东北半干旱区滴灌施肥条件下高产玉米干物质与养分的积累分配特性

侯云鹏，孔丽丽，蔡红光，刘慧涛，高玉山，王永军，王立春

东北半干旱区滴灌施肥条件下高产玉米干物质与养分的积累分配特性

侯云鹏，孔丽丽，蔡红光，刘慧涛，高玉山，王永军，王立春

（吉林省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部东北植物营养与农业环境重点实验室，长春 130033）

【】研究东北半干旱区滴灌施肥条件下，不同栽培模式的玉米群体干物质和养分积累动态变化与转运分配特征，为区域春玉米滴灌施肥高产栽培技术提供理论依据。2014—2016年，在吉林省西部半干旱区乾安县进行定位试验，以农华101为材料，在滴灌施肥条件下，分别设置农民栽培（FP)、高产栽培（HY）和超高产栽培（SHY）3种栽培模式。研究了滴灌施肥条件下，不同栽培模式对群体干物质和养分积累动态、转运与分配特征以及产量构成特性的影响。与FP模式相比，HY和SHY模式玉米产量显著增加，平均增幅分别为16.0%和37.4%；穗粒数和百粒重低于FP模式，但单位面积穗数显著高于FP模式。HY和SHY模式较FP模式显著提高了玉米开花期至成熟期的群体干物质和氮、磷、钾积累量，并提高了开花后干物质和氮、磷、钾积累量占总生育期积累量的比例（花后干物质和氮、磷、钾积累量占总生育期积累量比例分别提高 8.0%、23.3%、10.0%、33.9%和13.8%、42.6%、21.6%、44.6%）。Logistic方程解析表明，HY和SHY模式群体干物质最大增长速率和平均增长速率均高于FP模式（干物质最大增长速率和平均增长速率分别提高6.9%、4.2% 和23.8%、10.9%）；且最大速率出现时间晚于FP模式。与FP模式相比，HY和SHY模式显著降低了玉米开花前养分转运率和转运养分对籽粒的贡献率，显著提高了开花后积累养分对籽粒的贡献率。相关分析结果表明，玉米开花前后干物质和氮、磷、钾素积累量与籽粒产量均呈显著或极显著正相关(=0.7513—0.9840)，其中开花后群体干物质和氮、磷、钾积累量与产量的相关性高于开花前。与农户栽培模式相比，高产和超高产栽培模式在提高群体干物质最大增长速率和平均增长速率的同时，推迟了群体干物质最大增长速率出现时间，进而使玉米开花期至成熟期有较高的干物质与养分积累，同时显著提高了玉米开花后积累养分对籽粒贡献率。因此，在东北半干旱区滴灌施肥条件下，通过增加种植密度，利用氮磷钾肥料总量控制、分期调控等管理措施，保证玉米整个生育期对氮、磷、钾养分的需求，是实现玉米产量进一步提高的重要途径。

半干旱区；玉米产量；滴灌施肥；栽培模式；干物质；养分积累转运

0 引言

【研究意义】东北西部地区是我国典型的半干旱农业区，耕地面积约3.2×105km2，地理范围跨42—50°N，117—125°E，主要分布在辽宁、吉林、黑龙江三省的西部和内蒙自治区的东部四盟区域，是东北重要的玉米种植区之一[1]。该区域具有较好的光热资源，生产潜力大，但受早春低温和干旱等自然因素的不利影响[2-3]，其单产水平较东北平均产量水平低20%以上[4-6]。近年来，玉米覆膜滴灌施肥作为覆膜种植与滴灌施肥相结合的一种新型节水灌溉施肥技术，被引入东北西部半干旱地区，因其在改善土壤水热状况、促进作物生长发育及提高水肥利用效率等方面的效果突出，已成为该区域农业主要推广技术之一。同时通过高产品种的选用和栽培措施（种植密度、肥料管理）改进[7-9]，使该区域成为东北玉米高产创建的重要地区之一。如在2012—2014年，连续3年经农业部玉米专家现场测产验收，该区域小面积春玉米单产突破15 000 kg·hm-2超高产水平，其中在2016年创造了百亩连片15 651 kg·hm-2的高产记录。然而，对当地农户调查发现，在覆膜滴灌施肥条件下，农民近3年玉米产量在9 000—11 000 kg·hm-2（平均10 300 kg·hm-2），与覆膜滴灌施肥栽培技术玉米产量间存在较大差异，仍具有较大的增产潜力。因此，阐明吉林省西部半干旱区覆膜滴灌条件下春玉米高产或超高产栽培模式玉米干物质与氮、磷、钾养分积累与分配特点，对半干旱地区玉米进一步增产具有重要参考价值。【前人研究进展】近年来，许多研究者围绕着玉米高产或超高产栽培条件下，物质积累和养分吸收利用等方面进行了大量的研究，明确了玉米干物质和养分积累转运的多寡与高峰出现时间主要受不同玉米品种和栽培措施的影响。如针对不同玉米品种，齐文增等[10]和NING等[11]研究发现，高产或超高产玉米品种在整个生育期内均具有较高的养分吸收和干物质积累速率，特别是玉米花后养分吸收与向籽粒分配比例显著高于低产玉米品种。针对不同栽培措施，杨吉顺等[12]研究认为，玉米种植密度增加后可有效改善植株冠层结构，提高单位面积光照截获能力，进而提高群体干物质生产能力[13]。但种植密度并非越高越好，曹胜彪等[14]研究表明，种植密度过高，使植株营养体氮素转运量过大，造成植株内部碳、氮代谢失调，引起早衰。而在适宜密度条件下，充足的养分供应是实现玉米高产或超高产的基础，王宜伦等[15]指出，在玉米超高产条件下，玉米的养分积累趋势呈“直线”型，而一般生产田玉米养分积累呈“S”型，因此肥料运筹模式满足玉米生育后期对养分的需求，是玉米实现超高产的关键。吕鹏等[16]研究表明，在超高产条件下，分次施氮可显著提高植株和籽粒中氮素积累，延长氮素积累活跃期，其中氮肥在玉米拔节期、大口喇叭期和花后按3﹕5﹕2比例投入是超高产夏玉米较佳氮肥运筹模式。而张仁和等[17]研究指出，实现玉米超高产不仅需要提高干物质累积和养分吸收，同时调控光合产物和氮素向籽粒中的分配也是重要因素之一。【本研究切入点】目前，关于玉米高产或超高产栽培模式下养分积累、转运及分配的研究大多基于常规种植模式下进行，而针对东北半干旱地区覆膜滴灌施肥条件下，不同栽培模式玉米干物质和氮、磷、钾养分积累与转运及分配特性研究相对薄弱。由于地膜覆盖使玉米生育进程加快，其养分吸收利用特性势必相应改变，滴灌施肥与常规施肥制度理论上存在差异。【拟解决的关键问题】本研究在东北半干旱区覆膜滴灌施肥条件下，通过研究东北半干旱区不同栽培模式对玉米干物质与养分积累动态、转运与分配的调控效应及其与产量形成之间的关系，进而阐明滴灌施肥条件下不同栽培模式对春玉米群体干物质和氮、磷、钾积累转运特性，以期为东北半干旱区玉米滴灌施肥条件下的高产高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2014—2016年在吉林省农业科学院乾安实验站进行。研究区域年平均气温5.6°C，年日照时数2 866.6 h，全年积温2 884.5 ℃，无霜期146 d，年平均降雨量425 mm，年平均蒸发量1 500 mm以上，属典型的半干旱区。试验期间（2014－2016年）玉米生育期内降水量分别为238.1、262.7和286.6 mm，≥10℃有效积温分别为2 618、2 769和3 025°C。试验地种植制度为玉米连作，土壤类型为淡黑钙土，试验起始时0—20 cm土壤基础养分状况为有机质17.39 g·kg-1，水解性氮102.36 mg·kg-1，有效磷35.86 mg·kg-1，速效钾109.38 mg·kg-1，pH 7.86。

