不同基因型夏玉米間作對產量及氮素吸收利用的影響

陶靜靜，王海標，朱宗瑛，譚金芳，王宜倫

(河南農業大學 資源與環境學院，河南糧食作物協同創新中心，河南 鄭州 450002)

不同基因型夏玉米間作對產量及氮素吸收利用的影響

陶靜靜，王海標，朱宗瑛，譚金芳，王宜倫

(河南農業大學 資源與環境學院，河南糧食作物協同創新中心，河南 鄭州 450002)

為探究不同氮效率夏玉米品種間作的氮肥增產效果，采用田間試驗研究了不同施氮水平下，不同氮效率夏玉米品種間作種植模式對其產量、氮素積累量、地上部生物量、光合特性及氮肥利用效率的影響。結果表明，不施氮水平下，鄭單958和浚單20間作較鄭單958和浚單20單作產量分別增加8.82%和6.34%，吐絲期凈光合速率分別增加47.68%和30.89%；施氮240 kg/hm2水平下，間作較鄭單958和浚單20單作產量分別增加7.19%和5.88%，吐絲期凈光合速率分別增加27.31%和22.16%；施氮450 kg/hm2水平下，間作較鄭單958和浚單20單作產量分別增加6.53%和5.31%，吐絲期凈光合速率分別增加19.20%和7.43%。間作模式下，施氮240，450 kg/hm2，玉米分別增產9.55%和11.22%，但2個氮水平間差異不顯著。鄭單958和浚單20間作提高了夏玉米氮素積累量，氮肥利用率提高3.10～3.47個百分點，氮肥農學效率提高1.08～2.64 kg/kg；施氮240 kg/hm2水平下，鄭單958和浚單20間作的氮肥利用率高于浚單20單作，氮肥農學效率最高。綜合產量和氮肥利用效率，鄭單958和浚單20間作施氮240 kg/hm2效果較好。

基因型；夏玉米；間作；產量；氮肥效率

玉米是重要的糧食、飼料及經濟兼用作物，在谷物生產中占有重要地位[1]。2014年總播種面積3 712.3萬hm2，總產量21 564.6萬t，已發展為中國第一大糧食作物，提高玉米產量對于保障國家糧食安全具有重要戰略意義[2-5]。肥料是作物的糧食，通過施肥為作物提供足夠的養分是提高單產的關鍵[6]。氮素是夏玉米需求量和吸收量最多的營養元素，對玉米的生長發育、產量和品質等極為重要[7-9]。施用氮肥是提高夏玉米產量的主要技術措施，目前生產中普遍偏施氮肥導致實際施氮量已遠遠超過最佳經濟施肥量[10-11]，造成資源浪費。間套作是一種能集約利用光、熱、肥、水等自然資源的種植方式，可以實現土地、養分和水熱資源在時間和空間上的集約化利用[12-14]。科學研究和生產實踐表明，合理的作物間作、混作可以通過協調作物間的競爭與互補關系，充分利用自然資源，減少病蟲害等方面來提高作物群體產量和整體經濟效益[15-19]。

