不同水肥管理方式对春玉米籽粒灌浆特性、氮素利用及产量的影响

李晓龙，白云龙，闫 东，林利龙，梁淑萍，郑海春

(1.巴彦淖尔市农牧业技术推广中心，内蒙古 临河 015000；2.内蒙古土壤肥料和节水农业工作站，内蒙古 呼和浩特 010011；3.锡林郭勒盟农业广播电视学校，内蒙古 锡林浩特 026000 )

不同水肥管理方式对春玉米籽粒灌浆特性、氮素利用及产量的影响

李晓龙1，白云龙2，闫 东2，林利龙2，梁淑萍3，郑海春2

(1.巴彦淖尔市农牧业技术推广中心，内蒙古 临河 015000；2.内蒙古土壤肥料和节水农业工作站，内蒙古 呼和浩特 010011；3.锡林郭勒盟农业广播电视学校，内蒙古 锡林浩特 026000 )

为研究内蒙古燕山丘陵区不同水肥管理条件对春玉米籽粒灌浆特性、氮素利用和产量的影响。以京单128为供试品种，采用不施氮(N0)、农民常规施氮+漫灌(CK)、农民常规施氮+膜下滴灌(DI)、膜下滴灌水肥一体化施氮(WF) 4种水肥管理方式，并对其进行了对比研究。连续2年试验结果表明，在籽粒灌浆特性方面，WF处理表现最优，能有效延长灌浆期、提高灌浆速率，持续灌浆期较对照平均延长4.4 d，平均灌浆速率提高19.5%，且灌浆速率、灌浆时间均与籽粒产量呈显著正相关；在氮素利用方面，氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率以及氮肥生理利用率均以WF处理最高、DI处理次之、CK处理最低，其中WF处理氮肥利用率最高达到了60.8%，平均值较对照处理(CK)提高了33.4个百分点；在产量方面，各处理表现为：WF>DI>CK>N0，WF处理较对照平均增产47.1%。综合分析，膜下滴灌水肥一体化施氮(WF)模式较适宜在该地区应用推广。

春玉米；水肥管理；灌浆特性；氮肥利用率；产量

春玉米已经成为内蒙古地区第一大粮食作物，统计数据显示2015年内蒙古春玉米播种面积达337.2 万hm2，占粮食作物总播种面积的45.8%，总产量达2 186.1 万t，占粮食总产量的79.4%，在全区国民经济中具有十分重要的地位[1]。相关研究结果已经表明，单产在玉米总产量增加中的贡献率为84.9%，面积贡献率仅为15.1%，因此，提高玉米总产量的主要途径是提高单产[2]。玉米灌浆过程是产量形成的实质性阶段， 对玉米籽粒产量起了决定性作用，同时又是影响玉米整体产量的重要过程[3]，外部条件的变化均会对玉米灌浆特性产生影响[4]。李绍长等[5]研究表明灌浆速率的大小决定了相同品种玉米的粒重，而灌浆持续时间的长短决定了不同玉米品种的粒重；张俊鹏等[6]研究表明，地膜和秸秆覆盖能够提高玉米的灌浆速率、产量等；李轶冰等[7]研究表明，耕作方式会对灌浆快增期和缓增期平均灌浆速率有明显影响。综上所述，国内外学者已经从玉米品种、栽培管理[8-10]等方面对玉米的灌浆特性作了一定研究，但针对不同水肥管理方式对玉米灌浆特性及产量的影响研究鲜有报道。本研究基于Logistics方程对不同水肥管理条件下不同氮肥施用方式春玉米的灌浆特性进行拟合，分析籽粒灌浆参数和籽粒产量的关系，从而优选出较适宜该地区玉米种植的水肥管理方式，为该地区玉米进行科学合理的水肥管理提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2014，2015年连续2年，在内蒙古自治区赤峰市喀喇沁旗乃林镇兴隆庄村同一农田进行，该地区年均气温4.2～6.8 ℃，无霜期90～149 d，年均降水量350～500 mm。试验地土壤类型为壤土，试验田0～20 cm耕层土壤含有机质28.6 g/kg，全氮1.1 g/kg，有效磷20.7 mg/kg，速效钾183.0 mg/kg，有效锌0.8 mg/kg。