1.2 试验设计

试验在覆膜滴灌施肥条件下共设置农户栽培（FP）、高产栽培（HY）和超高产栽培（SHY）3个模式，不同模式玉米种植密度、肥料用量及各时期施肥比例见表1。试验用氮、磷、钾肥分别为尿素（N 46%），磷酸一铵（P2O561%；N12%）和氯化钾（K2O 60%）。3个栽培模式均采用宽窄行种植（90 cm+40 cm），供试玉米品种为农华101，小区面积60 m2，重复3次，随机区组排列，两边设有保护行。2014、2015和2016年玉米种植日期分别为5月1日、5月4日和5月7日，玉米播种后在土壤表面喷施除草剂进行封闭防草，然后铺设滴灌带与覆盖地膜。滴灌带铺设于宽行中间，每条滴灌带浇灌2行玉米。处理间灌水量与次数一致，维持正常生长所需水分。每小区配独立施肥罐，试验选用18 L压差式施肥罐，施肥开始前按各处理所需氮、磷、钾肥分别加入各小区施肥罐，将施肥罐充满水后充分搅拌，使其完全溶解。施肥前先滴清水30 min，然后打开施肥阀施肥，施肥时间为120 min，施肥后继续滴清水30 min。收获日期分别为10月4日、9月30日和10月2日。其他田间管理按常规生产大田进行。

表1 不同栽培模式下玉米种植密度、肥料用量及各时期施肥比例

农户栽培模式（FP）：N-P2O5-K2O=70%-100%-100%（基肥）、30%-0-0（拔节期）；高产栽培模式（HY）：N-P2O5-K2O=20%-40%-30%（基肥）、30%-20%-30%（拔节期）、20%-20%-20%（大喇叭口期）、20%-10%-20%（开花期）、10%-10%-0（灌浆期）；超高产栽培模式（SHY）：N-P2O5-K2O=10%-50%-30%（基肥）、20%-10%-20%（拔节期）、20%-10%-25%（大喇叭口期）、20%-10%-25%（开花期）、20%-15%-10%（灌浆期）、10%-5%-5%（乳熟期）；V6：拔节期；V12：大喇叭口期；VT：开花期；R3：灌浆期；R4：乳熟期

FP: N-P2O5-K2O=70%-100%-100% (Basal fertilizer), 30%-0-0 (V6); HY: N-P2O5-K2O=20%-40%-30% (Basal fertilizer), 30%-20%-30% (V6), 20%-20%-20% (V12), 20%-10%-20% (VT), 10%-10%-0 (R3)；SHY: N-P2O5-K2O=10%-50%-30% (Basal fertilizer), 20%-10%-20% (V6), 20%-10%-25% (V12), 20%-10%- 25% (VT), 20%-15%-10% (R3), 10%-5%-5% (R4)；V6: Jointing stage; V12: Trumpeting stage; VT: Flowering stage; R3: Filling stage; R4: Milking stage

1.3 样品采集与测定

在玉米苗期（V3）、拔节期（V6）、大喇叭口期（V12）、开花期（VT）、灌浆期（R3）和成熟期（PM）采集不同处理具有代表性玉米植株5株，分解为茎秆和籽粒两部分。105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重后进行称重并粉碎，采用硫酸-双氧水消煮，凯氏法测定全氮含量，钼锑抗比色法测定全磷含量，火焰光度法测定全钾含量。

1.4 参数计算与统计分析

收获指数（HI）=籽粒干物质量/地上部干物质量；

植株氮（磷、钾）素积累量（kg·hm-2）= 各时期干物质量（kg·hm-2）×氮（磷、钾）素含量（%）；

转运量（kg·hm-2）=开花期地上部氮（磷、钾）积累量（kg·hm-2）-成熟期地上部营养器官氮（磷、钾）积累量（kg·hm-2）；

转运率（%）=氮（磷、钾）转运量/开花期地上部氮（磷、钾）积累量×100；

转运养分对籽粒贡献率（%）=花前营养器官氮（磷、钾）转运量/籽粒氮（磷、钾）积累量×100；

积累养分对籽粒贡献率（%）=100%-花前营养器官氮（磷、钾）转运量/籽粒氮、磷、钾积累量×100；

采用Logistic 方程Y=K/（1+aebt）拟合玉米干物质增长过程中最大干物质增长速率及其出现的天数。式中，Y为干物质积累量，t为时间（d），a、b为待定参数，K为干物质积累量理论最大值。对拟合方程求导数，可得Ymax=-k×b/4，对应时间为tmax=-lna/b，k/1+a相当于曲线的截距。