近年來，在不同施氮水平對夏玉米產量、氮肥利用效率、碳氮代謝、不同生育期光合產物的運輸、氮磷鉀積累與分配及玉米冠層的高光譜特征等方面有較多的研究報道[20-27]。鄧小燕等[28]研究報道了玉米/大豆和玉米/甘薯套作模式下不同分隔方式及不同供磷水平對磷素吸收特性及種間相互作用的影響，結果表明，無論施磷與否，玉米均表現出套作優勢。焦念元等[29]研究報道了施氮量和玉米-花生間作模式對玉米和花生產量、生物量、氮磷吸收與利用以及蛋白質產量的影響，結果表明，玉米-花生間作顯著提高了玉米產量和氮、磷吸收量，但降低了花生產量和氮吸收量，且間作優勢隨施氮量的增加而降低。高陽等[30]研究報道了不同水氮處理對玉米-大豆間作群體的光能截獲、競爭與利用的影響，結果表明，充分供水條件下，施氮處理間作玉米和大豆的光能利用效率高于不施氮處理，水分虧缺條件下，施氮處理間作玉米比不施氮處理高而大豆基本相同。李潮海等[15]和劉天學等[31]研究表明，緊湊型與半緊湊型玉米品種間作可以提高群體質量，延長葉片功能期，提高光合效率，增加籽粒產量。但有關不同基因型夏玉米間作對氮肥的響應等方面的研究鮮見報道。為此，研究不同氮效率基因型夏玉米間作對夏玉米氮素吸收利用及產量的影響，旨在明確不同基因型夏玉米間作的氮肥增產效應，為合理施氮與夏玉米增產提供技術依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014年6-10月在河南省鶴壁市淇濱區鉅橋鎮劉寨村進行，供試土壤為黏壤質潮土，種植模式為小麥玉米輪作。供試土壤有機質為17.83 g/kg，堿解氮為98.79 mg/kg，速效磷為15.82 mg/kg，速效鉀為166.50 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗為裂區試驗設計，主區為種植模式：鄭單958單作用ZD958表示，浚單20單作用XD20表示，鄭單958和浚單20間作(2∶2)用ZD958││XD20表示；副區為施氮水平：N0-不施氮，N1-240 kg/hm2，N2-450 kg/hm2。各處理磷鉀肥一致，磷肥(P2O5)75 kg/hm2、鉀肥(K2O)90 kg/hm2，磷、鉀肥苗期一次性施入，氮肥50%苗期施用，50%做大喇叭口期追肥。小區面積32 m2，3次重復，隨機區組排列。

供試玉米品種為浚單20和鄭單958，種植密度為67 500株/hm2。2014年6月15日種植，10月1日收獲。灌溉、病蟲草害防治等其他田間管理措施同當地農民管理一致。

1.3 測定項目與方法

播種施肥前采集0～30 cm基礎土壤樣品，常規方法測定土壤養分。在玉米的關鍵時期(大喇叭口期、吐絲期、灌漿期)測定各小區夏玉米葉片的SPAD值(前期取玉米植株的最新完全展開葉，抽穗后取植株穗位葉)，用日本產SPAD502測定，每個小區測20片同一位置的葉片，取平均值。

成熟期，每個小區收獲30穗玉米，裝入尼龍網袋，曬干稱其質量，以含水量14%折算作為小區產量，另取10穗玉米進行考種，調查穗長、穗行數、穗粒數和千粒質量等。收獲時采集各小區代表性植株樣品2株，在105 ℃殺青15 min，然后在65 ℃烘干至恒重，用天平稱其質量，測定植株的干物質量，常規方法測定植株和籽粒的養分。

于玉米吐絲期和灌漿期，在晴朗的上午用LI-6400型便攜光合儀測定夏玉米葉片光合指標，每個單作小區選取代表性植株3株測定其穗位葉，求平均值；每個間作小區2個品種分別選取代表性植株3株測定其穗位葉，求平均值。

1.4 相關指標計算

氮素積累量(kg/hm2)=非收獲物干質量×非收獲物養分含量+收獲物干質量×收獲物養分含量；

氮肥利用率=(施氮肥區植株地上部氮素積累量-不施氮肥區植株地上部氮素積累量)/施氮肥量×100%；

氮肥農學效率(kg/kg)=(施氮肥區產量-不施氮肥區產量)/施氮肥量。

1.5 數據處理

試驗數據采用Excel、SPSS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同基因型夏玉米間作對產量及其構成要素的影響

由表1可知，不同氮水平處理下，2個品種間作產量均高于單作。N0水平下ZD958││XD20較ZD958和XD20分別增產8.82%和6.34%；N1和 N2水平下分別增產7.19%，5.88%和6.53%，5.31%。N1和N2水平下ZD958 、ZD958││XD20、XD20的增產率分別為11.21%，9.55%，10.03%和13.61%，11.22%，12.32%；N1和N2水平下ZD958││XD20較ZD958和XD20的增產率分別為19.21%，16.50% 和21.03%，18.28%。間作可協同提高穗粒數和千粒質量而增加產量。ZD958││XD20下，N1和N2分別增產9.55%和11.22%；穗粒數和千粒質量分別增加2.23%，8.01%和8.74%，7.31%。說明施氮240 kg/hm2的ZD958││XD20即可達到較高產量。

表1 不同基因型夏玉米間作對產量及其構成要素的影響Tab.1 Effect of different genotypes of summer maize intercropping on yield and its components

注：同列不同字母表示同一氮水平下不同種植模式差異顯著(P<0.05)；括號內不同字母表示間作種植模式下不同氮水平間差異顯著(P<0.05)；括號內的數據表示間作較單作的增產率，表2-3。圖1-2同。

Note：Different alphabet in a column indicate significant differences at 0.05 level among different cropping patterns of a N application rate.Different alphabet in brackets indicate significant differences at 0.05 level among different N application rates of intercropping cropping pattern.The data in brackets indicate the increasing ratio that intercropping than monoculture.The same as Tab.2-3，Fig.1-2.