试验地前茬作物为玉米，供试玉米品种为京单128，试验设4种水肥管理方式，采用大区对比试验，每大区面积为540 m2(4.5 m×120 m)。于4月下旬播种，种植密度为75 000株/hm2，各处理均基施P2O5130 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2，氮肥施用量及施肥时期见表1，CK和DI处理水分和氮肥分开施用，WF处理氮肥随水追施实现水肥一体化。各处理均灌水4次，分别于拔节期、喇叭口期、吐丝期、灌浆期各灌水1次，N0和CK处理单次灌水量750 m3/hm2，DI和WF处理单次灌水量300 m3/hm2。其他管理同大田生产。

表1 施氮方式与灌水管理

1.2 测定项目

1.2.1 籽粒灌浆测定 于吐丝期在各处理中分别选取30株同一天吐丝、长势相同的植株进行挂牌标记。在吐丝后第7天开始，每隔7 d各处理取3穗挂牌的玉米。每穗在中部各取100粒籽粒，烘干后称干质量。根据Logistics方程拟合散粉后籽粒干物质量变化规律。

Logistics方程为W=A/(1+Be-cx)，W为玉米籽粒干质量(g)，A为玉米籽粒的最终生长量(g)，x为吐丝后的天数(吐丝当日记为0 d)，c为生长速率数，B为系数。由方程的一、二阶导数推导出相关灌浆参数[11-13]。

1.2.2 产量 每个试验区于10月初进行测产，即去除边行效应，每处理测产2行，量取10 m长，并计算实际面积。调查该区域内株数、穗数、空秆数等指标，之后随机选取20个果穗风干考种；考种测定果穗穗行数、行粒数、百粒质量、含水量等指标，计算籽粒产量。

1.2.3 氮素利用 养分吸收和化肥养分效率的计算公式[14-15]如下：氮素积累量=干物质重×植株地上部氮含量；收获指数(HI)= 籽粒产量/成熟期植株积累量；氮素收获指数(NHI)=籽粒氮积累量/植株氮素积累量；氮肥利用率(NRE)=(施氮区氮积累量-无氮区氮积累量)/肥料投入量×100%；氮肥偏生产力(NPFP)=籽粒产量/肥料投入量；氮肥农学效率(AE)=(施氮区籽粒产量-无氮区籽粒产量)/肥料投入量；氮肥生理利用率(PE)=(施氮区籽粒产量-无氮区籽粒产量)/(施氮区氮累积量-无氮区氮累积量)。

1.3 数据处理和统计分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0和Origin 8.6进行数据统计分析及作图。

2 结果与分析

2.1 不同水肥管理对春玉米产量构成的影响

通过春玉米考种和测产结果(表2)可以看出，不同水肥管理条件下，各处理穗长、穗粗、秃尖长、穗粒数以及百粒质量存在一定的差异，其中穗长、穗粗、穗粒数和百粒质量表现为WF>DI>CK>N0，秃尖长表现为WF

不同水肥管理条件下春玉米籽粒产量间存在极显著差异，连续2年试验结果均表现为WF>DI>CK>N0，WF处理分别较CK和DI平均增产47.1%和18.9%，DI处理较CK平均增产23.7%。

表2 不同水肥管理对春玉米穗部性状及产量的影响

注：不同小写和大写字母分别表示差异达显著(P<0.05)和极显著水平(P<0.01)。

Note：Different small letters and capital letters in the table express difference at 5% significant level and 1% extremely significant level respectively.