试验数据采用Excel进行处理，用SAS 9.0软件进行两因素（年份和栽培处理）方差分析，处理间多重比较采用LSD-test法；用SigmaPlot 10.0软件制图。

2 结果

2.1 不同栽培模式玉米产量、收获指数及其构成因素的比较

由表2可知，栽培模式对玉米产量影响显著，对收获指数影响不显著，年份对产量影响显著，对收获指数影响不显著，而栽培模式和年份仅对产量表现出显著的交互效应。与农户栽培模式相比，高产栽培模式和超高产栽培模式增产显著，平均增幅分别为16.0%和37.4%，差异均达显著水平（＜0.05）。而不同栽培模式间收获指数差异不显著（＞0.05）。从产量构成因素来看，除穗数外，栽培模式和年份显著或极显著影响穗粒数和百粒重，其中栽培模式和年份对穗粒数表现出显著的交互作用。与农户栽培模式相比，高产栽培模式和超高产栽培模式穗数显著增加（＜0.05），而穗粒数和百粒重差异未达显著水平（＞0.05）。

2.2 不同栽培模式干物质积累动态与分配

2.2.1 不同栽培模式干物质积累动态 从不同生育阶段植株干物质积累动态变化可看出（图1），不同栽培模式下，苗期至大喇叭口期干物质积累量之间无显著差异（＞0.05），开花期至成熟期，高产栽培模式和超高产栽培模式玉米干物质积累量显著高于农户栽培模式（＜0.05），并随着生育进程的推进差距加大，平均增幅依次为8.8%和22.4%（开花期）、10.8%和26.9%（灌浆期）、15.2%和35.6%（成熟期）。这表明农户栽培模式仅有利于玉米生育前期干物质积累，而高产栽培模式和超高产栽培模式可使玉米生育中后期保持较高的干物质积累速率，显著提高开花期至成熟期干物质积累量。

表3显示，栽培模式对干物质平均增长速率、最大增长速率以及最大增长速率出现天数影响显著，年份对干物质平均增长速率、最大增长速率以及最大增长速率出现天数影响均不显著，且年份和栽培模式两因素间的交互作用对干物质平均增长速率、最大增长速率以及最大增长速率出现天数影响不显著。不同栽培模式干物质积累可用Logistic回归方程较好地拟合（2=0.994—0.998）。Logistic方程解析不同栽培模式，发现高产和超高产栽培模式干物质最大增长速率和平均增长速率均高于农户栽培模式，其中干物质最大增长速率平均增幅分别为6.9%和23.8%，平均增长速率平均增幅分别为15.2%和35.6%；且超高产栽培模式干物质最大增长速率和平均增长速率提高幅度达显著水平（＜0.05）。从干物质最大增长速率出现时间来看，农户栽培模式干物质最大增长速率出现时间最早，较高产栽培模式和超高产栽培模式干物质最大增长速率出现时间平均提前3.9 d和5.7 d，其中超高产栽培模式与农户栽培模式差异达显著水平（＜0.05）。

表2 不同栽培模式玉米产量及其构成因素

同列数据后不同字母表示在同一年份5%水平上差异显著。T：处理；Y：年份；NS、*和 **分别表示无显著差异及在0.05和0.01水平上差异显著。下同

Values followed by different letters in the same column are significantly different at 0.05 level of the same year. T: Treatment; Y: Year; NS, *, ** indicate non-significant or significant at 0.05 or 0.01 level, respectively. The same as below

V3：苗期；V6：拔节期；V12：大喇叭口期；VT：开花期；R3：灌浆期；PM：成熟期。下同

2.2.2 不同栽培模式玉米干物质分配比例 从不同栽培模式下玉米开花前后干物质量所占整个干物质量比例看出（图2），与农户栽培模式相比，高产栽培模式和超高产栽培模式在开花期至成熟期，干物质积累量占总干重比例提高幅度均达显著水平（＜0.05），平均增幅分别为8.0%和13.8%。

表3 不同栽培模式玉米干物质积累速率的Logistic方程回归分析

不同的小写字母表示0.05水平差异显著（P＜0.05）。下同 Different letters indicate significant differences at 0.05 level. The same as below

2.3 不同栽培模式玉米氮、磷、钾积累动态与分配

2.3.1 不同栽培模式玉米氮、磷、钾积累动态 不同生育阶段植株氮、磷、钾养分积累动态变化可以看出（图3），不同栽培模式下，苗期至大喇叭口期氮、磷、钾积累量之间无显著差异（＞0.05）。开花期至成熟期，高产栽培模式和超高产栽培模式氮、磷、钾积累量显著高于农户栽培模式（＜0.05），并随生育进程的推进差距增大，其中高产栽培模式和超高产栽培模式氮素平均增幅依次为8.2%和25.0%（开花期）、15.4%和39.4%（灌浆期）、17.5%和54.0%（成熟期）；磷素平均增幅依次为10.6%和19.5%（开花期）、12.9%和26.2%（灌浆期）、15.3%和31.3%（成熟期）；钾素平均增幅依次为10.1%和22.8%（开花期）、13.7%和27.9%（灌浆期）、14.6%和30.4%（成熟期）。表明农户栽培模式仅有利于玉米生育前期氮、磷、钾养分积累，而高产栽培模式和超高产栽培模式可使玉米生育中后期保持较高的氮、磷、钾积累速率，显著提高开花期至成熟期氮、磷、钾积累量。

