不同密氮模式下高產(chǎn)玉米品種籽粒產(chǎn)量與氮素利用特性研究

臧賀藏，王言景，張 杰，馮 曉，胡 峰，趙 晴，李國強(qiáng)，鄭國清

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南 鄭州 450002；2.鄭州師范學(xué)院 初等教育學(xué)院，河南 鄭州 450044)

不同密氮模式下高產(chǎn)玉米品種籽粒產(chǎn)量與氮素利用特性研究

臧賀藏1，王言景2，張 杰1，馮 曉1，胡 峰1，趙 晴1，李國強(qiáng)1，鄭國清1

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南 鄭州 450002；2.鄭州師范學(xué)院 初等教育學(xué)院，河南 鄭州 450044)

為給玉米高產(chǎn)高效栽培提供科學(xué)依據(jù)，在大田試驗(yàn)條件下，選用鄭單958和先玉335為材料，在每個(gè)品種下設(shè)置2個(gè)種植密度(6.75，8.25萬株/hm2)和4個(gè)施氮水平(0，180，240，300 kg/hm2)，研究了種植密度和施氮水平下2個(gè)高產(chǎn)玉米品種籽粒產(chǎn)量和氮素吸收利用特性。結(jié)果表明：在相同密度水平下，2個(gè)玉米品種籽粒產(chǎn)量、氮素積累量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量均隨施氮量增加總體呈現(xiàn)增加趨勢，氮素利用效率則降低；在相同施氮水平下，2個(gè)玉米品種籽粒產(chǎn)量、氮素積累量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量均隨密度的增加總體呈現(xiàn)增加趨勢，氮素利用效率則降低。在不同密氮組合下，先玉335的籽粒產(chǎn)量、氮素積累量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量及氮素利用效率均高于鄭單958。本研究條件下，2個(gè)玉米品種在密度為8.25萬株/hm2，施氮量為240 kg/hm2組合下，均可以同步協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量和氮素利用效率的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

玉米品種；種植密度；氮肥；氮素積累；籽粒產(chǎn)量；氮素利用效率

密度、氮肥和品種是影響夏玉米生長發(fā)育的重要因子，尤其在玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效調(diào)控中具有重要作用。在大田生產(chǎn)實(shí)踐中，種植密度過大和施肥不當(dāng)現(xiàn)象相當(dāng)普遍，這不僅導(dǎo)致玉米群體過大，容易倒伏；而且過量施氮嚴(yán)重污染環(huán)境[1-3]。為此，在保證玉米高產(chǎn)栽培條件下，適當(dāng)增加種植密度，減少氮肥投入，促進(jìn)花后氮素生產(chǎn)，同步提高夏玉米籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量以及氮素利用效率，是區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的迫切問題。在施氮量120～180 kg/hm2時(shí)，我國玉米產(chǎn)量平均為7.11 t/hm2，而氮肥利用效率平均為29.18%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國[4]。有研究表明，當(dāng)施氮量在171 kg/hm2以下時(shí)，玉米籽粒產(chǎn)量可達(dá)到14.80 t/hm2，氮肥利用效率則達(dá)64%[5-6]。為了構(gòu)建合理的夏玉米群體結(jié)構(gòu)，提高夏玉米氮肥利用效率，國內(nèi)外學(xué)者圍繞玉米干物質(zhì)的積累、分配以及產(chǎn)量方面開展了大量的研究，具有代表性的研究包括施氮量[7-8]、品種[9-10]、密度[11]、密氮調(diào)控[12-13]、水氮調(diào)控[14]等。臧賀藏等[15]研究認(rèn)為，施氮量為240 kg/hm2時(shí)，兩玉米品種可獲得較高的籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率。朱永群等[16]研究表明，雅玉8號青貯玉米在90 000株/hm2密度和200 kg/hm2施氮量組合下，獲得的產(chǎn)量和品質(zhì)最佳。前人研究都是針對夏玉米籽粒產(chǎn)量和氮肥利用特性，而有關(guān)不同玉米品種在不同密、氮模式下系統(tǒng)性研究報(bào)道較少。因此，本研究分析比較了鄭單958和先玉335在不同密氮模式下籽粒產(chǎn)量和氮肥利用特性，以期實(shí)現(xiàn)籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率的同步提高。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

田間試驗(yàn)于2013年在河南省延津縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行。供試土壤為潮土，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量14.01 g/kg，全氮含量0.94 g/kg，堿解氮含量77.61 mg/kg，速效磷含量16.83 mg/kg，速效鉀含量386.82 mg/kg；20～40 cm土層有機(jī)質(zhì)含量10.08 g/kg，全氮含量0.70 g/kg，堿解氮含量46.60 mg/kg，速效磷含量11.48 mg/kg，速效鉀含量290.91 mg/kg；40～60 cm土層有機(jī)質(zhì)含量4.84 g/kg，全氮含量0.39 g/kg，堿解氮含量15.43 mg/kg，速效磷含量8.47 mg/kg，速效鉀含量241.09 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試玉米品種為鄭單958和先玉335，前茬為冬小麥。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為品種，副區(qū)為種植密度和施氮量，種植密度設(shè)置6.75萬株/hm2(D1)和8.25萬株/hm2(D2)2個(gè)水平，施氮量設(shè)置0 kg/hm2(N0)、180 kg/hm2(N1)、240 kg/hm2(N2)和300 kg/hm2(N3)4個(gè)水平。氮肥于播前和拔節(jié)期分2次施入，除不施氮外，播前均施純氮120 kg/hm2，P2O5138 kg/hm2，K2O 112.5 kg/hm2。小區(qū)面積為40 m2，重復(fù)4次，行距 60 cm。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