2.2 不同基因型夏玉米間作對其氮素養分積累量的影響

由圖1可知，在N0和N1水平下ZD958的氮素養分積累量均高于ZD958││XD20和XD20，分別提高0.63%，18.82%和5.00%，10.14%；在N2水平下ZD958││XD20的氮素養分積累量均高于ZD958和XD20，但差異不顯著，在N2水平下，ZD958││XD20較各氮水平ZD958和XD20的氮素養分積累量分別增加29.34%，2.61%，7.11%和53.67%，13.02%，7.44%。ZD958││XD20下，施氮可有效增加夏玉米氮素養分積累量，N1和N2水平分別增加20.81%和30.15%。說明低氮水平下有利于ZD958的氮素養分積累量的增加，而高氮水平下則ZD958││XD20的氮素養分積累量較高。

圖1 不同基因型夏玉米間作對其氮素養分積累量的影響Fig.1 Effect of different genotypes of summer maize intercropping on N accumulation

2.3 不同基因型夏玉米間作對葉片SPAD值的影響

由表2可知，N0水平下，在夏玉米生長的大喇叭口期、吐絲期和灌漿期ZD958││XD20 SPAD值均大于ZD958和XD20，其中N0水平下，大喇叭口期和吐絲期ZD958││XD20 的SPAD值均達到顯著水平；N1水平下，在灌漿期ZD958││XD20顯著高于XD20。N2水平下，在吐絲期ZD958││XD20顯著高于XD20。ZD958││XD20下增施氮肥，對夏玉米生長的大喇叭口期、吐絲期和灌漿期的葉片SPAD值均有顯著增加作用。說明不同施氮水平下，SPAD值均是ZD958││XD20效果較好。

表2 不同基因型夏玉米間作對葉片SPAD值的影響Tab.2 Effect of different genotypes of summer maize intercropping on SPAD

2.4 不同基因型夏玉米間作對其光合速率的影響

光合速率的強度決定了光合產物積累的速度，由表3可以看出，在吐絲期，不同施氮水平ZD958││XD20的凈光合速率均顯著高于ZD958和XD20，N0水平下，ZD958││XD20的凈光合速率較ZD958和XD20單作分別增加47.68%和30.89%；N1和N2水平下分別增加27.31%，22.16%和19.20%，7.43%。灌漿期ZD958││XD20的凈光合速率高于ZD958和XD20，N0水平下顯著高于ZD958，N1和N2水平下差異不顯著；ZD958││XD20下，隨著施氮量的增加在吐絲期和灌漿期對氣孔導度、細胞間隙CO2濃度和蒸騰速率有一定影響，但兩氮水平相比差異不顯著。ZD958││XD20下，夏玉米凈光合速率和氣孔導度均隨著施氮量的增加而增加，且凈光合速率隨生育期的推進而降低，吐絲期和灌漿期的玉米凈光合速率有顯著增加，吐絲期N1和N2水平分別增加31.90%和50.74%；灌漿期N1和N2水平分別增加14.20%和26.22%。N1和N2水平下吐絲期和灌漿期ZD958││XD20的氣孔導度和蒸騰速率均比N0水平有增加，對細胞間隙CO2濃度有一定影響，但不顯著。說明ZD958││XD20下適量施氮即可達到較高的凈光合速率。

表3 不同基因型夏玉米間作對其光合速率的影響Tab.3 Effect of different genotypes of summer maize intercropping on photosynthetic rate