图3 不同栽培模式下玉米地上部不同生育阶段氮、磷、钾吸收量

2.3.2 不同栽培模式氮、磷、钾分配比例 不同栽培模式下玉米开花前后氮、磷、钾养分积累占整个植株氮、磷、钾积累总量比例表明（图4），与农户栽培模式相比，高产栽培模式和超高产栽培模式开花期至成熟期氮、磷、钾积累量占整个植株氮、磷、钾积累总量比重的提高幅度均达显著水平（＜0.05），平均增幅分别为23.3%、10.0%、33.9%和42.6%、21.6%、44.6%。

2.4 不同栽培模式玉米植株体内氮、磷、钾的转运

由表4可知，栽培模式对养分转运量、转运率、转运养分对籽粒贡献率和积累养分对籽粒贡献率影响显著，年份对养分转运量、转运率影响显著，对转运养分对籽粒贡献率和积累养分对籽粒贡献率影响不显著，而栽培模式和年份仅对养分转运量和转运率表现出显著的交互作用。不同栽培模­­­­­­­式下，氮、磷、钾转运量无显著差异（＞0.05），而高产栽培模式和超高产栽培模式氮、磷、钾转运率和转运养分对籽粒贡献率显著低于农户栽培模式，其中氮、磷、钾转运率平均降幅依次为10.6%、9.9%、14.8%和12.8%、10.5%、17.6%；氮、磷、钾转运养分对籽粒贡献率平均降幅依次为15.5%、8.5%、20.9%和25.4%、14.3%、27.8%。但高产栽培模式和超高产栽培模式积累养分对籽粒贡献率显著高于农户栽培模式，平均增幅依次为26.3%、16.3%、27.3%和43.0%、27.3%、36.3%。这说明农户栽培模式主要通过增加花后植株体内氮、磷、钾养分转运来提高籽粒养分积累量，而高产栽培模式和超高产栽培模式主要通过提高花后植株氮、磷、钾积累来增加籽粒养分积累量。

图4 不同栽培模式玉米开花前后地上部氮、磷、钾积累量占整株氮、磷、钾比例

2.5 玉米开花前后地上部氮、磷、钾与产量间的相关性分析

对玉米开花前（苗期—开花期）和开花后（开花期—成熟期）地上部群体干物质和氮、磷、钾积累量与产量间进行相关性分析（图5），结果表明，玉米花前和花后干物质和氮、磷、钾积累量与产量间均呈显著正相关，但开花后干物质和氮、磷、钾积累量线性方程的相关系数（=0.9840**、0.9305**、0.8429**、0.9171**）均高于花前（=0.9276**、0.9022**、0.7513**、0.9011**），表明玉米开花后群体干物质和氮、磷、钾积累量的提高与产量更密切相关。

表4 不同栽培模式植株氮、磷、钾的转运

图5 玉米开花前后玉米干物质和氮、磷、钾积累量与产量间的相关性

3 讨论

3.1 滴灌施肥条件下高产玉米产量形成特征

前人的相关研究指出，扩大库容量是玉米实现高产和超高产的前提，而群体库容是由群体穗数、每穗粒数和粒重共同形成[18-19]。魏廷邦等[20]研究表明，玉米群体穗数和每穗粒数对玉米产量的贡献率最高，粒重的提高对玉米增产效果并不明显。可见增密是实现玉米高产的重要途径。然而随着种植密度增加，玉米穗粒数和粒重势必下降[14]。因此，如何在提高密度的前提下，维持较高的库容（穗粒数、粒重）是作物高产的关键。本研究结果表明，农户模式下，玉米平均产量为11 455 kg·hm-2。而高产和超高产栽培模式平均产量分别较农户模式增加16.0%和37.4%。从产量构成看，高产栽培和超高产栽培模式的玉米单穗粒数和粒重较农户模式略有下降，但差异不显著，而群体穗数显著提高。说明在滴灌施肥条件下，高产和超高产栽培模式通过提高玉米种植密度，截获更多的太阳辐射，提高群体生产力[21]。但也有研究指出，作物增密后会导致养分竞争加剧，影响叶片的光合生产能力[14]。然而本研究发现，高产和超高产栽培模式通过合理的氮磷钾养分配比以及分次后移等措施，使玉米养分需求与供肥时空匹配，在促进碳水化合物合成和干物质积累的同时，提高同化物的生长和光合产物向穗部的转运，使库容（穗粒数、百粒重）增加，进而显著提高玉米产量，前人在高产或超高产下产量水平下的研究结果也支持本研究结论[10,19,22-23]。

3.2 滴灌施肥条件下高产玉米群体干物质和养分积累分配

生物产量（群体干物质积累）决定着玉米产量[24]，而氮磷钾养分积累是干物质积累的基础[25]，也是产量形成的基础。黄智鸿等[26]研究指出，籽粒产量很大程度上取决于玉米生育后期的光合能力，增加作物开花后群体物质与养分积累[27-28]，是作物获得高产的重要途径。但也有研究表明，虽然花前物质贡献率相对较低，但它是决定花后能否进行高效物质生产的前提条件[29]，由于拔节至开花阶段是穗分化的主要时期，干物质积累量也在一定程度上影响穗分化质量[30]，而穗分化质量直接影响玉米穗粒数。而在养分管理方面能否满足玉米花前对养分的需求并延续作用至玉米生长后期，是提高玉米产量的关键。本研究中，从开花期开始，高产和超高产栽培模式干物质和氮磷钾积累量显著高于农户栽培模式，并随生育进程的推进差距增大，最终显著提高了玉米花后干物质和氮磷钾养分所占比例，说明在营养体建成期间建立一个高效的群体结构，可促进花后光合物质生产和养分积累，提高玉米花后干物质和氮磷钾分配比例。这与前人的研究结果类似[10]。然而关于玉米超高产水平下开花前后氮素积累比例，王永军[31]研究指出，夏玉米在超高产条件下玉米花前和花后氮素吸收比例为52﹕48；高炳德等[32]研究表明，在内蒙古中部灌溉玉米地区，玉米产量水平在14 000—16 000 kg·hm-2下，玉米开花前后氮素吸收比例为72﹕28，而本研究发现超高产水平条件下的玉米开花前后氮素平均积累比例为60﹕40，介于前人的研究结果之间，可见在玉米开花前后氮素积累比例在不同玉米品种、环境及栽培措施条件下差异很大。同时本研究发现，玉米开花前后群体干物质和氮磷钾积累与玉米产量均呈显著或极显著的正相关，也进一步说明玉米营养体建成阶段物质与氮磷钾积累对玉米产量形成也具有重要作用。

