施氮時期對夏玉米生長、干物質轉運與產量的影響

周 琦，張富倉，李志軍，強生才，田建柯，李國棟，范軍亮

(1.西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室， 陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學中國旱區節水農業研究院， 陜西 楊凌 712100)

玉米是我國第一大糧食作物[1]，玉米的持續增產是保障我國糧食安全的關鍵。玉米的產量和品質與氮肥有重要的相關性，合理的氮肥用量和運籌方式不僅是玉米獲得優質、高產的關鍵，還是提高氮肥利用率、降低成本、獲得較高經濟效益、避免或減少由于施肥過量所帶來的環境污染和危害的有效途徑[2-4]。但是近年來，在農業生產過程中，氮肥的施用往往采用一炮轟的方式，導致氮肥的過量施用，但對產量的提升作用不明顯，從而降低了氮肥利用效率，引起土壤中的氮殘留等污染問題[5-7]。夏玉米生育期內高溫多雨，氮肥一次施用可能因為揮發淋溶等損失導致施入的氮肥不能得到有效的利用。

前人圍繞氮肥運籌對玉米生長的影響做了大量的研究，丁民偉等研究表明，在苗期施肥比在大喇叭口期施肥能獲得更大的干物質積累量，大喇叭口期和吐絲期施氮肥有利于玉米生育后期干物質積累[8]。王春虎等通過設置不同的氮肥施用方式發現，基肥∶大喇叭口期施肥∶吐絲期施肥為1∶6∶3時，玉米的單株葉面積和葉面積系數最大，綠葉葉片數最多[9]。張麗麗等在施氮量為180 kg·km-2的條件下，通過研究四種氮肥運籌方式發現基肥與12葉期施肥比例為1∶2時，玉米的千粒重最大，產量及氮肥利用率協同提高[10]。王啟現等通過研究前輕后重和前重后輕兩種施肥方式發現玉米吐絲期施肥可以提高籽粒第二灌漿峰值，增加千粒重，利于干物質的積累和產量的提高[11]。Foulkes等研究表明植物產量的形成實際就是光合同化物生產與分配的過程。植物獲得高產的基本途徑就是盡量增加植物光合同化物的積累量，并使之盡可能多地分配轉運到籽粒中[12-14]。

目前，關于氮肥對玉米生長及養分分配規律影響的研究多集中在氮肥用量、氮肥基追比對玉米產量和氮素利用效率的影響上，對于相等施氮量下的不同氮肥后移模式對夏玉米干物質轉運分配影響的研究較少。本試驗采用桶栽試驗的方法，通過測定玉米株高、葉面積和不同生育期干物質重等指標，研究了不同氮肥后移模式對夏玉米產量和干物質轉運的影響，為玉米的節肥減氮增產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在西北農林科技大學中國旱區節水農業研究院移動式防雨棚中進行。研究院地處34°20′N、108°24′E，海拔高度524.7 m，屬半干旱半濕潤氣候，多年平均氣溫12.9℃，多年平均降水量600 mm(主要集中在7—9月份)，年平均蒸發量1 500 mm。供試土壤為重壤土(經自然風干、磨細過5 mm篩)，土壤pH值為7.8，有機質6.38 g·kg-1，全氮0.82 g·kg-1，全磷0.55 g·kg-1，全鉀11. 2 g·kg-1，堿解氮48.3 mg·kg-1，速效磷13.68 mg·kg-1，速效鉀138.47 mg·kg-1，田間持水率(θF)24.0%。凋萎含水率為8.5%。

1.2 試驗設計

供試玉米品種為“先玉335”。試驗用氮肥為尿素(含N質量分數46%)，施氮量為1.5 g·kg-1，即每桶施用尿素量為8 g。設置7種氮肥處理即：N0為不施肥，N1為拔節期施肥，N2為大喇叭口期施肥，N3為吐絲期施肥，N4為拔節期施氮+大喇叭口期追氮(比例為5∶5)，N5為拔節期施氮+吐絲期追氮(比例為5∶5)，N6為拔節期施氮+大喇叭口追氮+吐絲期追氮(比例為3.3∶3.3∶3.3)。所有處理磷肥統一按重過磷酸鈣0.4 g·kg-1施入(P2O5質量分數為16%)，鉀肥統一按硫酸鉀1.5 g·kg-1施入(K2O質量分數為50%)；磷肥鉀肥均為基施一次性施入。其它管理措施同一般高產田。每個處理種植5桶，共35桶，隨機區組排列。試驗2015年6月30日播種，10月15日收獲。

