不同栽培模式對江蘇省夏玉米產量和氮素利用的影響

傅鵬霄 王玨 李廣浩 陸衛平 陸大雷

摘要：? 為了明確不同栽培模式下江蘇省夏玉米產量和氮素利用率的變化，為江蘇省夏玉米高產高效輕簡生產提供理論依據，以江玉877（江蘇省主推品種）為材料，研究了夏玉米籽粒產量、干物質和氮素積累轉運在4種栽培模式[基礎地力水平（CK）、農戶栽培模式（FL）、高產高效栽培模式（HH）、超高產栽培模式（SH）]間的差異。結果表明，栽培模式對夏玉米產量和氮素吸收利用有顯著影響。與FL模式相比，HH、SH模式3年平均千粒質量分別增加4.3%和0.8%，產量分別增加20.6%和23.6%，吐絲期葉面積指數分別增加15.6%和20.2%，干物質積累量分別增加26.3%和28.1%，花前干物質積累量對籽粒產量貢獻率分別增加6.6%和2.4%，氮素積累量分別增加13.9%和31.9%，氮素轉運量分別增加了20.5%和39.2%。不同模式下，HH模式更有利于提高夏玉米氮肥偏生產力、氮肥農學利用效率和氮素利用率。SH模式較FL模式氮素利用率增加。在江蘇省夏玉米生產中，通過合理增加種植密度，肥料改普通復合肥基施+拔節期撒施氮肥為緩控釋肥一次性基施，種肥同播，可達到節省肥料、增產的目標，實現綠色優質高產高效輕簡生產。

關鍵詞：? 夏玉米; 種植模式; 產量; 干物質; 氮素利用率

中圖分類號：? S513.047??? 文獻標識碼： A??? 文章編號：? 1000-4440（2021）05-1151-09

Effects of different cultivation patterns on the yield and nitrogen utilization of summer maize in Jiangsu province

FU Peng-xiao， WANG Jue， LI Guang-hao， LU Wei-ping， LU Da-lei

（Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology/Jiangsu Key Laboratory of Crop Cultivation and Physiology/Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops， College of Agriculture， Yangzhou University， Yangzhou 225009， China）

Abstract：? The effects of different cultivation patterns on yield and nitrogen use efficiency of summer maize in Jiangsu province were charified to provide theoretical basis for high yield， high efficiency and simple production of summer maize. The differences in grain yield， accumulation and transport of dry matter and nitrogen under four cultivation modes [basic soil fertility level （CK）， farmer level （FL）， high yield and high efficiency level （HH） and super-high yield level （SH）] were compared using Jiangyu 877 （one of the main promoted variety in Jiangsu province） as materials. Results showed that planting patterns had significant effects on the yield and nitrogen absorption and utilization of summer maize. Compared with FL cultivation pattern， 1000-grain weight increased by 4.3% and 0.8% under HH and SH cultivation pattems， yield increased by 20.6% and 23.6%， leaf area index increased by 15.6% and 20.2% at silking stage， dry matter accumulation increased by 26.3% and 28.1%， the contribution rate of pre-anthesis dry matter accumulation to grain yield increased by 6.6% and 2.4%， nitrogen accumulation by 13.9% and 31.9%， nitrogen transport increased by 20.5% and 39.2%， respectively. Under different modes， HH mode is more beneficial to improve nitrogen partial productivity， nitrogen agronomic utilization efficiency and nitrogen utilization rate. Compared with that in FL treatment， the nitrogen utilization rate in SH treatment increased. In the production of summer corn in Jiangsu province， the goal of saving fertilizer and increasing yield， and green， high-quality， high-yield， high-efficiency and simple production can be achieved by increasing the planting density reasonably， changing fertilizer into slow and controlled release fertilizer， applying fertilizer and sowing seeds at the same time.

