覆膜时期和施氮量对陇东旱塬玉米产量和水氮利用效率的影响

张建军，党翼，赵刚，王磊，樊廷录，李尚中

覆膜时期和施氮量对陇东旱塬玉米产量和水氮利用效率的影响

张建军1.2*，党翼1，赵刚1，王磊1，樊廷录1.2，李尚中1

1甘肃省农业科学院旱地农业研究所，兰州 730070；2甘肃省旱作区水资源高效利用重点实验室，兰州 730070

【目的】以抗逆性强的紧凑型玉米品种先玉335为供试作物，研究施氮量、覆膜时期及其互作对陇东旱塬玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的影响，以期为陇东旱塬区玉米高产高效栽培提供理论依据。【方法】2012年11月至2019年11月，连续设置覆膜时期（春季覆膜和秋季覆膜）和施纯N量（0、75、150、225、300、375、450 kg·hm-2）两因子的长期定位裂区试验，分析不同处理玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的变化。【结果】覆膜结合合理施氮可提高玉米光合速率和叶片叶绿素相对含量（SPAD值），延长叶片持绿期，有效协调源库关系，增加穗粒数和百粒重。年份、施氮量及年份与施氮量互作均极显著影响玉米产量、穗粒数和百粒重，三者均随施氮量增加呈先增加后降低趋势。黄土旱塬玉米产量在施氮量150—450 kg·hm-2范围内均显著高于75 kg·hm-2的产量，以施氮量300 kg·hm-2最高，为15 142.5kg·hm-2，与施氮量225 kg·hm-2无显著差异，显著高于施氮75 kg·hm-2，施氮量进一步增加，增产效应逐渐降低，甚至减产。降雨年型及关键生育期降雨量与产量变化关系密切。尤其是7—9月降水量，特别是7月上旬（玉米抽雄—吐丝期）降雨量及降雨年型对陇东旱塬玉米产量影响较大。年份、覆膜时期、施氮量及年份与施氮量互作也极显著影响水分利用效率，秋覆膜较春覆膜水分利用效率显著增加8.6%。与施氮300 kg·hm-2相比，施氮225 kg·hm-2氮肥偏生产力、氮素生理利用效率分别提高28.6%、20.1%，平均氮肥利用率从34.8%提高到35.8%，可实现产量和氮素效率的同步提高。【结论】覆膜结合施氮150—225 kg·hm-2可作为陇东旱塬雨养农业区较理想的高产高效栽培模式，干旱年份秋覆膜的增产效应更突出，生产中建议结合气象预测预报的降雨年型选择适宜的施氮量和覆膜时期。

覆膜时期；施氮量；生理指标；产量；水分利用效率；氮肥利用率；玉米

0 引言

【研究意义】甘肃黄土旱塬半湿润易旱区位于甘肃省东部的庆阳、平凉地区，因地势相对平坦和水热条件较好，是西北旱作玉米主产区。水资源匮乏和降雨时空错位、氮肥施用偏多且缺少有效的保水栽培措施是该区域旱作玉米生产中面临的主要问题[1]。玉米收获后到翌年种植一般有长达5—6个月的休闲期，其间正值北方冬春季节，多风少雨，土壤失墒快，土壤水分不足严重影响玉米生产。虽然旱地季节性降雨多变不能预测，但栽培技术能高效集雨并合理利用[2]。【前人研究进展】光合作用是作物产量形成的生理基础。玉米是C4作物，具有光合效率高的特点[3]。曹玉军等[4]研究表明，地膜覆盖能显著提高春玉米光合势。王勇等[5]研究认为，秋覆膜较春覆膜能有效促进玉米生长发育进程，使其植株生长健壮，单株叶面积增加，光合叶面积在全生育期保持较高水平，光能截获量增加，光能利用效率提高，有利于促进光合同化产物的累积。大量研究认为，适量增施氮肥可以改善光合能力，提高生育后期叶片光合强度，延长光合叶片持续期；过量施氮会使作物前期养分过剩而降低光合速率，降低产量和肥料利用率[6-10]。TYAGI等[3]研究认为，作物灌浆期间高的叶片叶绿素相对含量（SPAD值）对截获光能、促进光合作用有重要作用，进而延长叶片功能期。葛均筑等[11]研究认为，地膜覆盖能提高春玉米光合性能参数和产量构成参数，并通过产量性能参数的共效差异补偿机制实现增产。垄作覆膜可通过改变田间微地形，实现集雨并进行调节和再分配[12]，并协调光、热、水条件，为作物生长营造一个赖以生存的小气候，有利于促进籽粒灌浆而提高产量[13]。张建军等[14]探讨了揭膜时期和施氮量对西北玉米产量的影响。张雷[15]研究发现，秋季全膜双垄沟播覆盖产量较顶凌覆膜、播前覆膜分别增加8.37%和20.66%。Trenton等[16]认为合理施氮能提高玉米产量。国内外农学家从施氮时期[17]、次数[18]以及收获期[19]等方面分析了施氮量对玉米产量的影响。Huang等[20]认为在适宜范围内增施氮肥可显著增加作物产量，超过一定范围后产量及部分产量构成因子呈下降趋势。氮素是玉米生长发育的重要营养元素。一些地方为追求高产大量施用化学肥料，特别是氮（N）肥，施用量高达3 300 kg·hm-2，远远超过作物所需[21]。多余的氮素被不断累积，不仅造成耕地质量退化，还通过径流、渗漏等多种途径进入地表和地下水体，对生态环境造成潜在威胁[22]。世界范围内的玉米氮肥利用率是25%—50%，平均值为33%[23]，中国玉米氮肥利用率＜25%，低于世界平均值，且随氮肥投入量增加，氮肥利用效率逐渐下降[24]。【本研究切入点】在“双减（减肥、减药）”政策背景下，研究覆膜时期与施氮量及其互作对陇东旱塬区玉米产量性状及水氮利用效率的影响，并从生理特性及产量形成角度探讨其影响机制，对化肥减施意义深远。【拟解决的关键问题】本研究在陇东旱塬区以紧凑型玉米品种先玉335为供试材料，探讨氮肥投入量、覆膜时期及其互作对玉米生理指标、产量及水氮利用效率的影响，旨在明确陇东旱塬区玉米持续高产的覆膜时期与适宜施氮量，并从生理指标与产量因素角度阐述其影响玉米产量形成机制，以期为陇东旱塬区全膜双垄沟播玉米减氮提质增效及可持续生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2012年11月至2019年11月在甘肃省庆阳市镇原县（35°29′42″N，107°29′36″E）的农业农村部西北旱作营养与施肥科学观测试验站进行，土壤类型为发育良好的覆盖黑垆土。近70年平均降雨量532.5 mm。据本研究团队测定，该区域降水量的10%—15%形成径流流失，60%—65%为无效蒸发，仅有25%—30%被作物利用，且60%的降水多集中在7—9月，年蒸发量1 532 mm，年均气温8.3℃，无霜期170 d，海拔1 279 m，为暖温带半湿润偏旱大陆性季风气候，属典型的旱作雨养农业区。