2.2 籽粒灌浆模型

方程自变量为春玉米授粉后天数(x)，因变量为籽粒的百粒质量(y)，对不同水肥管理条件下春玉米的籽粒灌浆过程进行拟合，模拟结果见表3。

由表可知，Logistics方程能够较好地拟合春玉米的籽粒灌浆过程，方程决定系数介于0.993～0.999，拟合效果较好。各处理籽粒终极生长量即方程系数A表现为：WF>DI>CK>N0。

表3 不同水肥管理下春玉米籽粒灌浆的拟合方程

2.3 方程次级参数分析

通过Logistics方程计算出的次级参数见表4。由表4可知，各处理春玉米灌浆持续期(T)和活跃灌浆期(D)以WF处理时间最长，N0处理时间最短，最大灌浆速率出现日期(Tm)从N0开始各处理逐渐后移，其中WF处理持续灌浆时间分别较其他处理平均增长了6.5，4.4，1.2 d，活跃灌浆期时间分别较其他处理平均增长了6.3，4.6，2.1 d；各处理平均灌浆速率(Va)、最大灌浆速率(Vm)、灌浆速增期持续天数(T2)和灌浆缓增期持续天数(T3)均表现为WF>DI>CK>N0，其中WF处理平均灌浆速率分别较其他处理平均增长了43.3%，19.5%，5.8%，最大灌浆速率分别较其他处理平均增长了35.6%，14.4%，3.1%；受灌浆速率和灌浆时间的影响，各处理各阶段籽粒干物质积累量(W1、W2、W3)以WF处理最大，N0处理最小。

表4 不同水肥管理下春玉米籽粒灌浆参数

注：T1.灌浆渐增期持续天数；V1.该时期平均灌浆速率；W1.累积籽粒重；T2.灌浆速增期持续天数；V2.该时期平均灌浆速率；W2.累积籽粒重；T3.灌浆缓增期持续天数；V3.该时期平均灌浆速率；W3.累积籽粒重。

Note：T1.The number of days in early filling stage;V1.the average rate;W1.grain weight accumulation；T2.The number of days in fast filling stage;V2.The average rate;W2.Grain weight accumulation；T3.The number of days in late filling stage;V3.The average rate，W3.Grain weight accumulation.

2.4 籽粒产量与籽粒灌浆特性的相关性分析

由表5可以看出，最大灌浆速率、缓增期灌浆速率和速增期灌浆速率与春玉米穗长、穗粗和穗粒数之间均呈显著正相关；平均灌浆速率与穗粗、穗粒数呈显著正相关；渐增期灌浆速率与穗部性状无显著相关性。

进一步分析籽粒产量与灌浆特性的相关性(表6)可见，籽粒产量与最大灌浆速率、平均灌浆速率、持续灌浆期和活跃灌浆期呈显著正相关。

表5 春玉米穗部性状与籽粒灌浆特性的相关性分析

注：表中数据后**和*分别表示相关性达1%和5%显著水平。表6同。

Note：After data**and*indicated significantly different at the 0.01 and 0.05 probability levels，respectively. The same as Tab.6.

表6 籽粒产量与灌浆特性相关分析

2.5 不同水肥管理对春玉米氮素利用的影响

通过计算不同水肥管理对春玉米氮素利用的影响可以看出，各处理氮肥利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率以及氮肥生理利用率均以WF处理最高、DI处理次之、CK处理最低；其中氮肥利用率WF处理平均值为57.6%，最高值达到了60.8%，较CK处理提高了33.4个百分点，DI处理较CK处理提高了15.2个百分点；氮肥偏生产力、氮肥农学效率和氮肥生理利用率WF处理分别较CK平均提高了46.9%，175.2%，27.7%，DI处理较CK平均提高了23.5%，88.1%，17.2%(表7)。

