不同氮效率基因型高产春玉米花粒期干物质与氮素运移特性的研究

崔 超， 高聚林， 于晓芳， 王志刚， 孙继颖， 胡树平， 苏治军， 谢 岷

(内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特 010019)

不同氮效率基因型高产春玉米花粒期干物质与氮素运移特性的研究

崔 超， 高聚林*， 于晓芳， 王志刚， 孙继颖， 胡树平， 苏治军， 谢 岷

(内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特 010019)

以先玉335(XY335)、 郑单958(ZD958)、 内单314(ND314)及四单19(SD19)4个不同氮效率基因型高产春玉米品种为材料，研究了在当地农户常规施氮(FCN)和高产施氮(HYN)水平下其花粒期的干物质、 氮素转移及积累特性。结果表明，两个施氮水平下先玉335与郑单958均较内单314与四单19有显著的增产效果。农户常规施氮水平下，产量高低为郑单958、 先玉335>内单314、 四单19，分别为13512、 13381、 12260和11932kg/hm2；高产施氮水平下，各品种产量表现为先玉335>郑单958>内单314>四单19，分别为16364、 15895、 13916和12717 kg/hm2。农户常规施氮水平下，氮高效型品种与氮低效型品种间产量形成的差异主要来自于花前营养器官干物质转移量；而在子粒氮素积累上，氮高效型品种与氮低效型品种间的差异主要来自于吐丝期之后的氮素合成量。高产施氮水平下，氮高效型品种与氮低效型品种间产量形成的差异来自于花前营养器官干物质转移量与吐丝期之后干物质的合成，且在子粒氮素积累上，氮高效型品种与氮低效型品种间的差异来自于营养器官氮素转移量与吐丝期之后氮素合成量。氮高效型品种在农户常规施氮及高产施氮水平下均能有效提高子粒产量及氮素含量，且在高施氮量条件下更能有效利用氮素，增加花粒期干物质及氮素吸收转移量。

高产春玉米； 氮效率； 基因型； 干物质转移

Abstract: Dry matter accumulation and nitrogen use efficiency in four genotypes of high-yielding spring maize under traditional nitrogen(FTN) and high-yielding nitrogen(HYN) treatments were studied in this experiment. The experimental varieties are Xianyu 335(XY335), Zhengdan 958(ZD958), Neidan 314(ND314) and Sidan19(SD19) and the dry matter and nitrogen use were examined in the flowering and milking stages. The results showed that yield of XY335 and ZD958 were significantly higher than those of ND314 and SD19 under two nitrogen levels. In traditional nitrogen treatment, the yield of ZD958, XY335, ND314 and SD19 were 13512, 13381, 12260 and 11932 kg/ha, with the order of ZD958, XY335> ND314, SD19. In high-yielding nitrogen treatment, the yield of XY335, ZD958, ND314, SD19 were 16364, 15895, 13916 and 12717 kg/ha, with the order of XY335, ZD958 > ND314> SD19. In traditional nitrogen treatment, the yield differences between low nitrogen efficiency and high nitrogen efficiency genotypes mainly due to different dry matter transfer in vegetative organs before silking stage, while the difference of grain nitrogen accumulation mainly comes from the nitrogen synthesis amounts after silking stage. In high yield nitrogen treatment, yield of different nitrogen efficient varieties come from the dry matter transfer in vegetative organs before flowering and dry matter synthesis amount after silking stage. Grain nitrogen accumulation of different nitrogen efficient varieties come from the nitrogen transfer in vegetative organs and the nitrogen synthesis after silking stage. Nitrogen efficient varieties in traditional nitrogen and high-yield nitrogen levels can improve yield and nitrogen content of grain. Nitrogen use efficiency was enhanced in high-yield nitrogen levels, and dry matter and nitrogen uptake and transfer increased during the flowering and milking stages.

