施氮时期对夏玉米生长、干物质转运与产量的影响

周 琦，张富仓，李志军，强生才，田建柯，李国栋，范军亮

(1.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室， 陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院， 陕西 杨凌 712100)

玉米是我国第一大粮食作物[1]，玉米的持续增产是保障我国粮食安全的关键。玉米的产量和品质与氮肥有重要的相关性，合理的氮肥用量和运筹方式不仅是玉米获得优质、高产的关键，还是提高氮肥利用率、降低成本、获得较高经济效益、避免或减少由于施肥过量所带来的环境污染和危害的有效途径[2-4]。但是近年来，在农业生产过程中，氮肥的施用往往采用一炮轰的方式，导致氮肥的过量施用，但对产量的提升作用不明显，从而降低了氮肥利用效率，引起土壤中的氮残留等污染问题[5-7]。夏玉米生育期内高温多雨，氮肥一次施用可能因为挥发淋溶等损失导致施入的氮肥不能得到有效的利用。

前人围绕氮肥运筹对玉米生长的影响做了大量的研究，丁民伟等研究表明，在苗期施肥比在大喇叭口期施肥能获得更大的干物质积累量，大喇叭口期和吐丝期施氮肥有利于玉米生育后期干物质积累[8]。王春虎等通过设置不同的氮肥施用方式发现，基肥∶大喇叭口期施肥∶吐丝期施肥为1∶6∶3时，玉米的单株叶面积和叶面积系数最大，绿叶叶片数最多[9]。张丽丽等在施氮量为180 kg·km-2的条件下，通过研究四种氮肥运筹方式发现基肥与12叶期施肥比例为1∶2时，玉米的千粒重最大，产量及氮肥利用率协同提高[10]。王启现等通过研究前轻后重和前重后轻两种施肥方式发现玉米吐丝期施肥可以提高籽粒第二灌浆峰值，增加千粒重，利于干物质的积累和产量的提高[11]。Foulkes等研究表明植物产量的形成实际就是光合同化物生产与分配的过程。植物获得高产的基本途径就是尽量增加植物光合同化物的积累量，并使之尽可能多地分配转运到籽粒中[12-14]。

目前，关于氮肥对玉米生长及养分分配规律影响的研究多集中在氮肥用量、氮肥基追比对玉米产量和氮素利用效率的影响上，对于相等施氮量下的不同氮肥后移模式对夏玉米干物质转运分配影响的研究较少。本试验采用桶栽试验的方法，通过测定玉米株高、叶面积和不同生育期干物质重等指标，研究了不同氮肥后移模式对夏玉米产量和干物质转运的影响，为玉米的节肥减氮增产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院移动式防雨棚中进行。研究院地处34°20′N、108°24′E，海拔高度524.7 m，属半干旱半湿润气候，多年平均气温12.9℃，多年平均降水量600 mm(主要集中在7—9月份)，年平均蒸发量1 500 mm。供试土壤为重壤土(经自然风干、磨细过5 mm筛)，土壤pH值为7.8，有机质6.38 g·kg-1，全氮0.82 g·kg-1，全磷0.55 g·kg-1，全钾11. 2 g·kg-1，碱解氮48.3 mg·kg-1，速效磷13.68 mg·kg-1，速效钾138.47 mg·kg-1，田间持水率(θF)24.0%。凋萎含水率为8.5%。

1.2 试验设计

供试玉米品种为“先玉335”。试验用氮肥为尿素(含N质量分数46%)，施氮量为1.5 g·kg-1，即每桶施用尿素量为8 g。设置7种氮肥处理即：N0为不施肥，N1为拔节期施肥，N2为大喇叭口期施肥，N3为吐丝期施肥，N4为拔节期施氮+大喇叭口期追氮(比例为5∶5)，N5为拔节期施氮+吐丝期追氮(比例为5∶5)，N6为拔节期施氮+大喇叭口追氮+吐丝期追氮(比例为3.3∶3.3∶3.3)。所有处理磷肥统一按重过磷酸钙0.4 g·kg-1施入(P2O5质量分数为16%)，钾肥统一按硫酸钾1.5 g·kg-1施入(K2O质量分数为50%)；磷肥钾肥均为基施一次性施入。其它管理措施同一般高产田。每个处理种植5桶，共35桶，随机区组排列。试验2015年6月30日播种，10月15日收获。