1.2 试验年份降雨量及降雨年型划分

试验年份及生育期降雨量如表1所示。试验年均降雨量555.7 mm，生育期平均降雨量398.8 mm。7月份是陇东旱塬玉米抽雄—扬花期，此时期降雨量多寡直接影响玉米产量形成。从7月各旬降雨量来看（图1），2013年和2018年7月上旬、中旬、下旬降雨量均高于近70年对应的旬平均降雨量，分别增加105.5%、160.3%、143.2%和219.6%、198.4%、3.4%；2014、2015、2017、2019年7月上旬、中旬、下旬降雨量均低于近70年对应旬平均降雨量，分别降低66.2%、100%、93.1%；100%、3.5%、65.0%；42.0%、15.7%、60.8%；74.1.0%、99.1%、20.6%；2016年除7月中旬降雨量较近70年对应的旬平均降雨量增加165.1%外，上旬和下旬降雨量均较近70年对应的旬平均降雨量减少94.8%和60.6%。依据试验年降雨量及7月份上、中、下旬降雨量与近70年年平均降雨量及7月份上、中、下旬降雨量划分降雨年型：2014年和2015年为平水年，2016年为干旱年，2013、2017、2018和2019年为丰水年。

表1 试验年及生育期降雨量与降雨年型划分

近70年的年平均降雨量532.5 mm，2013—2019年生育期平均降雨量398.8 mm，按试验年平均降雨量来划分降雨年型，增减10%以内为“平水年”，减少10%以上为“干旱年”，增加10%以上为“丰水年”

The average annual rainfall in recent 70 years is 532.5 mm, and the average annual rainfall in 2013-2019 growth periods is 398.8 mm. According to the average annual rainfall in the experiment, the rainfall year type is divided into “normal year” with an increase or decrease of 10%, “dry year” with a decrease of more than 10%, and “wet year” with an increase of more than 10%

图1 试验年7月旬降雨量

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，主处理为覆膜时期，副处理为氮肥用量。主处理设秋季地膜覆盖（休闲期覆膜，一般在10月下旬至11月上旬土壤封冻前）和春季地膜覆盖（播前覆膜）2种；每个副处理设6个施氮量和1个不施氮处理，分别为施纯N 75 kg·hm-2（T1）、150 kg·hm-2（T2）、225 kg·hm-2（T3）、300 kg·hm-2（T4）、375 kg·hm-2（T5）、450 kg·hm-2（T6）和CK（不施氮肥、覆膜）。小区面积16.5 m2（3.3 m×5 m），3次重复，全膜双垄沟播种植（图2），地膜为普通黑色聚乙烯膜，幅宽1.2 m，厚度0.01 mm，供试玉米品种先玉335为耐密植、抗逆性好的丰产品种，密度7.5万株/hm2。尿素（N 46 %）总用量的50%作基肥，50%作追肥于拔节期用追肥枪人工穴施；覆膜前施过磷酸钙（P2O516%）937.5 kg·hm-2，其他田间管理措施同一般高产田。

1.4 测定与计算指标及方法

1.4.1 土壤重量含水量、土壤贮水量及耗水量

（1）土壤重量含水量。采用土钻人工分层取土，烘干称重法测定。分别在播种和收获期由地表向下依次取0—200 cm土层水分，每20 cm作为一个取样层，先称湿土重，之后在105℃恒温下烘干12 h后称干土重，每个处理重复3次。

1：大垄；2：小垄；3：玉米

土壤重量含水量（%）=（湿土重量-烘干土重量）/烘干土重量×100。

（2）土壤贮水量。运用土壤重量含水量计算土壤贮水量（），计算公式如下：

土壤贮水量（，mm）=×××10。

第二次，金枝成功了，那个婆子领她走，一些搅扰的街道，发出浊气的街道，她们走过。金枝好像才明白，这里不是乡间了，这里只是生疏、隔膜、无情感。一路除了饭馆门前的鸡、鱼和香味，其余她都没有看见似的，都没有听闻似的。

式中，为该土层的土壤容重（g·cm-3），为土层厚度（cm），为土壤重量含水量（%），10为单位换算系数。

（3）耗水量（ET，mm）=﹢Δ。

式中，为降水量（mm），通过MM-950自动气象站记录仪（美国）获得；为径流量（mm），为地下水补给量（mm），为深层渗漏量（mm），Δ为生育时期末土壤贮水量与生育时期初土壤贮水量之差（mm）。研究区域地下水埋深80 m以下，其上移补给可忽略不计；同时试验田地势平坦，土壤疏松多孔，无地表径流产生，所以、、可忽略不计。因此，公式可简化为ET=Δ。

（4）水分利用效率（WUE，kg·hm-2·mm-1）=/ET。

式中，为含水量14%时玉米籽粒产量。

1.4.2 产量及其构成因素测定 成熟时每小区按整行逐株取40株。其中，30株脱粒后，采用日本PM-8188-A谷物水分测定仪测定籽粒含水量，然后换算成标准含水量14%的单位面积（公顷）产量；10株调查穗行数、行粒数，计算穗粒数，并测定百粒重（含水量14%）。

1.4.3生理指标测定

（1）光合速率（n）测定。采用Li-6400光合测定仪，选择晴朗无阴雨的上午（10：00—12：00）测定净光合速率。测定时期为玉米抽雄期和灌浆期，测定部位为穗位叶中部上表面，3次重复。

（2）叶绿素相对含量（SPAD值）测定。玉米拔节期、抽雄期和灌浆期，选择晴朗无阴雨的上午（10：00—12：00），用SPAD分析仪（SPAD-5200）测定玉米功能叶SPAD值，每小区重复25次，取其平均值作为一个测定值。

氮素生理利用效率（physiological utilization efficiency of nitrogen，NPE，kg·kg-1）=籽粒产量/植株地上部分氮素积累量；