Keywords: high-yield spring maize; nitrogen efficiency; genotype; dry matter transfer

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2011年在内蒙古农业大学科技园区(包头市土默特右旗萨拉齐镇)进行。前茬为玉米，供试土壤为沙壤土，0—30 cm耕层土壤基本肥力状况为： 有机质含量26.31 g/kg、 碱解氮48.46 mg/kg、 速效磷18.20 mg/kg、 速效钾114.67 mg/kg，pH 7.5。

1.2 供试品种

试验材料为先玉335(XY335)、 郑单958(ZD958)、 内单314(ND314)和四单19(SD19)。

1.3 试验设计

采用裂区试验设计，施肥量为主区，品种为副区。设当地农户常规施氮(施氮量为N 225 kg/hm2，FCN)和高产施氮(施氮量为N 450 kg/hm2，HYN)2个水平，4个玉米品种，8个处理组合，每处理3次重复，共24个小区，每小区为10行区，等行距50 cm种植，小区面积50 m2，种植密度87.5×103plant/hm2。磷、 钾肥用量相同，施磷(P2O5)量为 210 kg/hm2， 施钾(K2O)量 202.5 kg/hm2，均作基肥一次性施入。磷肥用磷酸二铵(含P2O546%， N 18%)，钾肥用硫酸钾(K2O 50%)；氮肥分基肥和追肥，基肥为随磷肥施入的氮量，不足部分用尿素在追肥时补齐，氮肥追肥于拔节期与大口期按30%和70%比例追施。全生育期灌水4次，每次灌水量均为750 m3/hm2，4月28日播种， 9月28日收获，其他管理措施同生产大田。

1.4 测定项目和方法

产量的测定： 按小区试验理论测产方案进行，计每个小区的所有株数和穗数后连续取20穗带回实验室，进行室内考种，测定千粒重及含水量，并计算产量。

植株干重及全氮含量的测定： 于吐丝期与成熟期在每小区取2株样，植株分成茎秆、 叶片、 子粒3部分，在鼓风干燥箱中于105℃下杀青30 min，然后于80℃烘至恒重，称量干重，粉碎后过0.5 mm筛，采用H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮法测定植株各部分的氮含量。

相关参数计算[1，3]如下：

营养体干物质转移量(kg/hm2)=吐丝期营养体干重-成熟期营养体干重(包括落叶及穗轴)；

吐丝后干物质合成量(kg/hm2)=子粒干重-营养体干物质转移量；

营养体氮素转移量(kg/hm2)=开花期营养体氮积累量-成熟期营养体氮积累量；

吐丝后氮素合成量(kg/hm2)=子粒氮积累总量-营养体氮素转移量；

吸氮量(kg/hm2)=地上部各器官中含氮量之和；

氮肥偏生产力(kg/kg)=子粒产量/施氮量；

氮收获指数=子粒吸氮量/地上部植株总吸氮量。

试验数据采用Microsoft Excel 2003进行处理，用DPS7.05软件进行系统聚类分析，SPSS17.0进行方差和相关性分析。

2 结果与分析

2.1不同氮效率基因型玉米品种产量及氮效率相关指标的聚类分析

在两个施氮水平下，对4个玉米品种的氮肥偏生产力、 氮收获指数和产量进行系统聚类分析(图1)表明，农户常规施氮水平下，当阈值大于328时，可将供试材料分为两类，四单19和内单314为低效型品种，先玉335和郑单958为高效型品种。高产施氮水平下，当阈值大于1199时，可将供试材料分为两类，四单19和内单314为低效型品种；先玉335和郑单958为高效型品种。

图1 两个施氮水平下玉米产量及氮效率聚类分析Fig.1 Cluster analysis of yield and nitrogen efficiency of maize under the two nitrogen levels[注(Note)： FCN—农户常规施氮水平Farmer conventional nitrogen level; HYN—高产施氮水平High-yield nitrogen level.]

从表1可以看出，施氮量由农户常规施氮水平增加至高产施氮水平时，氮收获指数仅郑单958表现为下降，而四单19、 先玉335和内单314均为增加，表明增施氮肥可显著提高玉米营养体氮素向子粒的转移。不同施氮水平下，不同基因型玉米品种的产量均表现为郑单958和先玉335显著高于内单314和四单19，表明先玉335与郑单958在高氮与低氮条件下均较内单314与四单19有显著的增产效果。

表1 玉米氮素利用效率相关指标及产量

注(Note)： FCN—农户常规施氮水平Farmer conventional nitrogen level; HYN—高产施氮水平High-yield nitrogen level. NPFP—氮肥偏生产力 N partial factor productivity; NHI—氮收获指数 Nitrogen harvest index.同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.2不同氮效率基因型玉米品种营养器官干物质积累与转移特性

