西遼河平原灌區玉米品種干物質及氮素積累轉運特征研究

王百雯，楊恒山，范秀艷，周 鑫，武月蓮，張瑞富

（1.內蒙古民族大學農學院，內蒙古 通遼 028043；2.內蒙古自治區飼用作物工程技術研究中心，內蒙古 通遼 028000；3.通遼國家農業科技園區發展服務中心，內蒙古 通遼 028000）

玉米是我國重要糧食、飼料和工業原料作物，其種植面積和總產量均居糧食作物之首［1-3］，在確保國家糧食安全中起到重要作用［4-5］。干物質生產是形成玉米經濟產量的基礎，研究表明，干物質積累量與籽粒產量呈密切正相關，采取相應的栽培耕作措施，進一步提高玉米干物質生產能力是提高玉米籽粒產量的主要措施［6-7］。氮素是玉米必需礦質元素之一，對玉米干物質生產能力有重要影響［8］。不同玉米品種對氮素的響應不同，從而造成氮素吸收利用效率的差異。在玉米生產實踐中過量施氮現象較為普遍，其不僅導致玉米氮素吸收利用效率降低，也使農業生產成本增加，且增加生態環境安全風險。

西遼河平原地處世界玉米生產“黃金帶”，玉米種植面積大，單產水平高，是全國為數不多的井灌玉米高產區之一［9］，也是內蒙古自治區重要的商品玉米生產基地。近年來，該地區市場上玉米品種逐漸增多，但品種產量潛力和氮素吸收利用效率參差不齊。研究不同玉米品種干物質及氮素積累轉運特征，鑒選高產氮高效玉米品種，對進一步提高該地區玉米產量和氮素吸收利用效率具有重要意義。筆者選擇該地區主推的7個玉米品種，研究不同玉米品種干物質及氮素的積累轉運特征，鑒選高產氮高效玉米品種，以期為西遼河平原灌區玉米高產高效栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年在內蒙古自治區通遼市科爾沁區遼河鎮通遼市玉米新技術集成與示范基地（122°18′E，43°73′N）進行。試驗地區年均降雨量437.6 mm，年均氣溫6.5 ℃；試驗地土壤為灰色草甸中壤土。0～20 cm耕層養分含量分別為有機質16.23 g/kg、全氮1.12 g/kg、堿解氮52.6 mg/kg、有效磷7.11 mg/kg、速效鉀85.25 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試玉米品種分別是MC738、京科968、迪卡159、先玉1715、宏博701、MC670、TK601，均購自通遼市瑞豐農資市場。

1.3 試驗設計

試驗采用大區對比方式進行，7個玉米品種種植面積均為720 m2（7.2 m×100 m）。采用淺埋滴灌水肥一體化種植方式，大小壟種植，其中，小壟行距40 cm、大壟行距80 cm，種植密度均為75000 株/hm2。各小區均底施磷酸二銨（P2O5，46%）195 kg/hm2，硫酸鉀（K2O，50%）90 kg/hm2。追施氮素（N，46%）525 kg/hm2，結合灌溉分別在拔節期、大喇叭口期、吐絲期按3∶6∶1比例追施。不同玉米品種田間管理措施一致，與大田生產相同。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 地上生物量及氮含量

不同玉米品種分別在吐絲期和完熟期取有代表性連續3株，按葉片、莖鞘、籽粒分開，于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒重，記錄干物質量。所得樣品粉碎后，攪拌均勻留樣100 g左右，稱取規定重量樣品，H2SO4-H2O2消煮后，采用半微量凱氏定氮法測定全氮含量，并根據干物質量和氮含量折算氮素積累量。各指標計算方法如下：

吐絲前干物質積累量（kg/hm2）=吐絲期干物質積累量；

吐絲后干物質積累量（kg/hm2）=完熟期干物質積累量-吐絲期干物質積累量；

營養器官干物質轉運量（kg/hm2）=吐絲后營養器官干物質積累量-成熟期營養器官干物質積累量；

營養器官干物質轉運率=干物質轉運量/吐絲期營養器官干物質積累量×100%；

營養器官干物質籽粒貢獻率=干物質轉運量/成熟期籽粒干重×100%；

器官氮素積累量（kg/hm2）=成熟期器官干重×成熟期器官含氮量；

器官氮素轉運量（kg/hm2）=吐絲后器官氮素積累量-成熟期器官氮素積累量；

營養器官氮素轉運率=氮素轉運量/吐絲期營養器官氮素積累量×100%；

氮肥偏生產力=產量/施氮量［10］；

氮素吸收效率=植株氮素積累量/施氮量；

氮素收獲指數=籽粒氮素積累量/植株總氮素積累量×100%。

1.4.2 產量及其構成因素

各小區選取中間4行進行測產，測產面積為48 m2，3次重復。調查樣區內有效穗數，稱量鮮穗重，根據平均鮮穗重選取有代表性樣穗20穗2份，其中一份人工脫粒后測鮮粒重和含水率，用于折算含水率為14%的籽粒產量；另一份樣穗風干后考種，測定穗粒數及千粒重。

