以期明確旱地春玉米的最適需氮量，為旱地春玉米高產、高效生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2012年在山東天泰種業公司試驗田進行。前茬作物為春花生。供試玉米品種為天泰33。試驗地輕壤土，0～20 cm土層土壤化驗結果為：全氮1.15 g/kg，堿解氮95.36 mg/kg，速效磷15.45 mg/kg，速效鉀102.43 mg/kg，有機質12.55 g/kg，pH 6.2。玉米生育期間降雨量676.1 mm，平均氣溫23.9 ℃，日照時間883.2 h。

試驗設置6個氮肥水平，分別為0 kg/hm2（T1）、120 kg/hm2（T2）、240 kg/hm2（T3）、300 kg/hm2（T4）、360 kg/hm2（T5）和420 kg/hm2（T6）。每個處理3次重復，共18個處理。種植密度75 000株/hm2，等行距種植，行距60 cm，小區面積48 m2（8 m×6 m），隨機排列。施用氮肥為尿素，含氮量46%，分別在播種期、拔節期（7葉展）、大喇叭口期（12葉展）、開花期，按照1∶3∶5∶1的比例施入。各處理均施豬糞37 500 kg/hm2、磷肥（P2O5）150 kg/hm2和鉀肥（K2O）300 kg/hm2，豬糞和磷肥全部做底肥施用，鉀肥分別于播種時和大喇叭口期各施入50%。磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。按旱地進行田間管理。5月10日播種，9月18日收獲。

1.2 測定項目與方法

分別于拔節期（V7）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（VT）、花后10 d（VT+10）、花后20 d（VT+20）、花后30 d（VT+30）、花后40 d（VT+40）、成熟期（R6）取5株長勢均勻一致的植株，測定葉面積指數，105 ℃殺青30 min，75 ℃ 烘干至恒重，稱干物質重。成熟期收獲、測產，每小區選取20個果穗考種。

1.3 數據處理與統計分析

采用DPS 7.05和Microsoft Excel 2003 進行數據計算、統計分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量對旱地春玉米產量及產量構成因素的影響

由表1可以看出，施氮量對旱地春玉米產量形成影響明顯，子粒產量隨施氮量的增加呈先升后降的趨勢。在一定范圍內，增加氮肥施用量可以明顯提高旱地春玉米子粒產量，當施氮量超過一定水平后，產量開始降低。T1處理由于整個生育期不施肥，產量最低。施氮量由0增加到300 kg/hm2范圍內，產量明顯增加；施氮量超過300 kg/hm2時，產量開始降低。T4處理產量最高，為12 893 kg/hm2，比其他處理分別增產3.8%～41.9%。說明適量增施氮肥對旱地春玉米增產效果明顯，過量施氮反而減產。

施氮量對產量構成因素的影響也具有類似情形。隨著施氮量的增加，行粒數、穗粒數和千粒重表現出先增后減的趨勢。在一定的施氮量范圍內，春玉米行粒數、穗粒數、千粒重隨施氮量增加而增加，超過這一范圍則逐漸降低。T4處理的行粒數、穗粒數和千粒重比其他處理分別高2.3%～26.2%、2.2%～28.7%、1.6%～10.0%。施氮量對穗行數的影響表現為隨著施氮量增加，穗行數呈上升趨勢。從表1還可以看出，施氮量對穗粒數的影響比千粒重大。

2.2 施氮量對旱地春玉米植株干物質積累的影響

由表2看出，各處理的地上部干物質積累量均隨著生育進程的推進呈逐漸上升趨勢。拔節期（V7）之前，地上部干物質積累速率比較緩慢，處理間相差不大；拔節之后地上部干物質積累速率增加迅速；生育后期干物質積累增速趨緩。施氮量對群體干物質積累作用顯著，花后10 d時隨著施氮量的增加，群體干物質積累量呈增加趨勢；花后10 d后群體干物質積累量表現出由先升后略減的趨勢。花后10 d的群體干物質積累量，T6處理最大，T4、T5和T6處理相差不大，明顯高于其他3個處理。成熟期，T4處理的群體干物質積累量比其他處理高1.7%～25.2%。表明適當增施氮肥能顯著增加群體的干物質積累量。