Key words：? summer maize; planting pattern; yield; dry matter; nitrogen use efficiency

江蘇省畜禽養殖業發達，年需玉米近 1× 10? 7 ?t，但玉米年產量僅 2.5× 10? 6 ～ 3.0× 10? 6 ?t，供需缺口較大? [1] 。前人研究結果表明，不同栽培措施中，種植密度與氮素施用量是影響玉米產量和養分吸收利用的關鍵因素? [2] ，適當提高種植密度可顯著提升玉米光能利用效率，同時在一定程度上提高氮肥的利用效率，實現玉米高產? [3-4] 。萇建峰等? [5] 認為高密度下等行距種植能夠改善群體內小氣候，提高中下部的光能截獲率，增強抗逆性。中國玉米的氮素利用效率僅僅是26%左右，遠低于氮素利用效率為33%的國際平均水平? [6] 。江蘇省實際大田生產中，當地農戶玉米種植模式的產量與效率相對比較高，然而還有很大的提升空間。因此，制定不同栽培模式，探究從基礎地力栽培模式到當地農戶栽培模式，以及從農戶栽培模式到高產高效及超高產栽培模式下產量與效率的變化規律，進一步尋求在農戶栽培模式基礎上產量、效率雙增長的栽培方式與技術途徑是有意義且有必要的。

江蘇省夏季高溫、病蟲害、干旱、澇漬、臺風等災害頻繁? [7] ，溫度和降水資源豐富，生產中主要限制因素為種植密度不足，肥料施用一般為復合肥（N、P? 2 O? 5 、K? 2 O含量分別為15%、15%、15%）基施。然而江蘇省肥料施用存在的主要問題是穗肥（主要指氮肥）的追施，生產中多為靠雨撒施，由于玉米生長季溫度較高，撒施容易造成銨態氮的揮發，如果撒施后降雨量過多也會造成硝態氮的淋溶? [8] 。在國家大面積高產創建活動中發現，合理增加密度是高產的主要栽培因子。同時緩控釋肥結合機械化播種實現種肥同播是實現輕簡施肥的重要途徑。合理增加密度結合輕簡施肥是實現玉米生產綠色高質高效的關鍵。江蘇省夏玉米實際生產中，農戶實際種植模式與高產高效栽培模式間產量與效率差異較大，生產中如何進一步增產增效成為急需解決的問題，且江蘇省夏玉米增產潛力較大，生產上開展小面積玉米超高產試驗，可以進一步發掘玉米高產潛力，因此本試驗設置代表不同生產水平的4種不同栽培模式，研究密度與肥料運籌相結合的栽培模式對夏玉米籽粒產量以及養分積累、轉運和利用的影響，以期為夏玉米高產高效輕簡栽培提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況與試驗設計

試驗在江蘇省睢寧縣雙溝鎮試驗基地進行。試驗點的基礎地力狀況見表1。選用目前江蘇省主推的高新玉米品種江玉877作為試驗試材。3種試驗肥料分別為緩釋肥（N、P? 2 O? 5 、K? 2 O含量分別為27%、9%、9%、常規復合肥（N、P? 2 O? 5 、K? 2 O含量分別為15%、15%、15%）和尿素（N46%），均購自蘇州中東農業化肥科技股份有限公司。

試驗播種方案整體采用大區域布置方式設計，小區面積 1 440 ?m? 2 ??（120 m× 12 m）。2017年6月24日播種，10月16日收獲;2018年6月15日播種，10月7日收獲;2019年6月17日播種，10月4日收獲。均采用農哈哈2BYFSF-4仿型玉米播種機一次性種肥同播，等行距（60 cm）種植。設置4個處理：基礎地力水平（CK），即不施肥對照;農戶水平（FL），即江蘇省農戶普遍習慣的栽培模式;高產高效水平（HH），即基于高產創建經驗，在農戶水平上優化管理模式，調整密肥結構;超高產水平（SH），代表江蘇省玉米的高產潛力。CK、FL、HH和SH處理的株距分別為28 cm、28 cm、20 cm以及18 cm，基礎密度分別為1 hm? 2 ??59 554 株、 59 554 株、 83 375 株以及 92 638 株，施肥方式分別為不施肥、常規復合肥一次性基施750 ?kg/hm 2 +拔節期撒施尿素480 ?kg/hm 2 （N、P? 2 O? 5 、K? 2 O施肥量分別為333.3 ?kg/hm 2 、112.5 ?kg/hm 2 、112.5 ?kg/hm 2 ）、緩釋肥一次性基施750 ?kg/hm 2 （N、P? 2 O? 5 、K? 2 O施肥量分別為202.5 ?kg/hm 2 、67.5 ?kg/hm 2 、67.5 ?kg/hm 2 ）、緩釋肥一次性基施750 ?kg/hm 2 +大喇叭口期追施尿素240 ?kg/hm 2 ?（N、 P? 2 O? 5? 、K? 2 O施肥量分別為312.9 ?kg/hm 2 、67.5 ?kg/hm 2 、67.5 ?kg/hm 2 ）。