1.4.3 數據分析

用Microsoft Excel 2019軟件進行數據處理與作圖，用DPS 軟件LSD法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同玉米品種籽粒產量及產量構成因素比較

表1 為不同玉米品種的籽粒產量及構成因素。由表1 可知，不同玉米品種穗粒數表現為TK601＞DK159＞JK968＞XY1715＞MC738＞HB701＞MC670，其中，TK601、DK159 與JK968、XY1715 之間差異不顯著，與MC738、HB701、MC670 之間的差異均達到了顯著水平。千粒重表現為TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，TK601 與其他品種間差異均達到顯著水平，DK159、JK968 與MC738 之間的差異不顯著，與XY1715、HB701、MC670 之間的差異均達到顯著水平。籽粒產量表現為TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，TK601 與JK968、DK159 之間差異不顯著，與MC738、XY1715、HB701、MC670 之間差異均達到顯著水平，JK968、DK159 與MC738、XY1715之間差異不顯著，與HB701、MC670之間差異均達到顯著水平。

表1 不同玉米品種的籽粒產量及構成因素Tab. 1 The grain yield and component factors of different maize varieties

2.2 不同玉米品種干物質積累轉運特征比較

2.2.1 干物質積累量

不同玉米品種各器官干物質積累量見表2。由表2可知，吐絲期，莖鞘、葉片及莖鞘+葉片干物質積累量TK601、JK968、DK159 與其他品種之間差異均達到顯著水平，TK601、JK968、DK159 三者間差異不顯著。完熟期，莖鞘干物質積累量變化規律與吐絲期基本一致；葉片干物質積累量TK601、JK968、DK159與其他品種之間差異均達到顯著水平；籽粒干物質積累量TK601、JK968、DK159與其他品種之間差異達到顯著水平，TK601、JK968、DK159 間差異不顯著，XY1715、MC738 與MC670 之間差異達到顯著水平，HB701與XY1715、MC738、MC670之間差異不顯著。

表2 不同玉米品種各器官干物質積累量Tab. 2 Dry matter accumulation in each organ of different maize varieties kg/hm2

2.2.2 干物質轉運量、轉運率和籽粒貢獻率

不同玉米品種干物質轉運量、干物質轉運率和籽粒貢獻率見表3。

表3 不同玉米品種干物質轉運量、干物質轉運率和籽粒貢獻率Tab. 3 Dry matter translocation，dry matter translocation rate and grain contribution rate of different maize varieties

由表3可知，莖鞘干物質轉運量TK601、JK968、DK159與其他品種之間差異顯著，XY1715、MC738與MC670 之間差異顯著；葉片干物質轉運量TK601 與其他品種之間差異均達到顯著水平，JK968 和DK159之間的差異不顯著，二者與MC738、XY1715、HB701之間差異顯著；莖鞘+葉片干物質轉運量同莖鞘干物質轉運量趨勢基本一致。莖鞘干物質轉運率TK601、JK968、DK159 與其他品種之間差異顯著，TK601、JK968、DK159間無顯著差異；葉片干物質轉運率TK601與DK159之間的差異不顯著，與其他品種之間差異均達到顯著水平。莖鞘轉運量對籽粒的貢獻率TK601、JK968、DK159與其他品種之間差異均達到顯著水平；葉片轉運量對籽粒的貢獻率TK601、DK159與其他品種之間差異均達到顯著水平，JK968與MC738、HB701、XY1715之間差異不顯著，MC670與其他品種之間差異均達到顯著水平。

2.3 不同玉米品種氮素積累轉運特征比較

2.3.1 氮素積累量

不同玉米品種氮素積累量見表4。由表4 可知，不同玉米品種氮素積累量吐絲期表現為TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，莖鞘氮素積累量TK601、JK968、DK159 與其他品種之間差異均達到顯著水平，MC738、XY1715、HB701與MC670之間差異達到顯著水平；葉片氮素積累量及氮素總積累量TK601與其他品種之間差異達到顯著水平，JK968和DK159之間差異不顯著，二者與其他品種之間差異達到顯著水平。完熟期不同玉米品種莖鞘及葉片氮素積累量表現為TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，莖鞘氮素積累量TK601與DK159之間差異不顯著，二者與其他品種之間差異均達到顯著水平；葉片氮素積累量TK601、JK968、DK159與其他品種之間差異達到顯著水平；籽粒氮素積累量及氮素積累總量均表現為TK601＞JK968＞DK159＞XY1715＞MC738＞HB701＞MC670，其中，TK601、JK968、DK159與其他品種之間差異均達到顯著水平。