试验在直径37 cm，高50 cm的圆柱形铝合金桶中进行。测桶均埋在地下，桶面与地表相平。试验地上方安装有可移动电动葫芦门式500 kg起重机(西安神力起重运输机械有限公司)，起重机挂钩上安装电子吊秤(测量范围4～500 kg，精度25 g，杭州天辰称重设备有限公司)，可升降蒸渗桶，测其重量变化；桶底有便于水分下渗、土壤透气而设置的均匀小孔25个，桶底放有接取渗漏液的不锈钢铝盆。为了使通气均匀，排水时不带走桶里的土在桶底铺设一层10 cm厚的反滤层：最下层铺设了一层大小基本一致的鹅卵石，其上面铺设一层小石子，小石子上面铺设了一层砂子，桶内土柱厚40 cm。玉米生长环境基本与田间一致。试验通过称重测量土壤含水率，当含水率低于50%时，灌水至田间持水量的百分之90%，灌水量由电子天平精确称取。

1.3 测定项目与方法

玉米生长指标：每个不同生育期测定玉米植株的株高和叶面积。株高用卷尺测定从茎基部到叶顶端的距离，单株叶面积按X=∑(L×W)×0.75计算，式中X为单株叶面积，L为叶片长度，W为叶片最大宽度，0.75为单株叶面积换算系数)。分离成熟期玉米根、茎、叶和穗，放入干燥箱在105℃条件下杀青30 min，置于75℃条件下烘至恒重，用电子天平称质量，即为干物质质量。

玉米产量：成熟期玉米穗装入尼龙网袋晒干后，测定每一穗的直径、穗长、秃尖长、穗行数和行粒数。脱粒后考种，测定每处理籽粒重和百粒重，以含水量为14%时的重量作为单株产量。

干物质转移分配的计算：干物质转移量、干物质转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率根据以下公式计算：

干物质转移量DMT(g·plant-1)=吐丝期营养器官干重-成熟期营养器官干重

(1)

干物质转移效率DMTE(%)=干物质转移量/吐丝期期营养器官干重×100

(2)

转移干物质对籽粒的贡献率DMTP(%)=干物质转移量/粒重×100

(3)

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2007和SPSS 18.0软件进行整理和分析，多重比较采用Duncan法，使用Origin 9.2软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮时期对玉米株高、叶面积的影响

株高和叶面积是反映作物生长特征的重要指标，对于判断作物前期干物质积累情况有着重要的作用。由图1可知，在拔节期，由于N1、N4、N5、N6处理施入一定量的氮肥，其株高与拔节期未施肥的处理相比具有显著的差异，相对于未施肥处理N0增长4.42%～6.21%，其中N1处理拔节期株高最高。在大喇叭口期N2处理氮肥全部施入对株高的增长有显著的提升，相对未施氮肥的N0处理增长了6.48%；N4处理在拔节期和大喇叭口期分别施入，其株高相对于N0处理增长了10.97%；N1处理和N6处理在大喇叭口期的株高差异不显著，N5处理由于在大喇叭口期未施肥，其株高增长量低于N6和N1处理。吐丝期各处理的差异比较明显，其中N4处理株高最高，相对于N0处理增长了12.76%，其次是N2处理；可见大喇叭口期追肥对玉米株高的增长有着明显的促进作用，N2处理的株高在吐丝期超过N1处理，N1处理氮肥由于全部在拔节期施入，后期表现肥力不足，增长不显著；在吐丝期N2处理株高的增长量低于N5处理，N5处理在吐丝期追施氮肥，株高增长速率有所增加，但是由于前期氮肥施用量过少，使其总体株高在吐丝期仍然比较低。N3处理氮肥全部在吐丝期一次性施加，前期并未施加氮肥，对于株高的增长有一定的提升但不明显，相对于N0处理增长了2.4%。成熟期株高的总体趋势和吐丝期基本一致，N3、N5处理株高有所增长，N3相对于N0处理增长了3.77%，N2、N5、N6处理无显著差异，N4最高，相对于N0处理增长了14.49%。由上可知，虽然吐丝期N3处理追施氮肥，但是由于前期未施肥，后期即使施肥也没有显著的增长。综合整个生育期，玉米的株高呈增长趋势，后期增长速率较前期有所降低，增长速率最快的时期是拔节期，其次是大喇叭口期。吐丝期和成熟期增长速率缓慢，两个时期基本持平。