表2显示，在高产施氮水平下各品种茎秆与叶片干物质转移量均小于农户常规施氮水平，而吐丝后干物质合成量则显著高于农户常规施氮水平，因此，干物质总体表现为高产施氮水平高于农户常规施氮水平，且先玉335与郑单958显著高于内单314与四单19。在高氮水平下，各品种子粒干物质积累量高于农户常规施氮水平，先玉335和郑单958子粒干物质积累量的增量显著高于内单314和四单19。

表3表明，在农户常规施氮水平下，各品种的茎秆干物质转移量及其对子粒的贡献率均表现为先玉335和郑单958显著高于内单314和四单19；叶片干物质转移量及其对子粒的贡献率也均表现为先玉335和郑单958显著高于内单314与四单19。各品种吐丝后合成干物质量在品种间差异不显著；而各品种吐丝后合成干物质量对子粒的贡献率则表现为先玉335与内单314、 四单19、 郑单958差异显著，其他品种间差异不显著。

在高产施氮水平下，各品种的茎秆干物质转移量及其对子粒的贡献率均表现为郑单958和先玉335显著高于内单314与四单19；各品种的叶片干物质转移量及其对子粒的贡献率品种间无显著差异。各品种吐丝后干物质合成量也表现为先玉335>郑单958>内单314>四单19，先玉335与郑单958均显著高于内单314与四单19。而各品种吐丝后干物质合成量对子粒的贡献率则表现为四单19、 内单314、 先玉335显著高于郑单958，前3个品种间差异不显著。

综上分析可以看出，在2个施氮水平下不同玉米品种间营养器官干物质转移量与其对子粒的贡献率均表现为吐丝后合成量>茎秆>叶片，但不同的是在高产施氮水平下各品种的茎秆和叶片的干物质转移量及其对子粒的贡献率明显小于农户常规施氮水平，而吐丝后干物质合成量与其对子粒的贡献率则明显高于农户常规施氮水平。吐丝后干物质合成量和茎秆干物质转移量及其对子粒的贡献率在不同氮效率基因型品种间均存在显著差异，而叶片干物质转移量与其对子粒的贡献率在不同氮效率基因型品种间差异不显著。

表2 不同处理玉米花粒期干物质积累量(kg/hm2)

注(Note)： FCN—农户常规施氮水平Farmer conventional nitrogen level; HYN—高产施氮水平High-yield nitrogen level. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.3不同氮效率基因型玉米品种营养器官氮素积累与转移特性

由表4、 表5可以看出，在高产施氮水平下各品种叶片与茎秆氮素转移量及吐丝后氮素合成量均高于农户常规施氮水平。子粒氮素积累量也表现为高产施氮水平高于农户常规施氮水平，其中先玉335和郑单958的子粒氮素积累量显著高于内单314和四单19，且子粒氮素积累量增量也表现出相同规律。

表3 不同处理玉米花粒期干物质转移量及其对子粒的贡献率

注(Note)： FCN—农户常规施氮水平Farmer conventional nitrogen level; HYN—高产施氮水平High-yield nitrogen level; SASS—Synthesis after silking stage.同列数据后不同字母表示品种间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among variety at the 5% level.

表4 不同处理玉米花粒期氮素积累量(kg/hm2)

注(Note)： FCN—农户常规施氮水平Farmer conventional nitrogen level; HYN—高产施氮水平High-yield nitrogen level. 同列数据后不同字母表示品种间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

表5表明，农户常规施氮水平下，茎秆氮素转移量品种间无显著性差异，但其对子粒的贡献率为先玉335和郑单958均低于内单314与四单19；叶片氮素转移量表现为先玉335、 郑单958、 内单314>四单19，且先玉335和郑单958与四单19差异显著而与内单314差异不显著，而其对子粒的贡献率品种间差异不显著。吐丝后氮素合成量品种间差异显著，表现为先玉335、 郑单958>内单314>四单19，而其对子粒的贡献率品种间差异不显著。

高产施氮水平下，茎秆氮素转移量品种间差异显著，表现为郑单958和先玉335大于四单19和内单314，但其对子粒的贡献率表现为先玉335与郑单958均低于内单314与四单19；叶片氮素转移量及其对子粒的贡献率品种间差异不显著。吐丝后氮素合成量及其对子粒的贡献率品种间差异显著，均表现为先玉335和郑单958大于内单314和四单19(表5)。