表4 不同玉米品種氮素積累量Tab. 4 Nitrogen accumulation of different maize varieties kg/hm2

2.3.2 氮素轉運量、轉運率和籽粒貢獻率

不同玉米品種氮素轉運量、氮素轉運率、籽粒貢獻率見表5。由表5可知，不同玉米品種莖鞘+葉片氮素轉運量表現為TK601＞JK968＞DK159＞XY1715＞MC738＞HB701＞MC670，其中，莖鞘氮素轉運量TK601、JK968、DK159與其他品種之間差異均達到顯著水平；葉片氮素轉運量TK601與其他品種之間差異均達到顯著水平，JK968 和DK159 之間差異不顯著，但二者與其他品種之間差異均達到顯著水平；莖鞘+葉片氮素轉運量TK601 與JK968 之間差異不顯著，與其他品種之間差異達到顯著水平，JK968 與DK159之間差異不顯著，二者與XY1715、MC738、HB701、MC670之間差異達到顯著水平。不同玉米品種氮素轉運率差異不顯著。葉片氮素轉運對籽粒貢獻率表現為TK601＞DK159＞HB701＞JK968＞MC738＞XY1715＞MC670，其中，TK601 與DK159、HB701、JK968 之間差異不顯著，與MC738、XY1715、MC670之間差異均達到顯著水平。

表5 不同玉米品種氮素轉運量、氮素轉運率和籽粒貢獻率Tab. 5 Nitrogen transshipment and nitrogen translocation rate and grain contribution rate of different maize varieties

2.4 不同玉米品種氮效率比較

不同玉米品種氮效率見表6。由表6 可知，不同玉米品種氮肥偏生產力表現為TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，TK601 與DK159、JK968 之間差異不顯著，與其他品種間差異均達到顯著水平。氮素吸收效率表現為TK601＞JK968＞DK159＞XY1715＞MC738＞HB701＞MC670，其中，TK601 與其他品種間差異均達到顯著水平。氮素收獲指數表現為MC670＞XY1715＞HB701＞JK968＞MC738＞TK601＞DK159，其中，MC670 與其他品種之間差異均達到顯著水平。

表6 不同玉米品種氮效率Tab. 6 Nitrogen efficiency of different maize varieties

3 討論與結論

玉米干物質的積累和轉運特征對玉米籽粒產量具有重要影響［11-12］。有研究表明，花后干物質積累量和轉運率與籽粒產量之間有極顯著正相關關系［13］。在莖、葉和鞘等營養器官中，干物質積累、轉運和分配對玉米籽粒產量起著關鍵作用，其中，葉片干物質轉運對籽粒的貢獻更大，而莖鞘相較于葉片要小［14-15］。本研究結果顯示，TK601的干物質積累量高于DK159、JK968，但無顯著差異，與XY1715、MC738、HB701、MC670間差異達到顯著水平，與MC670相比，吐絲期與完熟期分別高了25.34%、20.14%，莖鞘和葉片器官干物質轉運率TK601較MC670分別高了25.80%、24.15%，更高的干物質積累量和轉運量也是TK601籽粒產量高于其他玉米品種的主要原因。

不同玉米品種氮素積累與分配具有基因型的差異。劉建安等［16］研究表明，在相同的施氮量下，不同玉米品種在產量和氮效率上有顯著差異。與氮低效品種相比，氮高效品種具有更高的干物質積累量和氮素積累量。本研究結果表明，TK601較其他品種具有更高的干物質積累量和氮素積累量，完熟期總氮素積累量TK601較MC670高了40.72%，籽粒氮積累量較MC670高了35.47%。不同玉米品種的氮效率可用2個指標來衡量，一個是氮素吸收效率，另一個是氮素利用效率，而在氮素吸收效率和氮素利用效率對玉米籽粒產量的影響上，前人的研究結論不一。MOLL等［17］研究結果表明，在低氮條件下，氮素利用效率對產量起著主導作用，而在高氮條件下，氮素吸收效率才是決定產量的主要因素。米國華等［18］研究結果顯示，不管是在低氮還是高氮的情況下，氮素的吸收效率對產量的影響要高于氮素的利用效率。本研究結果顯示，TK601具有較高的籽粒產量和氮素吸收效率，本試驗條件下氮素吸收效率對產量起了主導作用。

TK601 籽粒產量與JK968、DK159 之間的差異不顯著，但顯著高于MC738、XY1715、HB701、MC670。TK601、JK968、DK159均具有較高的氮素積累量、轉運量，是高產氮高效品種，三者中TK601籽粒產量更具優勢，是西遼河平原灌區玉米高產氮高效栽培首選品種。