2.5 不同基因型夏玉米間作對其地上部生物量的影響

由圖2可以看出，N0和N1水平下，ZD958││XD20的地上部生物量較XD20均顯著增加，N1和N2水平下ZD958││XD20的地上部生物量均高于ZD958，但差異不顯著。N1水平下ZD958││XD20較ZD958和XD20分別增加2.76%和10.47%。N2水平下，ZD958││XD20的地上部生物量均高于ZD958和XD20，但差異不顯著，較ZD958和XD20分別增加0.21%和6.41%。在N2水平下，ZD958││XD20較各氮水平ZD958和XD20的地上部生物量分別增加14.91%，4.54%，0.21%和35.11%，12.39%，6.41%。ZD958││XD20下，施氮對地上部生物量有顯著增加作用，N1和N2水平下地上部生物量分別增加13.23%和15.19%，但N2和N1水平相比沒有顯著差異。說明ZD958││XD20下施氮240 kg/hm2即可達到較高的生物量。

2.6 不同基因型夏玉米間作對其氮肥利用效率的影響

由表4可知，N1水平下ZD958││XD20的氮肥利用率較XD20提高了3.10個百分點，而低于ZD958；N2水平下ZD958││XD20氮肥利用率較ZD958和XD20分別提高了3.32和3.47個百分點。N1、N2水平下，ZD958││XD20的氮肥農學效率較ZD958分別提高了2.64，1.31 kg/kg，較XD20分別提高了2.19，1.08 kg/kg。低氮下ZD958氮肥利用率較高，而高氮下ZD958││XD20氮肥利用率較高，ZD958││XD20在施氮240 kg/hm2氮肥農學效率最高。

圖2 不同基因型夏玉米間作對其地上部生物量的影響Fig.2 Effect of different genotypes of summer maize intercropping on aboveground biomass

氮水平Nlevel種植模式Plantingpattern氮肥利用率/%RecoveryefficiencyofappliedN氮肥農學效率/(kg/kg)AgronomicefficiencyofappliedNN1ZD95818．903．71ZD958││XD2013．57(25．06)6．35(5．58)XD2021．963．39N2ZD9588．032．40ZD958││XD2011．35(17．48)3．71(3．30)XD2014．012．22

注：括號內為間作種植模式較浚單20單作下的氮肥利用率和氮肥農學效率；括號外為間作種植模式較鄭單958單作下的氮肥利用率和氮肥農學效率。

Note：It is recovery and agronomic efficiency of applied N that intercropping planting pattern compared with Xundan 20 monoculture in brackets；Compared with Zhengdan 958 monoculture out of brackets.

3 討論與結論

在適宜的種植模式和管理條件下，玉米產量的提高取決于穗粒數的增加和千粒質量的提高[32]，在一定施氮范圍內，玉米產量隨施氮量的增加而增加[33]；史振聲等[34]研究表明，玉米不同品種的合理間作具有明顯增產作用，穗粒數增加幅度最大，其次是千粒質量的增加。在本試驗不同氮水平下，2個品種間作產量均高于單作；不施氮水平下ZD958││XD20較ZD958和XD20分別增產8.82%和6.34%；施氮240，450 kg/hm2水平下分別增產7.19%，5.88%和6.53%，5.31%。 ZD958││XD20下，施氮240和450 kg/hm2產量分別增加9.55%和11.22%；穗粒數和千粒質量分別增加2.23%，8.01%和8.74%，7.31%。不同氮效率玉米品種間作協同增加了穗粒數和千粒質量，進而提高了產量。

不同基因型玉米合理間作，不僅可以豐富群體遺傳多樣性、優化群體結構、增強群體抗逆性，而且能夠有效延長優良品種的生產壽命[31]。施氮和有機肥可延長干物質積累的旺盛時期，使玉米干物質總量積累速率最大的時刻推后1～3 d，增加了玉米的干物質積累量[35]。本試驗條件下，ZD958││XD20在不同氮水平下的地上部生物量均大于ZD958和XD20。光合作用是玉米進行物質生產的基本生理過程，適量施用氮素可減少花后葉片中氮素的輸出，延緩葉片衰老，維持較高的光合速率，為籽粒灌漿提供充足的碳水化合物[36]。本試驗不同氮水平下，吐絲期ZD958││XD20的凈光合速率顯著高于ZD958和XD20，吐絲期ZD958││XD20 SPAD值大于ZD958和XD20。間作種植模式下，隨施氮量的增加，吐絲期和灌漿期的玉米凈光合速率有顯著的增加。不同氮效率玉米品種間作可能改善了群體質量和碳素營養，提高了光合速率。