1.2 氣象概況

試驗期間降水及天氣溫度變化見圖1，2017年降水主要集中于玉米生育前期，導致玉米花期缺水，且遭受高溫干旱脅迫; 2018年降水主要集中于玉米生育中后期，玉米生育前期嚴重缺水;2019年全生育期降水平均且充足。3年的平均氣溫基本一致，其中2017年8月份的平均氣溫最高。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 籽粒產量及其構成? 成熟期隨機采收各小區中間6行（長20.0 m，寬3.6m，總面積72 m? 2 ，3次重復）所有玉米，去除苞葉后曬干脫粒，稱質量，計算籽粒產量。另取10株進行考種，測定每穗粒數及千粒質量。

1.3.2 干物質積累? 在拔節期、開花期、花后20 d和成熟期，各處理分別取長勢均勻一致有代表性的3株地上部分，按不同器官（拔節期：葉片、莖鞘;開花期：葉片、莖鞘;花后20 d：葉片、莖鞘、苞葉、穗軸、籽粒;成熟期：葉片、莖鞘、苞葉、穗軸、籽粒）分開，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質量后稱質量。

1.3.3 葉面積指數（ LAI ）? 于玉米拔節期、開花期、花后20 d，測量取樣的3株葉面積，采用長寬系數法計算葉面積。葉面 積= 葉 長× 葉 寬× 0.75;葉面積指數（ LAI ）=該土地面積上的總葉面積/土地面積。粒葉比 （g/dm? 2 ） =單位面積粒質量/葉面積。

1.3.4 氮素含量測定? 取粉碎后樣品，用全自動凱氏定氮儀（Kje1tec 8400，FOSS，Denmark）測定氮含量。

1.4 參數測定

干物質（氮素）轉運量 （kg/hm 2） =開花期干物質（氮素）質量-成熟期干物質（氮素）質量;干物質（氮素）轉運率=干物質（氮素）轉運量/開花期干物質（氮素）質量×100%;干物質（氮素）對籽粒貢獻 率= 干物質（氮素）轉運量/成熟期籽粒干物質（氮素）積累量×100%;氮素利用率（ RE ）=（施氮區氮素吸收 量- 空白區氮素吸收量）/施氮量×100%;氮素偏生產力（ PFL ）=施氮區產量/施氮量×100;氮素農學效率（ AE ）=（施氮區產 量- 空白區產量）/施氮量;收入（元，1 hm? 2 ）=產量（ kg/hm 2 ）×玉米單價（元，1 kg）。

投入（元，1 hm? 2 ）=種子成本+肥料成本+其他成本。其他成本（元，1 hm? 2 ）=整耕地成本+播種成本+田間管理成本+秸稈處理成本+農藥、除草劑、化控等成本+人力和機械成本+租地成本。凈收益（元，1 hm? 2 ）=收入（元，1 hm? 2 ）-總成本（元，1 hm? 2 ）。

1.5 數據分析方法

采用DPS 7.05軟件進行統計分析，采用Microsoft Excel 2016作圖。

2 結果與分析

2.1 栽培模式對夏玉米產量及其構成因素的影響

不同栽培模式對江蘇省夏季玉米籽粒的產量及其構成都有顯著的影響（圖2）。年度和不同處理對夏玉米的穗粒數有顯著影響，不同處理對千粒質量影響較小，而密度的增加進一步增加了籽粒產量，表明合理增加密度改善群體結構（圖3）可以進一步提高籽粒產量。與FL處理相比，HH處理以及SH處理籽粒產量分別增加 7.6%～ 33.7%（20.6%）和 6.8%～ 40.4%（23.6%）。產量均在SH處理下達到最大，3年趨勢基本表現一致。

2.2 栽培模式對夏玉米干物質積累的影響

不同栽培模式對夏玉米干物質積累有顯著影響。合理的密度及其施肥處理方法顯著地增加了植株在玉米花前和花后干物質積累，且年度間差異顯著 （表2）。與FL處理相比，SH處理以及HH處理成熟期干物質積累量具有顯著差異，3年分別增加了 14.3%～ 38.3%（26.3%）和 16.2%～ 39.9%（28.1%）。干物質積累量表現為 SH>? HH>? FL> CK。