氮素偏生产力（nitrogen partial factor productivity，PFPN，kg·kg-1）=施氮区产量/施氮量；

氮肥利用率（nitrogen use efficiency，NUE，%）=（施氮处理地上部总吸氮量-不施氮处理地上部总吸氮量）/施氮量×100。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010整理数据并作图，SPSS 18.0软件进行统计分析，显著性检验采用LSD法。

2 结果

2.1 不同处理玉米生理指标的变化

表2表明，施氮量、施氮量与覆膜时期互作对叶片叶绿素相对含量（SPAD值）影响极显著。不同覆膜时期各生育时期随施氮量增加，SPAD值呈先增加后降低趋势，以施氮400 kg·hm-2叶片SPAD值最高，但与施氮225 kg·hm-2无显著差异。当施氮量低于150 kg·hm-2，随生育时期推进，SPAD值呈逐渐降低趋势，施氮量高于150 kg·hm-2，随生育时期推进，SPAD呈先增加后降低趋势。与CK相比，施氮显著提高了叶片SPAD值，且CK随生育时期推进，SPAD值呈一直降低趋势。

施氮量对光合速率影响显著，不同覆膜时期随施氮量增加，各生育时期光合速率呈先增加后降低趋势，以施氮400 kg·hm-2光合速率最高，与施氮225 kg·hm-2无显著差异，且不同覆膜时期随生育时期推进，光合速率呈降低趋势。与CK相比，施氮显著提高了叶片光合速率，且CK随生育时期推进，光合速率呈一直降低趋势。

表2 不同处理玉米生理指标变化（2019）

同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异达5%显著水平。下同

Values within the same column followed by different small letters indicated significant difference at 5% level under different treatment. The same as below

2.2 不同处理玉米产量性状及水分利用效率的变化

连续7年玉米产量性状及水分利用效率方差分析表明（表3），年份、施氮量及年份与施氮量互作对玉米产量、百粒重和穗粒数均存在极显著影响（＜0.01）；年份、覆膜时期、施氮量及年份与施氮量互作对水分利用效率影响也极显著（＜0.01）。

秋覆膜玉米平均产量略高于春覆膜，不同年份产量高低与当年降雨量及玉米关键生育期（7月份是陇东旱塬玉米抽雄—扬花期）降雨量密切相关。同样是丰水年的2013、2017、2018和2019年玉米产量变化较大，7月上、中、下旬降雨量分配相对均匀的2013年和2018年显著高于2017年和2019年，产量增幅25.8%—41.7%；虽然2014年和2015年同为平水年，但2014年7月上旬降雨量为12.3 mm，2015年本旬未降雨，因而2014年较2015年增产7.6%。表明7月上旬降雨量对陇东旱塬玉米产量影响较大。

随施氮量增加，不同覆膜时期玉米产量呈先增加后降低趋势。以施氮量300 kg·hm-2产量最高，为15 142.5 kg·hm-2，显著高于CK和施氮75 kg·hm-2处理，分别增加90.8%和30.8%；与施氮225 kg·hm-2产量无显著差异。当施氮量从150 kg·hm-2增至450 kg·hm-2，产量呈先增加后降低趋势，甚至出现减产。表明适宜的施氮量有利于提高旱地玉米产量，施氮过多可能会抑制玉米生长发育，反而降低产量。产量构成中百粒重和穗粒数均表现为随施氮量增加呈先增加后降低趋势。施氮150—300 kg·hm-2，百粒重和穗粒数无显著差异，显著高于施氮75 kg·hm-2和CK，增幅分别为7.5%—13.6%、7.1%—11.8%和17.4%—24.1%、35.6%—41.6%。

表3 不同处理玉米产量性状及水分利用效率的变化

*和**分别表示在＜0.05和＜0.01水平差异显著；ns表示不显著

* and ** indicated significance at＜0.05 and＜0.01; ns indicated no significance

不同覆膜时期水分利用效率随施氮量增加呈先增加后降低趋势。施氮150—450 kg·hm-2水分利用效率无显著差异，显著高于施氮75 kg·hm-2，增幅16.1%—22.0%，以施氮300 kg·hm-2最高，为30.8 kg·hm-2·mm-1，与施氮225 kg·hm-2无显著差异。

因此，根据产量及产量构成变化、水分利用效率、减氮增产效应综合评价，认为陇东旱塬覆膜玉米适宜施氮量阈值范围为150—225 kg·hm-2。

2.3 不同处理玉米氮肥利用率变化

表4显示，施氮量对氮肥利用率、氮肥偏生产力和氮素生理利用效率影响极显著（＜0.0001），但不同年份变化趋势有所不同。2018年各覆膜时期氮肥利用率均随施氮量增加呈先增加后降低趋势，以施氮300 kg·hm-2最高，秋、春覆膜分别为35.5%和34.4%。施氮225—375 kg·hm-2氮肥利用率无显著差异，显著高于75—150 kg·hm-2和450 kg·hm-2。氮肥偏生产力为春覆膜高于秋覆膜，增加6.0%，各覆膜时期氮肥偏生产力随施氮量增加呈显著降低趋势。氮素生理利用效率覆膜时期以秋覆膜高于春覆膜，相同覆膜时期氮素生理利用效率整体上随施氮量增加呈降低趋势，秋、春覆膜均以施氮150 kg·hm-2最高，为118.5 kg·kg-1和124.6 kg·kg-1，与施氮75 kg·hm-2和225 kg·hm-2无显著差异，与施氮300—450 kg·hm-2存在显著差异，增幅分别为7.6%—47.4%和3.6%—48.7%。

2019年施氮量与覆膜时期互作对氮肥偏生产力和氮素生理利用效率均存在显著影响。不同覆膜时期氮肥利用率均随施氮量增加呈先增加后降低趋势，均以施氮225 kg·hm-2最高，分别为36.3%和35.2%，显著高于施氮75—150 kg·hm-2和375—450 kg·hm-2，增幅分别为2.8%—77.1%和2.6%—82.4%。氮肥偏生产力秋覆膜高于春覆膜，显著增加9.3%，且随施氮量增加呈逐渐降低趋势。氮素生理效率以秋覆膜显著高于春覆膜，增加15.0%，氮素生理效率整体上随施氮量增加呈降低趋势，秋覆膜施氮75—150 kg·hm-2无显著差异，显著高于其他施氮处理，春覆膜施氮75—225 kg·hm-2也无显著差异，显著高于其他施氮处理。

表4 不同处理玉米氮肥利用率变化

NUE：氮肥利用率Nitrogen use efficiency；NPFP：氮肥偏生产力Nitrogen partial factor productivity；NPE：氮素生理利用效率Physiological utilization efficiency of nitrogen