图1 不同施氮时期对玉米株高的影响

Fig.1 The effect of different nitrogen fertilizer applications periods on plant height of maize

叶面积的变化规律与小麦基本相同，在拔节期叶面积与施肥量呈正相关，拔节期施肥最多的N1处理叶面积增长最显著，相对于N0处理增长了14.5%，其次是N4、N5处理，相对于N0处理分别增长了6.71%，6.63%，N4、N5和N6处理间株高无显著差异，叶面积对施氮量更敏感，差异性更明确。在大喇叭口期N2处理氮肥全部施入对叶面积的增长有显著的提升，相对未施氮肥的N0处理增长了17.71%；N5处理大喇叭口期累积施肥量仍较N1、N2和N4处理低，所以叶面积增长量较低，相对于N0处理增长了10.73%。N4、N2和N6处理由于在大喇叭口期追施氮肥，其叶面积增长尤为显著。在吐丝期，N4处理叶面积最高，其次是N2处理，再次是N6处理，可见大喇叭口期施肥，对于叶面积增长有持续的作用效果。N3处理叶面积吐丝期有所增长但是由于前期营养缺乏，增长率不大，相对于N0处理增长了4.16%。成熟期N2、N4处理叶面积差异不大，N5吐丝期的施肥在成熟期起到保绿的作用，此时与N6差异不大。N1处理氮肥全部在拔节期施入，到后期肥力不足，相对N0处理仅增长了7.79%。N3处理增长仍不显著，为3.94%。综合株高和叶面积，可以发现前期肥料缺失，即使在吐丝期追施，其生长也不能得到显著提高。综合整个玉米生育期的叶面积，可以发现在大喇叭口期施肥处理，相对于不施肥处理的叶面积增长最为显著，其次是吐丝期，再次是成熟期。玉米的叶面积在大喇叭口期达到最大，在吐丝期开始逐渐降低。

图2 不同施氮时期对玉米叶面积的影响

Fig.2 The effect of different nitrogen fertilizer applications periods on leaf area of maize

2.2 不同施氮时期对玉米干物质积累与分配的影响

由表1可知，在吐丝期，玉米干物质的分配量表现为：茎>叶>穗。玉米叶的干物质所占总干物质量的百分数在24.2%～25.4%之间，茎所占干物质量在55.5%～58.3%之间，穗所占的干物质量在16.4%～20.9%之间。N0处理的叶和茎占比相对于其它处理大，穗占总干物质的比重相对于其它处理小。在吐丝期茎和叶最高的处理是N4处理，其次是N2处理。叶的干物质大小关系为N4>N2>N6>N5>N1>N3>N0，茎的干物质大小情况同叶片干物质大小情况一致。吐丝期穗的干物质与茎叶有所差别，表现为N5>N4>N6>N2>N1>N3>N0。相对于茎和叶的情况，N5、N6穗部干物质较其它处理显著增长，即吐丝期追肥可以促进穗部的生长发育，提高穗部干物质量。从单株干物质总量来看，N4处理明显优于其它处理，单株干物质量最大为205.04 g，相对于N0处理增长了30.48%；N2、N5和N6处理差异不大，相对于N0处理增长了23.65%～24.23%。在成熟期，玉米叶片占总干物质的12.0%～12.9%，茎占总干物质的27.2%～29.1%，籽粒占总干物质的37.0%～39.6%，穗轴占总干物质的20.6%～23%。在成熟期，玉米干物质的分配量表现为:籽粒>茎>苞叶+穗轴>叶。玉米叶片和茎的干物质量都有所降低，穗的干物质量增加，穗轴与籽粒占总干物质的57.9%～60.7%，相对于吐丝期的16.4%～20.9%，增加了39.8%～41.5%。在成熟期玉米叶片和茎秆干物质量和总干物质量表现为N4>N2>N5>N6>N1>N3>N0。与吐丝期相比，N5的叶片和茎秆的干物质量高于N6。N2、N4和N5的籽粒干物质量差异不显著，但与N1的籽粒干物质量差异显著。