另外，与农户栽培模式相比，高产和超高产栽培模式可显著提高玉米群体干物质最大增长速率和平均增长速率，并且推迟干物质最大增长速率出现天数。其原因在于高产和超高产栽培模式对肥料进行精确管理，在保证开花前养分供应的前提下，适当增加灌浆期和乳熟期养分供应，显著提高开花后叶片中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和可溶性蛋白含量[13,21]，延缓叶片衰老，使植株生长后期仍然保持较高的光合作用[11]，增强光合效率及光合物质的生产能力，进而提高玉米花后干物质和氮磷钾养分所占比例，为库器官籽粒的同化物积累奠定了基础。

3.3 滴灌施肥条件下高产玉米群体养分转运特性

籽粒氮、磷、钾养分积累是由吐丝前营养体积累养分转移和吐丝后营养体养分积累共同作用的结果[35]，而养分转移量取决于吐丝前氮、磷、钾养分在营养器官积累的多寡和转移效率[33]。前人研究指出，籽粒养分中54.5%—60.6%的氮、56.0%— 85.8%的磷及52.4%—100.0%的钾依赖于营养体的转运[34]，而营养体氮、磷、钾积累量对籽粒的贡献率在不同品种特性、生态环境及栽培措施条件下存在很大差异[10,13,22,30,35-36]。本研究结果表明，农户栽培模式平均氮、磷、钾转运养分对籽粒贡献率分别达62.9%、65.6%和56.6%，显著高于高产和超高产栽培模式，而花后积累养分对籽粒贡献率则显著低于高产和超高产栽培模式。可见，在本试验条件下，农户栽培模式由于氮肥在玉米拔节期一次性追施，造成玉米开花后养分供应不足，促使营养体中养分加速运出，进而提高了花前储藏养分对籽粒养分贡献率。而高产和超高产栽培模式玉米开花后仍保持较高的养分积累，这些养分主要供给穗部，使开花后积累养分对籽粒养分贡献率显著提高。杨恒山等[37]研究指出，作物开花后养分被过多的转运，会影响作物后期叶片光合产物的生产，导致叶片衰老加快，灌浆速率下降，限制产量的提高；而养分转运过低，不利于籽粒充实，玉米难以达到高产水平。因此，通过适宜的肥料运筹方式，调节玉米花前花后养分积累，保持源库协调，使养分转移量和开花后养分积累协同增加，对提高作物产量具有重要作用。

4 结论

东北半干旱区滴灌施肥条件下，与农户栽培模式相比，高产和超高产栽培模式可显著提高玉米生育期内干物质最大增长速率和平均增长速率，并推迟了其出现天数；使得开花期至成熟期干物质量和养分积累量显著增加，最终显著提高了玉米花后干物质和氮、磷、钾积累比例。因此，通过增加种植密度，利用氮磷钾肥料总量控制、分期调控等管理措施，保证玉米整个生育期尤其是后期对氮、磷、钾养分需求的供应，是实现玉米高产或超高产的重要途径。

[1] 李文, 王鑫, 刘迎春, 温暖. 东北西部半干旱区甜菜高产高效栽培数学模型. 中国糖料, 2010(4): 9-13, 18.

Li W, Wang X, Liu Y C, Wen N. Mathematical model of high yield and high efficiency cultivation of sugarbeet in Northeast semi-arid area., 2010(4): 9-13, 18. (in Chinese)

[2] 高强, 蔡红光, 黄立华, 汪涓涓. 吉林省半干旱地区春玉米连作体系氮素平衡研究. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2009, 37(8): 127-132.

Gao Q, Cai H G, Huang L H, Wang J J. Study on soil nitrogen balance of spring maize continuous cropping in semi-arid area of Jilin province., 2009, 37(8): 127-132. (in Chinese)

[3] 侯云鹏, 孔丽丽, 李前, 尹彩侠, 秦裕波, 于雷, 王立春, 谢佳贵. 滴灌施氮对春玉米氮素吸收、土壤无机氮含量及氮素平衡的影响. 水土保持学报, 2018, 32(1): 238-245.

Hou Y P, Kong L L, Li Q, Yin C X, Qin Y B, Yu L, Wang L C, Xie J G. Effects of drip irrigation with nitrogen on nitrogen uptake, soil inorganic nitrogen content and nitrogen balance of spring maize., 2018, 32(1): 238-245. (in Chinese)

[4] 李楠楠. 黑龙江半干旱区玉米膜下滴灌水肥耦合模式试验研究[D]. 哈尔滨: 东北农业大学, 2010.

Li N N. Coupling effects of between water and nitrogen of corn on drip irrigation under plastic film in semiarid region of Heilongjiang province[D]. Haerbin: Northeast Agricultural University, 2010. (in Chinese)

[5] 张忠学, 曾赛星. 东北半干旱抗旱灌溉区节水农业理论与实践. 北京: 中国农业出版社, 2005.

Zhang Z X, Zeng S X.. Beijing: China Agricultural Press, 2005. (in Chinese)

[6] 赵炳南, 朱风文, 杨威, 刘莹. 吉林省西部半干旱区玉米灌溉现状分析及对策. 吉林农业科学, 2010, 35(6): 8-10, 15.

Zhao B N, Zhu F W, Yang W, Liu Y. Current status and strategies of maize irrigation in semi-arid area of western Jilin province., 2010, 35(6): 8-10, 15. (in Chinese)

[7] 高玉山, 窦金刚, 刘慧涛, 孙毅, 任军, 闫孝贡. 吉林省半干旱区玉米超高产品种、密度与产量关系研究. 玉米科学, 2007, 15(1): 120-122.