3 讨论

3.1 覆膜时期和施氮量对旱地玉米生理特性的影响

光合作用是作物产量形成的物质基础，其功能效率的高低直接影响籽粒产量的高低。保持叶片绿色，可延缓叶片衰老和延长叶片的光合作用时间，从而提高群体光合效率[25]。大量研究认为，氮肥亏缺易造成SPAD值降低，导致光能截获量和光能利用率下降；氮肥过量会加速生育后期叶片衰老，使光合功能期缩短，产量降低[7-8, 26-28]。本研究结果显示，施氮量及施氮量与覆膜时期互作极显著影响叶片叶绿素相对含量（SPAD值），不同覆膜时期各生育期随施氮量增加，SPAD值呈先升后降趋势，且CK的SPAD值一直呈降低趋势。表明优化施氮可以提高作物的SPAD值，为提高光合效率奠定了物质基础。同时，本研究还认为，与CK相比，增施氮肥能显著提高玉米叶片光合速率，主要原因是氮素是限制玉米光合作用的关键因子，增施氮肥提高了土壤肥力，使玉米光合作用显著增强、光合速率提高。但光合速率并非一直随施氮量增加而增加。本研究发现，当施氮量低于300 kg·hm-2，增加施氮量光合速率呈增加趋势，施氮量超过300 kg·hm-2对提高光合速率不明显，甚至降低，且施氮225— 450 kg·hm-2光合速率无显著差异。表明优化氮肥施用量可以提高玉米植株光合性能。本研究还发现，玉米从拔节期进入灌浆期，光合速率呈减少趋势，秋、春覆膜各施氮处理降幅分别为6.6%—32.4%和7.7%—41.2%，可能的原因是陇东旱塬区玉米生育后期降水相对充足且地温较高，与长期地膜覆盖增温作用叠加，促进作物旺盛生长而过度消耗地力，引起玉米生育后期脱水、脱肥，根系及植株的衰老所致[29]。

3.2 覆膜时期和施氮量对旱地玉米产量及产量构成的影响

科学精量施氮是目前作物营养研究的热点。玉米是需氮量较高的作物之一，对氮肥的反映比较敏感，增施氮肥能显著增加籽粒产量[30]。诸多研究均表明，在农民习惯施氮基础上合理减少施氮量对玉米氮素需求无影响，仍可保证玉米稳产，实现减氮增效[31]，虽然适量增施氮肥可提高作物产量，但过量施氮并未表现出增产效果，反而会使产量下降[32]。罗上轲等[33]认为宽膜覆盖春玉米产量随施氮量增加呈先增加后降低趋势，施氮量240 kg·hm2时产量最高。陈迎迎等[34]认为黄土旱塬全膜双垄沟播覆盖栽培的合理施氮量为250 kg·hm-2。王勇等[35]在陇东黄土旱塬研究表明，平面秋覆膜较春季播前覆膜玉米产量增加16.1%，并提出适宜的施氮量为180 kg·hm-2。地膜覆盖的增温保墒作用，通过促进作物生长发育实现增产[36]。本试验条件下，施氮极显著影响玉米产量，以施氮300 kg·hm2产量最高，显著高于施氮150 kg·hm2，增产9.1%，与施氮225 kg·hm2产量无显著差异。施氮量75—300 kg·hm2范围内，产量随施氮量增加而增加，施氮量大于300 kg·hm2，增产幅度变小甚至减产。表明在陇东黄土旱塬全膜双垄沟播种植条件下，适宜施氮量阈值范围是150—225 kg·hm2，上述研究结果与罗上轲等[33]和陈迎迎等[34]的研究结果类似，原因可能是覆膜通过改变土壤水热效应[37]及与NO3--N在玉米整个生育期出现表聚现象有关[38]；也可能是覆膜垄作改善了土壤水热条件促进玉米根系对养分吸收，使植株在节肥条件下达到增产增效。另外，本研究还认为，覆膜时期对产量无显著影响，可能原因：一是7年研究期间丰水年与平水年和干旱年交替出现（表1），丰水年集蓄的雨水可为平水和干旱年利用，实现秋雨春用、头年蓄水翌年用，使干旱年和平水年玉米生长仍处于良好的土壤供水环境，缩小或消除了春、秋覆膜集保水效果差异，减轻了干旱胁迫而增产，因而产量无显著差异。二是干旱年份秋覆膜对玉米播前表层土壤水分提高幅度显著高于春覆膜，促使玉米主要耗水阶段拔节前生长较春覆膜旺盛，进而使有限的土壤水分部分形成无效蒸发损失，导致平水年和丰水年播前含水量和耗水量无明显差异，缩小了水分的增产作用而使最终产量与春覆膜无明显差异[37,39]。事实上，陇东旱塬60%以上降雨发生在玉米生育后期的7—9月，特别是本研究执行年度平水年和丰水年占到了试验年份的85%以上，充沛降水集蓄在土壤，平均了年际间土壤水分和土壤供水能力的差异，减轻了干旱缺水胁迫，减少了年际间玉米长势差异，因而春秋覆膜增产效应逐渐接近。因此，在实际生产中，可采用覆膜种植及依据气象预测预报的降水年型来选择适宜的覆膜时期及施氮量，节本的同时减轻过量施氮对环境的影响。

玉米产量决定于库容量的大小，是由穗粒数和百粒重共同决定的。优化协调产量性能参数，实现产量性能参数间的相互超补偿作用，充分发挥产量性能参数的共效差异补偿机制是形成高产的重要途径之一[11]。作物产量的形成对氮素需求具有一定范围[40]。本试验条件下，年份、覆膜时期、施氮量及年份与施氮量互作对穗粒数和百粒重均存在极显著影响，且百粒重和穗粒数均随施氮量增加呈先增后降趋势，施氮150—300 kg·hm-2，百粒重和穗粒数显著高于75 kg·hm-2，增幅为7.5%—13.6%。

