氮肥與密度對夏玉米生理特性、產量及氮肥偏生產力和抗倒性的影響

曹冰 朱紫薇 單娟 姚國旗 朱英華 沈軍輝 黃令軍 王成雨

摘要：以夏玉米品種隆平206為試驗材料，采用裂區設計，設置2個氮肥水平（180、240 kg/hm2）和3個種植密度（每公頃6萬株、7.5萬株、9萬株），研究氮肥與密度對夏玉米生理特性、產量及氮肥偏生產力和抗倒性的影響。結果表明：適當密植（每公頃7.5萬株）有利于增加夏玉米產量;在低密度（每公頃6萬株）條件下提高氮肥水平可以改善光合作用，有利于干物質的積累，增產顯著;中高密度時增氮對光合作用的改善不明顯，干物質積累增加也不顯著，因此，增產效果不顯著。增密降低穗位葉的光合速率，有利于大喇叭口期干物質的積累;散粉期和收獲期，增至中密度有利于干物質積累，繼續增密干物質積累增加不顯著。低氮水平下增密可以有效提升氮肥偏生產力，而氮肥水平過高即使增加密度提升氮肥偏生產力的效果仍然不佳。密度過高降低植株的抗倒能力導致玉米田間倒伏率增加，適當增密不會導致抗倒能力顯著減弱并保持較低的倒伏率。在本試驗條件下，每公頃氮肥施用量180 kg、種植7.5萬株是適合試驗地夏玉米高產高效的栽培模式。

關鍵詞：夏玉米;氮肥;密度;光合速率;氮肥偏生產力;抗倒性

中圖分類號：S513.01??文獻標識號：A??文章編號：1001-4942（2019）06-0097-06

Abstract?In this experiment， the summer maize variety Longping 206 was used as experimental material. The split plot design was set with two nitrogen fertilizer levels （180 and 240 kg/hm2） and three planting densities （60 thousand， 75 thousand and 90 thousand plants per hectare） to study their effects on the physiological characteristics， yield， nitrogen partial factor productivity and lodging resistance of summer maize. The results showed that rational close planting （75 thousand plants per hectare） was beneficial to increase the yield of summer maize. Increasing nitrogen fertilizer rate under low density could improve the photosynthesis and dry matter accumulation， so it increased yield significantly. But the effects of increasing nitrogen fertilizer under medium or high density on photosynthesis and dry matter accumulation were not significant， so the yield did not increase significantly. Increasing density decreased the photosynthetic rate of ear leaves and was beneficial to the dry matter accumulation at large trumpet stage. At powder and harvest stages， increasing density to the intermediate density was beneficial for dry matter accumulation， while continuing to increase the density did not increase the dry matter accumulation significantly. Increasing planting density at low-nitrogen level could effectively improve the partial factor productivity of nitrogen fertilizer， but the effect was not better when the nitrogen fertilizer level was too high. Excessive density decreased the lodging resistance of plants and led to an increase of lodging rate of corn in field. A suitable increase of planting density would not lead to the significant weakness of lodging resistance but could keep lower lodging rate. Therefore， in the test conditions， 180 kg/hm2 nitrogen fertilizer and 75 thousand plants per hectare were suitable for high-yield and high-efficient production of summer maize.

Keywords?Summer maize; Nitrogen fertilizer; Planting density; Photosynthetic rate; Nitrogen partial factor productivity; Lodging resistance

氮素是葉綠素的主要成分，而葉綠素含量的高低在很大程度上和光合速率密切相關并決定了光合產物的形成，因而氮肥用量和作物產量密切相關[1-3]。為了提高產量，農民往往過量施肥，導致近30年來我國化肥用量持續增長以及環境惡化[4，5]。盡管化肥施用量不斷增加，但糧食產量并未顯著增加，因而降低化肥施用量提高肥料利用率成為我國農業生產的必由之路[5]。

密植是作物獲得高產的另一項有效措施，許多研究者在玉米等多種作物上報道了密植的增產效應[6-11]。但是，過度增加種植密度可引起作物冠層郁閉、光照不足、基部節間發育不良，進而引起作物倒伏而導致嚴重減產。因此，合理密植是作物高產不倒的技術措施[2，12，13]。

盡管前人對施肥和種植密度等單項措施在夏玉米產量形成、肥料利用效率和莖稈倒伏機理方面的研究較多[14-16]，但關于氮肥和密度組合技術在上述方面影響的研究較少。本試驗通過研究氮肥與密度對夏玉米生理特性、產量及氮肥偏生產力和抗倒性的影響，旨在為夏玉米的安全和可持續生產提供理論依據和技術支持。

1?材料與方法

1.1?試驗設計

試驗于 2018年在安徽省宿州市灰古鎮付湖新村進行。供試夏玉米品種為隆平206。采用裂區設計，主區設置2個氮肥水平（純氮），分別為180 kg/hm2（N1）和240 kg/hm2（N2）;副區設置3個種植密度，分別為每公頃6萬株（D1）、7.5萬株（D2）和9萬株（D3）。共6個處理，隨機區組排列，重復3次;小區面積為30 m2，行距0.6 m，行長5 m，共10行區。