Gao Y S, Dou J G, Liu H T, Sun Y, Ren J, Yan X G. Research on relationship of varieties, densities and yield constitute factor for super high-yielding maize in semi-arid region of Jilin province., 2007, 15(1): 120-122. (in Chinese)

[8] 侯云鹏, 孔丽丽, 李前, 尹彩侠, 秦裕波, 于雷, 王立春, 王蒙. 覆膜滴灌条件下氮肥运筹对玉米氮素吸收利用和土壤无机氮含量的影响. 中国生态农业学报, 2018, 26(9): 1378-1387.

Hou Y P, Kong L L, Li Q, Yin C X, Qin Y B, Yu L, Wang L C, Wang M. Effects of nitrogen fertilizer management on nitrogen absorption, utilization and soil inorganic nitrogen content under film mulch drip irrigation of maize., 2018, 26(9): 1378-1387. (in Chinese)

[9] 张磊, 王立春, 孔丽丽, 杨建, 谢佳贵, 侯云鹏. 不同施肥模式下春玉米养分吸收利用和土壤养分平衡研究. 土壤通报, 2017, 48(5): 1169-1176.

Zhang L, Wang L C, Kong L L, Yang J, Xie J G, Hou Y P. Nutrient utilization and soil nutrient balance of spring maize under different fertilizer application modes., 2017, 48(5): 1169-1176. (in Chinese)

[10] 齐文增, 陈晓璐, 刘鹏, 刘惠惠, 李耕, 邵立杰, 王飞飞, 董树亭, 张吉旺, 赵斌. 超高产夏玉米干物质与氮、磷、钾养分积累与分配特点. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(1): 26-36.

Qi W Z, Chen X L, Liu P, Liu H H, Li G, Shao L J, Wang F F, Dong S T, Zhang J W, Zhao B. Characteristics of dry matter, accumulation and distribution of N, P and K of super-high-yield summer maize., 2013, 19(1): 26-36. (in Chinese)

[11] Ning P, Li S, Yu P, Zhang Y, Li C. Post-silking accumulation and partitioning of dry matter, nitrogen, phosphorus and potassium in maize varieties in leaf longevity., 2013, 144: 19-27.

[12] 杨吉顺, 高辉远, 刘鹏, 李耕, 董树亭, 张吉旺, 王敬锋. 种植密度和行距配置对超高产夏玉米群体光合特性的影响. 作物学报, 2010, 36(7): 1226-1233.

Yang J S, Gao H Y, Liu P, Li G, Dong S T, Zhang J W, Wang J F. Effects of planting density and row spacing on canopy apparent photosynthesis of high-yield summer corn., 2010, 36(7): 1226-1233. (in Chinese)

[13] 张玉芹, 杨恒山, 高聚林, 张瑞富, 王志刚, 徐寿军, 范秀艳, 杨升辉. 超高产春玉米冠层结构及其生理特性. 中国农业科学, 2011, 44(21): 4367-4376.

Zhang Y Q, Yang H S, Gao J L, Zhang R F, Wang Z G, Xu S J, Fan X Y, Yang S H. Study on canopy structure and physiological characteristics of super-high yield spring maize., 2011, 44(21): 4367-4376. (in Chinese)

[14] 曹胜彪, 张吉旺, 董树亭, 刘鹏, 赵斌, 杨今胜. 施氮量和种植密度对高产夏玉米产量和氮素利用效率的影响. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(6): 1343-1353.

Cao S B, Zhang J W, Dong S T, Liu P, Zhao B, Yang J S. Effects of nitrogen rate and planting density on grain yield and nitrogen utilization efficiency of high yield summer maize., 2012, 18(6): 1343-1353. (in Chinese)

[15] 王宜伦, 李潮海, 何萍, 金继运, 韩燕来, 张许, 谭金芳. 超高产夏玉米养分限制因子及养分吸收积累规律研究. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(3): 559-566．

Wang Y L, Li C H, He P, Jin J Y, Han Y L, Zhang X, Tan J F. Nutrient restrictive factors and accumulation of super-high-yield summer maize., 2010, 16(3): 559-566. (in Chinese)

[16] 吕鹏, 张吉旺, 刘伟, 杨今胜, 刘鹏, 董树亭, 李登海. 施氮时期对超高产夏玉米产量及氮素吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(5): 1099-1107.

LÜ P, Zhang J W, Liu W, Yang J S, Liu P, Dong S T, Li D H. Effects of nitrogen application dates on yield and nitrogen use efficiency of summer maize in super-high yield conditions., 2011, 17(5): 1099-1107. (in Chinese)

[17] 张仁和, 王博新, 杨永红, 杨晓军, 马向峰, 张兴华, 郝引川, 薛吉全. 陕西灌区高产春玉米物质生产与氮素积累特性. 中国农业科学, 2017, 50(12): 2238-2246.

Zhang R H, Wang B X, Yang Y H, Yang X J, Ma X F, Zhang X H, Hao Y C, Xue J Q. Characteristics of dry matter and nitrogen accumulation for high-yielding maize production under irrigated conditions of Shaanxi., 2017, 50(12): 2238-2246. (in Chinese)

[18] 王晓燕, 韦还和, 张洪程, 孙健, 张建民, 李超, 陆惠斌, 杨筠文, 马荣荣, 许久夫, 王珏, 许跃进, 孙玉海. 水稻甬优12 产量13.5 t·hm-2以上超高产群体的生育特征. 作物学报, 2014, 40(12): 2149-2159.

Wang X Y, Wei H H, Zhang H C, Sun J, Zhang J M, Li C, Lu H B, Yang J W, Ma R R, Xu J F, Wang J, Xu Y J, Sun Y H. Population characteristics for super-high yielding hybrid rice Yongyou 12 (>13.5 t·ha–1)., 2014, 40(12): 2149-2159. (in Chinese)

[19] Chen Y L, Xiao C X, Wu D L, Xia T T, Chen Q W, Chen F J, Yuan L X, Mi G H. Effects of nitrogen application rate on grain yield and grain nitrogen concentration in two maize hybrids with contrasting nitrogen remobilization efficiency., 2015, 62: 79-89.