2.3 栽培模式對夏玉米干物質轉運的影響

不同栽培模式對夏玉米營養器官花前于物質轉運有顯著影響 （表3）。莖+鞘的干物質轉運量，隨密度與肥料的增加而增加。葉片的干物質轉運量處理間均無顯著差異。由表3可知，夏玉米干物質轉運對籽粒的貢獻率處理間無顯著差異。而干物質總轉運量以及轉運率均在SH處理下達到最大值。產量形成主要歸因于開花后干物質的積累和開花前干物質的運輸，干物質運輸的適當增加可促進產量的形成。

2.4 栽培模式對夏玉米氮素積累的影響

不同栽培模式對夏玉米花前與花后氮素積累有顯著影響，且年份間、處理間差異顯著（圖4）。與FL相比，HH處理以及SH處理成熟期氮素積累3年分別增加 6.5%～ 21.2%（13.9%）和 17.6%～ 46.1%（31.9%）。

2.5 栽培模式對夏玉米氮素轉運的影響

不同栽培模式對玉米花前氮素轉運量有顯著影響，轉運率和對籽粒的貢獻率處理間均無顯著差異 （表4）。合理增加密度與氮肥顯著增加莖+鞘、葉片和總氮素轉運量，且SH處理增幅最高，與FL處理相比增加 29.5%～ 48.9%（39.2%）。由表4可知，氮素總轉運量3年處理間均呈現 SH>? HH>? FL> CK。

2.6 栽培模式對夏玉米氮素利用率的影響

不同栽培模式對夏玉米氮素偏生產力、氮素農學效率以及氮素利用率均有顯著影響 （表5）。與FL處理相比，江玉877在HH、SH處理下氮素偏生產力、氮素農學效率和利用率顯著提高，SH處理較FL處理氮素利用率增加了 75.1%～ 199.4%（137.3%）。隨著種植密度的增加和施氮量的減少，氮素偏生產力、氮素農學效率和利用效率3年均表現為 HH>? SH> FL。

2.7 栽培模式對夏玉米經濟效益的影響

江蘇省玉米種植主要成本有整地、耕地、種子、肥料、農藥、收獲和其他田間用工成本，總成本約為1 hm? 2 ??10 159.5～? 12 720.0 元（表6）。與FL處理相比，江玉877在HH、SH處理下收入分別增加了 7.6%～ 19.7%（13.7%）和 6.8%～ 40.4%（23.6%）。種植密度和施肥量的增加，提高了成本，但是顯著增加了凈收益。

2.8 不同種植模式下夏玉米產量與各指標之間的相關性

表7顯示，產量與穗粒數、干物質積累量、氮素積累量以及氮素轉運量都呈顯著正相關關系，與穗數、粒葉比呈極顯著正相關關系，表明生產上可以通過控制合理的肥料運籌來提高玉米干物質積累量和氮素轉運量，進而滿足農作物的增產需求，也就是通過種植措施增加穗粒數來提高籽粒產量。

3 討 論

玉米生育過程中，種植密度、肥料使用量和肥料施用時期等均對籽粒灌漿產生顯著影響? [9-10] 。但是，密度過高會導致植株冠層垛疊，個體之間競爭加劇，群體均勻性降低以及倒伏風險增加? [11-13] ，從而限制了產量潛力。解決上述問題的途徑除了培育新品種以優化群體結構外，調整施肥量及施肥時期也是有效的栽培措施? [14-18] 。適當的施肥量和施肥期的調整可以有效地減少個體競爭，提高群體均勻性并實現高產? [15] 。研究結果表明氮肥和種植密度存在顯著的互作效應? [19] 。高產的形成主要是由于種植密度的合理提高和施肥方式的改良（如改噴施到深施肥料、改多次施肥為緩控肥一次性施用等）以改善氮素的影響，提高氮肥利用效率。本研究中，與傳統農戶種植模式相比，高產高效以及超高產種植模式下密度分別增加39.9%和55.6%，施氮量分別減少了39.2%和6.1%，產量分別提高了 7.6%～ 33.7%（20.6%）和 6.8%～ 40.4%（23.6%）;超高產種植模式與農戶種植模式相比，氮素利用率提高了 4.8%～ 51.6%（28.2%），表明在合理的種植密度允許范圍內，適當增加密度和優化群體結構可以增加夏玉米的產量。3年研究結果表明，籽粒產量均在超高產種植模式下達到最高。