試驗點土壤為砂姜黑土，0～20 cm土壤養分含量分別為： 有機質10.53 g/kg、全氮0.88 g/kg、堿解氮110.75 mg/kg、速效磷 68.78 mg/kg、速效鉀 125.00 mg/kg。供試肥料品種為尿素，氮肥用量的1/2作基肥，剩余1/2作追肥在大喇叭口期施用。其它管理措施同當地大田管理水平。

1.2?測定項目與方法

1.2.1?光合速率?于玉米散粉后20天，采用美國產LI-6800光合測定儀于上午8∶?30進行測定，每處理隨機選取5株，分別測定穗位葉光合速率，并取其平均值[17]。

1.2.2?干物質積累?于大喇叭口期、散粉期和生理成熟期每小區取植株樣品3株，放入烘箱105℃下殺青0.5 h，樣品冷卻至室溫，然后再將樣品在70℃下烘干至恒重并稱量每處理的樣品重[18]。

1.2.3?抗倒性能和倒伏率?于散粉期調查每處理玉米的株高、穗位高，并用游標卡尺測定基部第三節間莖粗，同時用YYD-1植物莖稈強度測定儀（浙江托普云農科技股份有限公司生產）測定基部第三節間抗折力[19]。

于成熟期收獲前調查玉米田間倒伏株數，并計算倒伏率。

1.2.4?產量?夏玉米生理成熟后，調查小區實際穗數和空稈率，每小區連續收取30株玉米的果穗，進行考種，測定穗行數、行粒數和千粒重。所有處理的籽粒烘干至13%安全含水量并稱重，并折算成公頃產量[20]。

1.2.5?氮肥偏生產力?氮肥偏生產力（PFPN）指投入的單位肥料氮所生產的作物經濟產量[5]。計算公式如下：

PFPN=Y/F 。

式中，Y為施用氮肥后所獲得的作物經濟產量;F代表該地塊化肥的投入量。

1.3?數據分析

采用Microsoft Excel進行數據處理與作圖，采用SPSS軟件進行數據分析。

2?結果與分析

2.1?氮肥與密度對夏玉米光合速率的影響

由圖1可知，在同一氮肥水平下，隨種植密度增加，夏玉米穗位葉光合速率顯著降低。在低密度條件（D1）下，提高氮肥水平可顯著提高穗位葉光合速率;但在中高密度（D2、D3）條件下，提高氮肥水平，穗位葉光合速率增加不顯著。說明，在密度較低時，氮肥提升穗位葉光合速率的效果明顯，但當密度增加到一定水平（超過D2）時，增加氮肥改善穗位葉光合速率的作用不明顯。

2.2?氮肥與密度對夏玉米干物質積累的影響

由圖2可知，大喇叭口期，同一氮肥水平條件下，增加種植密度有利于增加干物質積累量;當種植密度保持不變情況下，只有D1的兩個處理增加氮肥可以顯著提高干物質積累量，而D2和D3兩個種植密度的不同氮肥處理干物質積累量增加不顯著。散粉期和收獲期，同一氮肥水平條件下，種植密度由D1增加到D2水平干物質積累量顯著提高，但進一步增加種植密度干物質積累量提高不顯著;種植密度相同時，增加氮肥水平而導致干物質積累量的變化同大喇叭口期一致。

2.3?氮肥與密度對夏玉米產量的影響

由表1可知，當密度相同時，提高氮肥水平對空稈率影響不顯著。在同一氮肥水平下，密度由D1（每公頃6萬株）增加到D2水平（每公頃7.5萬株），夏玉米的空稈率增加不顯著;但當密度由D2增加到D3水平（每公頃9萬株）時，夏玉米的空稈率顯著增加，說明密度過高空稈率顯著增加。無論氮肥水平還是種植密度的增加，穗行數均變化不顯著，說明穗行數受氮肥水平和種植密度影響較小，穗行數主要由品種的遺傳特性決定。在N1水平下，密度由D1增加到D2水平或由D2增加到D3水平，行粒數下降不顯著，但D3水平顯著低于D1水平;在N2水平下，行粒數表現為隨種植密度的增加顯著下降。千粒重在同一氮肥水平下表現為隨種植密度的增加顯著下降，但在密度相同的條件下，氮肥水平對千粒重影響不顯著，說明種植密度對千粒重的調控作用大于氮肥用量。在同一氮肥水平條件下，夏玉米種植密度由D1增加到D2水平產量顯著提高，但由D2增加到D3水平產量提高不顯著;低密度（D1）條件下，提高氮肥水平產量顯著增加，但中高密度（D2、D3）條件下，增加氮肥水平產量提高不顯著，說明密度過高（D3）不能帶來產量的增加，N1水平下雖然氮肥用量較小但可以通過增加種植密度至D2水平獲得高產。