3.3 覆膜时期和施氮量对旱地玉米水分利用效率的影响

水分利用效率是作物对土壤水分利用高低的重要衡量指标。研究表明，覆膜时期的差异对土壤含水量影响很大，与不覆膜相比，秋覆膜对春玉米播前表层水分提高幅度显著高于春覆膜，但随土层深度加深，各处理间差异逐渐变小[39]。覆膜时间越早，水分利用效率越高（秋覆膜＞顶凌覆膜＞春覆膜）[41]。地膜覆盖结合合理施肥技术可以培肥地力，提高土壤水分保蓄能力和植株对土壤水分的利用效率，有效减少干旱对玉米产量造成的损失，从而提高了旱地玉米水分利用效率[42]。本研究认为：年份、覆膜时期、施氮量及施氮量与年份互作对水分利用效率影响极显著，秋覆膜较春覆膜水分利用效率显著提高8.6%。降雨年型以干旱年水分利用效率高于丰水年和平水年，说明降雨年型及关键生育时期降雨量对陇东旱塬玉米水分利用效率存在明显影响。不同覆膜时期施氮量均显著影响水分利用效率，水分利用效率随施氮量增加呈先增加后降低趋势，以施氮300 kg·hm2最高，为30.8 kg·hm-2·mm-1，显著高于施氮75 kg·hm2和CK，分别提高22.2%和68.3%。

3.4 覆膜时期和施氮量对旱地玉米氮肥利用效率的影响

李伟等[43]认为过量施氮造成氮肥利用效率降低。赵士诚等[44]对夏玉米研究表明，施氮量从168 kg·hm-2增加至240 kg·hm-2，氮肥利用率从31.5%降低至24.7%，氮肥偏生产力降低28.1%。吴永成等[45]认为黄土高原旱地玉米氮肥利用效率低下的主要原因是根系分布浅，氮素淋洗下渗严重形成的。本研究结果显示：施氮量对氮肥利用效率、氮肥偏生产力和氮素生理利用效率均存在极显著影响，年际间氮肥利用率随施氮量增加呈先增后降变化趋势，当施氮量低于300 kg·hm-2，氮肥利用率随施氮量增加呈增加趋势，施氮量超过300 kg·hm-2，氮肥利用率随施氮量增加呈降低趋势。原因可能是覆膜后土壤水热互作正效应增强[37]，促使玉米根系生长、下扎和深层分布，汲取氮素能力增强，进而提高了氮肥的利用效率；也可能与年际间玉米产量差异有关。而关于覆膜时期与施氮量如何改善土壤结构，提高土壤肥力，及覆膜时期与施氮量对玉米根系的影响有待于进一步研究。本研究还发现，不同覆膜时期氮肥偏生产力和氮素生理利用效率均随施氮量增加呈逐渐降低趋势，施氮量从300 kg·hm-2降低至225 kg·hm-2，玉米产量减少3.0%，氮肥利用效率平均降低1.5%，氮肥偏生产力和氮素生理利用效率分别提高28.6%和20.1%。

4 结论

覆膜结合科学精量施氮可增加玉米叶片光合速率和SPAD值，增加穗粒数和百粒重。施氮量极显著影响产量，施氮75—300 kg·hm2范围内，产量随施氮量增加而增加，超过300 kg·hm2，产量呈降低趋势，甚至减产。氮肥利用率表现为与产量变化相同的趋势，而氮肥偏生产力和氮素生理利用效率均随施氮量增加呈逐渐降低趋势，即适当降低施氮量可实现产量和氮素效率的协同提高。年际间产量变化与降雨年型及玉米生育后期7—9月份的降雨量密切相关，尤其是7月上旬降雨量及降雨年型对玉米产量影响较大。因此，综合考虑生理指标、产量及其产量构成因素、水氮效率及减氮增产效应，认为覆膜结合施氮150—225 kg·hm-2为陇东旱塬最佳栽培模式。建议生产中结合气象预测预报的降雨年型选择适宜施氮量及覆膜时期。

[1] 李强, 王朝辉, 李富翠, 戴健, 李孟华, 何刚, 曹群虎, 段长林, 鱼昌为. 氮肥管理与地膜覆盖对旱地冬小麦产量和氮素利用效率的影响. 作物学报, 2014, 40(1): 93-100.

LI Q, WANG Z H, LI F C, DAI J, LI M H, HE G, CAO Q H, DUAN C L, YU C W. Effects of nitrogen fertilizer management on yield and nitrogen use efficiency in winter wheat growing on dryland with plastic film mulching. Acta Agronomica Sinica, 2014, 40(1): 93-100. (in Chinese)

[2] WANG X B, DAI K, ZHANG D C, ZHANG X M, WANG Y, ZHAO Q S, CAI D X, HOOGMOED W B. Dryland maize yields and water use efficiency in response to tillage/crop stubble and nutrient management practices in China. Field Crops Research, 2011, 120(1): 47-57.

[3] TYAGI P K, SINGH D P, PANNU R K. Effect of post-anthesis desiccation on plant-water relation, canopy temperature, photosynthesis and grain yield in wheat genotypes. Annals of Biology, 2000, 16: 111-119.

[4] 曹玉军, 魏雯雯, 徐国安, 王晓慧, 王洪君, 刘春光, 边少锋, 刘慧涛, 王永军. 半干旱区不同地膜覆盖滴灌对土壤水、温变化及玉米生长的影响. 玉米科学, 2013, 21(1): 107-113.

CAO Y J, WEI W W, XU G A, WANG X H, WANG H J, LIU C G, BIAN S F, LIU H T, WANG Y J. Effects of different films on soil water, temperature and corn growth characteristics under drip-irrigation conditions in semi-arid region. Journal of Maize Sciences, 2013, 21(1): 107-113. (in Chinese)

[5] 王勇, 高育锋. 旱地秋覆膜玉米干物质积累、分配与转移的特性研究. 玉米科学, 2004, 12(1): 76-78, 81.

WANG Y, GAO Y F. Study on the characteristics of dry matter accumulation, distribution and transfer on dry land autumn plastics covering spring maize. Journal of Maize Science, 2004, 12(1): 76-78, 81. (in Chinese)

[6] 李明, 李文雄. 肥料和密度对寒地高产玉米源库性状及产量的调节作用. 中国农业科学, 2004, 37(8): 1130-1137.

LI M, LI W X. Regulation of fertilizer and density on sink and source traits and yield of maize. Scientia Agricultura Sinica, 2004, 37(8): 1130-1137. (in Chinese)

[7] 吴亚男, 齐华, 盛耀辉, 王敬亚, 梁熠, 王晓波, 刘明. 密度、氮肥对春玉米光合特性、干物质积累及产量的影响. 玉米科学, 2011, 19(5): 124-127.

WU Y N, QI H, SHENG Y H, WANG J Y, LIANG Y, WANG X B, LIU M. Effects of sowing density and applying nitrogenous fertilizer on the photosynthesis capacity, dry matter accumulation and yield of maize. Journal of Maize Sciences, 2011, 19(5): 124-127. (in Chinese)

[8] 刘剑钊, 袁静超, 周康, 梁尧, 闫孝贡, 张洪喜, 任军, 蔡红光. 不同氮肥施用水平对春玉米光合特性及产量构成的影响. 玉米科学, 2019, 27(5): 151-157.