施氮可以顯著促進莖和葉的發育，從而增加玉米中干物質的積累? [20-24] 。群體干物質積累量增加是玉米單產增加的基礎，并受到經濟系數的影響。種植密度的增加顯著增加了種群的干物質積累，但是在種植處于高密度狀態下，每株植物的干物質積累趨于減少，從而限制了種群的干物質積累顯著增加? [25] 。干物質的積累，特別是開花后的積累，是獲得高產的重要基礎? [26] 。前人的研究結果表明，高產夏玉米的花后干物質積累量占總生育期的50%～60%? [27] 。籽粒灌漿主要是指來自于花前養分的累積以及對花后養分的吸收和運輸? [12-13] 。本試驗中，與農戶栽培模式相比，高產高效以及超高產栽培模式成熟期干物質積累量分別增加 14.3%～ 38.3%（26.3%）和 16.2%～ 39.9%（28.1%），進而大幅度地提高了產量，干物質的積累量與夏玉米產量變化規律也同步。從干物質的轉運效率以及對籽粒貢獻率來看，高產高效模式下花前干物質向籽粒的轉移率和貢獻率與農戶栽培模式差異不顯著，這表明，高產高效模式雖然實現了產量的提高，但是其還有進一步的增產潛力，通過管理調控、群體優化方式，進一步提高光合同化物向籽粒的運輸。2019年花后干物質積累量占全生育期的 43.0%～ 46.0%（44.5%），低于50%，這可能是由于2019年8、9月份臺風災害頻繁，正值玉米生長開花期，導致玉米大面積倒伏，影響了花后干物質的積累與同化物的轉移，對玉米生長造成極大不利影響。

氮肥是夏玉米生產的主要養分限制因子，并且具有很強的流動性? [28-29] 。肥料的管理不當不但無法滿足農作物的生長和發育過程中的養分需求，還會直接導致土地中的養分消耗量減少或者是冗余，限制了其生產的潛力? [12] 。本研究發現，與農戶栽培模式相比，高產高效和超高產栽培模式籽粒氮素積累量分別增加 6.5%～ 21.2%（13.9%）和 17.6%～ 46.1%（31.9%），高產高效模式降低了施氮量，顯著提高了氮素偏生產力。張福鎖等? [6] 的研究結果表明，當施氮量從60 ?kg/hm 2 增加到240 ?kg/hm 2 ，玉米的氮肥利用率從40.2%跌至14.4%。劉夢等? [30] 的研究結果表明，增加氮肥的施用量會導致氮肥偏生產力降低 32.1%～ 72.3%，氮肥農學效率提高 12.5%～ 52.6%，增加密度顯著提高了氮肥的部分生產率和氮肥的農業效率。與傳統農戶栽培模式相比，高產高效和超高產栽培模式明顯地提高了氮素的偏生產能力、氮素農學效率及氮素綜合利用效率，其中高產高效的栽培模式則表現得更佳。

本試驗結果表明，在適宜的群體條件下，與農戶栽培模式相比，高產高效栽培模式干物質積累，特別是花后干物質積累明顯增加，花后同化物向籽粒轉運顯著提高，實現了產量的提升。且緩釋肥一次性施用，種肥同播，較常規復合肥基施+拔節期撒施，更好地滿足了玉米各生育階段養分需求，提高了氮肥偏生產力，進一步增加了玉米生育期干物質和氮素積累量，實現了玉米產量與肥料效率的協同提高。而與高產高效栽培模式相比，超高產模式在不計成本的條件下，增加密度，增加肥料投入，更大程度上提高了產量，然而，氮肥偏生產力、肥料利用率降低，造成肥料冗余，不符合輕簡高效綠色栽培理念，只代表江蘇省玉米生產潛力。因此，在江蘇省實際玉米生產中，適當增加密度，改常規氮肥基施+拔節期撒施為緩控釋肥一次性基施，簡化施肥，種肥同播，可以顯著提高玉米產量及氮肥利用率，實現產量與效率雙增長。

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（責任編輯：張震林）