生物量的測定：于玉米拔節(jié)期、大喇叭口期(V12)、開花期(R1)、花后15 d(15DAS)、花后35 d(35DAS)和成熟期(R6)選擇有代表性樣品3株，105 ℃下殺青30 min，80 ℃烘至恒重，稱量并計(jì)算。花前生物量=開花期生物量-拔節(jié)期生物量，花后生物量=成熟期生物量-開花期生物量籽粒產(chǎn)量的測定：中間連續(xù)取4行進(jìn)行測產(chǎn)，計(jì)算實(shí)際籽粒產(chǎn)量。

植株氮素含量的測定：采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測定。

籽粒蛋白質(zhì)含量的測定：采用全自動(dòng)凱氏定氮儀。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表格用Microsoft Excel 2007進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密氮模式對玉米籽粒產(chǎn)量、生物量和收獲指數(shù)的影響

兩玉米品種籽粒產(chǎn)量、花前生物量、花后生物量及收獲指數(shù)受密氮影響大都顯著(表1)。在相同密度水平下，兩玉米品種籽粒產(chǎn)量、花前生物量、花后生物量及收獲指數(shù)均隨施氮量的增加而增加，超過240 kg/hm2時(shí)則降低，而花后生物量持續(xù)增加。在相同施氮量水平下，除鄭單958 N1水平的籽粒產(chǎn)量和N0水平的花前生物量外，兩玉米品種籽粒產(chǎn)量、花前生物量、花后生物量及收獲指數(shù)均隨密度的增加而增加。從密度和施氮量比較而言，先玉335籽粒產(chǎn)量、花前生物量和花后生物量總體高于鄭單958，而收獲指數(shù)低于鄭單958。

表1 不同密氮模式下玉米品種籽粒產(chǎn)量、生物量與收獲指數(shù)變化

注：同一列中不同字母表示在5%水平上差異顯著。表2同。

Note：Different letters within a column mean significant differences at 5%。The same as Tab.2.

A．鄭單958 D1；B.先玉335 D1；C.鄭單958 D2；D.先玉335 D2。

2.2 不同密氮模式對玉米氮素積累量的影響

隨生育進(jìn)程的遞進(jìn)，兩玉米品種群體氮素積累量均以成熟期最高，且處理間存在明顯差異(圖1)。在相同密度水平下，兩玉米品種氮素積累量均隨施氮量的增加而增加，依次為N3>N2>N1>N0；在相同施氮水平下，兩玉米品種氮素積累量均隨密度的增加而增加，依次為D2>D1。從密度與施氮量組合來看，先玉335各處理氮素積累量均高于鄭單958，說明先玉335花后氮素積累能力較強(qiáng)。由此表明，適當(dāng)增加密度和適量氮肥能增加玉米氮素積累，進(jìn)而增加產(chǎn)量。

2.3 不同密氮模式對玉米氮素利用特性和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，在相同密度水平下，兩玉米品種氮素利用效率和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率總體隨施氮量增加而降低，氮肥生產(chǎn)效率和蛋白質(zhì)產(chǎn)量總體表現(xiàn)為增加趨勢；在相同施氮水平下，兩玉米品種氮素利用效率和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率總體隨密度的增加而降低，氮肥生產(chǎn)效率和蛋白質(zhì)產(chǎn)量則總體表現(xiàn)為增加趨勢。在不同密氮模式下，先玉335氮素利用效率、氮肥生產(chǎn)效率、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和蛋白質(zhì)產(chǎn)量高于鄭單958。說明先玉335具有較強(qiáng)的氮素利用能力。

表2 不同密氮模式下玉米品種氮素利用特性

3 結(jié)論與討論

種植密度和施氮水平是當(dāng)前作物高產(chǎn)高效生產(chǎn)中的研究熱點(diǎn)，而適宜種植密度和施氮量的確定是大田作物生產(chǎn)中的重點(diǎn)難點(diǎn)[17]。玉米花后物質(zhì)生產(chǎn)能力高低決定最終產(chǎn)量的高低，而花后物質(zhì)積累比例的增加可以提高籽粒產(chǎn)量[7]。有研究認(rèn)為，以種植密度6.75萬，7.5萬株/hm2，施氮量375 kg/hm2的處理產(chǎn)量構(gòu)成因素最為協(xié)調(diào)，獲得了最高的籽粒產(chǎn)量[12]。本研究結(jié)果表明，在同一密度水平下，兩玉米品種籽粒產(chǎn)量均隨施氮量的增加而總體增加，超過240 kg/hm2時(shí)則不再增加。在同一施氮水平下，兩玉米品種籽粒產(chǎn)量均隨密度的增加而增加。在不同密氮組合下，先玉335籽粒產(chǎn)量總體高于鄭單958。這與臧賀藏等[15]研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果還證實(shí)，在密度為8.25萬株/hm2，施氮量為240 kg/hm2時(shí)，鄭單958和先玉335獲得最高產(chǎn)量，分別為11 428.88，11 801.47 kg/hm2。這不僅證明了2個(gè)品種高產(chǎn)的統(tǒng)一性，而且說明這2個(gè)品種在適當(dāng)密植條件下具有較高的產(chǎn)量性能。