[20] 魏廷邦, 胡发龙, 赵财, 冯福学, 于爱忠, 刘畅, 柴强. 氮肥后移对绿洲灌区玉米干物质积累和产量构成的调控效应. 中国农业科学, 2017, 50(15): 2916-2927.

Wei T B, Hu F L, Zhao C, Feng F X, Yu A Z, Liu C, Chai Q. Response of dry matter accumulation and yield components of maize under N-fertilizer postponing application in oasis irrigation Areas., 2017, 50(15): 2916-2927. (in Chinese)

[21] 王楷, 王克如, 王永宏, 赵健, 赵如浪, 王喜梅, 李健, 梁明晰, 李少昆. 密度对玉米产量（＞15 000 kg·hm-2）及其产量构成因子的影响. 中国农业科学, 2012, 45(16): 3437-3445.

Wang K, Wang K R, Wang Y H, Zhao J, Zhao R L, Wang X M, Li J, Liang M X, Li S K. Effects of density on maize yield and yield components., 2012, 45(16): 3437-3445. (in Chinese)

[22] 宫香伟, 韩浩坤, 张大众, 李境, 王孟, 薛志和, 杨璞, 高小丽, 冯佰利. 氮肥运筹对糜子生育后期干物质积累与转运及叶片氮素代谢的调控效应. 中国农业科学, 2018, 51(6): 1045-1056.

Gong X W, Han H K, Zhang D Z, Li J, Wang M, Xue Z H, Yang P, Gao X L, Feng B L. Effects of nitrogen fertilizer on dry matter accumulation, transportation and nitrogen metabolism in functional leaves of broomcorn millet at late growth stage., 2018, 51(6): 1045-1056. (in Chinese)

[23] Nakano H, Morita S, Kitagawa H, Wada H, Takahashi M. Grain yield response to planting density in forage rice with a large number of spikelets., 2012, 52(1): 345-350.

[24] 李向岭, 赵明, 李从锋, 葛均筑, 侯海鹏, 李琦, 侯立白. 播期和密度对玉米干物质积累动态的影响及其模型的建立. 作物学报, 2010, 36(12): 2143-2153.

Li X L, Zhao M, Li C F, Ge J Z, Hou H P, Li Q, Hou L B. Effect of sowing-date and planting density on dry matter accumulation dynamic and establishment of its simulated model in maize., 2010, 36(12): 2143-2153. (in Chinese)

[25] 侯云鹏, 杨小丹, 杨建, 孔丽丽, 尹彩侠, 秦裕波, 于雷, 谭国波, 谢佳贵. 不同施肥模式下玉米氮、磷、钾吸收利用特性研究. 玉米科学, 2017, 25(5): 128-135.

Hou Y P, Yang X D, Yang J, Kong L L, Yin C X, Qin Y B, Yu L, Tan G B, Xie J G. Research on absorption and utilization characteristics of N, P and K under different fertilization modes., 2017, 25(5): 128-135. (in Chinese)

[26] 黄智鸿, 王思远, 包岩, 梁煊赫, 孙刚, 申林, 曹洋, 吴春胜. 超高产玉米品种干物质积累与分配特点的研究. 玉米科学, 2007, 15(3): 95-98.

Huang Z H, Wang S Y, Bao Y, Liang X H, Sun G, Shen L, Cao Y, Wu C S.Studies on dry Matter accumulation and distributive characteristic in super high-yield maize., 2007, 15(3): 95-98. (in Chinese)

[27] 刘伟, 张吉旺, 吕鹏, 杨今胜, 刘鹏, 董树亭, 李登海, 孙庆泉. 种植密度对高产夏玉米登海661产量及干物质积累与分配的影响. 作物学报, 2011, 37(7): 1301-1307.

Liu W, Zhang J W, LÜ P, Yang J S, Liu P, Dong S T, Li D H, Sun Q Q.Effect of plant density on grain yield dry matter accumulation and partitioning in summer maize cultivar Denghai 661., 2011, 37(7): 1301-1307. (in Chinese)

[28] 张法全, 王小燕, 于振文, 王西芝, 白洪立. 公顷产10000kg小麦氮素和干物质积累与分配特性. 作物学报, 2009, 35(6): 1086-1096.

Zhang F Q, Wang X Y, Yu Z W, Wang X Z, Bai H L. Characteristics of accumulation and distribution of nitrogen and dry matter in wheat at yield level of ten thousand kilograms per hectare., 2009, 35(6): 1086-1096. (in Chinese)

[29] 李朝苏, 汤永禄, 吴春, 吴晓丽, 黄钢, 何刚, 郭大明. 施氮量对四川盆地小麦生长及灌浆的影响. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(4): 873-883.

Li C S, Tang Y L, Wu C, Wu X L, Huang G, He G, Guo D M. Effect of N rate on growth and grain filling of wheat in Sichuan basin., 2015, 21(4): 873-883. (in Chinese)

[30] 汤永禄, 李朝苏, 吴春, 吴晓丽, 黄钢, 何刚. 四川盆地单产9000kg hm-2以上超高产小麦品种产量结构与干物质积累特点. 作物学报, 2014, 40(1): 134-142.

Tang Y L, Li C S, Wu C, Wu X L, Huang G, He G.Yield component and dry matter accumulation in wheat varieties with 9000 kg ha−1yield potential in Sichuan basin., 2014, 40(1): 134-142. (in Chinese)

[31] 王永军. 超高产夏玉米群体质量与个体生理功能研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2008.

Wang Y J. Study on population quality and individual physiology function of super high-yielding maize (L.)[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2008. (in Chinese)

[32] 高炳德, 李江遐, 周燕辉, 赵利梅. 内蒙古平原灌区公顷产量13.7t-15.9t不同品种春玉米氮、磷、钾吸收规律研究. 内蒙古农业大学学报(自然科学版), 2000(S1): 62-71.