由以上结果可以看出，在2个施氮水平下不同品种间营养器官氮素转移量与其对子粒的贡献率均表现为吐丝后合成量>叶片>茎秆，但不同的是在高产施氮水平下各品种的茎秆和叶片的氮素转移量及吐丝后干物质合成量明显高于农户常规施氮水平。且氮高效品种先玉335和郑单958的吐丝后氮素合成量及其对子粒的贡献率明显高于氮低效型品种内单314与四单19。

表5 不同处理玉米花粒期氮素转移量及其对子粒的贡献率

注(Note)： FCN—农户常规施氮水平Farmer conventional nitrogen level; HYN—高产施氮水平High-yield nitrogen level; SASS—Synthesis after silking stage.同列数据后不同字母表示品种间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among varieties at the 5% level.

2.4不同氮效率基因型玉米品种营养器官干物质、氮素转移量的相关性

2.4.1 叶片和茎秆干物质转移量及氮素转移量之间的相关性 由表6 可以看出，在不同施氮水平下各指标之间均存在正相关关系，但在高产施氮水平下除了叶片与茎秆干物质转移量的相关系数外，其他各指标间的相关系数大于农户常规施氮水平。农户常规施氮水平下叶片干物质转移量与叶片氮素转移量之间及茎秆干物质转移量与茎秆氮素转移量之间虽存在正相关关系，但都未达到显著水平。高产施氮水平下叶片干物质转移量与叶片氮素转移量之间呈显著正相关，相关系数为0.960，而茎秆干物质转移量与茎秆氮素转移量之间虽存在正相关关系，但未达到显著水平。

表6 叶片和茎秆干物质转移量、 氮素转移量间的相关性(r)

注(Note)： FCN—农户常规施氮水平Farmer conventional nitrogen level; HYN—高产施氮水平High-yield nitrogen level. TDML—叶片干物质转移量Transfer of dry matter of leaf; TDMS—茎秆干物质转移量 Transfer of dry matter of stem; TNS—茎秆氮素转移量Transfer of nitrogen from stem; TNL— 叶片氮素转移量Transfer of nitrogen from leaf. *表示显著水平为P=0.05 Significantly different atP=0.05.

2.4.2 子粒干物质及氮素来源的相关性 由表7可知，各指标的关系在两个施氮水平下均为正相关，但各指标间相关系数在两个施氮水平间差异较大，且在高产施氮水平下的相关系数均大于农户常规施氮水平。

表7 子粒干物质及氮素来源间的相关性(r)

注(Note): FCN—农户常规施氮水平Farmer conventional nitrogen level; HYN—高产施氮水平High-yield nitrogen level. TNVM—营养体氮素转移量Transfer amount of nitrogen from vegetative mass; DMSASS—吐丝后干物质合成量Synthesed amount of dry matter after silking stage; NSASS—吐丝后氮素合成量Nitrogen of synthesis after silking stage; DMG—子粒干物质Dry matter of grain ; NOG—子粒氮素Nitrogen in grain; TDMVM—营养体干物质转移量Transfer amount of dry matter from vegetative mass. *，**分别表示显著水平为P=0.05和P=0.01 Significantly different atP=0.05 andP=0.01, respectively.

农户常规施氮水平下，营养体氮素转移量与吐丝后氮素合成量和子粒干物质显著正相关，相关系数分别为0.988和0.953，与子粒氮素极显著正相关，相关系数为0.994；吐丝后氮素合成量与子粒氮素极显著正相关，相关系数达0.999。

高产施氮水平下，营养体氮素转移量与吐丝后氮素合成量、 子粒干物质及子粒氮素含量显著正相关，相关系数分别为0.972、 0.958和0.983；吐丝后干物质合成量与吐丝后氮素合成量、 子粒干物质及子粒氮素含量间存在显著正相关关系，相关系数分别为0.962、 0.982和0.953；吐丝后氮素合成量与子粒干物质间呈显著正相关，相关系数为0.980，与子粒氮素含量呈极显著正相关，相关系数为0.999；营养体干物质转移量与营养体氮素转移量和吐丝后干物质合成量间显著正相关，相关系数分别为0.984和0.873。