試驗在直徑37 cm，高50 cm的圓柱形鋁合金桶中進行。測桶均埋在地下，桶面與地表相平。試驗地上方安裝有可移動電動葫蘆門式500 kg起重機(西安神力起重運輸機械有限公司)，起重機掛鉤上安裝電子吊秤(測量范圍4～500 kg，精度25 g，杭州天辰稱重設備有限公司)，可升降蒸滲桶，測其重量變化；桶底有便于水分下滲、土壤透氣而設置的均勻小孔25個，桶底放有接取滲漏液的不銹鋼鋁盆。為了使通氣均勻，排水時不帶走桶里的土在桶底鋪設一層10 cm厚的反濾層：最下層鋪設了一層大小基本一致的鵝卵石，其上面鋪設一層小石子，小石子上面鋪設了一層砂子，桶內土柱厚40 cm。玉米生長環境基本與田間一致。試驗通過稱重測量土壤含水率，當含水率低于50%時，灌水至田間持水量的百分之90%，灌水量由電子天平精確稱取。

1.3 測定項目與方法

玉米生長指標：每個不同生育期測定玉米植株的株高和葉面積。株高用卷尺測定從莖基部到葉頂端的距離，單株葉面積按X=∑(L×W)×0.75計算，式中X為單株葉面積，L為葉片長度，W為葉片最大寬度，0.75為單株葉面積換算系數)。分離成熟期玉米根、莖、葉和穗，放入干燥箱在105℃條件下殺青30 min，置于75℃條件下烘至恒重，用電子天平稱質量，即為干物質質量。

玉米產量：成熟期玉米穗裝入尼龍網袋曬干后，測定每一穗的直徑、穗長、禿尖長、穗行數和行粒數。脫粒后考種，測定每處理籽粒重和百粒重，以含水量為14%時的重量作為單株產量。

干物質轉移分配的計算：干物質轉移量、干物質轉移效率和轉移干物質對籽粒的貢獻率根據以下公式計算：

干物質轉移量DMT(g·plant-1)=吐絲期營養器官干重-成熟期營養器官干重

(1)

干物質轉移效率DMTE(%)=干物質轉移量/吐絲期期營養器官干重×100

(2)

轉移干物質對籽粒的貢獻率DMTP(%)=干物質轉移量/粒重×100

(3)

1.4 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2007和SPSS 18.0軟件進行整理和分析，多重比較采用Duncan法，使用Origin 9.2軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施氮時期對玉米株高、葉面積的影響

株高和葉面積是反映作物生長特征的重要指標，對于判斷作物前期干物質積累情況有著重要的作用。由圖1可知，在拔節期，由于N1、N4、N5、N6處理施入一定量的氮肥，其株高與拔節期未施肥的處理相比具有顯著的差異，相對于未施肥處理N0增長4.42%～6.21%，其中N1處理拔節期株高最高。在大喇叭口期N2處理氮肥全部施入對株高的增長有顯著的提升，相對未施氮肥的N0處理增長了6.48%；N4處理在拔節期和大喇叭口期分別施入，其株高相對于N0處理增長了10.97%；N1處理和N6處理在大喇叭口期的株高差異不顯著，N5處理由于在大喇叭口期未施肥，其株高增長量低于N6和N1處理。吐絲期各處理的差異比較明顯，其中N4處理株高最高，相對于N0處理增長了12.76%，其次是N2處理；可見大喇叭口期追肥對玉米株高的增長有著明顯的促進作用，N2處理的株高在吐絲期超過N1處理，N1處理氮肥由于全部在拔節期施入，后期表現肥力不足，增長不顯著；在吐絲期N2處理株高的增長量低于N5處理，N5處理在吐絲期追施氮肥，株高增長速率有所增加，但是由于前期氮肥施用量過少，使其總體株高在吐絲期仍然比較低。N3處理氮肥全部在吐絲期一次性施加，前期并未施加氮肥，對于株高的增長有一定的提升但不明顯，相對于N0處理增長了2.4%。成熟期株高的總體趨勢和吐絲期基本一致，N3、N5處理株高有所增長，N3相對于N0處理增長了3.77%，N2、N5、N6處理無顯著差異，N4最高，相對于N0處理增長了14.49%。由上可知，雖然吐絲期N3處理追施氮肥，但是由于前期未施肥，后期即使施肥也沒有顯著的增長。綜合整個生育期，玉米的株高呈增長趨勢，后期增長速率較前期有所降低，增長速率最快的時期是拔節期，其次是大喇叭口期。吐絲期和成熟期增長速率緩慢，兩個時期基本持平。