表7 不同水肥管理对氮素利用效率的影响

3 讨论与结论

科学的灌水和合理的氮肥运筹是影响玉米产量的因素[16-18]，同时玉米库容的大小是由玉米籽粒灌浆速率和灌浆持续期决定的，进而决定玉米的籽粒重量。杨升恒等[19]研究表明，合理的氮肥统筹能够促进玉米籽粒干物质的积累，张俊鹏等[6]研究表明，不同灌水处理能够影响玉米灌浆速率和灌浆持续时间。本研究结果表明，不同水肥管理对玉米灌浆过程产生了较大影响，水肥一体化能够有效延长玉米灌浆时间，同时增加玉米灌浆速率，对玉米籽粒干物质积累起到了积极的作用，有利于玉米获得高产稳产。最大灌浆速率、速增期灌浆速率和缓增期灌浆速率均与穗长和穗粗呈显著正相关。因此，在栽培过程中应适当选择穗粗和穗长较大的品种，在今后的研究中要针对水肥一体化等新技术开展品种筛选。

我国粮食生产过程中过量施用氮肥是导致氮素利用效率较低的主要原因[20]，相关研究表明，水肥耦合能够起到节水、省肥、增产的作用[21-24]。本研究结果表明，通过水肥一体化追施氮肥能够使氮肥利用率达到60%以上，较常规“一炮轰”施肥大水漫灌种植模式(CK)氮肥利用率提高了33.4个百分点，同时节水60%，是提高水肥利用率最为有效的栽培模式之一。因此，在今后农业技术推广中应加大水肥一体化等新型节水农业技术的推广力度。

综合灌浆特性、产量及氮素利用3个指标，从增产增效角度考虑，水肥一体化(WF)能够有效改善春玉米灌浆特性，延长灌浆时间并且提高灌浆速率，持续灌浆期较对照延长了4.4 d，活跃灌浆期较对照延长了4.6 d，平均灌浆速率提高了19.5%；水肥一体化(WF)栽培模式下产量较对照增加了47.1%，同时氮肥利用效率提高了33.4个百分点。

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Effects of Different Water and Fertilizer Management on Spring Maize Grain Filling Characteristics and Nitrogen Utilization and Yield

LI Xiaolong1，BAI Yunlong2，YAN Dong2，LIN Lilong2，LIANG Shuping3，ZHENG Haichun2

(1. Bayannaoer Agriculture and Animal Husbandry Technology Promotion Center，Linhe 015000，China；2.Inner Mongolia Autonomous Region Soil Fertilizer and Water Saving Agricultural Work Station，Huhhot 010011，China；3.Xilinguole Meng Agricultural Radio and Television School，Xilinhot 026000，China)

The effects of the different models of water and fertilizer management on grain filling characteristics and nitrogen utilization of spring maize in Hilly Regions of Mount Yanshan in Inner Mongolia were studied. The Jingdan 128 as the maize variety and four patterns of water and fertilizer management：no nitrogen(N0)，nitrogen with flooding according to the local practice (CK)，application rate with drip irrigation under mulch according to the local practice (DI)，nitrogen with the model of drip irrigation and fertilization under mulch(WF)we used. The results of successive two years experiment showed：the management of fertigation performed best in grain filling characteristics. It could extend filling stage about 4.4 days compared with CK and improved filling rate effectively with 19.5% compared with CK. Meanwhile，the grain yield had a significantly positive correlation with grain filling rate and filling time. As for nitrogen utilization， the order of (nitrogen use efficiency，partial factor productivity，agronomic efficiency and nitrogen physiological utilization ) performance in treatments (WF，DI and CK) was：WF>DI>CK. The nitrogen use efficiency of WF reached 60.8% and increased 33.4 percentage points compared with CK. The yield order was WF>DI>CK>N0 and，WF increased 47.1% compared with CK. Comprehensive analysis，drip irrigation fertigation nitrogen (WF) model is suitable for application and promotion in the region.

Spring maize； Water and fertilizer management； Filling characteristics； Nitrogen use efficiency(NRE)； Yield

2017-03-15

农业部2015年农业技术试验示范 (种植业)项目

李晓龙(1989-)，男，河北衡水人，农艺师，硕士，主要从事节水农业与水肥一体化技术研究。

郑海春(1960-)，男，河北保定人，研究员，硕士，硕士生导师，主要从事土壤肥料与节水农业技术研究与推广。

S143.1；S513.01

A

1000-7091(2017)03-0182-06

10.7668/hbnxb.2017.03.028