不同密度、施氮量和品種對玉米氮素吸收利用特性產(chǎn)生一定影響。據(jù)報(bào)道，隨施氮量的增加，氮素利用效率表現(xiàn)不明顯，而施氮量達(dá)到187.5 kg/hm2后，氮素利用效率急劇下降[18]。有研究表明，當(dāng)施氮量在180 kg/hm2時(shí)，可以滿足玉米各器官對氮素的需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效[19]；適當(dāng)增加種植密度和提高氮肥施用量，可以顯著提高玉米氮肥利用特性[13]；在適量氮肥條件下，增加密度可以顯著提高冬小麥群體氮素積累量，促進(jìn)花后氮素的積累，進(jìn)而提高產(chǎn)量[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在同一密度水平下，兩玉米品種氮素積累量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量均隨施氮量的增加總體呈現(xiàn)增加趨勢，而氮素利用效率則降低。在同一施氮水平下，兩玉米品種氮素積累量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量均隨密度的增加而增加，而氮素利用效率則降低。在不同密氮組合下，先玉335氮素積累量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量及其氮素利用效率優(yōu)于鄭單958。本研究還證實(shí)，在密度為8.25萬株/hm2，施氮量為240 kg/hm2時(shí)，鄭單958和先玉335獲得蛋白質(zhì)產(chǎn)量分別為967.28，1 062.08 kg/hm2，氮素利用效率分別為53.51，55.50 kg/kg。說明適宜種植密度和施氮量可以按照玉米需肥特性供給所需的氮素營養(yǎng)，保證中后期氮素的供應(yīng)，從而可以提高氮素利用特性。

本研究地區(qū)較合理的種植密度為8.25萬株/hm2，施氮量為240 kg/hm2。適當(dāng)增加種植密度和適氮投入可促進(jìn)夏玉米花后氮素生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量和氮素利用效率的同步提高，穩(wěn)定提高我國玉米綜合生產(chǎn)能力。

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Grain Yield and Nitrogen Use Characteristics of High-yield Maize Cultivars under Different Density and Nitrogen Regimes

ZANG Hecang1，WANG Yanjing2，ZHANG Jie1，F(xiàn)ENG Xiao1，HU Feng1，ZHAO Qing1，LI Guoqiang1，ZHENG Guoqing1

(1.Agricultural Economy & Information Research Institution，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China；2.Elementary Education Department，Zhengzhou Normal University，Zhengzhou 450044，China)

Excessive nitrogen (N) fertilizer application and planting density，outdated fertilization techniques，and non-optimal planting patterns are current cultivation problems with summer maize among small holders in North China. The objective of this study was to study the effects of planting density and N fertilizer on yield，nitrogen use characteristics and protein yield of summer maize cultivars in North China. Under field experiment，using two high-yield maize cultivars，ZD 958 and XY 335. Planting density were 6.75×104and 8.25×104plants per hectare，and four nitrogen application rates were arranged with 0，180，240，300 kg/ha. The results showed that under the same planting density，with the increase of N application rate，grain yield，N accumulation and protein yield were overall showed a trend of increase in two maize cultivars，while N use efficiency were decreased. Under the same N level，with the increase of planting density，grain yield，N accumulation and protein yield were overall showed a trend of increase in two maize cultivars，while N use efficiency was decreased. Under different planting density and N fertilizer rate，grain yield，N accumulation，protein yield and N use efficiency of XY 335 was higher than that of ZD 958. These results indicated that planting density was 8.25×104plants per hectare，N application rate was 240 kg/ha，two maize varieties had higher grain yield，N efficiency and protein yield，to obtain coordination of high yield，protein yield and N use efficiency.

Maize cultivars； Planting density； Nitrogen fertilizer； Nitrogen accumulation； Grain yield； Nitrogen use efficiency

2017-03-16

河南省重大科技專項(xiàng)(121100110900)；河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主創(chuàng)新專項(xiàng)基金項(xiàng)目(2017ZC59)；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(162102210377)

臧賀藏(1983-)，女，河南駐馬店人，助理研究員，博士，主要從事作物生理生態(tài)和農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。臧賀藏、王言景為同等貢獻(xiàn)作者。

鄭國清(1964-)，男，河南淅川人，研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。

S143.1

A

1000-7091(2017)03-0196-05

10.7668/hbnxb.2017.03.030