2.4?氮肥與密度對夏玉米氮肥偏生產力的影響

由圖3可知，在N1水平下，種植密度由D1增加到D2氮肥偏生產力顯著提高，但種植密度由D2增加到D3時氮肥偏生產力提高不顯著;在N2水平下，增加種植密度氮肥偏生產力提高不顯著。在同一種植密度下，增加氮肥用量均使氮肥偏生產力顯著下降。說明低氮水平下增加種植密度可以有效提升氮肥偏生產力，而氮肥水平過高即使增加密度提升氮肥偏生產力的效果仍然不佳。

2.5?氮肥與密度對夏玉米抗倒伏性的影響

由表2可知，提高氮肥水平和增加種植密度，夏玉米株高、穗位高有增加的趨勢，但各處理間差異均未達到顯著水平，說明株高、穗位高受其遺傳特性決定。在同一氮肥水平條件下，種植密度由D1增加到D2水平時基部第三節間莖粗和抗折力降低不顯著，但當密度由D2增加到D3水平時基部第三節間莖粗和抗折力顯著降低。在同一種植密度下，增加氮肥水平有提高莖粗和抗折力的趨勢，但3個種植密度下上述兩項指標均未達到顯著水平。倒伏率的變化呈現出同莖粗和抗折力相反的變化趨勢。說明密度過高降低了植株的抗倒能力，導致玉米田間倒伏率增加，適當增加種植密度不會導致抗倒能力顯著減弱并保持較低的倒伏率。

3?討論與結論

增施氮肥和提高種植密度是增加玉米產量的兩項重要栽培技術措施，這已被很多學者所證明[20-26]。本試驗表明，增加氮肥水平在低密度條件（每公頃6萬株）下可以顯著增產，當每公頃密度超過7.5萬株時增施氮肥的效果不顯著，同時進一步增加密度帶來的增產效應不顯著。王楷等[26]研究表明，當每公頃密度達到10.5萬株時玉米單產最高，這與本試驗結論相差懸殊，可能的原因是本試驗開展的地點為黃淮海地區，該區主要種植夏玉米，且該區光照資源明顯低于王楷等開展試驗的中國西北地區，因而對于種植密度的選擇一定要根據當地的氣候資源進行。盡管有學者表明玉米獲得最高產量的氮肥施用量至少要達到300 kg/hm2，但本試驗表明，通過把每公頃種植密度由6萬株增加至7.5萬株，在較低氮肥水平下（180 kg/hm2）N1D2處理獲得高產（與最高產量處理差異不顯著），這與周培祿等[27]報道的施氮200 kg/hm2可獲得最高產量所用的施氮量差別不大。可見，通過適當增密把氮肥水平由240 kg/hm2降至180 kg/hm2獲得高產是完全可能的。

本研究表明，增密降低穗位葉的光合速率，隨著密度的增加，穗位葉光合作用降幅增大;盡管低密度下增氮可以改善光合作用，提高光合速率，但這是以消耗過量的氮素資源為代價的，因而，我們關注的重點是通過適當增加密度提高群體的光合性能來促進作物的物質生產。中高密度時增氮對光合作用的改善不明顯，這可能是當每公頃密度超過7.5萬株田間過于郁閉、群體內光照不足所致，這也是每公頃密度超過7.5萬株增加氮肥用量干物質積累增加不顯著的可能原因。

國際上常用來表征氮肥利用效率的參數主要有4個，分別為氮肥利用率、氮肥偏生產力、氮肥農學效率和氮肥生理利用率[5，28-30]。氮肥偏生產力因無需種植空白區，易為農民所掌握，也是國際農學界常用來衡量氮肥利用效率的指標，比較適合我國目前土壤和環境養分供應量大、化肥增產效益下降的現實。本研究表明，低氮水平下適當增加種植密度可以有效提升氮肥偏生產力，而氮肥水平過高即使增加密度提升氮肥偏生產力的效果仍然不佳，其中原因在于高氮水平下增加種植密度產量提高的幅度相對較小。

密植常會帶來倒伏問題，原因在于密植可引起作物冠層郁閉、光照不足、基部節間發育不良，作物抗倒性減弱[2，12，13]。盡管有學者研究表明，玉米獲得高產每公頃密度可以大于9萬株，但本試驗表明，每公頃密度為9萬株（N1D3和N2D3）的兩個處理均出現大面積倒伏，原因在于當每公頃密度由6萬株增加到7.5萬株，莖粗、抗折力等與抗倒性能有關的指標并未變劣，但當每公頃密度由7.5萬株增加到9萬株時，這些抗倒指標大幅弱化。因而，在本試驗所在地區，每公頃密度7.5萬株倒伏風險相對較低，高于此密度會大大增加倒伏風險。在本試驗條件下，氮肥施用量180 kg/hm2同時每公頃增密至7.5萬株是適合試驗地區夏玉米高產高效的栽培模式。

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