Gao B D, Li J X, Zhou Y H, Zhao L M. Study of the law of nitrogen-phosphate-potassium fertilizer absorption of 13.7-15.9 t/hm2yield with different varieties of spring maize on the irrigated plain in Inner Mongolia., 2000(S1): 62-71. (in Chinese)

[33] CIAMPITT I A, TONY J V. Physiological perspectives of changes over time in maize yield dependency on nitrogen uptake and associated nitrogen efficiencies. A review., 2012, 133: 48-67.

[34] 李文娟, 何萍, 金继运. 钾素营养对玉米生育后期干物质和养分积累与转运的影响. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(4): 799-807.

Li W J, HE P, Jin J Y. Potassium nutrition on dry matter and nutrients accumulation and translocation at reproductive stage of maize., 2009, 15(4): 799-807. (in Chinese)

[35] 葛均筑, 展茗, 赵明, 李建鸽, 李淑娅, 田少阳. 一次性施肥对长江中游春玉米产量及养分利用效率的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(5): 1073-1082.

Ge J Z, Zhan M, Zhao M, Li J G, Li S Y, Tian S Y. Effects of single basal fertilization on yield and nutrient use efficiencies of spring maize in the middle reaches of Yangtze River., 2013, 19(5): 1073-1082. (in Chinese)

[36] Gallais A, Coque M, Quillere I, Prioul J L, Hirel B.Modelling postsilking nitrogen fluxes in maize () using15N-labelling field experiments., 2006, 172(4): 696-707.

[37] 杨恒山, 张玉芹, 徐寿军, 李国红, 高聚林, 王志刚. 超高产春玉米干物质及养分积累与转运特征. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(2): 315-323.

Yang H S, Zhang Y Q, Xu S J, Li G H, Gao J L, Wang Z G. Characteristics of dry matter and nutrient accumulation and translocation of super-high-yield spring maize., 2012, 18(2): 315-323. (in Chinese)

The Accumulation and Distribution Characteristics on Dry Matter and Nutrients of High-yielding Maize Under Drip Irrigation and Fertilization Conditions in Semi-arid Region of Northeastern China

HOU YunPeng, KONG LiLi, CAI HongGuang, LIU HuiTao, GAO YuShan, WANG YongJun, WANG LiChun

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Jilin Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northeast China, Ministry of Agriculture, Changchun 130033)

【】Aiming at the accumulation dynamics and translocation and distribution characteristics of dry matter and nutrient of maize population among different cultivation modes under drip irrigation and fertilization conditions in semi-arid region of Northeastern China, this research provided the theoretical basis on high-yielding cultivation technique of spring maize under drip irrigation and fertilization conditions in the area.【】The location experiment was conducted in Qian'an county in the western semi-arid region of Jilin province from 2014 to 2016 with three cultivation modes, including farmers' practice cultivation (FP), high-yielding cultivation (HY) and super high-yielding cultivation (SHY) under drip irrigation and fertilization conditions. Nonghua101 was chosen as experimental material. The characteristics of accumulation, translocation and distribution of dry matter and nutrient of maize population and the yield construction were studied among different cultivation modes under drip irrigation and fertilization conditions. 【】The maize yield under HY and SHY modes were significantly higher than that under FP mode, with the average increment by 16.0% and 37.4%, respectively. The spike kernels and 100-kernels weight of HY and SHY modes were decreased than that of FP mode, but the spike numbers per unit area were significantly increased. Compared with FP mode, dry matter and N, P and K accumulations of maize population were significantly increased under HY and SHY modes from flowering stage to maturing stage, and the accumulation proportion of dry matter and N, P and K accumulations were increased in total growth period after flowering stage (the accumulation proportion of dry matter and N, P and K accumulations in total growth period after flowering stage were increased by 8.0%, 23.3%, 10.0%, 33.9% and 13.8%, 42.6%, 21.6%, 44.6%, respectively). Logistic equation analysis showed that the maximum and average increase rates of HY and SHY modes were 6.9%, 4.2% and 23.8%, 10.9% higher than that under FP mode, respectively, and the occurrence time of maximum rate was later. Compare with FP mode, HY and SHY modes reduced significantly nutrient translocation rate and contribution rate of translocation nutrients to kernels before flowering stage, and improved significantly contribution rate of accumulation nutrients to kernels after flowering stage of spring maize. Correlation analysis showed that the grain yield was significant or extremely significant correlated positively (=0.7513-0.9840) with the dry matter and N, P and K accumulations around flowering stage of maize population, and the correlation coefficients after flowering stage were higher than them before flowering stage.【】Compared with FP mode, HY and SHY modes improved the maximum and average increase rates of the dry matter in maize population, and postponed the occurrence time of the maximum increase rate of the dry matter. HY and SHY modes increased the dry matter and nutrient accumulations from flowering stage to maturing stage of maize, and enhanced significantly the contribution rate of accumulation nutrients to kernels after flowering stage. Therefore, the managing measures of increasing the planting density, controlling the total amount of N, P and K fertilizers and regulating fertilizer application during different stages could ensure the demand of N, P and K in the whole growth period of maize. This article provided an advantageous way for further promoting maize yield under drip irrigation and fertilization conditions in the semi-arid region of Northeastern China.

semi-arid region; maize yield; drip irrigation and fertilization; cultivation modes; dry matter; nutrient accumulation and translocation

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.007

2019-01-31；

2019-07-03

国家重点研发计划（2017YFD0300604）、国际植物营养研究所（IPNI）项目（NMBF-Jilin-2018）、农业农村部植物营养与肥料学科群开放基金（KLPNF-2018-1）、吉林省科技基础条件与平台建设计划（20160623030TC）

侯云鹏，E-mail：exceedfhvfha@163.com。孔丽丽，E-mail：kongll2000@126.com。侯云鹏和孔丽丽为同等贡献作者。

刘慧涛，E-mail：liuhuitao558@sohu.com。通信作者高玉山，E-mail：gys1999@163.com

（责任编辑 杨鑫浩）