圖1 不同施氮時期對玉米株高的影響

Fig.1 The effect of different nitrogen fertilizer applications periods on plant height of maize

葉面積的變化規律與小麥基本相同，在拔節期葉面積與施肥量呈正相關，拔節期施肥最多的N1處理葉面積增長最顯著，相對于N0處理增長了14.5%，其次是N4、N5處理，相對于N0處理分別增長了6.71%，6.63%，N4、N5和N6處理間株高無顯著差異，葉面積對施氮量更敏感，差異性更明確。在大喇叭口期N2處理氮肥全部施入對葉面積的增長有顯著的提升，相對未施氮肥的N0處理增長了17.71%；N5處理大喇叭口期累積施肥量仍較N1、N2和N4處理低，所以葉面積增長量較低，相對于N0處理增長了10.73%。N4、N2和N6處理由于在大喇叭口期追施氮肥，其葉面積增長尤為顯著。在吐絲期，N4處理葉面積最高，其次是N2處理，再次是N6處理，可見大喇叭口期施肥，對于葉面積增長有持續的作用效果。N3處理葉面積吐絲期有所增長但是由于前期營養缺乏，增長率不大，相對于N0處理增長了4.16%。成熟期N2、N4處理葉面積差異不大，N5吐絲期的施肥在成熟期起到保綠的作用，此時與N6差異不大。N1處理氮肥全部在拔節期施入，到后期肥力不足，相對N0處理僅增長了7.79%。N3處理增長仍不顯著，為3.94%。綜合株高和葉面積，可以發現前期肥料缺失，即使在吐絲期追施，其生長也不能得到顯著提高。綜合整個玉米生育期的葉面積，可以發現在大喇叭口期施肥處理，相對于不施肥處理的葉面積增長最為顯著，其次是吐絲期，再次是成熟期。玉米的葉面積在大喇叭口期達到最大，在吐絲期開始逐漸降低。

圖2 不同施氮時期對玉米葉面積的影響

Fig.2 The effect of different nitrogen fertilizer applications periods on leaf area of maize

2.2 不同施氮時期對玉米干物質積累與分配的影響

由表1可知，在吐絲期，玉米干物質的分配量表現為：莖>葉>穗。玉米葉的干物質所占總干物質量的百分數在24.2%～25.4%之間，莖所占干物質量在55.5%～58.3%之間，穗所占的干物質量在16.4%～20.9%之間。N0處理的葉和莖占比相對于其它處理大，穗占總干物質的比重相對于其它處理小。在吐絲期莖和葉最高的處理是N4處理，其次是N2處理。葉的干物質大小關系為N4>N2>N6>N5>N1>N3>N0，莖的干物質大小情況同葉片干物質大小情況一致。吐絲期穗的干物質與莖葉有所差別，表現為N5>N4>N6>N2>N1>N3>N0。相對于莖和葉的情況，N5、N6穗部干物質較其它處理顯著增長，即吐絲期追肥可以促進穗部的生長發育，提高穗部干物質量。從單株干物質總量來看，N4處理明顯優于其它處理，單株干物質量最大為205.04 g，相對于N0處理增長了30.48%；N2、N5和N6處理差異不大，相對于N0處理增長了23.65%～24.23%。在成熟期，玉米葉片占總干物質的12.0%～12.9%，莖占總干物質的27.2%～29.1%，籽粒占總干物質的37.0%～39.6%，穗軸占總干物質的20.6%～23%。在成熟期，玉米干物質的分配量表現為:籽粒>莖>苞葉+穗軸>葉。玉米葉片和莖的干物質量都有所降低，穗的干物質量增加，穗軸與籽粒占總干物質的57.9%～60.7%，相對于吐絲期的16.4%～20.9%，增加了39.8%～41.5%。在成熟期玉米葉片和莖稈干物質量和總干物質量表現為N4>N2>N5>N6>N1>N3>N0。與吐絲期相比，N5的葉片和莖稈的干物質量高于N6。N2、N4和N5的籽粒干物質量差異不顯著，但與N1的籽粒干物質量差異顯著。