焦念元等[29]研究表明玉米-花生間作時，間作玉米氮、磷吸收量顯著高于單作玉米，間作花生氮、磷吸收量與單作花生差異不明顯。已有研究表明，鄭單958為低氮高效品種，浚單20為高氮高效品種[20]，本試驗表明施氮240 kg/hm2ZD958││XD20氮肥利用效率高于XD20而低于ZD958，施氮450 kg/hm2ZD958││XD20氮肥利用效率均高于ZD958和XD20；施氮240，450 kg/hm2下ZD958││XD20的氮肥農學效率均高于ZD958和XD20。不同氮效率玉米品種間作提高了高氮水平下的夏玉米氮肥利用效率。

不同氮水平下，鄭單958和浚單20間作凈光合速率提高7.43%～47.68%，地上部生物量增加2.76%～15.19%，協同增加了穗粒數和千粒質量，較單作增產5.31%～8.82%；鄭單958和浚單20間作提高了夏玉米氮素積累量，氮肥利用率提高3.10～3.47個百分點，氮肥農學效率提高1.08～2.64 kg/kg。間作模式下，施氮240，450 kg/hm2分別增產9.55%和11.22%，但2個水平間產量差異不顯著。施氮240 kg/hm2水平下，間作的氮肥利用率高于浚單20單作，氮肥農學效率最高；綜合產量和氮肥利用效率，鄭單958和浚單20間作施氮240 kg/hm2效果較好。

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Effect of Different Genotype Summer Maize Intercropping on Yield and Nitrogen Absorption and Utilization

TAO Jingjing，WANG Haibiao，ZHU Zongying，TAN Jinfang，WANG Yilun

(College of Resources and Environment Science，Henan Agricultural University，Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops，Zhengzhou 450002，China)

A field experiment was conducted to study the influence of intercropping of different nitrogen-efficiency varieties of maize on yield，nitrogen accumulation，aboveground biomass，photosynthetic characteristics and nitrogen fertilizer use efficiency in different application levels of nitrogen.The results showed that，in the condition of no nitrogen application，Zhengdan 958 and Xundan 20 intercropping increased the grain yield by 8.82% and 6.34% respectively，compared with the monoculture of Zhengdan 958 and Xundan 20，and the net photosynthetic rate increased by 47.68% and 30.89% respectively at silking stage.In 240 kg/ha nitrogen level，Zhengdan 958 and Xundan 20 intercropping increased the yield by 7.19% and 5.88% respectively than Zhengdan 958 and Xundan 20 monoculture，and the net photosynthetic rate increased by 27.31% and 22.16% respectively in silking stage.In 450 kg/ha nitrogen level，Zhengdan 958 and Xundan 20 intercropping increased the yield by 6.53% and 5.31% respectively than Zhengdan 958 and Xundan 20 monoculture，and the net photosynthetic rate increased by 19.20% and 7.43% respectively in silking stage.In intercropping mode，the yield increased by 9.55% and 11.22% respectively at 240，450 kg/ha nitrogen level，while there was no significant difference between the two levels.The nitrogen accumulation amount of summer maize was increased by intercropping of Zhengdan 958 and Xundan 20，the nitrogen use rate increased by 3.10-3.47 perlentage points and the nitrogen agronomic efficiency increased by 1.08-2.64 kg/kg.In 240 kg/ha nitrogen level，the nitrogen-efficiency in Zhengdan 958 and Xundan 20 intercropping was higher than Xundan 20 monoculture，and the nitrogen agronomic efficiency was the best.Consideing the yield and nitrogen fertilizer use efficiency，240 kg/ha nitrogen level was better for Zhengdan 958 and Xundan 20 intercropping.

Genotype；Summer maize；Intercropping；Yield；N fertilizer efficiency

2016-05-05

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2015BAD23B02)；河南省科技成果轉化基金項目(142201110025)

陶靜靜(1992-)，女，河南周口人，在讀碩士，主要從事植物營養與施肥研究。

王宜倫(1976-)，男，山東鄆城人，副教授，博士，主要從事植物營養與施肥研究。

S513.062

A

1000-7091(2016)06-0185-07

10.7668/hbnxb.2016.06.029