2.3 不同施氮时期对夏玉米干物质转运的影响

由表2可知，不同营养器官的干物质转运量表现为茎+鞘>叶。茎的干物质转运量占总转运量的70.34%～77.34%。与N0处理相比，N1、N2、N4和N6处理叶片和茎秆的转运量均有显著的提高，N3、N5处理提高不明显，N5处理叶片干物质转运量甚至少于对照处理。各处理叶片转运效率在12.6%～20.5%之间，N6处理转运效率最大，N5处理转运效率最低。各处理茎鞘的转运效率在16.7%～21.1%之间，表现为N4最高为21.1%，N2与N6相同且与N1处理差异不大，N0、N3和N5转运效率相对较低分别为16.7%、17.3%、18.3%。各处理总转运量表现为N4最高为33.6 g·株-1，N0最小为21.3 g·株-1，总转运效率N6最高为41.1%，N5最小为30.9%。各处理茎鞘转运效率>叶转运效率。叶的转运量对籽粒的贡献率在4.8%～8.1%之间，N5处理最小；茎鞘的转运量对籽粒的贡献率在14.4%～20.0%之间，N3处理最小，N0处理次之，N5处理为16.4%显著低于N1、N2、N4、N6处理。总转运量对籽粒的贡献率表现为，N4>N6>N2>N1>N5>N3。N5、N3无论是茎鞘还是叶，其转运量转运效率，对籽粒的贡献率相对于其它处理都有极显著的差异，甚至低于N0处理，可见在吐丝期施肥，不能增加干物质的转运，会使叶片和茎秆持续增长，转运量减少。花后光合同化物积累表现为N5>N3>N4>N2>N6>N1>N0。可见，虽然N5、N3转运量相对较低，但是吐丝期施肥可促进植物光合同化作用，提高其花后光合同化效率，从而实现增产的目的。

表1 不同施氮时期对夏玉米吐丝期和成熟期干物质分配的影响 Table 1 Effects of different nitrogen application on the distribution of dry matter in silking stage and maturity

注：同列数据后相同字母表示无显著差异(P>0.05)，下表同。

Note: values within a column with the same letter indicated no significant difference(P>0.05)，and hereinafter.

表2 不同施氮时期对玉米各器官干物质转移效率的影响 Table 2 Effects of different nitrogen application on the dry matter transfer efficiency of maize organs

注：T-干物质转移量；TE-干物质转移效率；TP-干物质转移量对籽粒的贡献。

Note: T-dry matter translocation; TE-dry matter translocation efficiency; TP-dry matter translocation to proportion for grain.

2.4 不同施氮时期对玉米产量及产量构成要素的影响

由表3可知，不同施氮模式对穗行数、行粒数、穗粗、产量的影响具有一定的差异性；对于穗长、秃尖长、百粒重的影响差异不明显。N4处理的穗行数、行粒数、产量明显优于其它处理，N1、N2、N5和N6的穗行数没有显著差异，但是相对于N0处理，增加了27.78%～38.89%。N4、N5处理的行粒数>N1、N2、N6处理的行粒数>N3处理的行粒数>N0处理的行粒数，相对于N0处理增长了13.6%～25.3%。穗粗的规律同穗行数基本一致，相对于N0处理增长了1.64%～9.61%。穗长各施氮处理相对于N0处理增加了3.95%～15.12%，百粒重各施氮处理相对于N0处理增加了11.86%～19.56%。由各性状的增长幅度来看，施氮对于穗行数的影响最大，其次是行粒数，再次是百粒重，对于穗粗和秃尖长的影响较小。N4处理各项穗部性状指标最好，产量最高，相对于N0处理增长了24.28%，其次是N5处理，相对于N0处理增加了23.25%。N5处理与N0、N2、N6处理产量均没有显著性差异。N1和N3处理的产量相对于N0处理分别增长了17.7%和17.6%。在株高和叶面积的增长中，N3处理明显不如N1处理，N5，N6处理相对于N2处理，增长量相对较低，但是在籽粒的百粒重和产量上，N5、N6处理有了明显的增长，与N2处理没有显著差异;N3处理与N1处理也没有显著差异。N3、N5和N6处理都是在吐丝期追肥的处理，可见吐丝期施肥，可以提高玉米籽粒重量，使其更加饱满，从而提高产量。

表3 不同施氮时期对夏玉米产量及产量构成要素的影响 Table 3 Effects of different nitrogen applications on yield and yield component of maize plant