2.3 不同施氮時期對夏玉米干物質轉運的影響

由表2可知，不同營養器官的干物質轉運量表現為莖+鞘>葉。莖的干物質轉運量占總轉運量的70.34%～77.34%。與N0處理相比，N1、N2、N4和N6處理葉片和莖稈的轉運量均有顯著的提高，N3、N5處理提高不明顯，N5處理葉片干物質轉運量甚至少于對照處理。各處理葉片轉運效率在12.6%～20.5%之間，N6處理轉運效率最大，N5處理轉運效率最低。各處理莖鞘的轉運效率在16.7%～21.1%之間，表現為N4最高為21.1%，N2與N6相同且與N1處理差異不大，N0、N3和N5轉運效率相對較低分別為16.7%、17.3%、18.3%。各處理總轉運量表現為N4最高為33.6 g·株-1，N0最小為21.3 g·株-1，總轉運效率N6最高為41.1%，N5最小為30.9%。各處理莖鞘轉運效率>葉轉運效率。葉的轉運量對籽粒的貢獻率在4.8%～8.1%之間，N5處理最小；莖鞘的轉運量對籽粒的貢獻率在14.4%～20.0%之間，N3處理最小，N0處理次之，N5處理為16.4%顯著低于N1、N2、N4、N6處理。總轉運量對籽粒的貢獻率表現為，N4>N6>N2>N1>N5>N3。N5、N3無論是莖鞘還是葉，其轉運量轉運效率，對籽粒的貢獻率相對于其它處理都有極顯著的差異，甚至低于N0處理，可見在吐絲期施肥，不能增加干物質的轉運，會使葉片和莖稈持續增長，轉運量減少。花后光合同化物積累表現為N5>N3>N4>N2>N6>N1>N0。可見，雖然N5、N3轉運量相對較低，但是吐絲期施肥可促進植物光合同化作用，提高其花后光合同化效率，從而實現增產的目的。

表1 不同施氮時期對夏玉米吐絲期和成熟期干物質分配的影響 Table 1 Effects of different nitrogen application on the distribution of dry matter in silking stage and maturity

注：同列數據后相同字母表示無顯著差異(P>0.05)，下表同。

Note: values within a column with the same letter indicated no significant difference(P>0.05)，and hereinafter.

表2 不同施氮時期對玉米各器官干物質轉移效率的影響 Table 2 Effects of different nitrogen application on the dry matter transfer efficiency of maize organs

注：T-干物質轉移量；TE-干物質轉移效率；TP-干物質轉移量對籽粒的貢獻。

Note: T-dry matter translocation; TE-dry matter translocation efficiency; TP-dry matter translocation to proportion for grain.

2.4 不同施氮時期對玉米產量及產量構成要素的影響

由表3可知，不同施氮模式對穗行數、行粒數、穗粗、產量的影響具有一定的差異性；對于穗長、禿尖長、百粒重的影響差異不明顯。N4處理的穗行數、行粒數、產量明顯優于其它處理，N1、N2、N5和N6的穗行數沒有顯著差異，但是相對于N0處理，增加了27.78%～38.89%。N4、N5處理的行粒數>N1、N2、N6處理的行粒數>N3處理的行粒數>N0處理的行粒數，相對于N0處理增長了13.6%～25.3%。穗粗的規律同穗行數基本一致，相對于N0處理增長了1.64%～9.61%。穗長各施氮處理相對于N0處理增加了3.95%～15.12%，百粒重各施氮處理相對于N0處理增加了11.86%～19.56%。由各性狀的增長幅度來看，施氮對于穗行數的影響最大，其次是行粒數，再次是百粒重，對于穗粗和禿尖長的影響較小。N4處理各項穗部性狀指標最好，產量最高，相對于N0處理增長了24.28%，其次是N5處理，相對于N0處理增加了23.25%。N5處理與N0、N2、N6處理產量均沒有顯著性差異。N1和N3處理的產量相對于N0處理分別增長了17.7%和17.6%。在株高和葉面積的增長中，N3處理明顯不如N1處理，N5，N6處理相對于N2處理，增長量相對較低，但是在籽粒的百粒重和產量上，N5、N6處理有了明顯的增長，與N2處理沒有顯著差異;N3處理與N1處理也沒有顯著差異。N3、N5和N6處理都是在吐絲期追肥的處理，可見吐絲期施肥，可以提高玉米籽粒重量，使其更加飽滿，從而提高產量。

表3 不同施氮時期對夏玉米產量及產量構成要素的影響 Table 3 Effects of different nitrogen applications on yield and yield component of maize plant