综合以上分析可知，两个施氮水平下营养体氮素转移量与吐丝后氮素合成量、 子粒干物质及子粒氮素含量之间均存在显著正相关，且在农户常规施氮水平下营养体氮素转移量与子粒氮素呈极显著正相关。吐丝后干物质合成量在高产施氮水平下与吐丝后氮素合成量、 子粒干物质及子粒氮素呈显著正相关，但在农户常规施氮水平下相关不显著。吐丝后氮素合成量与子粒干物质在高产施氮水平下达到了显著水平，但在农户常规施氮水平下相关性不显著。子粒干物质在高产施氮水平下与营养体氮素转移量，吐丝后干物质合成量及吐丝后氮素合成量显著正相关，而农户常规施氮水平下仅与营养体氮素转移量显著正相关。子粒氮素含量在高产施氮水平下与营养体氮素转移量，吐丝后干物质合成量及子粒干物质显著正相关，且与吐丝后氮素合成量极显著正相关，而农户常规施氮水平下仅与营养体氮素转移量和吐丝后氮素合成量呈极显著正相关。

3 讨论

干物质和养分积累是作物器官分化、 产量形成的前提，养分吸收是干物质形成和累积的基础[24]。本试验结果表明，随着施氮量的增加，4个春玉米品种子粒干物质显著增加，但不同氮效率品种差异较大。李文娟等[1]研究表明，随着施氮量的提高，氮高效玉米品种先玉335总收获干重显著增加。本研究在更高的施氮水平下得到了类似结果，适当提高施氮量有利于植株干物质的提高，高氮处理条件下氮高效型品种先玉335和郑单958干物质显著增加，其平均值较氮低效型品种四单19和内单314的平均值高出19.22%，且平均产量较后者高出21.13%。

茎秆与叶片的干物质积累与分配是玉米子粒产量形成的重要因素[27]。春亮等[15]研究发现，花粒期氮素吸收能力强，有利于减缓叶片等光合器官中氮素的输出，从而维持其较长的光合活性，促进子粒的结实与正常发育。另外，Subedi和Ma[28]也认为，植株在生育后期所吸收的氮素被分配到子粒中的比例很高，因而对产量高低有决定性作用。本研究表明，高产水氮水平下，吐丝后干物质合成量显著提高，干物质积累量显著增加，营养器官(叶片、 茎秆)氮素转移量与吐丝后氮素吸收量及其对子粒氮贡献率明显提高，其中先玉335和郑单958子粒干物质积累量的增量显著高于内单314和四单19。可见，对于氮高效型品种在较高施氮水平下，更能有效利用氮素，保持植株后期较高的干物质的合成能力，且较氮低效型品种更为显著地提高子粒产量。

4 结论

农户常规施氮水平下，氮高效型品种与氮低效型品种间产量形成的差异主要来自花前营养器官干物质转移量；而在子粒氮素积累上，氮高效型品种与氮低效型品种间的差异主要来自吐丝期之后氮素的合成量。高产施氮水平下，氮高效型品种与氮低效型品种间产量形成的差异来自于花前营养器官干物质转移量与吐丝期之后干物质的合成；且在子粒氮素积累上，氮高效型品种与氮低效型品种间的差异来自营养器官氮素转移量与吐丝期之后氮素合成量。

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Drymatteraccumulationandnitrogenmigrationofhigh-yieldingspringmaizefordifferentnitrogenefficiencyinthefloweringandmilkingstages

CUI Chao， GAO Ju-lin*， YU Xiao-fang， WANG Zhi-gang， SUN Ji-ying， HU Shu-ping， SU Zhi-jun， XIE Min

(AgronomyCollege,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010019,China)

2013-01-21接受日期2013-06-06

国家自然科学基金项目(31260300)；“973”计划项目(2009CB118601)；国家粮食丰产科技工程(2011BAD16B13，2012BAD04B04，2013BAD07B04，2011BAD16B14)；内蒙古农业大学玉米超高产创新团队计划项目(NDTD2010—9)资助。

崔超(1984—)， 男， 内蒙古乌兰察布市人， 博士， 主要从事玉米生理生态研究。E-mail: nmg_cuichao@sohu.com * 通信作者 Tel: 0471-4309337, E-mail : gaojulin@yahoo.com.cn

S513.01

A

1008-505X(2013)06-1337-09