施氮量對花后群體干物質積累量和花后干物質貢獻率的影響表現出了同樣的規律。隨著施氮量的增加表現出先增后減的趨勢。各處理開花前群體干物質積累量顯著低于開花后，開花后群體干物質積累量占總生物量的60%以上（T1除外）。各個施氮處理的花后干物質貢獻率都超過60%，明顯高于不施氮處理。說明開花后的干物質積累是旱地春玉米子粒產量的主要來源。開花10 d前，T6處理的群體干物質積累量最大；開花10 d后，T4處理的群體干物質積累量最大，花后干物質貢獻率也最大。T4處理的花后群體干物質積累量和花后干物質貢獻率分別為15 009 kg/hm2、64.2%，比其他處理分別高4.6%～34.8%和1.3%～7.7%。表明較高的群體干物質積累量，特別是花后群體干物質積累量，有利于提高干物質對子粒的貢獻率，從而獲得高產。

2.3 施氮量對旱地春玉米葉面積指數（LAI）的影響

玉米植株95%以上的干物質都是由葉片光合作用合成的，葉面積是植物截獲光能的物質載體，其大小直接影響到玉米對光能的截獲和經濟產量的形成，尤其開花期的群體最大LAI是花后光合生產的重要物質基礎[12，13]。由表3可見，在整個生育期，各個處理的葉面積指數（LAI）變化動態均表現出先升后降的趨勢，呈現單峰曲線變化。拔節前LAI較小，各處理間差別不大；自拔節期開始LAI迅速增加，大喇叭口期后增勢變緩，至吐絲期達到最大值，之后隨著生育期的推進逐漸降低。由于T1整個生育期不施氮肥，造成其各個生育時期的LAI都明顯低于其他處理。其他各處理拔節期的LAI無明顯差異。大喇叭口期隨著施氮量的增加LAI逐漸增大，T3、T4、T5和T6處理的LAI明顯高于其他2個處理，說明拔節前施入較多的氮肥，可以明顯促進植株前期營養生長。吐絲期T4處理的LAI最大，比其他處理高1.1%～28.0%。吐絲期后各處理LAI逐漸下降。增施氮肥處理的LAI下降較為緩慢，特別是施氮量較高的處理，成熟期LAI仍較高，維持在3.0以上。說明適量施用氮肥對葉面積維持有促進作用，延緩了葉片衰老進程，使吐絲期至成熟期植株維持較高的綠葉面積，延長了光合時間，相應增加了灌漿時間，有利于高產。

3 結論與討論

干物質積累是作物生長發育的重要指標[14]，作物子粒產量的高低主要是由干物質積累量所決定的，同時也受到收獲指數的影響[15]。研究表明，在一定范圍內，干物質積累量與產量呈正相關關系[16]，高生物量是高產的物質基礎[17]，因此增強玉米生育期內干物質的積累能力是提高子粒產量的有效途徑[18]。王慶成等[19]認為，干物質是形成產量的物質基礎，只有積累多的干物質才能形成高的子粒產量。還有研究表明，禾谷類作物經濟產量的60%～100%來自開花到成熟期的光合產物，生育后期的光合功能直接影響到子粒產量[20]。

春玉米子粒產量在很大程度上決定于后期的光合生產能力，生育后期的光合生產干物質子子粒的貢獻率為78%～84%[17]，高產、超高產玉米生育后期具有較大的干物質積累優勢[17，21-23]。馬赟花等[24]研究指出，花后干物質轉移對子粒增產的貢獻較大，是子粒增產的主要來源。本試驗表明，隨著施氮量的逐漸增加，群體干物質積累量顯著增加。在同一密度下，成熟期群體干物質積累量和花后干物質積累量最大的處理，產量也最高。各個施氮處理的花后干物質貢獻率都超過60%，明顯高于不施氮處理。說明旱地春玉米子粒產量的主要來源是開花后的同化產物。較高的群體干物質積累量，特別是花后群體干物質積累量，有利于提高干物質對子粒的貢獻率，從而獲得高產。與前人研究結果基本一致。