3 討 論

于民偉等研究發現，大喇叭口期和吐絲期施氮肥有利于玉米生育后期光合產物的形成[8]，王啟現等認為吐絲期施氮顯著提高了籽粒的第二灌漿峰值，可以提高籽粒的產量[11]。在本試驗中，吐絲期施氮的N3，N5處理，花后光合產物積累明顯高于其它處理，從而增加籽粒產量。

王春虎等提出種肥∶大喇叭口期施肥∶吐絲期施肥為1∶6∶3時，玉米葉面積和株高能得到明顯提高，從而提高單株籽粒的干物質積累，提升產量[9]。王云奇等認為，夏玉米增施吐絲肥可以延緩吐絲后光合葉面積下降速度，從而為籽粒灌漿提供較多的源，最終提高粒重和產量[15]。申麗霞等認為，在總施氮量相同的條件下，播種期施氮結合大喇叭口期和吐絲期二次追施氮效果最好，其次為大喇叭口期一次追施氮，吐絲期一次追施及前重后輕的施氮方式導致后期葉片缺肥早衰，影響光合產物的積累和產量[16]。本試驗中，三次施氮的N6處理，產量反而不如拔節期、大喇叭口二次施氮的N4處理，與申麗霞研究結果不同，可能是由于相同的施氮量，需氮量較旺盛的玉米生育期前期施肥量較少，N6處理前期葉片生長不旺盛，最終導致籽粒產量低于N4處理。

夏來坤等研究發現3葉期施氮結合12葉期追氮籽粒產量最高，但對千粒重影響差異不明顯[17]。同本試驗各處理結果基本一致，不同處理的千粒重差異不大。徐鈺的研究表明，施氮處理下，玉米籽粒干物質重50%以上來自吐絲前期儲存同化物的再轉移[18]。戴明宏研究表明，不同氮肥管理模式下，春雨米生育期各器官中，葉片和苞葉的干物質轉運量最大，對籽粒的貢獻率分別為12.4%～15.3%和5.2%～7.0%[19]。本試驗表明莖稈的干物質轉運量最大，對籽粒的貢獻率也最大，與其結論不一致，需要進一步的研究。

胡昌浩對夏玉米的研究發現，各器官干物質轉移量對籽粒的貢獻率依次是莖稈、苞葉、穗軸、葉片、葉鞘及穗柄，總轉運量對籽粒的貢獻率為20.3%[20]，與本研究基本一致。隨著植物生育進程推進生長中心發生轉移，光合同化物在各器官中的分配也隨之變化，植物光合作用也就呈現動態變化[21]。籽粒植物花后光合同化物的積累與產量形成正相關[22-23]。植物籽粒產量在很大程度上取決于生育后期的光合同化能力，其花后光合同化物對籽粒的貢獻率為73.5%～81.2%[24]。本試驗研究表明花后光合同化物對籽粒的貢獻率為72.3%～79.5%，與其結論基本一致。

4 結 論

本研究發現，在土壤肥力較高的情況下，拔節期大喇叭口期5∶5施肥，產量和干物質量顯著高于其它處理。全拔節期施肥和全吐絲期施肥產量和干物質量顯著低于其它處理，說明施肥過早后期葉片容易早衰，影響后期光合產物的積累；施肥時期過于靠后，前期作物營養不足，影響葉片和株高的生長，導致葉片面積不足并嚴重影響作物產量。吐絲期施肥和拔節期吐絲期5∶5施肥花后光合同化物積累量顯著高于其它處理，其葉面積在吐絲期后相對其它處理也有較大增長，說明吐絲期施肥可以延緩葉片衰老，從而提升產量。相對于其它吐絲期未施氮處理，吐絲期施氮較多的處理葉片和莖鞘對籽粒的貢獻率相對較低，可見吐絲期施氮不利于葉片和莖稈的干物質轉運。吐絲期輕施的N6處理葉片和莖的干物質轉運相對較高，因此前期重施氮，吐絲期輕追施，對產量提高更有幫助。在不同的施氮處理下，莖+鞘轉運量大于葉片轉運量，葉片對籽粒的貢獻率在6.1%～8.1%之間，莖+鞘對籽粒的貢獻率在14.4%～20.0%之間，總轉運量對籽粒的貢獻率為20.5%～27.7%，與胡昌浩的研究基本一致，說明玉米的籽粒形成主要靠花后光合產物的積累。

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