LIU J Z, YUAN J C, ZHOU K, LIANG R, YAN X G, ZHANG H X, REN J, CAI H G. Effect of different nitrogen fertilizer application rates on photosynthetic characteristic and yield of spring maize. Journal of Maize Sciences, 2019, 27(5): 151-157. (in Chinese)

[9] 赵风华, 马军花, 欧阳竹. 过量施氮对冬小麦生产力的影响. 植物生态学报, 2012, 36(10): 1075-1081.

ZHAO F H, MA J H, OUYANG Z. Effects of excessive nitrogen supply on productivity of winter wheat. Chinese Journal of Plant Ecology, 2012, 36(10): 1075-1081. (in Chinese)

[10] 宁运旺, 马洪波, 张辉, 汪吉东, 许仙菊, 张永春. 甘薯源库关系建立、发展和平衡对氮肥用量的响应. 作物学报, 2015, 41(3): 432-439.

NING Y W, MA H B, ZHANG H, WANG J D, XU X J, ZHANG Y C. Response of sweetpotato in source-sink relationship establishment, expanding, and balance to nitrogen application rates. Acta Agronomica Sinica, 2015, 41(3): 432-439. (in Chinese)

[11] 葛均筑, 李淑娅, 钟新月, 袁国印, 徐莹, 田少阳, 曹凑贵, 翟中兵, 刘诗晴, 展茗, 赵明. 施氮量与地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能及氮肥利用效率的影响. 作物学报, 2014, 40(6): 1081-1092.

GE J Z, LI S Y, ZHONG X Y, YUAN G Y, XU Y, TIAN S Y, CAO C G, ZHAI Z B, LIU S Q, ZHAN M, ZHAO M. Effects of nitrogen application and film mulching on yield performance parameters and nitrogen use efficiency of spring maize in the middle reaches of Yangtze River. Acta Agronomica Sinica, 2014, 40(6): 1081-1092. (in Chinese)

[12] 解文艳, 周怀平, 杨振兴, 关春林. 不同覆盖方式对旱地春玉米土壤水分及作物生产力的影响. 水土保持学报, 2014, 28(4): 128-133.

XIE W Y, ZHOU H P, YANG Z X, GUAN C L. Effect of different mulching patterns on soil moisture and crop productivity of spring maize. Journal of Soil and Water Conservation, 2001, 28(4): 128-133. (in Chinese)

[13] 王旭清, 王法宏, 任德昌, 曹宏鑫. 作物垄作栽培增产机理及技术研究进展. 山东农业科学, 2001(3): 41-45.

WANG X Q, WANG F H, REN D C, CAO H X. Research advance in increasing production mechanism and technology of crop ridge tillage cultivation. Shandong Agricultural Sciences, 2001(3): 41-45. (in Chinese)

[14] 张建军, 樊廷录, 党翼, 赵刚, 王磊, 李尚中. 揭膜时期和施氮量对陇东旱塬春玉米群体生理指标及产量的影响. 中国土壤与肥料, 2016(4): 90-96.

ZHANG J J, FAN T L, DANG Y, ZHAO G, WANG L, LI S Z. Effects of uncovering plastic film period and nitrogen amount on the growth indexes and yield of spring maize in Loess Plateau of East Gansu. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2016(4): 90-96. (in Chinese)

[15] 张雷. 旱地双垄面集水全膜不同时期覆盖对玉米生长的影响. 作物杂志, 2007(3): 67-68.

ZHANG L. Effect of water covered with double ridges on growth of maize in different mulching periods. Crops, 2007(3):67-68.(in Chinese)

[16] Trenton F S, Joseph G L. Crop grain yield response to crop ration and nitrogen over 35 years. Agronomy Journal, 2008, 100: 643-650.

[17] 吕鹏, 张吉旺, 刘伟, 杨今胜, 苏凯, 刘鹏, 董树亭, 李登海. 施氮量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(4): 852-860.

LÜ P, ZHANG J W, LIU W, YANG J S, SU K, LIU P, DONG S T, LI D H. Effects of nitrogen application on yield and nitrogen use efficiency of summer maize in super-high yield conditions. Plant nutrition and fertilizer science, 2011, 17(4): 852-860. (in Chinese)

[18] 王宜伦, 李潮海, 谭金芳, 韩燕来, 张许. 超高产夏玉米植株氮素积累特征及一次性施肥效果研究. 中国农业科学, 2010, 43(15): 3151-3158.

WANG Y L, LI C H, TAN J F, HAN Y L, ZHANG X. Study on plant nitrogen accumulation characteristics and the effect of single application of base fertilizer on super-high-yield summer maize. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(15): 3151-3158. (in Chinese)

[19] 张学林, 王群, 赵亚丽, 杨青华, 李潮海. 施氮水平和收获时期对夏玉米产量和籽粒品质的影响. 应用生态学报, 2010,21(10): 2565-2572.

ZHANG X L, WANG Q, ZHAO Y L, YANG Q H, LI C H. Effects of nitrogen fertilization rate and harvest time on summer maize grain yield and its quality. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(10): 2565-2572. (in Chinese)

[20] HUANG J L, FAN H, CUI K H, Roland J, Buresh B X, GONG W H, PENG S B. Determination of optimal nitrogen rate for rice varieties using a chlorophyll meter. Field Crops Research, 2007, 105(1): 70-80.

[21] 谢建昌. 世界肥料使用的现状与前景. 植物营养与肥料学报, 1998, 4(4): 321-330.

XIE J C. Present situation and prospects for the world’s fertilizer use. Plant nutrition and fertilizer science, 1998, 4(4): 321-330. (in Chinese)

[22] 黄东风, 王果, 李卫华, 邱孝煊. 不同施肥模式对蔬菜生长、氮肥利用及菜地氮流失的影响. 应用生态学报, 2009, 20(3): 631-638.

HUANG D F, WANG G, LI W H, DUAN X X. Effects of different fertilization modes on vegetable growth, fertlizer nitrogen utilization and nitrogen loss from vegetable field. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(3): 631-638. (in Chinese)

[23] RAUN W R, JOHNSON G V. Improving nitrogen use efficiency for cereal production. Agronomy Journal, 1999, 91: 357-363.

[24] MENG Q F, YUE S C, HOU P, CUI Z L, CHEN X P. Improving yield and nitrogen use efficiency simultaneously for maize and wheat in China: A review. Pedosphere, 2016, 26(2): 137-147.