3 讨 论

于民伟等研究发现，大喇叭口期和吐丝期施氮肥有利于玉米生育后期光合产物的形成[8]，王启现等认为吐丝期施氮显著提高了籽粒的第二灌浆峰值，可以提高籽粒的产量[11]。在本试验中，吐丝期施氮的N3，N5处理，花后光合产物积累明显高于其它处理，从而增加籽粒产量。

王春虎等提出种肥∶大喇叭口期施肥∶吐丝期施肥为1∶6∶3时，玉米叶面积和株高能得到明显提高，从而提高单株籽粒的干物质积累，提升产量[9]。王云奇等认为，夏玉米增施吐丝肥可以延缓吐丝后光合叶面积下降速度，从而为籽粒灌浆提供较多的源，最终提高粒重和产量[15]。申丽霞等认为，在总施氮量相同的条件下，播种期施氮结合大喇叭口期和吐丝期二次追施氮效果最好，其次为大喇叭口期一次追施氮，吐丝期一次追施及前重后轻的施氮方式导致后期叶片缺肥早衰，影响光合产物的积累和产量[16]。本试验中，三次施氮的N6处理，产量反而不如拔节期、大喇叭口二次施氮的N4处理，与申丽霞研究结果不同，可能是由于相同的施氮量，需氮量较旺盛的玉米生育期前期施肥量较少，N6处理前期叶片生长不旺盛，最终导致籽粒产量低于N4处理。

夏来坤等研究发现3叶期施氮结合12叶期追氮籽粒产量最高，但对千粒重影响差异不明显[17]。同本试验各处理结果基本一致，不同处理的千粒重差异不大。徐钰的研究表明，施氮处理下，玉米籽粒干物质重50%以上来自吐丝前期储存同化物的再转移[18]。戴明宏研究表明，不同氮肥管理模式下，春雨米生育期各器官中，叶片和苞叶的干物质转运量最大，对籽粒的贡献率分别为12.4%～15.3%和5.2%～7.0%[19]。本试验表明茎秆的干物质转运量最大，对籽粒的贡献率也最大，与其结论不一致，需要进一步的研究。

胡昌浩对夏玉米的研究发现，各器官干物质转移量对籽粒的贡献率依次是茎秆、苞叶、穗轴、叶片、叶鞘及穗柄，总转运量对籽粒的贡献率为20.3%[20]，与本研究基本一致。随着植物生育进程推进生长中心发生转移，光合同化物在各器官中的分配也随之变化，植物光合作用也就呈现动态变化[21]。籽粒植物花后光合同化物的积累与产量形成正相关[22-23]。植物籽粒产量在很大程度上取决于生育后期的光合同化能力，其花后光合同化物对籽粒的贡献率为73.5%～81.2%[24]。本试验研究表明花后光合同化物对籽粒的贡献率为72.3%～79.5%，与其结论基本一致。

4 结 论

本研究发现，在土壤肥力较高的情况下，拔节期大喇叭口期5∶5施肥，产量和干物质量显著高于其它处理。全拔节期施肥和全吐丝期施肥产量和干物质量显著低于其它处理，说明施肥过早后期叶片容易早衰，影响后期光合产物的积累；施肥时期过于靠后，前期作物营养不足，影响叶片和株高的生长，导致叶片面积不足并严重影响作物产量。吐丝期施肥和拔节期吐丝期5∶5施肥花后光合同化物积累量显著高于其它处理，其叶面积在吐丝期后相对其它处理也有较大增长，说明吐丝期施肥可以延缓叶片衰老，从而提升产量。相对于其它吐丝期未施氮处理，吐丝期施氮较多的处理叶片和茎鞘对籽粒的贡献率相对较低，可见吐丝期施氮不利于叶片和茎秆的干物质转运。吐丝期轻施的N6处理叶片和茎的干物质转运相对较高，因此前期重施氮，吐丝期轻追施，对产量提高更有帮助。在不同的施氮处理下，茎+鞘转运量大于叶片转运量，叶片对籽粒的贡献率在6.1%～8.1%之间，茎+鞘对籽粒的贡献率在14.4%～20.0%之间，总转运量对籽粒的贡献率为20.5%～27.7%，与胡昌浩的研究基本一致，说明玉米的籽粒形成主要靠花后光合产物的积累。

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