合理的葉面積指數（LAI）是反映玉米群體光合能力的重要指標[25-27]。適宜的葉面積系數能夠保證光熱資源的有效利用，同時也避免了玉米葉片間、植株間的相互遮蔽，創造一個通風透光性好的群體環境，有利于光合作用的進行、有機產物的合成與積累以及產量的形成[28，29]。有研究表明，在一定范圍內玉米群體的葉面積指數與群體光合速率、子粒產量呈正相關[30]。保持玉米中后期有較大的綠葉面積是實現玉米高產的重要基礎[31]。高的葉面積指數及其合理發展動態，是玉米高產的重要生理基礎[32]。本研究表明，在一定范圍內，葉面積指數隨施肥量增加而增大，拔節期前呈緩慢增長狀態，拔節期后葉面積指數迅速增大，開花期后又開始緩慢下降。各處理的葉面積指數最大值均在開花吐絲期出現，葉面積指數最大的T4處理為5.48。施氮量300 kg/hm2處理的花后葉面積指數較大，高葉面積持續期較長，群體光合勢大，其產量比其他處理高3.8%～41.9%。

在同一種植密度條件下，玉米子粒產量隨著施氮量增加呈單峰曲線趨勢。普遍認為過量施氮降低了子粒氮素積累，不利于玉米干物質積累和產量提高[33]。玉米施用氮肥符合報酬遞減規律，在一定范圍內，玉米產量隨施氮量增加而提高，但超過一定量后增施氮肥并不能使產量持續增加，反而下降。與姜濤[34]的研究結論一致。呂麗華等[35]認為，在高氮條件下由于作物生育前期冠層內透光率較低，冠層結構較不合理，導致生育后期葉片提早衰老，使后期光合性能降低，不但起不到增產效果，還會造成肥料的浪費和對環境的污染。Osaki等[36]指出，過量施氮導致葉片早衰及光合能力下降，最終可能影響到正在發育子粒的碳、氮代謝，不利于產量形成和氮肥利用率的提高。何萍等[37]研究表明，不施氮或施氮不足可能導致營養體氮素外運過多；施氮過量由于營養體氮素代謝過旺，使運往子粒的氮素減少，在氮素供應較好的條件下，營養體氮素再分配率和對子粒氮貢獻率越高越有利于經濟產量的形成[38]。本研究表明，適量施用氮肥可以顯著提高旱地春玉米子粒產量，超過一定范圍再增施氮肥產量會逐漸下降。施氮量對玉米穗粒數、千粒重的影響也具有類似情形。氮肥的增產效應主要是提高穗粒數，其次是千粒重增加。在本試驗條件下，旱地春玉米的適宜施氮量為300 kg/hm2左右。

適宜的施氮量既保持了較高的碳氮運轉率，又避免生育后期葉片早衰，從而維持了生長中后期葉片的高光合能力，為氮肥利用率與產量協同提高奠定了基礎[33]。說明玉米不同種植密度適宜的施氮量范圍不同，氮肥的施用量要根據種植密度、地力和品種特性控制在適當的范圍內。要獲得高產或超高產，需要適當密植和適量追肥。

高產品種適量施氮能提高玉米生長中后期植株體內氮含量和氮素產量生產效率，增加子粒產量，但施氮過量或不足均不表現增產效果，反而導致利用率降低[39-42]。因此，合理運籌氮肥是夏玉米實現高產高效的重要措施。在選用耐密植品種的基礎上，適當增加種植密度，合理確定氮肥施用量，保證充足的氮肥供應，協調好群體和個體的發展，可以最大限度地發揮品種的增產潛力。本試驗條件下，旱地春玉米在種植密度75 000株/hm2條件下，施氮量300 kg/hm2左右子粒產量較高。

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