[25] 董树亭, 高荣岐, 胡昌浩, 王群瑛, 王空军. 玉米花粒期群体光合性能与高产潜力的研究. 作物学报, 1997, 23(3): 318-325.

DONG S T, GAO R Q, HU C H, WANG Q Y, WANG K J. Study of canopy photosynthesis property and high yield potential after anthesis in maize. Acta Agronomica Sinica, 1997, 23(3): 318-325. (in Chinese)

[26] Osaki M, Shinano T, Tadano T. Redistribution of carbon and nitrogen compounds from the shoot to the harvesting organs during matu-ration in field crops. Soil Science & Plant Nutrition, 1991, 37(1): 117-128.

[27] Fletcher A L, Johnstone P R, Chakwizira E, Brown H E. Radiation capture and radiation use efficiency in response to N supply for crop species with contrasting canopies. Field Crops Research, 2013, 150: 126-134.

[28] 孙旭生, 林琪, 李玲燕, 姜雯, 翟延举. 氮素对超高产小麦生育后期光合特性及产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2008, 14(5): 840-844.

SUN X S, LIN Q, LI L Y, JIANG W, ZHAI Y J. Effect of nitrogen supply on photosynthetic characteristics at later developing stages and yield in super high-yield winter wheat. Plant nutrition and fertilizer science, 2008, 14(5): 840-844. (in Chinese)

[29] 李小刚, 李凤民. 旱作地膜覆盖农田土壤有机碳平衡及氮循环特征. 中国农业科学, 2015, 48(23): 4630-4638.

LI X G, LI F M. Soil organic carbon balance and nitrogen cycling in plastic film mulched croplands in rainfed farming systems. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(23): 4630-4638. (in Chinese)

[30] 易镇邪, 王璞, 张红芳, 申丽霞. 氮肥类型与施用量对夏玉米生长发育及氮肥利用的影响. 华北农学报, 2006, 21(1): 115-120.

YI Z X, WANG P, ZHANG H F, SHEN L X. Effect of type and application rate of nitrogen fertilizer on development and nitrogen utilization in summer maize. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2006, 21(1): 115-120. (in Chinese)

[31] 谢军, 赵亚南, 陈轩敬, 李丹萍, 徐春丽, 王珂, 张跃强, 石孝均. 有机肥氮替代化肥氮提高玉米产量和氮素吸收利用效率. 中国农业科学, 2016, 49(20): 3934-3943.

XIE J, ZHAO Y N, CHEN X J, LI D P, XU C L,WANG K, ZHANG Y Q, SHI X J. Nitrogen of organic manure replacing chemical nitrogenous fertilizer improves maize yield and nitrogen uptake and utilization efficiency.Scientia Agricultura Sinica,2016,49(20): 3934-3943. (in Chinese)

[32] 王西娜, 王朝辉, 李生秀. 施氮量对夏季玉米产量及土壤水氮动态的影响. 生态学报, 2007, 27 (1): 197-204.

WANG X N, WANG Z H, LI S X. The effect of nitrogen fertilizer rate on summer maize yield and soil water nitrogen dynamics. Acta Ecologica Sinica, 2007, 27(1): 197-204. (in Chinese)

[33] 罗上轲, 刘婕, 叶开梅, 冯云贵, 朱德坤, 宋碧, 张军. 覆膜方式与施氮量对春玉米产量、干物质和氮素积累与转运的影响. 玉米科学, 2020, 28(4): 146-154, 164.

LUO S K, LIU J, YE K M, FENG Y G, ZHU D K, SONG B, ZHANG J. Effects of plastic film mulching mode and nitrogen application rate on spring maize yield, dry matter and nitrogen accumulation and translocation. Journal of Maize Sciences, 2020, 28(4): 146-154, 164. (in Chinese)

[34] 陈迎迎, 沈玉芳, 白翔斌, 岳善超, 李世清. 全膜双垄沟覆盖条件下不同施氮量对春玉米氮素吸收利用及分配的影响. 西北植物学报, 2013, 33(11): 2278-2285.

CHEN Y Y, SHEN Y F, BAI X B, YUE S C, LI S Q. Effect of different nitrogen rates on nitrogen absorption and allocation of spring maize in double ridges mulched with plastic film. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2013, 33(11): 2278-2285. (in Chinese)

[35] 王勇, 宋尚有, 樊廷录, 高育峰. 黄土高原旱地秋覆膜及氮肥秋基春追比例对春玉米产量和品质的影响. 中国农业科学, 2012, 45(3): 460-470.

WANG Y, SONG S Y, FAN T L, GAO Y F. Effects of film mulching and different ratios of base nitrogen to dressing on yield and key quality of spring maize in dryland of the Loess Plateau. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(3): 460-470. (in Chinese)

[36] 乌瑞翔, 刘荣权, 卢翠玲, 吕永来, 李华, 张莉, 鲁秀芝, 于舒萍, 乌秀艳, 王新寰. 地膜玉米的最佳播期及其“两个学说”的应用. 中国农业科学, 2001, 34(4): 433-438.

WU R X, LIU R Q, LU C L, LÜ Y L, LI H, ZHANG L, LU X Z, YU S P, WU X Y, WANG X H. The optimum sowing time for plastic-film corn and the use of the two theories. Scientia Agricultura Sinica, 2001, 34(4): 433-438. (in Chinese)

[37] 李尚中, 王勇, 樊廷录, 王立明, 赵刚, 唐小明, 党翼, 王磊, 张建军. 旱地玉米不同覆膜方式的水温及增产效应. 中国农业科学, 2010, 43(5): 922-931.

LI S Z, WANG Y, FAN T L, WANG L M, ZHAO G, TANG X M, DANG Y, WANG L, ZHANG J J. Effects of different plastic film mulching modes on soil moisture, temperature and yield of dryland maize. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(5): 922-931. (in Chinese)

[38] 张仙梅, 黄高宝, 李玲玲, 谢军红, 陈红. 覆膜方式对旱作玉米硝态氮时空动态及氮素利用效率的影响. 干旱地区农业研究, 2011, 29(5): 26-32.

ZHANG X M, HUANG G B, LI L L, XIE J H, CHEN H. Effects of mulching patterns on spatio-temporal variation of soil nitrate and nitrogen utilization efficiency of maize on dry land. Agricultural Research in the Arid Areas, 2011, 29(5): 26-32. (in Chinese)

[39] 信东旭, 张玉龙, 黄毅, 张玉玲, 张哲元, 崔宁, 宋文, 陈富强. 不同时期覆膜对辽西旱地农田土壤墒情及春玉米产量的影响. 干旱地区农业研究, 2009, 27(6): 114-118.

XIN D X, ZHANG Y L, HUANG Y, ZHANG Y L, ZHANG Z Y, CUI N, SONG W, CHEN F Q. Effects of plastic film-mulching in different stages on soil water content and spring maize yield of dryland in western Liaoning. Agricultural Research in the Arid Areas, 2009, 27(6): 114-118. (in Chinese)

[40] 鱼欢, 邬华松, 王之杰. 利用SPAD和Dualex快速、无损诊断玉米氮素营养状况. 作物学报, 2010, 36(5): 840-847.

YU H, WU H S, WANG Z J. Evaluation of SPAD and Dualex for in-season corn nitrogen status estimation. Acta Agronomica Sinica, 2010, 36(5): 840-847. (in Chinese)

[41] 邵旭平, 谢成俊. 不同覆膜时期对玉米产量及水分利用效率的影响. 农业科技与信息, 2016,(26): 60-62.

SHAO X P, XIE C J. Effects of different film mulching periods on maize yield and water use efficiency. Agricultural technology and information, 2016,(26): 60-62. (in Chinese)

[42] 周怀平, 李红梅, 杨治平, 王久志. 旱地玉米水分高效利用平衡施肥技术的试验研究. 农业工程学报, 1999, 15(1): 135-140.

ZHOU H P, LI H M, YANG Z P, WANG J Z. Study on the technique of balanced fertilizer with water efficient application on dryland corn. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 1999, 15(1): 135-140. (in Chinese)

[43] 李伟, 李絮花, 李海燕, 彭强, 刘旭凤, 唐慎欣. 控释尿素与普通尿素混施对夏玉米产量和氮肥效率的影响. 作物学报, 2012, 38(4): 699-706.

LI W, LI X H, LI H Y, PENG Q, LIU X F, TANG S X. Effects of different mixing rates of controlled-release urea and common urea on grain yield and nitrogen use efficiency of summer maize. Acta Agronomica Sinica, 2012, 38(4): 699-706. (in Chinese)

[44] 赵士诚, 裴雪霞, 何萍, 张秀芝, 李科江, 周卫, 梁国庆, 金继运. 氮肥减量后移对土壤氮素供应和夏玉米氮素吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(2): 492-497.

ZHAO S C, PEI X X, HE P, ZHANG X Z, LI K J, ZHOU W, LIANG G Q, JIN J Y. Effects of reducing and postponing nitrogen application on soil N supply, plant N uptake and utilization of summer maize. Plant nutrition and fertilizer science, 2010, 16(2): 492-497. (in Chinese)

[45] 吴永成, 周顺利, 王志敏, 罗延庆. 华北地区夏玉米土壤硝态氮的时空动态与残留. 生态学报, 2005, 25(7): 1620-1625.

WU Y C, ZHOU S L, WANG Z M, LUO Y Q. Dyanmics and residue of soil nitrate in summer maize field of North China. Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(7): 1620-1625. (in Chinese)

Influences of Mulching Periods and Nitrogen Application Rates on Maize Yield as well as Water and Nitrogen Use Efficiencies in Loess Plateau of Eastern Gansu Province

ZHANG JianJun1, 2*, DANG Yi1, ZHAO Gang1, WANG Lei1, FAN TingLu1, 2, LI ShangZhong1

1Dryland Agriculture Institute, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070;2Key Laboratory of Efficiency Water Utilization of Dryland Farming of Gansu Province, Lanzhou 730070

【Objective】To optimize the agricultural practice in supporting high production and high efficiency of spring maize cultivation in dryland region of eastern Gansu province, the effects of film mulching periods and nitrogen (N) application rates on maize physiology, yield, and water use efficiency (WUE) and N use efficiency (NUE) were investigated in this study.【Method】Using a compact maize variety (xianyu 335) with high stress resistance as tested crop, a two-factorial experiment with split-plot design was established from 2012 to 2019, which consisted of two treatments of mulching period (spring and autumn mulching) and seven rates of N application (0, 75, 150, 225, 300, 375, 450 kg N·hm-2), and the physiological characteristics, yield variables, and water and N use efficiencies of maize plants under different treatments were measured annually. 【Result】Film mulching and moderate rates of N addition increased the photosynthetic rate and the relative content of leaf chlorophyll (SPAD value), extended the green duration of leaves, efficiently balanced the source-sink relationship, and improved the grain number per spike and 100-grain weight. The yield, grain number per spike and 100-grain weight of maize were significantly affected by years, N application rate and their interactions, and all these variables showed similar trends of inverted U-shaped curves with the increasing of N application rates. Maize yields under the treatments with N addition of 150-450 kg N·hm-2were significantly higher than that of 75 kg N·hm-2, with a peak (15 142.5 kg·hm-2) occurring under the treatment with N addition of 300 kg N·hm-2. The yields did not differ significantly between treatments with N addition of 225 kg and 300 kg N·hm-2, whereas maize yield would not increase or even decline when N inputs were beyond the rate of 300 kg N·hm-2. Maize yield was highly dependent on the annual rainfall pattern and the amounts of precipitation in key growth periods, of which the rainfall amount from July to September, especially in early July (tasseling-silking stage of maize), as well as the type of rainfall year type were especially important in determining maize yield. Furthermore, experimental year, film mulching period, nitrogen application rate and the interaction between experimental year and nitrogen application rate also significantly affected WUE. WUE under autumn film mulching was 8.6% higher than that under spring film mulching. The N partial factor productivity and NUE under treatment of 225 kg N·hm-2were increased by 28.6% and 20.1% than that under 300 kg N·hm-2, respectively. Moreover, the average NUE was increased from 34.8% under treatment of 300 kg N·hm-2to 35.8% under 225 kg N·hm-2. In other words, 225 kg N·hm-2could realize the simultaneous increases in maize yield and N use efficiency.【Conclusion】These results suggested that film mulching and nitrogen application of 150-225 kg·hm-2could be used as efficient models for maize cultivation, especially with autumn film mulching in the dry years. Farmers should choose the appropriate mulching practice and N appliction rates according to the weather forecast in annual rainfall types.

mulching period; nitrogen amount; physiological index; yield; water use efficiency; nitrogen use efficiency;

2021-04-09；

2021-07-05

国家自然科学基金（41561067,31860131）、甘肃省农业科学院院列重点研发计划（2019GAAS28）、现代农业产业技术体系（CARS02-55）

张建军，E-mail：hnszhjj@163.com

（责任编辑 杨鑫浩）